Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

La modification des pratiques culturales en interculture est souvent evoquee pour lutter contre les inondations boueuses que connaissent les plaines limoneuse du nord-ouest de l'europe. Pour aller dans ce sens nous approfondissons la caracterisation des etats du milieu a l'origine du ruissellement et de l'erosion diffuse des parcelles en interculture ainsi que le classement, par rapport au ruissellement et a l'erosion diffuse, des pratiques inter-culturales. Nous definissons 5 itineraires techniques inter-culturaux, representatifs de la diversite agricole regionale et contrastes quant aux comportements attendus pour le ruissellement et l'erosion diffuse. Les itineraires techniques sont testes, deux annees de suite, sous pluies naturelles, sur des surfaces de 20 m#2. Pour accroitre la gamme des etats testes nous faisons aussi varier les etats a la recolte (couverture du sol par les residus et etat structural de l'horizon anthropique). Par une methode de regression lineaire multiple, nous montrons que les variables proposees expliquent plus de 50% de la variabilite des resultats de ruissellement par sequence pluvieuse. En revanche, les resultats sont moins bons pour les departs de terre. Sur la duree de l'interculture, nous caracterisons chaque itineraire technique par la succession des etats du sol obtenus sous l'action conjuguee des techniques culturales et du climat. Nous identifions ainsi des trajectoires d'etats distinctes pour les 5 itineraires techniques testes. Les differences de trajectoires d'etats entre itineraires techniques se traduisent par des differences de courbe de cumul de ruissellement et d'erosion diffuse. Le rapport des valeurs extremes obtenues pour les differentes situations culturales est voisin de 10 pour le ruissellement et de 50 pour les departs de terre. Le classement final des itineraires techniques est relativement stable pour les deux annees d'essai. Ce classement montre que le ruissellement et l'erosion diffuse ne sont pas systematiquement correles. Des mesures complementaires effectuees sur de plus grandes longueurs indiquent que le classement obtenu sur les parcelles de 20 m#2 ne semble pas etre modifie par la longueur de pente.

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Ploegen was gedurende meerdere eeuwen een standaard praktijk in de landbouw om de groei van onkruid te controleren, om gewasresten in te bodem in te werken, om uitgespoelde nutriënten weer aan het oppervlak te brengen en de bodemstructuur losser te maken voor het zaaien. De ontwikkeling van herbiciden stelde echter de noodzaak van ploegen in vraag zodat systemen met minimale bodembewerking werden ingevoerd. Deze laatste systemen hebben twee kenmerken: (i) de bodem wordt niet meer gekeerd en (ii) het bodemoppervlak is steeds geheel of gedeeltelijk bedekt met gewasresten. Deze overgang van ploegen naar minimale bodembewerking veroorzaakt veranderingen in de bodemstructuur en in de locatie van bodemorganische stof (BOS) en gewasresten. Dit resulteert in een verandering in het bodemklimaat (bodemtemperatuur en bodemvochtgehalte) en in verscheidene biologische, chemische en fysische bodemeigenschappen. De combinatie van al deze veranderingen heeft een belangrijke impact op de transformaties van koolstof en stikstof in de bodem. De algemene doelstellingen van dit werk zijn tweevoudig. Eerst werden de verschillen in zowel bodemstocks als bodemfluxen van koolstof en stikstof bepaald tussen verscheidene lange termijn (32 jaar) bodembewerkingssystemen in Noord-Frankrijk. Ten tweede werden de effecten bestudeerd van bodemklimaat, bodemstructuur en biologische en fysische bodemeigenschappen op de verschillen in deze bodemstocks en bodemfluxen. Dit werk legt voornamelijk de nadruk op die stocks en fluxen van koolstof en stikstof die een grote impact hebben op landbouw of milieu: de hoeveelheden van bodemorganische koolstof en stikstof, de dynamiek van minerale stikstof in de bodem en de emissies van CO2 en N2O. Twee contrasterende bodembewerkingssystemen werden bestudeerd, namelijk conventioneel ploegen tot 20 cm diepte (CT) en minimale bodemwerking (NT). Deze twee systemen werden gevolgd op twee verschillende sets van percelen met een maïs-tarwe rotatie op dezelfde experimentele site in Boigneville in Noord-Frankrijk. Na 32 jaar onderwerping aan verschillende bodembewerkingssystemen had NT 5-15% grotere koolstofstocks en 3-10% grotere stikstofstocks in vergelijking met CT. Deze verschillen waren echter niet altijd statistisch significant. In NT daalde de concentratie van zowel organische koolstof als stikstof met toenemende diepte onder de bodemoppervlakte, terwijl deze concentraties in CT eerder homogeen verdeeld waren over de ploeglaag. De verschillen in stocks werden verder onderzocht door ze op verschillende niveaus van de complexe bodemstructuur te bestuderen. In NT maakten stikstof geassocieerd met kleimineralen en plantendeeltjes (< 2 mm) elk ongeveer 50% uit van het totale overschot aan organische stikstof in de bodem. Daarentegen werd 66% van het totale verschil in de koolstofhoeveelheid tussen CT en NT verklaard door verschillen in koolstof geassocieerd met plantendeeltjes kleiner dan 2 mm (58%) en gewasresten groter dan 2 mm (8%) en dus maar 34% door verschillen in koolstof geassocieerd met kleimineralen. De additionele koolstof en stikstof in NT situeerde zich in water stabiele macroaggregaten. Onze resultaten suggereren dat de grotere hoeveelheden organische koolstof en stikstof in NT konden toegeschreven worden aan (i) verhoogde vorming van macroaggregaten in de 0-5 cm bodemlaag door hogere microbiële activiteit en door een grotere hoeveelheid BOS en (ii) een grotere fysische protectie van BOS in de 5-20 cm bodemlaag ten gevolge van een groter percentage kleine poriën en van de afwezigheid van bodemverstoring door ploegen of door het klimaat. De verschillende bodembewerkingssystemen hadden geen grote impact op de water- en nitraathoeveelheden in het 0-120 cm bodemprofiel. Met behulp van deze data, berekende het LIXIM model vergelijkbare snelheden van ‘in situ’ stikstofmineralisatie zowel uitgedrukt in kalenderdagen als in genormaliseerde dagen (voor bodemtemperatuur en -vocht) tussen de verschillende bodembewerkingssystemen. Deze resultaten tonen duidelijk aan dat het stikstofleverende vermogen van de bodem in de bestudeerde bodembewerkingssystemen niet verschillend is. Wat betreft de emissies van de broeikasgassen CO2 and N2O onder veldomstandigheden is NT zeker niet verkiesbaar boven CT onder de specifieke weersomstandigheden tijdens het meetjaar in Boigneville. Het NT systeem had altijd de neiging om meer N2O uit te stoten dan CT. Afhankelijk van de weerscondities (regenval en temperatuur) en de hoeveelheid en locatie van gewasresten waren de CO2 emissies groter in CT of NT. In tegenstelling tot onze initiële hypothese bleek de cumulatieve CO2 emissie over de hele meetperiode significant groter in NT dan in CT. Het tweede deel van dit onderzoek bestudeerde de effecten van de verschillen in bodemklimaat, bodemstructuur en de biologische en fysische bodemeigenschappen op de waargenomen verschillen in de koolstof- en stikstofcycli tussen de verschillende bodembewerkingssystemen. Eerst werd bepaald of de verschillen in de koolstof- en stikstofcycli het resultaat waren van de potentiële afbraaksnelheid van BOS. Onze resultaten tonen aan dat na 32 jaar de potentiële koolstof- en stikstofmineralisatie (gemeten onder constante temperatuur en waterpotentiaal) zeker niet kleiner zijn onder NT dan onder CT. De fysische protectie van BOS tegen koolstof- en stikstofmineralisatie werd bestudeerd door de bodemstructuren tussen 50 µm and 12.5 mm in toenemende mate te vernietigen. Dit alles werd gedaan voor vier verschillende structurele bodemzones in NT en CT: ‘losse’ en ‘compacte’ structurele bodemzones in de ploeglaag van CT en de 0-5 en 5-20 cm bodemlagen in NT. Onze resultaten toonden aan dat na de vernietiging van de fysische protectie van de BOS de bodemzone met de grootste C en N hoeveelheden en de grootste hoeveelheid waterstabiele aggregaten (0-5 cm bodemlaag in NT) de kleinste stijging vertoonde in N mineralisatie en geen stijging vertoonde in C mineralisatie. Het grootste effect van fysische protectie van BOS werd waargenomen in de 5-20 cm bodemlaag van NT. Vervolgens toonden ‘in situ’ metingen aan dat verschillen in bodemtemperatuur en vochtgehalte tussen CT en NT een impact kunnen hebben op de afbraaksnelheid van BOS. Maar deze verschillen waren vaak klein en niet systematisch gunstiger voor afbraak in één van de twee bodembewerkingssystemen. De verdeling en de hoeveelheid regenval en waterevaporatie daarentegen had een grote invloed op de waargenomen CO2 fluxen. In NT liggen de gewasresten steeds aan het bodemoppervlak. Daardoor induceerde regenval in NT een plotse stijging van het vochtgehalte van de gewasresten met grote pieken in CO2 emissies tot gevolg. Na elke regenval daalde het vochtgehalte van de gewasresten aan het bodemoppervlak echter snel, wat de afbraak opnieuw sterk afremde met grotere CO2 emissies in CT dan NT tot gevolg. Tot slot werden de koolstof- en stikstoffluxen gesimuleerd met het PASTIS model. Modelleren geeft meer inzicht in zowel het geïsoleerde effect als de interacties tussen de verschillende determinerende factoren van de C en N cycli. De simulatieresultaten toonden aan dat de grotere cumulatieve CO2 emissies in NT het resultaat waren van een grotere afbraak van gewasresten en niet van een grotere afbraak van BOS. De grotere hoeveelheid gewasresten in NT (door de aanwezigheid van gewasresten van vorige jaren) overcompenseerde immers de tragere afbraak van gewasresten. Het verschil in afbraaksnelheid tussen de gewasresten in CT (in de bodem) en NT (op het bodemoppervlak) werd voornamelijk bepaald door het vochtgehalte van de gewasresten. For many centuries, the conventional mouldboard tillage system was used in agriculture to control the development of weeds, to incorporate crop residues into the soil, to recycle leached nutrients back to the surface and to create an adequate structure before planting. However, after the development of herbicides the need for ploughing was questioned and reduced tillage systems were introduced. These reduced tillage systems have two main characteristics: (i) the soil is not entirely turned over and (ii) the soil is always entirely or partially covered by residues. The shift from mouldboard ploughing to no-tillage so induces changes in the soil structure and in the location of soil organic matter and crop residues. This results in changes in soil climate (soil temperature and soil water content) and in several biological, chemical and physical soil properties. The combination of all these modifications has an important impact on C and N transformations in the soil. The overall objectives of this work were twofold. First, we quantified the changes in C and N pools and in C and N fluxes between different long-term (32 years) tillage systems in cereal cropping systems in northern France, and second, we studied the effects of soil climatic conditions, soil structure and biological and physical properties of the soil on the differences in the C and N cycles between those tillage systems. This work focused mainly on those parameters with important agronomical or environmental impacts: soil organic C and N contents and distribution, soil mineral N dynamics and CO2 and N2O emissions. Two contrasting tillage systems were considered, i.e. conventional mouldboard ploughing to 20 cm depth (CT) and no-tillage (NT). These systems were studied on two different sets of plots with a maize-wheat rotation on the same experimental site at Boigneville in the Parisian Basin in Northern France. After 32 years, NT presented 5-15% larger C stocks and 3-10% larger N stocks compared to CT, but these differences were not always statistically significant. Soil organic C and N concentrations decreased with increasing depth in NT, whereas they were relatively homogeneously distributed through the plough layer in CT. The small stock differences were further explored by examining the changes at different levels of structural complexity. Mineral-associated N and particulate organic matter each accounted for about 50% of the total difference in N stock. However, 66% of the total difference in C stock was due to differences in the particulate organic matter (58%) and free residues (8%) fractions. Additional C and N were detected in NT in the water stable macroaggregates. Our results suggest that the larger C and N stocks in NT are attributed to (i) enhanced macroaggregate formation in the 0-5 cm layer due to higher microbial activity and SOM content and (ii) a better protection of soil organic matter in the 5‑20 cm layer due to a larger proportion of small pores and lack of soil disruption by tillage or climate. The tillage systems did not induce large differences in water and nitrate content in the 0‑120 cm soil profile. When the LIXIM model was applied to these data the calculated ‘in situ’ N mineralisation rates, expressed both in calendar days and in normalised days (for soil temperature and moisture content), were comparable in both tillage systems and clearly demonstrated that the soil N supply in both systems was comparable. NT always tended to emit more N2O than CT. In addition, CT or NT emitted the larger amount of CO2 in the absence of plants depending on the weather conditions (rainfall and temperature) and the amount and location of crop residues. The cumulated CO2 emissions for the specific weather conditions of the measurement year were significantly larger for NT than for CT. In the second part of our work we studied the effects of differences in soil climatic conditions, soil structure, organic matter location and soil biological and physical properties between the tillage systems on the observed differences in the C and N cycles. We first determined whether the differences in C and N stocks and fluxes in CT and NT were due to changes in the potential decomposition rate of the SOM. Our results clearly showed that after 32 years the potential C and N mineralisation of soil organic matter under controlled conditions (temperature and soil water pressure) was not smaller in NT compared to CT. The physical protection of the soil organic matter against mineralisation was evaluated by incubating soil samples after soil structures between 50 µm and 12.5 mm had been progressively destroyed. The samples were taken from four structural zones of the CT and NT plots: loose and dense structural zones in the plough layer of CT and the 0-5 and 5-20 cm soil layers in NT. Our results indicate that the structural zone with the largest C and N stocks and the largest amount of water stable aggregates (0-5 cm soil layer of NT) showed the smallest increase in N mineralisation and no increase in C mineralisation after soil structure disruption. Of the four structural zones, the 5-20 cm soil layer of NT showed the largest effect of physical protection of SOM. Secondly, our measurements indicated that differences in soil temperature and soil water content between CT and NT induced differences in ‘in situ’ soil organic matter decomposition. These differences were often small and not systematically more favorable to decomposition over time in a given tillage system. On the other hand, a large influence of the distribution and amount of rainfall and water evaporation on the dynamics of the CO2 fluxes was observed. In NT, rainfall induced considerable residue decomposition and, consequently, bursts of CO2 emissions due to a sudden increase in the water content of the surface residues. However, after a rain event, the water content of the surface residues fell rapidly and, again, seriously limited their decomposition resulting in smaller CO2 emissions compared to CT. Finally, C and N fluxes were simulated using the PASTIS model. Modelling provides a better understanding of the individual effects and interactions of the determining factors on C and N dynamics. The simulations showed that the larger cumulative total CO2 fluxes in NT resulted from a more extensive crop residue decomposition and not from an enhanced SOM decomposition because the large amount of accumulated residues of previous crops in NT more than compensated for the slower residue decomposition rate of surface residues in these long-term differentiated tillage systems. The water content of the surface crop residues was found to be key in determing the magnitude of the difference in decomposition rate between the incorporated residues in CT and the surface residues in NT. Ploegen was gedurende vele eeuwen een standaard praktijk in de landbouw om de groei van onkruid te controleren, om gewasresten in de bodem in te werken, om uitgespoelde nutriënten weer aan het oppervlak te brengen en de bodemstructuur losser te maken voor het zaaien. De ontwikkeling van herbiciden stelde echter de noodzaak van ploegen in vraag zodat systemen met minimale bodembewerking werden ingevoerd. Deze laatste systemen hebben twee kenmerken: (i) de bodem wordt niet meer gekeerd en (ii) het bodemoppervlak is steeds geheel of gedeeltelijk bedekt met gewasresten. Deze overgang van ploegen naar minimale bodembewerking veroorzaakt veranderingen in de bodemstructuur en in de locatie van bodemorganische stof (BOS) en gewasresten. Dit resulteert in een verandering in het bodemklimaat (bodemtemperatuur en bodemvochtgehalte) en in verscheidene biologische, chemische en fysische bodemeigenschappen. De combinatie van al deze veranderingen heeft een belangrijke impact op de transformaties van koolstof en stikstof in de bodem. Daarom werden in het eerste deel van het onderzoek de verschillen bepaald in zowel bodemstocks als bodemfluxen van koolstof en stikstof tussen verscheidene lange termijn (32 jaar) bodembewerkingssystemen in Noord-Frankrijk. Het doctoraatswerk legt voornamelijk de nadruk op die stocks en fluxen van koolstof en stikstof die een grote impact hebben op landbouw of milieu: de hoeveelheden van bodemorganische koolstof en stikstof, de dynamiek van minerale stikstof in de bodem en de emissies van CO2 en N2O. Twee contrasterende bodembewerkingssystemen werden bestudeerd, namelijk conventioneel ploegen tot 20 cm diepte (CT) en minimale bodemwerking (NT). Deze twee systemen werden gevolgd op percelen met een maïs-tarwe rotatie op een experimentele site in Boigneville in Noord-Frankrijk. Na 32 jaar onderwerping aan verschillende bodembewerkingssystemen had NT 5-15% grotere koolstofstocks en 3-10% grotere stikstofstocks in vergelijking met CT. De verschillende bodembewerkingssystemen hadden geen grote impact op de water- en nitraathoeveelheden in het 0-120 cm bodemprofiel. Onze resultaten tonen daarenboven duidelijk aan dat het stikstofleverende vermogen van de bodem in de bestudeerde bodembewerkingssystemen niet verschillend is. Wat betreft de emissies van de broeikasgassen CO2 and N2O onder veldomstandigheden is NT zeker niet verkiesbaar boven CT onder de specifieke weersomstandigheden tijdens het meetjaar in Boigneville. Het NT systeem had altijd de neiging om meer N2O uit te stoten dan CT. Afhankelijk van de weerscondities (regenval en temperatuur) en de hoeveelheid en locatie van gewasresten waren de CO2 emissies groter in CT of NT. In tegenstelling tot onze initiële hypothese bleek de cumulatieve CO2 emissie over de hele meetperiode significant groter in NT dan in CT. In het tweede deel van het onderzoek werden de effecten bestudeerd van bodemklimaat, bodemstructuur en verscheidene bodemeigenschappen op de verschillen in deze bodemstocks en bodemfluxen. Onze resultaten tonen aan dat na 32 jaar de potentiële koolstof- en stikstofmineralisatie (gemeten onder constante temperatuur en waterpotentiaal) zeker niet kleiner zijn onder NT dan onder CT. Vervolgens toonden ‘in situ’ metingen aan dat verschillen in bodemtemperatuur en vochtgehalte tussen CT en NT een impact kunnen hebben op de afbraaksnelheid van BOS. Maar deze verschillen waren vaak klein en niet systematisch gunstiger voor afbraak in één van de twee bodembewerkingssystemen. De verdeling en de hoeveelheid regenval en waterevaporatie daarentegen had een grote invloed op de waargenomen CO2 fluxen. In NT liggen de gewasresten steeds aan het bodemoppervlak. Daardoor induceerde regenval in NT een plotse stijging van het vochtgehalte van de gewasresten met grote pieken in CO2