Déterminants de la dynamique de disponibilité des éléments dans les sols

Animateurs: Noémie Janot et Nicolas Fanin

Nos recherches visent à comprendre et prédire l’évolution de la disponibilité des éléments, majeurs et traces, dans les sols naturels et cultivés, à moyen et long terme. L’évolution des pratiques agricoles et sylvicoles se traduit par une sollicitation accrue des capacités du sol à recycler les éléments nutritifs, et notamment au travers de l’apport de matières organiques diversifiées. Cependant, cette évolution se fait sur des sols parfois déjà fortement perturbés et contaminés par les pratiques anciennes et les activités industrielles. À cela s’ajoutent les effets des changements climatiques (température, humidité) qui vont dans les années à venir exacerber les extrêmes et solliciter la résilience des sols.

La finalité de nos travaux est de (i) comprendre, (ii) quantifier et (iii) hiérarchiser l'importance des déterminants influençant la fraction des éléments disponibles pour les organismes vivants, qu'ils soient d’origine climatique (température, précipitations, vent), abiotique (physico-chimie du sol, nature des phases réactives), biotique (organismes telluriques, plantes), ou anthropique (changement d'usage des sols, pratiques agricoles). Nous nous intéressons aussi aux liens entre disponibilité et transfert des éléments du sol vers d’autres compartiments de l’écosystème (hydrosphère et atmosphère).

Modélisation des interactions matière organique-disponibilité des éléments majeurs et traces

Cet premier axe de recherche vise à étudier les liens entre activité biologique des sols et disponibilité des nutriments et contaminants, en fonction du contexte pédoclimatique et de la nature des phases minérales réactives. Nous cherchons notamment à comprendre comment la qualité de la matière organique (composition chimique, stœchiométrie) influence sa biodégradabilité et sa réactivité vis-à-vis des éléments afin de comprendre l’impact des apports de matières organiques variées sur leurs disponibilités. Nous mettons un accent particulier sur le rôle fonctionnel des communautés microbiennes du sol lors du recyclage de la matière organique dans le but d’aller plus loin dans la compréhension des mécanismes écologiques contrôlant le processus de décomposition et le (dé)couplage entre cycles biogéochimiques. Enfin, nous cherchons également à caractériser les effets des contaminants sur l’activité biologique des sols, et en retour, sur son impact sur la minéralisation de la matière organique et la disponibilité des éléments majeurs et traces.

Évolution de la disponibilité des éléments à moyen et long terme

Ce second axe de recherche vise à étudier la dynamique temporelle de la disponibilité des éléments lors des changements de culture, après le travail du sol ou d’apports d’intrants, et en fonction de la nature des végétaux ou de de la composition des communautés (diversité spécifique, groupe fonctionnel). Ces approches nous permettent de prédire la disponibilité lors d’évolutions lentes (phase de transitions) comme de ruptures (changement abrupt d’usage des terres). En particulier, nous étudions l’évolution des déterminants lors d’ajout de matières organiques recyclées, qui peuvent être une source potentielle de contaminants des sols. Nous cherchons également à déterminer l’impact des modifications des paramètres climatiques (température, régime hydrique) sur la disponibilité des éléments, notamment via la modification des paramètres physico-chimiques et du compartiment biotique du sol, ou via la contribution des particules minérales et organiques soumises à l’érosion éolienne.

L’enjeu de ces recherches et de coupler l’ensemble de ces processus pour construire des modèles de dynamique de la disponibilité des éléments au cours du temps à l’échelle de la parcelle, en fonction de l’usage des sols et du climat.

Changements d’échelles et prédiction de la disponibilité à l’échelle globale

Ce troisième axe de recherche vise à étudier le transfert des éléments entre différents écosystèmes (lisière) ou entre différents compartiments (érosion éolienne, lessivage) dans le but de quantifier les flux élémentaires et d’évaluer leurs impacts sur la disponibilité des éléments du sol. Nous cherchons notamment à transposer les mécanismes identifiés à l’échelle du site dans des modèles décrivant la disponibilité des éléments à l’échelle globale, et ce au travers d’un changement d’échelle spatiale. Un des objectifs principaux est de rendre les paramétrisations élaborées à l’échelle de sites extrapolables à plusieurs contextes pédo-agro-climatiques, en couplant les modèles mécanistes de disponibilité ainsi obtenus à des bases de données spatialisées, pour déterminer comment la production agricole/forestière globale peut être impactée par la disponibilité en éléments traces et majeurs.