Distribution d’agrégats, stabilité et libération d’argile dispersible dans l’eau pour deux Oxisols subtropicaux

Sols et nutrition des plantes

Distribution d’agrégats, stabilité et libération d’argile dispersable dans l’eau pour deux Oxisols subtropicaux

Distribution d’agrégats, stabilité et libération d’argile dispersable dans l’eau pour deux Latossolos subtropicais

Antonio Carlos de AzevedoI, * ; Darrel Gene SchulzeII

I UFSM – Depto. de Solos, Prédio 42 – 97105-900 – Santa Maria, RS – Brasil
IIPURDUE UNIVERSITY- Agronomy Dept, Lilly Hall of Life Sciences, 915 W. State Street, West Lafayette, IN 47907-2054, USA.

ABSTRACT

Le comportement d’un sol concernant la dispersion et l’agrégation de ses particules est très important pour le développement des fonctions environnementales et agricoles du sol. Cette étude a été menée pour déterminer comment la distribution et la stabilité des agrégats sont impactées par les utilisations du sol et comment la libération d’argile dispersible dans l’eau (WDC) est liée à la désagrégation dans les Oxisols du Brésil subtropical. Des échantillons de deux oxisols, prélevés à trois profondeurs sur des sites où le sol est utilisé sans labour (NT), avec un labour conventionnel (CT) et avec une végétation indigène (NV), ont été agités dans des bouteilles en plastique de 250 ml pendant des intervalles allant jusqu’à 27 heures. La masse des agrégats a été mesurée dans cinq classes de taille allant de 53 à 2000 µm. La plupart des agrégats de plus de 500 mm ont disparu au cours des 7,5 premières heures d’agitation, parallèlement à une augmentation de la libération de CMD et sans changement du pH et de la conductivité électrique de la suspension du sol, sans augmentation des agrégats plus petits. Par conséquent, il n’y a pas de hiérarchie des agrégats dans ces sols et la libération de WDC a été causée par la rupture des agrégats dans la gamme de 500 à 2000 mm. Les utilisations du sol affectent la masse des agrégats dans chaque classe de taille, mais la stabilité des agrégats dépend de leur taille et non de l’utilisation du sol.

Mots clés : utilisation des terres, désagrégation, travail du sol, gestion des sols

RESUMO

Le comportement du sol en relation avec son état d’agrégation et de dispersion est d’une grande pertinence agricole et environnementale. Cette étude a été menée pour déterminer comment la distribution et la stabilité des agrégats sont affectées par différentes utilisations et comment la libération d’argile dispersée dans l’eau (WDC) se comporte par rapport à la désagrégation dans les latosols subtropicaux brésiliens. Des échantillons de deux latosols collectés à trois profondeurs dans des sites en semis direct (NT), conventionnel (CT) et avec végétation indigène (NV) ont été agités dans des bouteilles en plastique de 250 ml pendant 27 heures maximum. La masse des agrégats a été mesurée dans cinq classes de taille allant de 53 à 2000 µm. La plupart des agrégats d’une taille supérieure à 500 mm ont disparu au cours des 7,5 premières heures d’agitation, parallèlement à une augmentation de la libération de la CMD, sans modification des valeurs de pH et de conductivité électrique de la suspension, et sans augmentation de la masse des agrégats plus petits. Par conséquent, il n’y a pas de hiérarchie des agrégats dans ces sols et la libération de CMD a été causée par la décomposition des agrégats dont la taille est comprise entre 500 et 2000 mm. Le type d’utilisation a affecté la masse des agrégats dans chaque classe de taille mais la stabilité des agrégats dépend de leur taille et non du type d’utilisation.

Mots clés : utilisation des terres, désagrégation, préparation du sol, gestion des sols

INTRODUCTION

Parce que les agrégats du sol sont dynamiques et répondent rapidement aux changements environnementaux, l’intérêt porté sur eux en tant qu’indicateurs de qualité du sol est croissant (Caravaca et al., 2004 ; Boix-Fayos et al., 2001). En outre, la capacité des particules du sol à protéger la matière organique de l’oxydation permet d’aborder les sols comme un puits de carbone vers l’atmosphère (Torn et al., 1997). Les changements d’utilisation des terres causés par la récolte des arbres (Yanai et al., 2003) et/ou le passage de la forêt à l’agriculture ont un impact considérable sur l’agrégation (Carpenedo & Mielniczuk, 1990 ; Perin et al., 2003) et la dynamique du carbone dans les sols tropicaux acides (Leite et al., 2004 ; Zinn et al., 2005). L’absence de hiérarchie des agrégats (Oades & Waters, 1991) et la grande quantité d’oxydes de fer et d’aluminium font que la stabilité et la taille des agrégats des oxisols altérés nécessitent des études spécifiques. Au Brésil, ces sols ont tendance à avoir des agrégats très stables de moins de 2 mm de diamètre. Par conséquent, les Oxisols argileux se comportent comme des sols à texture moyenne permettant aux activités agricoles telles que le travail du sol ou la récolte de se produire peu après la pluie (Buol & Eswaran, 2000). Le potentiel de libération de l’argile dispersible dans l’eau (WDC) en raison de la désagrégation n’est pas bien connu pour ces sols (Azevedo & Bonumá, 2004) et une telle connaissance peut aider à mieux gérer ces sols pendant les changements d’utilisation des terres, et est importante pour évaluer la mobilité environnementale des herbicides, des pesticides et d’autres composés xénobiotiques utilisés en agriculture (Seta & Karathanasis, 1996 ; Bertsch & Seaman, 1999).

L’objectif de cette étude était d’évaluer l’impact à long terme des pratiques de gestion sur la distribution et la stabilité des agrégats de moins de 2 mm de diamètre et la libération de CMD pendant la désagrégation pour deux Oxisols du sud du Brésil.

MATERIAUX ET METHODES

Les deux sites choisis étaient situés sur le plateau Sul Riograndense, une région géomorphologique développée sur les coulées de lave de la formation Serra Geral (Figure 1). Le sol du site de Santo Ângelo était un haplorthoxe typique développé à partir de roches basaltiques, occupe 7,26 % de l’État du Rio Grande do Sul et se trouve à des altitudes comprises entre 200 et 400 m au-dessus du niveau de la mer (a.s.l.). Le climat est de type Cfa dans le système de Köppen, avec une température annuelle moyenne de 19,5ºC et des précipitations moyennes de 1 850 mm par an-1 (BRASIL, 1973). Des échantillons provenant des traitements des systèmes conventionnels (CT) et sans labour (NT) ont été recueillis à Santo Ângelo, dans l’État de Rio Grande do Sul (28º16′ S, 54º13′ W, environ 280 m d’altitude). L’expérience sur le travail du sol a été établie en 1979 dans un champ qui avait été soumis à une rotation blé-soja depuis 1964 (Dalla Rosa, 1981). Des échantillons d’un sol forestier non perturbé ont été prélevés dans la zone protégée la plus proche de la végétation forestière originale (28º12′ S, 54º13′ W), à environ 15 kilomètres du site expérimental. Le sol du site de Passo Fundo était un Haplohumox typique développé à partir d’un mélange de basalte et de grès et se trouve à des altitudes comprises entre 460 et 700 m d’altitude. Le climat est de type Cfa1, avec une température annuelle moyenne de 18ºC et des précipitations moyennes de 1 750 mm par an-1. Des échantillons sous des systèmes conventionnels et sans travail du sol ont été collectés à Passo Fundo, dans l’État de Rio Grande do Sul (28º14′ S et 52º24′ W) dans une expérience établie en 1983 (Kochham & Denardim, 1997). Les sols sous végétation indigène ont été échantillonnés dans une réserve forestière de la station expérimentale, à moins de 0,5 km du site expérimental.

Dans chacun des deux sites, trois échantillons des traitements NT et CT ont été prélevés au hasard dans le champ expérimental, et les trois échantillons de la végétation indigène (NV) ont également été prélevés au hasard dans les forêts. On a pris soin de maintenir des distances similaires entre les points de collecte dans le champ expérimental et dans les forêts (5 à 10 m). Dans cette étude, NT, CT et NV sont appelés « utilisations des terres ». Les échantillons de 0 à 5 et de 10 à 15 cm de profondeur ont été prélevés dans de petites fosses d’environ 0,3 × 0,3 × 0,20 m de profondeur et les échantillons de 40-60 cm de profondeur ont été prélevés à l’aide d’une tarière à godet. Les échantillons séchés à l’air ont été légèrement écrasés et passés à travers un tamis de 2 mm (fraction de terre fine). Les trois réplications de terrain de chaque utilisation des sols de chaque site ont été combinées, mélangées soigneusement, puis stockées dans des sacs en plastique scellés. Par conséquent, les analyses en laboratoire ont été effectuées sur un échantillon composite de chacune des trois profondeurs, des trois utilisations du sol et des deux sols, pour un total de dix-huit échantillons.

Le carbone organique a été déterminé par digestion dans du K2Cr2O7 et titrage avec du Fe(NH4)2(SO4) 2.6H2O et la distribution granulométrique a été déterminée par la méthode de la pipette après dispersion avec du NaOH à 6% (EMBRAPA, 1997). Les deux analyses ont été effectuées deux fois pour chaque échantillon composite.

La CMD et la stabilité des agrégats des échantillons composites ont été réalisées trois fois (trois passages) par la méthode standard de détermination de la CMD (USDA, 1996). En bref, cinq aliquotes de 10 g de terre fine ont été pesées et placées dans des bouteilles en plastique de 250 mL. Les bouteilles ont été remplies avec 175 mL d’eau déionisée (DI) et secouées (120 excursions par minute, déplacement horizontal de 4 cm) pendant 0, 3,75, 7,5, 15 et 27 heures (une aliquote pour chaque période de temps). Les suspensions ont ensuite été versées à travers un nid de cinq tamis de 1000 µm, 500 µm, 250 µm, 106 µm et 53 µm. L’argile et le limon désagrégés ont été doucement lavés du sol sur les tamis avec de l’eau DI et recueillis dans des cylindres de 1 L pour la détermination du CMD. Le matériel de sol retenu sur les tamis a été séché à 110º pendant 24 heures et pesé. Le matériau du sol qui est passé à travers le nid de tamis a été recueilli dans des cylindres d’un litre et remis en suspension pour la mesure du CMD par la méthode de la pipette (USDA, 1996). Le relâchement a été supposé négligeable, puisque les échantillons soumis uniquement à un mouillage rapide étaient presque entièrement agrégés (temps d’agitation de 0 h sur les figures 2 et 3, somme des agrégats).

La masse des agrégats dans chaque classe de taille, Ai, a été calculée par :

où Bi est la masse sèche de matériau de sol dans la classe de taille i, Ci est la masse sèche de sable dans la classe de taille i et D est la masse initiale du sol séchée à l’étuve. Ci était la moyenne de trois déterminations précédentes de la teneur en sable dans chaque échantillon composite. Le sable a été soustrait du numérateur de l’équation pour éviter de compter les grains de sable individuels comme des agrégats. Par souci de concision, nous utilisons le terme « agrégats » pour désigner Ai, , et « échantillon » pour l’échantillon composite, dans la discussion qui suit.

La distribution des agrégats a été analysée comme un plan de parcelles divisées avec trois traitements (NT, CT, NV) avec trois blocs (chacun des trois parcours) répliqués dans le temps. Les données pour chaque type de sol, profondeur et classe de taille ont été analysées séparément. Le temps de secouage a été considéré comme l’unité entière et l’utilisation du sol comme la sous-unité de l’expérience en parcelles divisées. Pour les données sur la masse du sol en pourcentage, une transformation en racine carrée a été effectuée avant l’analyse de la variance afin d’obtenir une homogénéité de la variance des erreurs. L’erreur (a) a été regroupée avec l’erreur (b) car elle n’était pas significative (P = 0,25) dans la majorité des cas. Les effets du temps et de l’utilisation des terres par rapport au temps ont été partitionnés en contrastes polynomiaux orthogonaux. Les régressions sur les moyennes des variables dépendantes en fonction de l’utilisation des terres et du temps ont été suivies de l’analyse de la variance (ANOVA) avec le modèle de régression déterminé par les effets et les contrastes significatifs du traitement. La comparaison entre les modèles de régression de la désagrégation de chaque utilisation des terres (le long des temps d’agitation) par l’ANOVA est présentée dans le tableau 2.

RESULTATS ET DISCUSSION

Parce que la teneur en sable a été soustraite de la masse de matériau de sol retenue dans chaque classe de taille (équation ), l’Haplohumox typique plus sableux (tableau 1) avait moins d’agrégats de sol dans chaque classe de taille que l’Haplorthox typique.

Avant le secouage (temps de secouage de 0 h ; figures 2 et 3), de 73 à 91 % de l’Haplorthox Typique et de 54 à 69 % de l’Haplohumox Typique se trouvaient dans des agrégats. À deux exceptions près, les modèles de désagrégation régressés étaient différents (P = 0,01) entre les trois utilisations des terres pour les profondeurs d’échantillonnage de 0-5 et 5-10 cm, mais l’utilisation des terres avait moins d’effet sur les modèles de désagrégation pour la profondeur de 40-60 cm (tableau 2).

Un certain comportement commun a pu être observé dans les deux sols (figures 2 et 3) : il y avait très peu d’agrégats de 106 à 53 µm et de 250 à 105 µm dans le sol sous la végétation indigène à des profondeurs de 0 à 5 cm et de 10 à 15 cm ; les agrégats de plus de 500 mm de diamètre dominaient à la fois à des profondeurs de 0 à 5 cm et de 10 à 15 cm, mais à une profondeur de 40 à 60 cm, les agrégats de 2 000 à 1 000 µm de diamètre étaient les moins abondants ; et bien que l’ordre d’empilement des courbes dans un même graphique changeait en fonction de la classe de taille et de la profondeur, on a noté que les formes des courbes étaient, en général, similaires pour chaque classe de taille.

Il y avait une petite libération de CMD lors du mouillage initial (0h d’agitation) dans tous les échantillons, soutenant l’hypothèse que le relâchement n’était pas un processus de désagrégation significatif dans les conditions expérimentales.

Les plus grands agrégats (2000-1000 µm et 1000-500 µm) se sont désagrégés rapidement au cours des 7,5 premières heures d’agitation, mais la masse des agrégats plus petits n’a pas augmenté en même temps, ce qui a montré que ces agrégats étaient principalement brisés en particules de sol primaires et non en petits agrégats (figures 2 et 3). Par conséquent, ces sols n’avaient pas de hiérarchie d’agrégats (Oades & Waters, 1991). Puisque la CMD a augmenté avec la désagrégation des agrégats de plus de 500 µm, sans changement de pH des suspensions, la désagrégation semble être le principal mécanisme de production de la CMD.

L’absence de hiérarchie des agrégats permet de décrire la désagrégation par un modèle de processus de premier ordre (Beare & Bruce, 1993 ; Parkin & Robinson, 1992 ; Olson, 1963) :

où Ai,t est la masse des agrégats de la classe de taille i au temps t, Ai,0 est la masse des agrégats au temps 0, et k est un paramètre de courbure. Ce modèle ne tient pas compte des ajouts d’agrégats au tamis i, produits par la désagrégation des agrégats dans le tamis i+1 au-dessus de lui, et ne peut donc être utilisé que dans les sols sans hiérarchie d’agrégats. Le paramètre de courbure (k) a été considéré comme un indice du taux de désagrégation, et plus sa valeur absolue est grande, plus la stabilité des agrégats est faible. Aucun modèle reconnaissable n’a été trouvé en organisant les valeurs de k selon l’utilisation des terres. Cependant, lorsque la gamme de variation de k a été tracée en fonction de la classe de taille de l’agrégat, une tendance raisonnablement claire est apparue (Figures 4 et 5), indiquant que les valeurs de k étaient regroupées autour de valeurs successivement plus grandes à mesure que la classe de taille augmente. Cela suggère que l’utilisation des terres avait plus d’impact sur la quantité de matériaux du sol dans chaque classe de taille (distribution des agrégats, figures 2 et 3) que sur la stabilité des agrégats.

L’effet de l’utilisation des terres sur les valeurs k peut être déduit de la dispersion des valeurs à chaque profondeur et classe de taille (points le long de chaque ligne sur les figures 4 et 5). Bien qu’il ne soit pas dominant, l’effet de l’utilisation des terres est plus important (plage plus large) dans les classes de taille supérieures à 500 mm et dans les horizons de surface (Figures 4 et 5). Ceci est en accord avec le modèle d’agrégation suggéré par Oades & Waters (1991), dans lequel les grands agrégats sont plus dépendants des hyphes fongiques et des racines fines, et donc de l’utilisation du sol, alors que les petits agrégats dépendent plus des propriétés colloïdales et de la chimie du sol.

Considérant que la libération de CMD était étroitement liée à la désagrégation des agrégats de plus de 500 mm, que les systèmes conventionnels et sans labour ont favorisé une diminution de la quantité de gros agrégats, et qu’il n’existe pas de hiérarchie des agrégats, une quantité considérable d’argile peut potentiellement être perdue lors du passage d’une utilisation forestière à une utilisation agricole des terres. Dans tous les cas, le maintien des grands agrégats est, selon ces résultats, essentiel pour éviter une augmentation de la CMD. Ajoutons à cela que les complexes de minéraux argileux et de colloïdes organiques, qui augmentent le potencial de dispersion, devraient être plus importants dans les horizons de surface (Tombácz et al., 2004).

ACKNOWLEDGEMENTS

A CAPES-Brésil (BEX 1316-96/6), numéro d’article 2006-17943 de la revue Purdue Agricultural Research Programs, et à A. Dallarosa et J. Becker, de COTRISA ; J. E. Denardin et R. A. Kochham, de EMBRAPA.

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