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Abstract :
[en] The CARBIOSOL project’s aim is to develop tools for the assessment of soil quality of agricultural sites in Wallonia. It is financed by the SPW-DGO3. In its fourth part, CARBIOSOL’s main focus lays on the assessment of four agricultural practices and their impact on soil quality measured through biological indicators and carbon fractions as well as the development of analytical and cartographic tools.
Six of eight biological indicators (earthworm abundance, microbial biomass, potential respiration, metabolic potential, metabolic quotient, and microbial quotient) showed significant differences between the considered agricultural practices (conventional agriculture, conservation agriculture, conversion to organic agriculture, and organic agriculture). Further, differences in the fractions of C were shown to be related to the time since practice change, highlighting the fractions advantages over total organic carbon. The changes in the stable fine fraction (C<20μm) appeared slower than those in the labile coarse fraction (C>20μm). Calculation of ratios (coarse fraction/total organic carbon) can provide information on the recent carbon evolution.
Measurement of carbon fractions might be provided by agricultural laboratories in the near future, as the required material is mostly already available. Routine measurements of biological indicators by agricultural laboratories requires additional efforts to guarantee the quality of the measurements and to develop an adequate presentation of the results. Calculated ranges, taking into account both spatial and seasonal variability (measured in CARBIOSOL II and III) can serve for a first assessment of soil quality when no control sites are available. To provide further information to laboratories, a brochure that documents the challenges of soil quality and the available measurements is currently edited.
Various analytical and cartographic tools were developed to optimise the use and understanding of the soil quality indicators by the future users, e.g. agricultural laboratories, farmers or public services. These tools focus on two main spatial scales of analyses, the field and the administrative region of Wallonia.
[fr] Contexte
La qualité du sol peut être définie comme « l’aptitude du sol à remplir ses fonctions écologiques, économiques, sociales, scientifiques et culturelles au sein d’un écosystème naturel ou aménagé ». Le sol étant une ressource non renouvelable à l’échelle de la vie humaine, il est indispensable de développer des outils pour évaluer sa qualité et les effets induits par les changements environnementaux (p.ex. changements climatiques) et/ou anthropiques (p.ex. choix de gestion).
Des indicateurs physico-chimiques, comme le carbone organique total (COT), sont mesurés dans le cadre de réseaux de surveillance dans les sols agricoles wallons (réseau CARBOSOL). Le COT est associé à différents processus du sol, mais sa dynamique ne permet de détecter des évolutions qu’après plusieurs années (> 10 ans). Des indicateurs plus réactifs ont été testés dans le projet CARBIOSOL. D’une part, la séparation du COT en deux fractions aide à séparer les tendances à long terme dans la stabilisation de la matière organique du sol (fraction fine stable) des processus liés à la minéralisation de la matière organique et au taux de renouvellement des nutriments (fraction grossière, incluant le C labile). D’autre part, des indicateurs biologiques (respiration potentielle, biomasse microbienne, minéralisation nette de l’azote, potentiel métabolique des bactéries, vers de terre, quotients microbien et métabolique) fournissent des informations complémentaires par rapport à l’activité des micro-organismes et à la diversité métabolique des organismes impliqués dans la minéralisation de la matière organique.
Ces indicateurs permettent non seulement d’évaluer la qualité du sol, mais ils peuvent constituer également des outils supplémentaires pour aider les agriculteurs dans le choix de leurs pratiques de gestion.
Objectifs
Dans ce projet les effets de différentes pratiques de gestion des sols agricoles wallons sont évalués sur les indicateurs chimiques et biologiques sélectionnés dans CARBIOSOL. Des outils graphiques et cartographiques d’analyse, ainsi que des supports de vulgarisation, sont développés pour faciliter le transfert des connaissances vers les futurs utilisateurs, notamment les laboratoires provinciaux. Les mises en oeuvre nécessaires à ce transfert et à la mise à disposition des informations pour les agriculteurs sont également évaluées.
Résultats
1) Effets des pratiques de gestion sur les indicateurs chimiques et biologiques :
19 parcelles sous différentes pratiques de gestion (agriculture conventionnelle, agriculture de conservation, conversion biologique, agriculture biologique) ont été échantillonnées en juin 2017 afin d’étudier l’effet des pratiques sur la qualité du sol via la mesure d’indicateurs chimiques et biologiques. La pratique de gestion a un effet significatif sur le carbone extrait à l’eau froide, le carbone extrait à l’eau chaude et l’azote extrait à l’eau chaude, ainsi que sur six des huit indicateurs biologiques (vers de terre, respiration potentielle, biomasse microbienne, potentiel métabolique, quotient métabolique, quotient microbien). En général, les valeurs augmentent dans l’ordre agriculture conventionnelle < agriculture de conservation < conversion biologique < agriculture biologique.
Des gammes de référence pour les indicateurs biologiques sont calculées par addition de variance (spatiale et saisonnière) puis en calculant des fonctions de répartition sur base des données de CARBIOSOL II et III. La définition de gammes de référence présente une importante étape vers un outil d’évaluation. Les différences entre pratiques sont toutefois faibles en comparaison à la variabilité spatiale et saisonnière. Les possibilités d’évaluation détaillée de la qualité de sol de parcelles sans témoin par la mesure d’indicateurs biologiques sont donc limitées.
2) Effets des pratiques de gestion sur les fractions de carbone organique :
La pratique de gestion a un effet significatif sur le C organique dans la fraction grossière (C>20μm ; la fraction la plus labile), et le changement de pratique de gestion s’y reflète dans l’année. De plus, plus le nombre d’années écoulées augmente depuis la mise en place de la pratique, plus un effet positif de cette pratique sur la stabilisation du C organique peut être détecté et significatif, notamment sous cultures. Le rapport de la fraction grossière de C sur le C total (C>20μm/COT) procure un indicateur de l’évolution récente (5 à 10 dernières années) du COT. Pour les prairies, la fraction fine de carbone montre peu de différences entre les pratiques de gestion, malgré les années écoulées depuis la mise en place d’une pratique. La stabilisation du C organique dans les prairies aurait, dans bon nombre de cas, atteint sa capacité de stockage de C maximale dictée par la teneur en argiles et limons fins des sols. La relation entre les teneurs en argiles et limons fins et les teneurs en C stable des sols sous prairies permet d’estimer le potentiel maximum de stabilisation d’un sol, et donc le déficit de saturation en C stable des sols sous cultures.
3) Relations entre indicateurs :
Des indicateurs biologiques mesurés, la biomasse microbienne (carbone microbien) et la respiration potentielle montrent les meilleures corrélations avec la fraction grossière de carbone (C labile). La comparaison des données CARBIOSOL I-IV montre que les liens dépendent des gammes de valeurs considérées et des conditions environnementales précédant l’échantillonnage. Ces différences sont les plus marquantes pour la minéralisation nette de l’azote, qui montre une corrélation négative avec le carbone organique total dans les échantillons CARBIOSOL IV, tandis qu’aucun lien significatif n’avait été trouvé auparavant. Cela pourrait s’expliquer par les conditions de sécheresse précédant l’échantillonnage.
4) Développement d’outils graphiques et cartographiques :
Dans la continuité des produits créés dans les précédentes conventions CARBIOSOL, des outils cartographiques et graphiques ont été développés ou améliorés comme aide/outils de diagnostic de la qualité des sols à l’échelle parcellaire ou régionale. Ces outils se concentrent sur : le carbone stable des sols et leur déficit de saturation (évaluation à la parcelle et à la région), l’évolution du COT dans le temps par régions agricoles (sur base des données REQUASUD), et l’intégration des stocks de COT de Wallonie (sols agricoles et forestiers) dans un projet global, i.e. le GSOC map project. Nombres de ces outils ont été mis à disposition d’utilisateurs spécifiques, comme REQUASUD, ou du public (Geoportail : http://geoportail.wallonie.be/, GSOC map : http://www.fao.org/world-soil-day/global-soil-organic-carbon-map/en/).
5) Evaluation de la faisabilité de la mise en routine :
La mise en routine de la mesure des fractions de C organique par les laboratoires provinciaux apparaît possible rapidement, et ce pour un coût faible. L’essentiel du matériel nécessaire pour le fractionnement en laboratoire y est bien souvent déjà disponible, et la manipulation reste simple et rapide. De plus, l’utilisation de la SPIR (spectroscopie proche infra-rouge) pour évaluer les fractions de carbone ne nécessiterait que l’utilisation de nouveaux modèles de calibration dédiés à ces fractions,
et créés sur base des données déjà récoltées par le projet CARBIOSOL. Aucun nouveau protocole ne serait à élaborer. Le protocole déjà mise en place dans les laboratoires provinciaux pour la mesure par SPIR du COT peut être appliqué.
La mise en routine des indicateurs biologiques nécessite des travaux additionnels afin de mettre en place les mesures, garantir la qualité des mesures et de créer des outils d’analyses et de diffusion des résultats répondant aux besoins des agriculteurs. Une introduction graduelle des indicateurs biologiques, en fonction des capacités des laboratoires d’analyses provinciaux, est à privilégier.
6) Proposition de mise en oeuvre pour mettre à disposition des agriculteurs et gestionnaires les indicateurs et outils développés
Une brochure consacrée aux indicateurs de la qualité du sol, basée sur les brochures « La compaction des sols agricoles en Wallonie » et « La compaction des sols forestiers en Wallonie » (M. Destain, 2014, SPW) est en cours d’élaboration. La brochure a principalement pour public cible les laboratoires provinciaux en vue de faciliter la mise en place de la réalisation des analyses biologiques. La mise en forme et la dissémination seront réalisées par le Service Public de Wallonie.
Dans cette brochure, la qualité du sol est définie, les indicateurs développés dans le projet CARBIOSOL sont présentés, ainsi que leurs méthodologies d’analyse et leurs gammes de valeurs de références pour la Wallonie. Les effets des grandes pratiques agricoles sur ceux-ci sont présentés et discutés. Les résultats sont présentés de manière didactique, synthétique, et en capitalisant sur les outils graphiques et cartographiques développés au cours du projet.
7) Communication des résultats : journée d’étude et valorisation des recherches
Les perspectives pour l’utilisation des indicateurs chimiques et biologiques développés dans CARBIOSOL comme outil de diagnostic de la qualité du sol ont été présentées lors d’une conférence organisée par Greenotec le 14 décembre 2017 à Waremme. Plus de 130 personnes étaient présentes, en majorité des agriculteurs.
Les travaux et résultats du projet ont été également présentés au cours de différents congrès (EGU, Thematic Soil Day de la SSSB) et sous forme de publications écrites : Carnol, M., Krüger, I., Malchair, S., Bosman, B., 2017. La qualité des sols, un capital. dans Blerot P., Heyninck C. (Eds.) Le grand livre de la Forêt, 199-203, Forêt.Nature.
Chartin, C., Stevens, A., Goidts, E., Kruger, I., Carnol, M., van Wesemael, B., 2017. Mapping Soil Organic Carbon stocks and estimating uncertainties at the region scale following a legacy sampling strategy (Southern Belgium, Wallonia). Geoderma Regional 9, 73-86.
