Abstract :
[en] This work aimed to describe a mechanistic model for soil heterotrophic respiration, to apply it to an agricultural soil and to specify its important parameters, in order to define future research fields. A complete description of the model structure is given. It uses a daily time step and is derived from the CENTURY model. The model was found to be independent from the initial carbon pool contents and an exponential relationship was observed between the order of stabilisation of the different pools and their respective decomposition constants. Literature was scanned to provide a panel of biochemical parameter values (nitrogen, lignin, cellulose and hemicellulose contents) for wheat, sugar beet and potato crops. Large parameter ranges of values were noticed and a lack of information about sugar beet and potato crops drove our choice to work with wheat biochemical parameters later on. An exponential relationship between two parameters linked to the effect of temperature on microbial respiratory activity, respectively Tb and h, was highlighted. For a fixed value of Q10, the values of these two parameters varied in opposite ways. The sensitivity analysis was performed at both short and long terms, mainly on the basis of carbon pool contents. The results were very variable from one pool to another. In both analyses Tb and h appeared to be the most sensitive parameters while some differences between both time spans were noticed, notably because of pool stabilisation dynamics and crop residue types. In the end, the combination of sensitivity values with parameter ranges of values brought us to consider the parameters Tb, h, Nlit (% nitrogen in above-ground residues) and Lignlit (% lignin in above-ground residues) and the forcing variables MBR (root residues quantity) and Litfall (above-ground residues quantity) as the features about which further investigations would be needed. The integration of this mechanistic model into a more complete one, also taking account of autotrophic respiration and CO2 diffusion in soils, is a further goal to achieve.
[fr] Les objectifs de ce travail étaient de présenter un modèle mécaniste de respiration hétérotrophe du sol, de l’appliquer à un sol agricole et d’en déterminer les paramètres importants pour définir des axes d’investigation futurs. Une description détaillée de la structure et du fonctionnement du modèle utilisé, adoptant un pas de temps de un jour et dérivé de CENTURY, est donnée. L’initialisation du modèle a permis d’affirmer que ce dernier était indépendant des contenus initiaux en carbone dans les différents pools du modèle. De plus, cette étape a montré que l’ordre de stabilisation des différents pools était essentiellement lié aux constantes de décomposition de chacun d’entre eux. Des valeurs de paramètres biochimiques (teneurs en azote, lignine, cellulose et hémicellulose) de cultures de blé, de betterave et de pomme de terre ont été tirées de la littérature et discutées. De larges plages de variation ont été constatées, et un manque d’informations concernant la betterave et la pomme de terre nous a poussés à travailler avec le blé dans la suite du travail. Une relation de forme exponentielle a été mise en évidence entre deux paramètres liés à l’effet de la température sur l’activité respiratoire microbienne, Tb et h. Pour un Q10 fixé, les valeurs de ces deux paramètres évoluaient en sens opposés. Les résultats de l’analyse de sensibilité, menée à court et à long terme sur base du contenu en carbone des pools, étaient très variables d’un pool à l’autre. Tb et h étaient dans les deux cas les paramètres les plus sensibles, tandis que des différences entre le court et le long terme se marquaient notamment à cause de la dynamique de stabilisation des réservoirs et de l’origine des résidus (aériens ou racinaires). Finalement, la combinaison des valeurs de sensibilité avec les plages de variation des différents paramètres a conduit à considérer les paramètres Tb, h, Nlit (% azote résidus aériens) et Lignlit (% lignine résidus aériens) et les variables de forçage MBR (quantité de résidus racinaires) et Litfall (quantité de résidus aériens) comme les éléments qui nécessiteraient le plus d’investigations par la suite. L’intégration de ce modèle dans un ensemble mécaniste plus complet combinant aussi respiration autotrophe et diffusion du CO2 dans les sols est une perspective majeure à l’issue de ce travail.
