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La valorisation des travaux analytiques conduits par le CIRAD sur l'île de la Réunion au cours de la période 2005 à 2012 a permis de préciser les fournitures en azote associées à la minéralisation de l'azote organique en l'absence d'apport d'azote exogène (témoins 0N). Quatre contextes pédoclimatiques sont décrits en intégrant différentes altitudes et pluviométries. A l'échelle de l'année, le prélèvement d'azote par la prairie associé à la minéralisation de l'azote du sol dépasse les 200 kg N/ha/an. Sur le littoral, ce prélèvement varie de 200 à 380 kg N/ha/an. A 1 600 m d'altitude, il varie de 170 à 280 kg N/ha/an. Ces quantités d'azote disponibles pour le couvert doivent être prises en compte dans les prévisions de fertilisation en lien notamment avec les profils de croissance de l'herbe observés à La Réunion. La variabilité observée sur les différents sites renforce la nécessité de compléter ces données par de nouvelles références issues de sites complémentaires et de les intégrer dans un modèle de prévision.

La Choletaise Horticulture is a producer of potted plants that want to develop a range of pot grown herbs for mass food retail. A market survey has shown that consumers are interested in the organic label and alternatives to plastic pot. This paper assesses impacts of container, organic substrate and frequency of organic liquid fertilization on the quality and production cost of three herb species (basil, parsley and chives) through two trials. This document also puts forward the most consistent options (from an agronomic, economic and commercial point of view) for the company.; La Choletaise Horticulture est un producteur de plantes en pots qui cherche à développer une gamme de fines herbes à destination de la grande distribution. Une étude de marché a fait ressortir l’intérêt des consommateurs pour la labellisation Agriculture Biologique et les contenants alternatifs aux plastiques. Ce document évalue les impacts du contenant, du substrat organique et de la fréquence de fertilisation organique liquide sur la qualité et le coût de production de trois espèces de fines herbes (le basilic, le persil et la ciboulette) à travers deux expérimentations. Ce document met aussi un avant les modalités les plus cohérentes (d’un point de vue agronomique, économique et commercial) pour l’entreprise.

"Ce que Nous Savons Sur" n°4; Nous présentons dans ce rapport les résultats des études conduites à l'INRA en Guadeloupe sur la dynamique de l'azote (N) disponible pour les cultures (biodisponible) dans les sols acides de Basse-Terre. Nous nous attachons d'abord à décrire les processus qui amènent à rendre disponible l'N contenu dans la matière organique du sol (minéralisation, ammonification, nitrification) et ensuite ceux qui induisent sa perte définitive (lessivage, volatilisation, dénitrification) ou temporaire (immobilisation). Nous faisons un focus particulier sur l'impact de l'acidité du sol sur cette dynamique ainsi que sur les fonctions du sol qui permettent de réduire les pertes d'N disponible (inhibition de la nitrification, adsorption des nitrates), et assurer l'efficacité des apports azotés et l'absorption de la plante. Dans la plupart des cas, l'N biodisponible est retrouvé sous la forme d'ammonium, plus adsorbé par les argiles et moins lessivable que les nitrates. Cette caractéristique, particulière aux sols acides, est la conséquence de l'impact de l'acidité sur l'inhibition partielle de la nitrification, c'est-à-dire de la transformation de l'ammonium en nitrates. Cette fonction inhibitrice, favorable à la conservation de l'N biodisponible, est dépendante du pH et donc peut être négativement affectée par une mauvaise gestion du chaulage (p.ex. excès). La décomposition des résidus en post-récolte produit une disparition temporaire de l'N biodisponible (immobilisation), dont l'importance et la durée dépendent de la quantité et la qualité de la paille. Ce phénomène doit être considéré pour définir la date de plantation ou de semis afin d'éviter "la faim d'azote". Suite à cette immobilisation, l'N contenu dans les résidus est libéré et peut contribuer significativement à la nutrition de la culture suivante. Ce plus d'N doit être inclus dans les calculs des doses d'engrais afin d'éviter la sur-fertilisation des cultures. Le lessivage des nitrates est la principale cause des pertes de l'N biodisponible sous climat tropical humide, mais il est limité par la capacité d'adsorption des nitrates des argiles présents dans les sols acides. Encore une fois, l'excès de chaulage peut réduire cette capacité et ainsi accroître le lessivage et les pertes d'N. Une plus grande efficacité des apports azotés peut être obtenue en utilisant des engrais de type ammoniacal et en évitant de les appliquer au pied de la plante. Dans le cas des amendements organiques, leur non enfouissement réduit le risque de lessivage, mais cette pratique dépend des normes réglementaires et, pour certains amendements, des désagréments causés par l'application superficielle. Le mélange des espèces ayant des profils racinaires différents peut aussi contribuer à améliorer l'efficacité d'utilisation de l'N biodisponible, en jouant sur la complémentarité de l'absorption d'N dans le profil du sol : plus superficielle pour l'ammonium, plus profond pour les nitrates lessivés. La volatilisation et la dénitrification ne devraient pas être des contraintes fortes dans les sols acides de Guadeloupe : l'acidité ne favorise pas la volatilisation, le bon drainage des sols ne favorise pas l'apparition des sites dénitrifiants. En conclusion, une bonne gestion de l'N biodisponible, provenant de la matière organique du sol ou apporté par les engrais et amendements, doit s'appuyer sur la valorisation des propriétés des sols acides qui favorisent la rétention de l’N, tout en évitant les pratiques qui pourraient l’affecter négativement.

National audience; Les cycles des nutriments, en particulier de l’azote et du phosphore, sont sous la dépendance des populations microbiennes du sol vivant dans l’environnement des racines, défini comme la « rhizosphère ». La symbiose mycorhizienne, établie entre les racines et les champignons mycorhiziens du sol, contribue de façon importante à l’amélioration de la nutrition minérale des plantes (N et surtout P), en augmentant la mobilisation et le prélèvement des éléments minéraux par les hyphes qui se développent hors des racines, puis en transférant ces éléments minéraux à la plante-hôte. Cependant, par rapport à la symbiose mycorhizienne, les populations bactériennes de la rhizosphère jouent un rôle très important dans la minéralisation des composés organiques, conduisant à la production d’éléments minéraux (N et P) qui sont à la base de la nutrition minérale des cultures. Mais ces populations bactériennes peuvent aussi immobiliser les éléments minéraux produits, rentrant ainsi en compétition avec les cultures. Dans ce contexte, le rôle de la prédation des bactéries du sol par la microfaune devrait être mieux pris en compte pour une meilleure compréhension du cycle des nutriments dans le sol. L’exposé s’appuiera sur (i) les résultats d’une méta-analyse de la littérature et (ii) des exemples relatifs à la minéralisation de l’azote et du phosphore organique pour illustrer l’importance des relations trophiques qui peuvent conditionner très fortement le recyclage de certains composés organiques qui, autrement, restent inaccessibles aux plantes.

Le sol est un compartiment majeur de stockage du carbone (C) organique de l'écosystème terrestre. Il joue un rôle important dans la régulation du climat. Toute variation des flux de carbone entre l'atmosphère et l'écosystème terrestre pourrait avoir un impact important sur l'augmentation de CO2 dans l'atmosphère, mais aussi sur la diminution des teneurs en matière organique du sol et donc sur la fertilité des sols. Au Nord Cameroun, les sols sont exposés à de longues périodes sèches (5 à 6 mois par an) qui alternent avec une saison humide. La période de transition entre ces deux saisons, peut durer de mi-avril à fin juin et est caractérisée par des pluies très irrégulières. Ces cycles d'humectation-dessiccation pourraient selon la littérature accentuer la minéralisation du carbone organique du sol et le cycle des éléments nutritifs. L'objectif de cette étude est de quantifier l'impact des cycles humectation-dessiccation sur la minéralisation du carbone dans un contexte soudano-sahélien. Pour faire des mesures représentatives sur le terrain, il est nécessaire d'étudier la variation sur 24 heures de la respiration du sol après humectation suite à une période sèche. Cette mise au point méthodologique a montré que la respiration du sol présente une courbe quadratique au cours de la journée, devenant presque linéaire au cours de la nuit. La température et l'humidité du sol ont permis d'expliquer au moins 73% des variations sur 24 heures. Ces observations ont été utilisées pour proposer une méthode pour estimer la respiration moyenne diurne et nocturne après humectation des sols. La méthode proposée dans cette étude a l'avantage d'être basée sur un nombre réduit de mesures et est par conséquent plus facile à mettre en oeuvre pour suivre la respiration du sol sur 24 heures après les premières pluies. Une première étude expérimentale de terrain a permis de montrer que la ré-humectation des sols et le mode de gestion des pailles ont augmenté la minéralisation du carbone de ces sols. En revanche, la fréquence des cycles humectation-dessiccation des sols sur une période de 50 jours n'a pas augmenté la minéralisation cumulée du carbone des sols. Au Nord Cameroun, la minéralisation rapide des pailles rend difficile l'augmentation des stocks de carbone du sol par conservation des pailles des cultures précédentes à la surface du sol. Dans une seconde expérimentation de laboratoire, en conditions contrôlées, les cycles humectation-dessiccation n'ont pas augmenté la minéralisation du carbone organique du sol et de l'azote (N) par rapport aux sols maintenus humides. Cependant, les émissions de CO2 ont augmenté avec l'addition de paille enrichie en carbone-13. Cette addition de la paille marquée a augmenté la minéralisation de la matière organique du sol (priming effect). La minéralisation de la paille a diminué avec les cycles humectation-dessiccation et la quantité de paille restante était de 102 μg Cg-1 sol sur les sols ré-humectés contre 48 μg Cg-1 sol sur les sols maintenus humides. L'absence de cette réponse de la minéralisation du carbone et d'azote du sol aux cycles humectation-dessiccation pourrait être liée à une baisse de l'activité microbienne durant les périodes de dessèchement et l'absence d'une augmentation soutenue des taux de minéralisation du carbone avec les cycles ultérieurs d'humectation-dessiccation.

National audience

National audience; Les modes d’occupation des sols et de gestion des terres ont des effets importants sur la nature des restitutions organiques et, par les techniques culturales qui en découlent, sur un certain nombre de facteurs qui affectent les cycles biogéochimiques et les communautés microbiennes du sol. Dans ce contexte, le projet COSMOS-flux (programme GESSOL2), avait pour objectif d’étudier deux premiers cas d’évolution de la gestion des sols : la conversion labour-non labour (étudiée sur le site Arvalis de Boigneville, Essonne, sur des parcelles en semis direct depuis 14 ans) et la conversion prairie-rotation de cultures annuelles étudiée sur le site INRA de l’ORE de Lusignan (Vienne), dans le cadre de la problématique d’introduction de prairies temporaires dans les rotations. Les évolutions constatées pendant 18 à 36 mois après l’application des changements ont été suivies à la fois sur les compartiments organiques des couches superficielles du sol (0-20 et 0-30 cm pour Boigneville et Lusignan, respectivement), sur les biotransformations de l’azote (minéralisation, organisation, nitrification) et sur les communautés microbiennes impliquées dans la nitrification (nitratants) et la dénitrification en termes d’activité, d’effectif et de diversité. Les résultats obtenus ont tout d’abord confirmé des situations initiales bien contrastées du point de vue des compartiments organiques et des activités microbiennes et flux d’azote entre sol sous prairie âgée de 5ans et sol en rotation de cultures annuelles d’une part, sol en semis direct et sol labouré d’autre part. Ces contrastes sont dus à l’accumulation significative de matière organique en surface. Les seconds cas concernent la conversion réciproque, pour lesquels nous avons observé que le travail du sol appliqué sur les parcelles en semis direct (Boigneville) ou pour détruire la prairie (Lusignan) constitue une perturbation très forte ; celleci conduit à l’évolution très rapide des caractéristiques des compartiments organiques et activités microbiennes vers celles observées dans les sols annuellement labourés ou en rotation de cultures annuelles. Par contre, les changements de pratique inverses (passage du labour au non labour ou implantation d’une prairie) ne conduisent pas ou peu à l’évolution des caractéristiques du sol à l’échelle de 2 à 3 ans. Les résultats obtenus permettent aussi de discuter la hiérarchie des facteurs expliquant la réponse de la nitrification et de la dénitrification. La diversité des communautés microbiennes semble mal expliquer les niveaux d’activité. Les effectifs expliquent bien les changements de niveaux de nitrification, mais pas ceux de dénitrification. Enfin, le carbone organique est la variable environnementale qui joue le rôle de facteur-clé pour les réponses observées sur la dénitrification.

The aims of the present thesis was to improve our knowledge on (i) the relationships between humus morphology and mineral nitrogen (N) production, (ii) N cycle and its regulation within the different soil layers and (iii) the environmental factors responsible for the development of humus forms and controlling soil N pathways along a chronosequence of 130 years of pure beech. The nitrogen cycle. Potential net ammonification increases with stand age in the organic horizons, whereas both potential and net in situ nitrification decrease in OL and A horizons. Potential net nitrification takes mainly place in the OF and OH horizons with ammonification always higher in the organic horizons. The fungal N transformations clearly dominate in the OL horizon while bacterial processes appear to be mainly localized in the A horizon. In general, it appears that the intensity of the first steps of the cycle (i.e. N input and ammonification) are favored during the maturation of pure stands of beech while the latter process of the cycle (i.e. nitrification and denitrification) decrease along the chronosequence. Leaching of nitrate did not differ along the chronosequence, while the uptake of mineral N by roots (especially ammonium), and the leaching of ammonium significantly increased. We also observed several significant correlations between morphological variables and net nitrification or nitrate content within the organic horizons. Therefore, several morphological variables, such as the thickness of OF, density of earthworm casts, the structure of the A horizon or the percentage of bleached leaves in OLv, were found to be good predictors of in situ mineral N production. Furthermore, the morphological variables specific to the horizon OLv were also depicted as robust indicators of ex situ mineral N production. This work demonstrates that the shift mull-moder occurring along the chronosequence means an increase of ammonium production but a decrease in nitrification. The driving factors. We did not find significant differences in litter production along the chronosequence, in opposite, the rate of litter decomposition decreased during the aggradation phase. Furthermore, litter decay rate was strongly correlated with the thickness of OF and OH layers. Thus, the decrease in litter decay rate appears to be responsible for the mull-moder shift observed during the chronosequence, while litter production would rather play a secondary role but may contribute to the second shift observed from hemimoder to dysmoder humus forms. The decrease in litter decomposition rate is partly explained by changes in both the structural and functional profiles of soil microbial communities. At the structural level, the fungal biomass in OL decreased from young to old stands. However, in OF and OH layers, the fungal to bacterial biomass ratio increased. Functional diversity of microbial community in organic horizons is higher in the oldest stands. Parallel to these changes, similar modifications were observed in litter quality. The results highlighted two major shifts. The first after 15 years corresponds to a decrease in Mg, hemicellulose, cellulose, lignin and N, and an increase in Mn content, lignin, C/N and lignin/N. The second after 95 years corresponds to a decrease in lignin, cations and N contents, lignin N, and an increase in cellulose N and hemicellulose N. An experimental approach allowed us to test the effects of beech litter (supply and quality), and roots (mycorhizal or not) on N cycling and soil microbial communities. Litter, regardless of initial quality, inhibits autotrophic nitrification and promotes fungal community. The roots promote ammonification potential while mycorhizal roots inhibit autotrophic nitrification. Therefore we hypothesized that litter quality may drive the soil microbial assemblages both at the functional and the structural level.; L'objectif de cette thèse est de contribuer à la compréhension (i) des relations morphologie/cycle de l'azote au sein de l'épisolum humifère, (ii) du cycle de l'azote au sein des différents horizons de l'épisolum humifère et (iii) des facteurs écologiques responsables du développement des formes d'humus et régulant le cycle de l'azote dans l'épisolum le long d'une chronoséquence de 130 ans en hêtraies pures. Le cycle de l'azote. L'ammonification potentielle nette augmente avec l'âge des peuplements au sein des horizons organiques alors que la nitrification potentielle et in situ nette diminue au sein des horizons OL et A. La nitrification potentielle nette est essentiellement localisée au sein des horizons OF et OH et l'ammonification est toujours plus élevée au sein des horizons organiques. Les transformations fongiques dominent nettement au sein de l'horizon OL alors que les processus bactériens sont principalement localisés dans l'horizon A. Les résultats montrent que les processus en amont du cycle (apport d'azote, ammonification) sont favorisés au cours de la maturation des peuplements alors que les processus en aval du cycle (nitrification, dénitrification) diminuent le long de la chronoséquence. Le lessivage des nitrates varie peu le long de la chronoséquence alors que le prélèvement de l'azote minéral (surtout l'ammonium) et le lessivage de l'ammonium augmentent significativement. Nous avons également observé des corrélations significatives entre les variables morphologiques et la nitrification nette ou la teneur en nitrate au sein des horizons organiques. Certaines variables morphologiques (i.e. l'épaisseur de l'OF, le nombre de turricules de vers de terre, la structure de l'horizon A ou le pourcentage de feuilles blanchies au sein de l'horizon OLv) présentent un potentiel indicateur de production in situ d'azote minéral. Les variables morphologiques spécifiques { l'horizon OLv pourraient constituer des indicateurs robustes de production potentielle d'azote minéral. Les facteurs de contrôle. Nous n'avons pas observé de variabilité significative des retombées de litière le long de la chronoséquence alors que la vitesse de décomposition de la litière diminue durant la phase de croissance des peuplements. De plus, la vitesse de décomposition de la litière est fortement corrélée à l'épaisseur des horizons OF et OH. La chute de la vitesse de décomposition de la litière serait donc responsable du changement mull-moder observé le long de la chronoséquence, alors que la production de litière jouerait un rôle secondaire mais contribuerait à un changement hemimoder-dysmoder. La chute de la vitesse de décomposition de la litière est en partie expliquée par des changements du profil structurel et fonctionnel des communautés microbiennes du sol le long de la chronoséquence. La biomasse fongique dans l'OL diminue le long de la chronoséquence. Le ratio biomasse fongique/biomasse bactérienne au sein des horizons OF et OH augmente le long de la chronoséquence. La diversité fonctionnelle des communautés bactériennes dans les horizons organiques est plus élevée dans les peuplements âgés. Ces changements fonctionnels au sein de l'épisolum humifère pourraient être sous le contrôle de la qualité de la litière de hêtre qui varie considérablement le long de la chronoséquence. Les résultats mettent en avant deux changements majeurs de la qualité de la litière. Le premier après 15 ans de vieillissement correspond à (1) une diminution des teneurs en Mg, en hémicellulose, en cellulose, en azote dans la lignine et (2) une augmentation des teneurs en Mn, en lignine, du C/N et du lignine/N. Le second après 95 ans de vieillissement correspond { (1) une baisse de la teneur en lignine, des cations et de l'azote dans la lignine et (2) une augmentation de la cellulose et de l'azote dans l'hémicellulose. Une approche expérimentale nous a permis de tester les effets de la litière de hêtre (apport et qualité) mais également des racines de hêtre (mycorhizées ou non) sur le cycle de l'azote et les communautés microbiennes du sol. La litière de hêtre, indépendamment de sa qualité initiale, inhibe la nitrification autotrophe et favorise la communauté fongique. Les racines, mycorhizées ou non, favorisent l'ammonification potentielle et les racines mycorhizées inhibent la nitrification autotrophe.

The aims of the present thesis was to improve our knowledge on (i) the relationships between humus morphology and mineral nitrogen (N) production, (ii) N cycle and its regulation within the different soil layers and (iii) the environmental factors responsible for the development of humus forms and controlling soil N pathways along a chronosequence of 130 years of pure beech. The nitrogen cycle. Potential net ammonification increases with stand age in the organic horizons, whereas both potential and net in situ nitrification decrease in OL and A horizons. Potential net nitrification takes mainly place in the OF and OH horizons with ammonification always higher in the organic horizons. The fungal N transformations clearly dominate in the OL horizon while bacterial processes appear to be mainly localized in the A horizon. In general, it appears that the intensity of the first steps of the cycle (i.e. N input and ammonification) are favored during the maturation of pure stands of beech while the latter process of the cycle (i.e. nitrification and denitrification) decrease along the chronosequence. Leaching of nitrate did not differ along the chronosequence, while the uptake of mineral N by roots (especially ammonium), and the leaching of ammonium significantly increased. We also observed several significant correlations between morphological variables and net nitrification or nitrate content within the organic horizons. Therefore, several morphological variables, such as the thickness of OF, density of earthworm casts, the structure of the A horizon or the percentage of bleached leaves in OLv, were found to be good predictors of in situ mineral N production. Furthermore, the morphological variables specific to the horizon OLv were also depicted as robust indicators of ex situ mineral N production. This work demonstrates that the shift mull-moder occurring along the chronosequence means an increase of ammonium production but a decrease in nitrification. The driving factors. We did not find significant differences in litter production along the chronosequence, in opposite, the rate of litter decomposition decreased during the aggradation phase. Furthermore, litter decay rate was strongly correlated with the thickness of OF and OH layers. Thus, the decrease in litter decay rate appears to be responsible for the mull-moder shift observed during the chronosequence, while litter production would rather play a secondary role but may contribute to the second shift observed from hemimoder to dysmoder humus forms. The decrease in litter decomposition rate is partly explained by changes in both the structural and functional profiles of soil microbial communities. At the structural level, the fungal biomass in OL decreased from young to old stands. However, in OF and OH layers, the fungal to bacterial biomass ratio increased. Functional diversity of microbial community in organic horizons is higher in the oldest stands. Parallel to these changes, similar modifications were observed in litter quality. The results highlighted two major shifts. The first after 15 years corresponds to a decrease in Mg, hemicellulose, cellulose, lignin and N, and an increase in Mn content, lignin, C/N and lignin/N. The second after 95 years corresponds to a decrease in lignin, cations and N contents, lignin N, and an increase in cellulose N and hemicellulose N. An experimental approach allowed us to test the effects of beech litter (supply and quality), and roots (mycorhizal or not) on N cycling and soil microbial communities. Litter, regardless of initial quality, inhibits autotrophic nitrification and promotes fungal community. The roots promote ammonification potential while mycorhizal roots inhibit autotrophic nitrification. Therefore we hypothesized that litter quality may drive the soil microbial assemblages both at the functional and the structural level., L'objectif de cette thèse est de contribuer à la compréhension (i) des relations morphologie/cycle de l'azote au sein de l'épisolum humifère, (ii) du cycle de l'azote au sein des différents horizons de l'épisolum humifère et (iii) des facteurs écologiques responsables du développement des formes d'humus et régulant le cycle de l'azote dans l'épisolum le long d'une chronoséquence de 130 ans en hêtraies pures. Le cycle de l'azote. L'ammonification potentielle nette augmente avec l'âge des peuplements au sein des horizons organiques alors que la nitrification potentielle et in situ nette diminue au sein des horizons OL et A. La nitrification potentielle nette est essentiellement localisée au sein des horizons OF et OH et l'ammonification est toujours plus élevée au sein des horizons organiques. Les transformations fongiques dominent nettement au sein de l'horizon OL alors que les processus bactériens sont principalement localisés dans l'horizon A. Les résultats montrent que les processus en amont du cycle (apport d'azote, ammonification) sont favorisés au cours de la maturation des peuplements alors que les processus en aval du cycle (nitrification, dénitrification) diminuent le long de la chronoséquence. Le lessivage des nitrates varie peu le long de la chronoséquence alors que le prélèvement de l'azote minéral (surtout l'ammonium) et le lessivage de l'ammonium augmentent significativement. Nous avons également observé des corrélations significatives entre les variables morphologiques et la nitrification nette ou la teneur en nitrate au sein des horizons organiques. Certaines variables morphologiques (i.e. l'épaisseur de l'OF, le nombre de turricules de vers de terre, la structure de l'horizon A ou le pourcentage de feuilles blanchies au sein de l'horizon OLv) présentent un potentiel indicateur de production in situ d'azote minéral. Les variables morphologiques spécifiques { l'horizon OLv pourraient constituer des indicateurs robustes de production potentielle d'azote minéral. Les facteurs de contrôle. Nous n'avons pas observé de variabilité significative des retombées de litière le long de la chronoséquence alors que la vitesse de décomposition de la litière diminue durant la phase de croissance des peuplements. De plus, la vitesse de décomposition de la litière est fortement corrélée à l'épaisseur des horizons OF et OH. La chute de la vitesse de décomposition de la litière serait donc responsable du changement mull-moder observé le long de la chronoséquence, alors que la production de litière jouerait un rôle secondaire mais contribuerait à un changement hemimoder-dysmoder. La chute de la vitesse de décomposition de la litière est en partie expliquée par des changements du profil structurel et fonctionnel des communautés microbiennes du sol le long de la chronoséquence. La biomasse fongique dans l'OL diminue le long de la chronoséquence. Le ratio biomasse fongique/biomasse bactérienne au sein des horizons OF et OH augmente le long de la chronoséquence. La diversité fonctionnelle des communautés bactériennes dans les horizons organiques est plus élevée dans les peuplements âgés. Ces changements fonctionnels au sein de l'épisolum humifère pourraient être sous le contrôle de la qualité de la litière de hêtre qui varie considérablement le long de la chronoséquence. Les résultats mettent en avant deux changements majeurs de la qualité de la litière. Le premier après 15 ans de vieillissement correspond à (1) une diminution des teneurs en Mg, en hémicellulose, en cellulose, en azote dans la lignine et (2) une augmentation des teneurs en Mn, en lignine, du C/N et du lignine/N. Le second après 95 ans de vieillissement correspond { (1) une baisse de la teneur en lignine, des cations et de l'azote dans la lignine et (2) une augmentation de la cellulose et de l'azote dans l'hémicellulose. Une approche expérimentale nous a permis de tester les effets de la litière de hêtre (apport et qualité) mais également des racines de hêtre (mycorhizées ou non) sur le cycle de l'azote et les communautés microbiennes du sol. La litière de hêtre, indépendamment de sa qualité initiale, inhibe la nitrification autotrophe et favorise la communauté fongique. Les racines, mycorhizées ou non, favorisent l'ammonification potentielle et les racines mycorhizées inhibent la nitrification autotrophe.

The aim of this thesis was to identify the main indicators of N availability in forest soils and thereafter to determine mechanisms by which tree species control soil N mineralization and nitrification. Various indicators of N availability were compared within 50 beech forests covering a large range of soil types in northeastern France. Thereafter, the effect of six tree species was studied in an acidic cambisol hyperdystric at the experimental site of Breuil (Morvan, France). Potential net N mineralization was negatively correlated with soil pH and positively with microbial C/N ratio. Percent nitrification was strongly correlated with the combination of soil pH and soil C/N or with the combination of Ellenberg's indices of N availability or Ecoplant C/N and Ellenberg's indices of acidity (R) based on the vegetation community composition. At the Breuil experimental site, the percent nitrification was high in beech, Corsican pine and Douglas fir plantations whereas it was very low in the Nordmann fir and the spruce plantations and the native forest stands (an old coppice with standard dominated by beech and oak). The exchange of soil cores between stands showed that under the « High nitrifying stands », root colonization was low and percent nitrification was quickly stimulated (28 months). Percent nitrification was quickly stimulated by clear felling of the native forest. Our results converge toward a strong influence of roots on the nitrogen cycle in forest ecosystems but it needs further efforts to identify the mechanism., L'objectif de cette thèse était d'identifier les principaux indicateurs de disponibilité de l'azote dans les sols forestiers et ensuite de déterminer les mécanismes impliqués dans le contrôle de la minéralisation de l'azote et de la nitrification par les essences forestières. Différents indicateurs de la disponibilité en azote des sols ont été comparés dans 50 hêtraies du Nord Est de la France représentant une large gamme de type de sol. L'effet des essences a été étudié sur un cambisol hyperdystric acide dans le site de Breuil (Morvan, France). Le potentiel net de minéralisation de l'azote est corrélé négativement avec le pH du sol et positivement avec le rapport C/N microbien. Le pourcentage de nitrification est fortement corrélé à une combinaison du pH avec le rapport C/N du sol ou à la composition de la végétation. Dans le site de Breuil, le pourcentage de nitrification du sol est élevé sous le hêtre, le pin laricio et le douglas tandis qu'il est très faible sous le Sapin, l'Epicéa et la forêt native (taillis sous futaie à base de hêtre et de chêne). La permutation des carottes de sols entre ces peuplements montre que sous les peuplements forts nitrifiants, la colonisation racinaire est lente et le pourcentage de nitrification est stimulé très rapidement (28 mois). Par ailleurs, la coupe à blanc stimule très rapidement la nitrification sous la forêt native. L'ensemble de ces résultats converge vers un contrôle fort du cycle de l'azote par les racines, mais le mécanisme exact reste inconnu.

The aim of this thesis was to identify the main indicators of N availability in forest soils and thereafter to determine mechanisms by which tree species control soil N mineralization and nitrification. Various indicators of N availability were compared within 50 beech forests covering a large range of soil types in northeastern France. Thereafter, the effect of six tree species was studied in an acidic cambisol hyperdystric at the experimental site of Breuil (Morvan, France). Potential net N mineralization was negatively correlated with soil pH and positively with microbial C/N ratio. Percent nitrification was strongly correlated with the combination of soil pH and soil C/N or with the combination of Ellenberg's indices of N availability or Ecoplant C/N and Ellenberg's indices of acidity (R) based on the vegetation community composition. At the Breuil experimental site, the percent nitrification was high in beech, Corsican pine and Douglas fir plantations whereas it was very low in the Nordmann fir and the spruce plantations and the native forest stands (an old coppice with standard dominated by beech and oak). The exchange of soil cores between stands showed that under the « High nitrifying stands », root colonization was low and percent nitrification was quickly stimulated (28 months). Percent nitrification was quickly stimulated by clear felling of the native forest. Our results converge toward a strong influence of roots on the nitrogen cycle in forest ecosystems but it needs further efforts to identify the mechanism., L'objectif de cette thèse était d'identifier les principaux indicateurs de disponibilité de l'azote dans les sols forestiers et ensuite de déterminer les mécanismes impliqués dans le contrôle de la minéralisation de l'azote et de la nitrification par les essences forestières. Différents indicateurs de la disponibilité en azote des sols ont été comparés dans 50 hêtraies du Nord Est de la France représentant une large gamme de type de sol. L'effet des essences a été étudié sur un cambisol hyperdystric acide dans le site de Breuil (Morvan, France). Le potentiel net de minéralisation de l'azote est corrélé négativement avec le pH du sol et positivement avec le rapport C/N microbien. Le pourcentage de nitrification est fortement corrélé à une combinaison du pH avec le rapport C/N du sol ou à la composition de la végétation. Dans le site de Breuil, le pourcentage de nitrification du sol est élevé sous le hêtre, le pin laricio et le douglas tandis qu'il est très faible sous le Sapin, l'Epicéa et la forêt native (taillis sous futaie à base de hêtre et de chêne). La permutation des carottes de sols entre ces peuplements montre que sous les peuplements forts nitrifiants, la colonisation racinaire est lente et le pourcentage de nitrification est stimulé très rapidement (28 mois). Par ailleurs, la coupe à blanc stimule très rapidement la nitrification sous la forêt native. L'ensemble de ces résultats converge vers un contrôle fort du cycle de l'azote par les racines, mais le mécanisme exact reste inconnu.

Dans le contexte actuel où l’agriculture doit produire de façon durable, la gestion de l’azote doit être raisonnée de plus en plus finement pour atteindre des objectifs multiples de rendement et de qualité des produits récoltés mais aussi de respect de l’environnement. Ces objectifs ne peuvent être atteints qu’en pilotant la fertilisation azotée au plus près des besoins de la plante et en adaptant le système de culture en interculture afin de réduire les pertes d’azote nitrique et sous forme gazeuse. Pour cela, il convient de connaître et de prévoir précisément la dynamique saisonnière de la minéralisation de l’azote organique du sol in situ. L’objectif de ce travail de thèse est double: (i) quantifier la dynamique de minéralisation nette in situ de l’azote organique du sol durant une année calendaire au champ, et (ii) expliquer et prédire cette minéralisation in situ pour une large gamme de pédoclimats et de systèmes de grande culture français. La minéralisation de l’azote in situ a été estimée en sol nu à l’aide de mesures régulières d’eau et d’azote minéral (O-120 cm) et du programme de calcul LIXIM basé sur un bilan dynamique journalier d’azote. Le concept de temps normalisé permettant de rendre compte des effets de la température et de l’humidité sur la minéralisation de l’azote a également été utilisé afin de normaliser la vitesse de minéralisation in situ en référence à des conditions constantes (vitesse potentielle normalisée). La validité de ce concept a été éprouvée pour une gamme étendue de températures et d’humidités à l’aide d’incubation de sol (conditions contrôlées ou in vitro). La fonction température de type exponentiel (Q10) utilisée initialement a été trouvée inopérante pour des températures supérieures à 25°C ; une fonction de type logistique a été ajustée pour une gamme de températures variant de O à 35 oc et différents sols. La fonction de réponse de la minéralisation à l’humidité s’est avérée variable entre sols, comme suggéré par l’analyse bibliographique ; la fonction humidité initialement utilisée dans le programme LIXTM a été conservée après analyse de sensibilité ayant montré un effet mineur sur nos expérimentations in situ. Les mesures in vitro ont confirmé qu’il n’y a pas d’interaction significative entre température et humidité, comme sous-tendu par le concept de jours normalisés. Deux expérimentations localisées dans le Sud de la France (Toulouse, Drôme) ont permis de montrer, qu’en condition de champ, la dénitrification pouvait représenter une forte perte d’azote quand les apports d’eau sont reçus avec une forte intensité par le sol en été, suite à l’irrigation ou aux pluies d’orage. Une estimation précise de la quantité d’azote minéralisé in situ par bilan dynamique d’eau et d’azote dans ces situations requiert donc une mesure ou une estimation précise de l’azote minéral perdu par dénitrification; or ce phénomène est trop souvent considéré comme négligeable dans les systèmes de grande culture français, ce qui pourrait ne pas être le cas si l’irrigation par aspersion est pratiquée. Le concept de vitesse potentielle normalisée de minéralisation, correspondant à une valeur unique de minéralisation basée sur le temps normalisé, a été globalement validé sur un réseau expérimental de 55 parcelles de grande culture réparties sur l’ensemble du territoire français. Différents méthodes et modèles statistiques ont été testés pour décrire la variabilité observée de la minéralisation potentielle de l’azote in situ. Ainsi, la vitesse de minéralisation in situ de l’azote a été ajustée par RLM (Régression Linéaire Multiple) et PLS (Partial Least Squares Régression). Les formalismes couramment utilisés, correspondant à l’effet de variables quantitatives comme la teneur en argile, en CaCO3 et la quantité d’azote organique, ainsi que la vitesse de minéralisation de l’azote mesurée in vitro n’ont pas permis d’expliquer ni de prédire, avec une bonne précision, la vitesse potentielle de minéralisation de l’azote in situ. Par contre, l’information apportée par des variables qualitatives relatives au système de culture (type de précédent cultural, nature de la rotation, apport régulier ou non de matières organiques exogènes) améliore significativement l’explication de la variabilité et les qualités prédictives des modèles statistiques sélectionnés. Les caractéristiques biologiques du sol, comme le carbone de la biomasse microbienne ou la vitesse de minéralisation in vitro du carbone, ont aussi permis d’améliorer la prédiction de la vitesse de minéralisation de l’azote in situ, confirmant le lien étroit entre minéralisation du carbone et de l’azote organique du sol. Ces variables sont cependant plus difficiles d’accès que les caractéristiques physicochimiques et du système de culture des parcelles. Leur utilisation semble donc plus adaptée pour des modèles de type «recherche » que pour des outils d’aide à la décision nécessitant un paramétrage simple et robuste et des variables d’entrée faciles à acquérir., In the context of sustainable agriculture, nitrogen fertilization must be managed with great accuracy to reach various objectives such as improved crop quality and yield and also the preservation of environment. To achieve these goals, nitrogen fertilization must fit crop demand closely and the cropping system has to be designed to reduce nitrogen loss either in nitrate or gaseous forms. This requires better knowledge of in situ soil net nitrogen mineralization. This work has two mains objectives: (i) quantify the soil organic nitrogen mineralization dynamics for one year in field conditions and (ii) explain and forecast this in situ mineralization for a wide range of pedoclimates and arable cropping systems in France. In situ nitrogen mineralization was calculated in bare soil conditions with frequent measurements of soil water and mineraI nitrogen (up to 120 cm depth) and the use of the LIXIM program, whieh is based on a daily dynamie nitrogen budget. The concept of norinalized time, whieh takes into aeeount the effeet of soil temperature and moisture on nitrogen mineralization, was used to normalise the in situ mineralization rate with reference to constant conditions. The validity of this concept was tested for a wide range of temperature and moisture conditions using soil incubation (in vitro controlled conditions). The exponential temperature function (Q10) initially used was found unsuited to temperatures over 25°C. A logistic function was adjusted for the 0-35°C temperature range in different soils. The function describing the nitrogen mineralization response to soil moisture was found variable between soils, as suggested by literature. We therefore chose to keep the moisture function initially used in the LIXIM program as a sensitivity analysis demonstrated that it has little effect for our in situ experiments. The in vitro experiments confirmed that there was no significant interaction between the effect of temperature and moisture on nitrogen mineralization as postulated in the normalized time concept. Two field experiments located in the South of France (Toulouse, Drôme) allowed us to show that denitrification could be a major cause of N loss in summer when large amounts of water are supplied by irrigation or rainfall. Thus accurate estimation of mineralized N by dynamic water and nitrogen budget in such field conditions requires precise measurement or estimation of the amount of N lost by denitrification. This phenomenon is often considered as insignificant in French arable cropping systems, which could be false when sprinkler irrigation is perfomed. The concept of potential normalized mineralization rate, corresponding to a constant mineralization rate in normalized time, was globally validated in an experimental network formed by 55 arable crop fields distributed over all of France. Two statistical methods were used to describe the observed variability of the in situ potential nitrogen mineralization rate: Multiple Linear Regression (MLR) and Partial Least Squares regression (PLS). The quantitative variables commonly used to explain and predict in situ nitrogen mineralization rate, such as clay and CaCO3 content, stock of organic nitrogen and also nitrogen mineralization rate measured in laboratory conditions, were not good predictors of in situ potential nitrogen mineralization rate. The explanation of in situ nitrogen mineralization variability and the predictive quality of the statistical models were greatly improved by including qualitative variables related to cropping system history, such as preceding crops, rotation type and the occurrence of regular application of organic manures. The use of biological soil characteristics, such as carbon of the microbial biomass and in vitro carbon mineralization rate, further improved the prediction of in situ nitrogen mineralization rate. This confirmed that soil carbon mineralization is closely related to organic nitrogen mineralization. However those biological soil characteristics are less easily accessible than physical and chemical soil characteristics and cropping system information. Consequently the use of biological variables seems more adapted to research models than to decision support tools which require simple and robust parameterization and easily accessible inputs.

National audience; En forêt, les formes d’humus sont classiquement considérés comme une illustration de l’activité biologique du sol et de la fertilité des stations. Afin de mieux comprendre cette relation, nous nous sommes intéressés à la dynamique et à la minéralisation de l’azote dans des sols de fertilités variées. L’étude a porté sur six hêtraies du réseau RENECOFOR, présentant une large gamme de conditions climatiques, édaphiques et de productions forestières. Sur chaque site, nous avons déposé une quantité connue de litière de feuilles de hêtre enrichies en 15N à la place de la litière fraîchement tombée. Nous avons suivi pendant trois ans l’évolution de la masse de litière enrichie. Puis nous avons mesuré l’excès isotopique dans les litières en décomposition et dans des échantillons du sol sous-jacent. Enfin nous avons mesuré la minéralisation et l’excès isotopique de l’azote minéral produit en incubation en laboratoire. A partir de ces observations, nous concluons que la vitesse de décomposition de la litière est surtout influencée par le pédoclimat tandis que l’incorporation des matières organiques en profondeur est principalement contrôlée par l’activité des vers de terre. Il apparaît également, dans les sites où les résidus de décomposition s’accumulent à la surface du sol sous forme de moder, que la minéralisation touche l’azote récent issu de la litière introduite. En revanche, dans les sols riches à mull où les résidus de décomposition sont incorporés en profondeur, l’azote récent de la litière est rapidement stabilisé et la minéralisation est principalement alimentée par le pool d’azote ancien.