288 results on '"cycle de l'azote"'
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2. Microbial-based predictive modeling of wheat yield and grain baking quality
- Author
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Asad, Numan Ibne and Asad, Numan Ibne
- Abstract
It is very difficult to predict crop yield and produce quality based solely on soil physicochemical parameters, as the net effect these parameters is strongly affected by microbes. For instance, the form of soil nitrogen changes due to nitrification and denitrification activities, which will influence N mobility, availability, and energetic efficiency for plant growth. It is crucial to include microbial parameters to better predict crop yields and produce quality. However, microbial communities vary spatially and temporally, and are very complex, so it is uncertain if robust models could be derived from microbial data. My goal for this thesis was to create microbial-based models to predict wheat grain quality and yields across time and space. I used two sampling schemes: 1) early season sampling of 80 wheat fields across the province of Québec (Chapter 2) and 2) repeated sampling of a single wheat field across a growing season (Chapter 3). For both these experiments, I measured a wide array of microbial parameters: 16S rRNA gene and ITS region amplicon sequencing, qPCR quantification of key N-cycle genes, and microbial community level carbon usage. Grain baking quality and grain yields were measured at the end of the growing season. I used linear regression with stepwise forward/backward (Chapter 2) or LASSO selection (Chapter 3), limiting the models in most cases to less than 10 microbial indicators. In Chapter 2, I was able to explain observed variation of wheat grain quality and yields with an accuracy of up to 90% across all fields. Many of the inputs selected in the models had a link with soil nitrogen availability (e.g., ammonia-oxidizers and denitrifiers abundance). My microbial-based models also outperformed similar models based on commonly measured soil parameters (pH, total C, total N, C/N ratio, water content). However, in this Chapter, I had sampled the fields early in the growing season, and it was not certain that this was the best to create my pre
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- 2023
3. Fall-applied cattle manure did not provide nitrogen fertilizer value to spring cereal crops.
- Author
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Ejack, Leanne, Hung, Chih-Yu, and Whalen, Joann K.
- Subjects
NITROGEN fertilizers ,UREA as fertilizer ,CATTLE manure ,CROPS ,ORGANIC fertilizers ,MANURES - Abstract
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- 2021
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4. Suitability of operational N direct field emissions models to represent contrasting agricultural situations in agricultural LCA: Review and prospectus
- Author
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Avadi Tapia, Angel Daniel, Galland, Victor, Versini, Antoine, Bockstaller, Christian, Avadi Tapia, Angel Daniel, Galland, Victor, Versini, Antoine, and Bockstaller, Christian
- Abstract
N biogeochemical flows and associated N losses exceed currently planetary boundaries and represent a major threat for sustainability. Measuring N losses is a resource-intensive endeavour, and not suitable for ex-ante assessments, thus modelling is a common approach for estimating N losses associated with agricultural scenarios (systems, practices, situations). The aim of this study is to review some of the N models commonly used for estimating direct field emissions of agricultural systems, and to assess their suitability to systems featuring contrasted agricultural and pedoclimatic conditions. Simple N models were chosen based on their frequent use in LCA, including ecoinvent v3, Indigo-N v1/v2, AGRIBALYSE v1.2/v1.3, and the Mineral fertiliser equivalents (MFE) calculator. Model sets were contrasted, among them and with the dynamic crop model STICS, regarding their consideration of the biophysical processes determining N losses to the environment from agriculture, namely plant uptake, nitrification, denitrification, NH3 volatilisation, NO3 leaching, erosion and run-off, and N2O emission to air; using four reference agricultural datasets. Models' consideration of management drivers such as crop rotations and the allocation of fertilisers and emissions among crops in a crop rotation, over-fertilisation and fertilisation technique, were also contrasted, as well as their management of the mineralisation of soil organic matter and organic fertilisers, and of drainage regimes.
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- 2022
5. Assessing the roles of crops and livestock in nutrient circularity and use efficiency in the agri-food-waste system: A set of indicators applied to an isolated tropical island
- Author
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Vivien Kleinpeter, Manon Alvanitakis, Mathieu Vigne, Tom Wassenaar, Danny Lo Seen, and Jonathan Vayssières
- Subjects
Efficacité ,Economics and Econometrics ,U10 - Informatique, mathématiques et statistiques ,Cycle de l'azote ,Q70 - Traitement des déchets agricoles ,Waste Management and Disposal ,analyse de facteur - Abstract
Increasing nutrient circularity and use efficiency is a leading topic in the search for more sustainable agri-food-waste systems (AFWS). This paper proposes a method to assess the role of crops and livestock in nutrient circularity and use efficiency in an AFWS. The method is based on the analysis of nutrient flows, a detailed typology of flows, and a set of 3 groups of indicators to characterize (i) circularity between sub-systems, (ii) the process efficiency of the sub-systems and (iii) the efficiency of the AFWS. The method is illustrated using the nitrogen metabolism of the AFWS of a tropical Island, French Reunion Island. The island's current nitrogen use efficiency is very low (0.7%). Crops and livestock are major sources of inefficiencies due to their processes, they account for respectively, 42% and 9% of total AFWS inefficiency. However, crops and livestock are involved in circularity, as they play, respectively, a recycling receiver and recycling supplier role. Among the internal recycling routes between all sub-systems, 41% go to crops and 31% come from livestock. The paper argues that circularity and process efficiency are not objectives per se but means to achieve AFWS efficiency, and that the distinction between these three elements enable a systemic multi-level understanding of the roles of crops and livestock.
- Published
- 2023
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6. Modelling the organic evolution of a mediterranean limestone soil under usual cropping of durum wheat and faba bean
- Author
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Ibrahim, Hatem, Gaieb, Sinda, Brahim, Nadhem, Blavet, Didier, Van Den Meersche, Karel, Pansu, Marc, Ibrahim, Hatem, Gaieb, Sinda, Brahim, Nadhem, Blavet, Didier, Van Den Meersche, Karel, and Pansu, Marc
- Abstract
The modeling of carbon (C) and nitrogen (N) fluxes between microorganisms and plants in pure and associated cultures of durum wheat and faba bean demonstrated a close link between the C and N cycles in agroecosystems. The MOMOS (microorganisms and organic matter of soils) model integrates simplified descriptions of photosynthesis (origin of organic C in soil), N microbial exchange (soil origin for N), N fixation (atmospheric origin for N), and plant growth with an organic matter decomposition core that has the soil microbial community at its center. This work provides estimates of the exchange parameters between plant organs and microbes, which were compared to literature data when available. In a connection with photosynthesized C, the root demand for inorganic N can be adjusted by its microbial production. Our approach is a new methodology for improving plant production, by optimizing the interactions with soil microorganisms. Additionally, the coupling of plant growth and microbial processes enabled determining changes of the organic compartments of soil. In the unfertilized limestone soil of this study, sequestration was found to be located in the labile microbial metabolites for one year, then significantly transferred to stable humus during 6-year intercropping. Thus, we propose the MOMOS mathematical tool, not only for guiding ecological intensification, but also related to the management of agroecosystems for climate change mitigation.
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- 2021
7. Effet de l'apport de produits résiduaires organiques sur le cycle biogéochimique de l'azote en culture de canne à sucre à la Réunion
- Author
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Poultney, Daniel and Poultney, Daniel
- Abstract
Les engrais azotés ont contribué de manière substantielle à la sécurité alimentaire et à la nutrition mondiales. Toutefois, l'azote qu'ils contiennent peut être accumulé en quantités excessives dans les écosystèmes ou dans l'atmosphère ; il entraîne alors des impacts environnementaux négatifs. Il existe souvent une grande disparité entre ce qui est fourni par la fertilisation et ce qui est utilisé par les cultures, ce qui entraîne de faibles rendements d'efficience de l'utilisation de l'azote (NUE) des engrais. Le recyclage des résidus organiques dans les agroécosystèmes pourrait être une alternative ou un complément prometteur aux engrais synthétiques, et un moyen de promouvoir une durabilité économique et agricole circulaire. L'objectif général de cette thèse de doctorat était dans un premier temps de dresser un bilan complet et dynamique des entrées et sorties d'azote dans un site expérimental fortement instrumenté cultivé en canne à sucre. Dans un second temps, il a s'agit d'étudier le devenir de l'azote apporté avec deux types d'engrais organiques (lisier de porc et boues d'épuration méthanisées chaulées séchées) dans ce système sol-plante en comparaison d'un apport d'engrais de référence (urée), pour la canne à sucre à la Réunion. L'évolution de la biomasse et de la minéralomasse de N a été mesurée au pas de temps mensuel au cours des 24 mois de l'étude dans les 4 traitements distincts (non fertilisé, urée, lisier de porc, boues de STEU). Les résultats a révélé que la part de l'azote de la plante contenu dans les racines pouvait être considérable et représenter jusqu'à 65 % et 104 % de l'azote mesurée dans la biomasse aérienne des traitements non-fertilisé et fertilisé. Un ensemble de méthodes peu destructives a été proposé afin d'estimer le NUE tout au long du cycle de croissance de la canne à sucre. Les contributions respectives de différentes sources de N pour la nutrition de la canne ont été déterminées à l'aide de microplacettes enrichis en 15N. Le pailli
- Published
- 2021
8. Interactions between silvicultural treatment, geological deposit and climate in controlling black spruce growth in Québec (Canada)
- Author
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Thiffault, Nelson, Wotherspoon, Amy, Bradley, Robert, Thiffault, Nelson, Wotherspoon, Amy, and Bradley, Robert
- Abstract
In managed boreal black spruce forests of Québec, an ecosystem-based approach to forest management is carried out using silvicultural treatments that maximize productivity and achieve specific stand objectives, such as merchantable wood volume for a given area of forest. Stand level management is guided by calculations of annual allowable cut (AAC), a calculation that historically uses retrospective measurements to predict future forest growth. In order to improve the accuracy of forest growth models and guide forest management through an evolving climate, a better understanding of ecological mechanisms and their interactions between silvicultural treatment and different ecological regions is required to ensure sustainable black spruce productivity for a thriving forest economy. To do so, this research project explored multiple two-way interactions between silvicultural treatments, geological deposit and climate in controlling mid-rotation aged black spruce growth in Québec. In Chapter 2, the objective was to test the resource availability and physiological response of black spruce to scarification in two climatic regions of Québec. These were quantified by measuring needle gas exchange and nutrient use efficiency in black spruce stands that had undergone scarification 18 years earlier in two contrasting climate regions. Scarification increased tree height and relative growth rate equally across both warm-dry and cool-wet climate regions. As a result, greater evapotranspiration demand from taller trees increased moisture stress on both site types. Black spruce maintained growth by decreasing stomatal conductance in order to increase water use efficiency, as determined by stable isotope ratios. This suggests that on relatively warm-dry sites, warmer temperatures and a longer growing season maximize tree growth potential after scarification treatment. On the cool-wet site, scarification improved soil nutritional quality, perhaps by reducing competition with, Dans les forêts boréales d'épinettes noires du Québec, une approche écosystémique de la gestion forestière est mise en oeuvre à l'aide de traitements sylvicoles afin de maximiser la productivité et d'atteindre des objectifs de peuplement précis, comme le volume de bois marchand pour une région forestière donnée. La gestion au niveau des peuplements est guidée par le calcul de la possibilité forestière, un calcul qui utilise historiquement des mesures rétrospectives pour prédire la croissance future de la forêt. Afin d'améliorer la précision des modèles de croissance des forêts et de guider la gestion des forêts dans un climat en évolution, une meilleure compréhension plus précise des mécanismes écologiques et leurs interactions entre les traitements sylvicoles et les régions écologiques sont nécessaire pour assurer une productivité durable de l'épinette noire pour une économie forestière florissante. Pour ce faire, ce projet de recherche a exploré les interactions entre les traitements sylvicoles, les dépôts de surface et le climat dans le contrôle de la croissance de l'épinette noire à mi-révolution au Québec. Dans le chapitre 2, l'objectif était de tester la disponibilité des ressources et la réponse physiologique de l'épinette noire au scarifiage dans deux régions climatiques du Québec. Celles-ci ont été quantifiées en mesurant les échanges de gaz d'aiguilles et l'efficacité d'utilisation des éléments nutritifs dans des peuplements d'épinettes noires qui ont été traités avec du scarifiage 18 ans passés dans deux régions climatiques contrastées. Le scarifiage a augmenté la hauteur et le taux de croissance relative de manière égale dans les régions à climat chaud-sec et frais-humide. En conséquence, l’évapotranspiration plus élevée des arbres plus grands a augmenté le stress hydrique sur les deux types de sites. L'épinette noire a maintenu sa croissance en diminuant la conductance stomatique afin d'augmenter l'efficacité d'utilisation de l'eau, telle qu’évalué par
- Published
- 2021
9. Émissions gazeuses d'oxyde nitreux et d'ammoniac provenant de la décomposition des résidus de culture dans les sols
- Author
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Chandra, Varunesh, Ecologie fonctionnelle et écotoxicologie des agroécosystèmes (ECOSYS), AgroParisTech-Université Paris-Saclay-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Sorbonne Universites, UPMC University of Paris 6, Benjamin Loubet, Raia Silvia Massad, and Gwenaëlle Lashermes
- Subjects
sustainable agriculture ,cycle de l'azote ,cycle du carbone ,agriculture durable ,organic inputs ,soil organic matter ,carbon cycle ,action microbienne du sol ,[SDE]Environmental Sciences ,nitrogen cycle ,soil microbial action ,intrants organiques ,matière organique du sol - Abstract
Agriculture is a prime source of gaseous mineral nitrogen emissions. The strong greenhouse gas nitrous oxide and the strong air pollutant ammonia are some of them, whose mitigation has become a necessity in the modern world. These gases are usually produced from organic and inorganic inputs to soil. In the present scenario of sustainable agriculture, the contributions of crop residue incorporation to these gas fluxes are increasing year by year. To study how this agriculture methodology influences soil biophysical and chemical properties yielding gas fluxes, we have done an extensive literature review. Our findings show that the crucial factor determining the extent of these gaseous emissions is the position of the residue incorporation. We carried out laboratory incubations of soil microcosms with a large particled soil and two small particled soils with nitrogen rich red clover and nitrogen deficient wheat residues incorporated in them in three positions - on the soil surface, mixed in top soil layer and layered at a depth of 4 cm in soil. Gas measurements were made in an incubator for 50-60 days at 15°C and 60% Water Filled Pore Space (WFPS). We found the mixed and layered residue treatment to have higher nitrous oxide fluxes than the surface treatments. In case of ammonia, fluxes were higher from surface treatment than the others. Next, we tried to create a coupled model (CANTIS-NOE-NH3 Volatilisation) to simulate these gaseous emissions. We used the experimental data to optimise the model parameters and we then ran a simulation and compared the results with experimental data. Our model qualitatively performed well but quantitatively fluxes were underestimated. This probably arose due to the usage of default parameters of NOE model rather than soil specific parameters. More work on microbial diversity is needed to refine these outcomes for better predictability of these gas emissions.; L'agriculture est une source principale d'émissions d'azote minéral gazeux. Le puissant gaz à effet de serre protoxyde d'azote et le fort polluant atmosphérique ammoniacal sont quelques-uns d'entre eux, dont l'atténuation est devenue une nécessité dans le monde moderne. Ces gaz sont généralement produits à partir d'apports organiques et inorganiques dans le sol. Dans le scénario actuel d'agriculture durable, les contributions de l'incorporation de résidus de récolte à ces flux de gaz augmentent d'année en année. Pour étudier comment cette méthodologie agricole influence les propriétés biophysiques et chimiques du sol produisant des flux de gaz, nous avons effectué une revue de littérature approfondie. Nos résultats montrent que le facteur crucial déterminant l'étendue de ces émissions gazeuses est la position d'incorporation des résidus. Nous avons effectué des incubations en laboratoire de microcosmes de sol avec un sol à grosses particules et deux sols à petites particules contenant du trèfle rouge riche en azote et des résidus de blé déficients en azote incorporés dans trois positions - à la surface du sol, mélangés dans la couche supérieure du sol et stratifiés en profondeur de 4 cm dans le sol. Les mesures de gaz ont été effectuées dans un incubateur pendant 50 à 60 jours à 15°C et 60 % d'espace poreux rempli d'eau (WFPS). Nous avons trouvé que le traitement des résidus mélangés et stratifiés avait des flux d'oxyde nitreux plus élevés que les traitements de surface. Dans le cas de l'ammoniac, les flux provenant du traitement de surface étaient plus élevés que les autres. Ensuite, nous avons essayé de créer un modèle couplé (CANTIS-NOE-NH3 Volatilisation) pour simuler ces émissions gazeuses. Nous avons utilisé les données expérimentales pour optimiser les paramètres du modèle, puis nous avons effectué une simulation et comparé les résultats avec les données expérimentales. Notre modèle a bien fonctionné qualitativement mais quantitativement les flux ont été sous-estimés. Cela est probablement dû à l'utilisation de paramètres par défaut du modèle NOE plutôt que de paramètres spécifiques au sol. Des travaux supplémentaires sur la diversité microbienne sont nécessaires pour affiner ces résultats et améliorer la prévisibilité de ces émissions de gaz.
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- 2021
10. Mixed Eucalyptus plantations induce changes in microbial communities and increase biological functions in the soil and litter layers
- Author
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Ademir Durrer, Brajesh K. Singh, Jun-Tao Wang, Jean-Pierre Bouillet, José Leonardo de Moraes Gonçalves, Agnès Robin, Thiago Gumiere, Arthur Prudêncio de Araujo Pereira, Elke Jurandy Bran Nogueira Cardoso, and Jay Prakash Verma
- Subjects
P33 - Chimie et physique du sol ,0106 biological sciences ,Nutrient cycle ,Biologie du sol ,Management, Monitoring, Policy and Law ,010603 evolutionary biology ,01 natural sciences ,Bradyrhizobium ,Culture en mélange ,Acacia mangium ,Organic matter ,Transport des substances nutritives ,Nature and Landscape Conservation ,2. Zero hunger ,chemistry.chemical_classification ,Eucalyptus ,biology ,MICROBIOLOGIA DO SOLO ,Soil organic matter ,P34 - Biologie du sol ,Forestry ,15. Life on land ,biology.organism_classification ,Plantation forestière ,K10 - Production forestière ,F61 - Physiologie végétale - Nutrition ,Rhizosphère ,Agronomy ,chemistry ,Microbial population biology ,Cycle de l'azote ,Litter ,Cycle du carbone ,010606 plant biology & botany - Abstract
Mixed plantations of Eucalyptus and N2-fixing trees are ecologically beneficial because they stimulate organic matter cycling and increase carbon (C) and nitrogen (N) pools in the soil. However, the microbial mechanisms that contribute to the improvement of C and N dynamics remain poorly understood in managed forest ecosystems. Here, we evaluated interactions between the bacterial community and biological functions involved in C and N cycles in the soil and litter layers resulting from pure or mixed Eucalyptus grandis and Acacia mangium plantations. We hypothesized that the mixed plantations induce changes in the bacterial community that would drive increases in C and N pools in soil and litter layers. We established a field experiment with treatments including pure E. grandis without (E) and with nitrogen fertilization (E + N), pure A. mangium (A), and mixed E. grandis and A. mangium (E + A). Soil and litter from all treatments were sampled 27 and 39 months after planting. We evaluated the soil and litter bacterial community and biological functions involved in C and N cycles (i.e., microbial and enzyme activities, functional gene abundance, and soil-litter nutrient cycling). The treatments A and E + A showed an increase in C and N contents in the organic soil fractions. We found higher bacterial diversity and OTU richness in soil and litter, and higher nifH gene abundance in the soil under A and E + A, when compared to pure E. grandis (especially E + N) plantation. Our data suggest that the total N content influences the bacterial community structure of the litter, which undergoes alterations according to the treatment and forest age. Equally, Rhizobium, Bradyrhizobium and Sphingomonas showed a positive correlation with nifH and soil N. Our study provided evidence that changes in the microbial community in mixed A. mangium and E. grandis plantations is correlated with increased C and N cycling. These findings have implications for increased productivity and environmental sustainability, besides allowing for the optimization of mineral fertilization in forest plantations.
- Published
- 2019
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11. Total and epiphytic litter under the canopy of Acer macrophyllum in an old-growth temperate rainforest, Washington State, USA.
- Author
-
Tejo, Camila F., Zabowski, Darlene, and Nadkarni, Nalini M.
- Subjects
- *
EPIPHYTES , *PLANT litter , *ACER macrophyllum , *PLANT canopies , *TEMPERATE rain forests - Abstract
The amounts and ecological importance of epiphytic litterfall has often been overlooked in forest ecosystem studies. However, epiphytes participate in whole-ecosystem dynamics by capturing and retaining nutrients from atmospheric sources and transferring these nutrients to other ecosystem components. We quantified epiphytic litterfall under the canopy of mature bigleaf maples ( Acer macrophyllum Pursh) and compared it with other litter components in an old-growth temperate rainforest in Washington State. Total litterfall during one year was 4760 kg·ha−1, with the greatest contribution from bigleaf maple leaves. Of the total litter input, 546 kg·ha−1 consisted of epiphytic litter, equivalent to 12% of total fine litter input, the highest contribution of epiphyte litterfall documented for this type of forest. Compared with other studies in the Pacific Northwest, our estimations of conifer needle inputs relate to the location of the littertraps. Bigleaf maple leaves dominated carbon (C) and nitrogen (N) returns in litter; epiphytic litterfall contributed 240 kg·ha−1·year−1 of C (∼11% of total C inputs) and 5.7 kg·ha−1·year−1 of N (∼11% of total N inputs) to the forest floor. Inputs of N from epiphytes and bigleaf maple litter under the canopy of this tree could be important in augmenting N in this old-growth ecosystem. [ABSTRACT FROM AUTHOR]
- Published
- 2015
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12. Les émissions de N2O peuvent-elles compenser les avantages du stockage du carbone organique dans le sol ?
- Author
-
David S. Powlson, Frédéric Rees, Victoria Naipal, Jérôme Balesdent, Rémi Cardinael, Julien Fouché, Emanuele Lugato, Elisa Bruni, Stefan Frank, Philippe Ciais, Dominique Arrouays, Catherine Hénault, Benoit Gabrielle, Hanqin Tian, Thomas Nesme, Sylvain Pellerin, Hugo Valin, Bertrand Guenet, Jean-Pierre Caliman, Michael Obersteiner, Claire Chenu, Feng Zhou, Yang Su, Jean-François Soussana, Dominique Desbois, Songchao Chen, Daniel P. Rasse, Martial Bernoux, Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] (LSCE), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ), Modélisation des Surfaces et Interfaces Continentales (MOSAIC), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ), Ecologie fonctionnelle et écotoxicologie des agroécosystèmes (ECOSYS), AgroParisTech-Université Paris-Saclay-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), InfoSol (InfoSol), Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Centre européen de recherche et d'enseignement des géosciences de l'environnement (CEREGE), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Aix Marseille Université (AMU)-Collège de France (CdF (institution))-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Food and Agriculture Organization of the United Nations [Rome, Italie] (FAO), Smart Research Institute [Indonésie] (SMARTRI), SMART agribusiness and food [Jakarta] (SMART), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad), Agroécologie et Intensification Durables des cultures annuelles (UPR AIDA), University of Zimbawe [Harare] (UZ), University of Zimbawe, ICOS-ATC (ICOS-ATC), Economie Publique (ECO-PUB), Laboratoire d'étude des Interactions Sol - Agrosystème - Hydrosystème (UMR LISAH), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), International Institute for Applied Systems Analysis [Laxenburg] (IIASA), Agroécologie [Dijon], Université de Bourgogne (UB)-AgroSup Dijon - Institut National Supérieur des Sciences Agronomiques, de l'Alimentation et de l'Environnement-Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), European Commission - Joint Research Centre [Ispra] (JRC), Interactions Sol Plante Atmosphère (UMR ISPA), Ecole Nationale Supérieure des Sciences Agronomiques de Bordeaux-Aquitaine (Bordeaux Sciences Agro)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Rothamsted Research, Norwegian Institute of Bioeconomy Research (NIBIO), Auburn University (AU), Sino-French Institute for Earth System Science, College of Urban and Environmental Sciences, Peking University [Beijing], This paper stemmed from a workshop 'Emerging challenges in large scale soil carbon sequestration' held in Paris on 8-10 October 2018. The workshop was financially supported by the French government under the ANR 'Investissements d'avenir' program with the reference CLAND ANR-16-CONV-0003. F.Z. acknowledges support from the National Natural Science Foundation of China (grant no. 41671464), ANR-16-CONV-0003,CLAND,CLAND : Changement climatique et usage des terres(2016), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Département Performances des systèmes de production et de transformation tropicaux (Cirad-PERSYST), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Institut Agro - Montpellier SupAgro, Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro), Biotechnology and Biological Sciences Research Council (BBSRC), Norsk institutt for bioøkonomi=Norwegian Institute of Bioeconomy Research (NIBIO), Support from the National Natural Science Foundation of China (grant no. 41671464), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Territoires, Environnement, Télédétection et Information Spatiale (UMR TETIS), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-AgroParisTech-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Centre d'études spatiales de la biosphère (CESBIO), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Environnement Méditerranéen et Modélisation des Agro-Hydrosystèmes (EMMAH), Avignon Université (AU)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), and Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)
- Subjects
0106 biological sciences ,Atténuation de l'effet de serre ,010504 meteorology & atmospheric sciences ,Travail du sol ,[SDV.SA.AGRO]Life Sciences [q-bio]/Agricultural sciences/Agronomy ,greenhouse gases emissions ,Agroforesterie ,Carbone dans le sol ,7. Clean energy ,01 natural sciences ,agroforestry ,Interactions biologiques ,Environmental protection ,Biochar ,organic amendment ,General Environmental Science ,2. Zero hunger ,[SDV.EE]Life Sciences [q-bio]/Ecology, environment ,Global and Planetary Change ,Ecology ,greenhouse gas emissions ,land based mitigation ,erosion ,[SHS.ECO]Humanities and Social Sciences/Economics and Finance ,Tillage ,Gaz a effet de serre ,séquestration du carbone ,Cycle de l'azote ,réduction des émissions ,[SDE]Environmental Sciences ,tillage ,Culture de couverture ,P33 - Chimie et physique du sol ,Labour ,Land management ,Climate change ,érosion ,[SDV.SA.SDS]Life Sciences [q-bio]/Agricultural sciences/Soil study ,010603 evolutionary biology ,12. Responsible consumption ,Matière organique du sol ,Fertilité du sol ,Environmental Chemistry ,[SDV.BV]Life Sciences [q-bio]/Vegetal Biology ,biochar ,Occupation des sols ,émissions de gaz à effet de serre ,0105 earth and related environmental sciences ,cover crops agroforestry ,Oxyde nitreux ,Global warming ,Soil carbon ,15. Life on land ,soil organic carbon ,land-based mitigation ,Amendement organique ,13. Climate action ,Greenhouse gas ,Soil water ,Environmental science ,cover crops ,[SDE.BE]Environmental Sciences/Biodiversity and Ecology ,Cycle du carbone - Abstract
This paper stemmed from a workshop 'Emerging challenges in large scale soil carbon sequestration' held in Paris on 8-10 October 2018; International audience; To respect the Paris agreement targeting a limitation of global warming below 2°C by 2100, and possibly below 1.5°C, drastic reductions of greenhouse gas emissions are mandatory but not sufficient. Large‐scale deployment of other climate mitigation strategies are also necessary. Among these, increasing soil organic carbon (SOC) stocks is an important lever because carbon in soils can be stored for long periods and land management options to achieve this already exist and have been widely tested. However, agricultural soils are also an important source of nitrous oxide (N$_2$O), a powerful greenhouse gas, and increasing SOC may influence N$_2$O emissions, likely causing an increase in many cases, thus tending to offset the climate change benefit from increased SOC storage. Here, we review the main agricultural management options for increasing SOC stocks. We evaluate the amount of SOC that can be stored as well as resulting changes in N$_2$O emissions to better estimate the climate benefits of these management options. Based on quantitative data obtained from published meta‐analyses and from our current level of understanding, we conclude that the climate mitigation induced by increased SOC storage is generally overestimated if associated N$_2$O emissions are not considered but, with the exception of reduced tillage, is never fully offset. Some options (e.g, biochar or non‐pyrogenic C amendment application) may even decrease N$_2$O emissions.; Pour respecter l'accord de Paris visant à limiter le réchauffement climatique à moins de 2°C d'ici 2100, et éventuellement à moins de 1,5°C, des réductions drastiques des émissions de gaz à effet de serre sont obligatoires mais pas suffisantes. Le déploiement à grande échelle d'autres stratégies d'atténuation du climat est également nécessaire. Parmi celles-ci, l'augmentation des stocks de carbone organique du sol (SOC) est un levier important car le carbone dans les sols peut être stocké pendant de longues périodes et les options de gestion des terres pour y parvenir existent déjà et ont été largement testées. Toutefois, les sols agricoles sont également une source importante d'oxyde nitreux (N$_2$O), un puissant gaz à effet de serre, et l'augmentation du SOC peut influer sur les émissions de N$_$O, provoquant probablement une augmentation dans de nombreux cas, tendant ainsi à compenser le bénéfice du changement climatique résultant du stockage accru du SOC. Nous passons ici en revue les principales options de gestion agricole pour l'augmentation des stocks de SOC. Nous évaluons la quantité de SOC qui peut être stockée ainsi que les changements qui en résultent dans les émissions de N$_2$O afin de mieux estimer les avantages climatiques de ces options de gestion. Sur la base des données quantitatives obtenues à partir de méta-analyses publiées et de notre niveau de compréhension actuel, nous concluons que l'atténuation du climat induite par un stockage accru du SOC est généralement surestimée si l'on ne tient pas compte des émissions de N$_2$O associées, mais, à l'exception du travail réduit du sol, n'est jamais totalement compensée. Certaines options (par exemple, le biochar ou l'application d'un amendement C non pyrogène) peuvent même réduire les émissions de N$_2$O.
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- 2021
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13. La place du transport de denrées agricoles dans le cycle biogéochimique de l’azote en France : un aspect de la spécialisation des territoires
- Author
-
Le Noë Julia, Billen Gilles, Lassaletta Luis, Silvestre Marie, and Garnier Josette
- Subjects
cycle de l’azote ,protéine ,transport ,spécialisation de la production ,commerce agricole ,Agriculture (General) ,S1-972 ,Plant culture ,SB1-1110 - Abstract
L’agriculture française, agronomiquement et économiquement très performante, est responsable d’importantes pertes d’azote vers l’hydrosphère et l’atmosphère, provoquant de graves problèmes environnementaux. À partir de l’analyse de la base de données SitraM sur les transports de marchandises entre départements et avec l’étranger, un bilan des échanges de denrées agricoles, exprimés en flux d’azote protéique contenu, a été établi pour sept groupes de produits agricoles. Les 95 départements français ont été regroupés en 33 territoires agricoles, définis selon leur proximité géographique et la similitude de leur système de production. Les résultats montrent l’ampleur de la mobilité commerciale des denrées agricoles. Les échanges entre territoires et avec l’étranger en 2006 représentent 1,6 fois la production agricole nationale. Globalement, la France apparaît comme exportatrice nette de protéines avec l’étranger, important 284 kilotonne d’azote par an (ktN/an) d’aliments pour bétail et exportant 390 ktN/an principalement sous forme de céréales. L’analyse révèle l’extrême spécialisation de la plupart des territoires, soit vers les grandes cultures, soit vers l’élevage, et fait apparaître cinq grands ensembles de territoires en fonction de l’ampleur et de la destination de leurs échanges commerciaux dominants. La maîtrise du cycle de l’azote et de ses perturbations ne saurait faire l’économie d’une prise en compte des flux commerciaux de denrées agricoles.
- Published
- 2016
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14. Impacts of fire and climate change on long-term nitrogen availability and forest productivity in the New Jersey Pine Barrens.
- Author
-
Lucash, Melissa S., Scheller, Robert M., Kretchun, Alec M., Clark, Kenneth L., and Hom, John
- Subjects
- *
CLIMATE change , *FOREST fires , *FOREST productivity , *NITROGEN content of plants , *PINE barrens - Abstract
Increased wildfires and temperatures due to climate change are expected to have profound effects on forest productivity and nitrogen (N) cycling. Forecasts about how wildfire and climate change will affect forests seldom consider N availability, which may limit forest response to climate change, particularly in fire-prone landscapes. The overall objective of this study was to examine how wildfire and climate change affect long-term mineral N availability in a fire-prone landscape. We employed a commonly used landscape simulation model (LANDIS-II) in the New Jersey Pine Barrens, a landscape characterized by frequent small fires and fire-resilient vegetation. We found that fire had little effect on mineral N, whereas climate change and fire together reduced mineral N by the end of the century. Though N initially limited forest productivity, mineral N was no longer limiting after 50 years. Our results suggest that mineral N is resilient to fire under our current climate but not under climate change. Also, predictions that do not consider N limitation may underestimate short-term but not long-term productivity responses to climate change. Together these results illustrate the importance of including N dynamics when simulating the effects of climate change on forest productivity, particularly in fire-prone regions such as the New Jersey Pine Barrens. [ABSTRACT FROM AUTHOR]
- Published
- 2014
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15. Migration de l'interface du simulateur FarmSim de SWING vers JavaFX
- Author
-
Neyret, Barnabé, Unité Mixte de Recherche sur l'Ecosystème Prairial - UMR (UREP), VetAgro Sup - Institut national d'enseignement supérieur et de recherche en alimentation, santé animale, sciences agronomiques et de l'environnement (VAS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Ecole Centrale de Marseille, Bastien Chatelet, and Raphaël Martin
- Subjects
Graphical user interface ,Cycle de l'azote ,Versioning ,Gestion de versions ,[SDE]Environmental Sciences ,[INFO]Computer Science [cs] ,Carbon cycle ,Interface utilisateur ,Nitrogen cycle ,Cycle du carbone - Abstract
Engineering school; I spent my internship in the unit in charge of grasslands' study, and I worked on FarmSim, a model of carbon and nitrogen storage inside farm plots. I modernized its graphical interface, while putting into practice processes like software versioning. I rened my idea of economic issues and working relationships through contact with other trainees..; J'ai passé mon stage dans l'unité chargée de l'étude des prairies, et travaillé sur le simulateur FarmSim 10, qui modélise le stockage de carbone et d'azote dans les parcelles d'une ferme. J'ai modernisé son interface graphique en assimilant les méthodes de l'unité comme le versionnement sur une forge logicielle. J'ai affiné ma conception des enjeux économiques et des relations de travail en entreprise au contact des autres stagiaires.
- Published
- 2020
16. De l’abondance des cerfs aux propriétés du sol : Une étude de cas dans les forêts d’Haïda Gwaii
- Author
-
Maillard, Morgane, Centre d’Ecologie Fonctionnelle et Evolutive (CEFE), Université Paul-Valéry - Montpellier 3 (UPVM)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-École Pratique des Hautes Études (EPHE), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD [France-Sud])-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), Université Montpellier, University of British Columbia (Vancouver, Canada), Jean-Louis Martin, Sue Grayston, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-École pratique des hautes études (EPHE), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université Paul-Valéry - Montpellier 3 (UPVM)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD [France-Sud]), Université Paul-Valéry - Montpellier 3 (UM3)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-École pratique des hautes études (EPHE)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD [France-Sud])-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), and University of British Columbia
- Subjects
Herbivores ongulés ,Communautés procaryotes du sol ,[SDV.SA]Life Sciences [q-bio]/Agricultural sciences ,Decomposition ,Cycle de l'azote ,animal diseases ,Décomposition ,parasitic diseases ,Soil prokaryotic communities ,Nitrogen cycle ,Ungulate herbivores - Abstract
The past century witnessed a dramatic increase in deer abundance in North America and Western Europe. Deer overabundance prevented temperate forest regeneration, dramatically reduced their understory vegetation cover and composition, with negative consequences for other trophic layers such as birds and insects. While impacts of abundant deer aboveground have been well documented, effects on the soil of temperate forests remain unclear. Deer interact with the soil through waste deposition, trampling, and reduction of litter quantity and quality through selective foraging. The multiplicity of these pathways makes it difficult to predict the net effect deer will have on soil communities and processes. As a result, current studies in temperate forests have found inconsistent results within, and across, systems. In an attempt to resolve these inconsistencies, we used the unique configuration of the Canadian archipelago of Haida Gwaii which offers a quasi-experimental situation with the presence of islands without and with deer, the latter varying in deer colonisation history. This unique context is complemented by the knowledge gathered in the course of 30 years of studies on the effect of abundant deer aboveground. We measured the effect of deer presence on litter decomposition, soil properties, soil prokaryotic communities and nitrogen cycling rates. We compared three complementary study systems varying in time of deer presence and exclusion. We found that the response of the soil to deer presence was time dependant. Short-term and intermediate effects of deer belowground were the results of the direct interactions deer have with the soil, i.e. waste deposition and trampling. Long-term effects of deer belowground appeared to be the results of both direct interactions, due to trampling, and indirect interactions, due to vegetation shifts. Through the reduction in litter quality by selective browsing, long term deer presence significantly reduced the rate of carbon and nitrogen lost by litter during decomposition. Under long-term deer presence, soil prokaryotic community diversity decreased, and composition was shifted, by trampling. In the absence of deer it had a better ability in decomposing carbon. A preliminary analyse on the nitrogen cycle suggest no effect of deer on the kinetics of nitrogen rates in the forest floor.
- Published
- 2020
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17. The contribution of Stylosanthes guianensis to the nitrogen cycle in a low input legume-rice rotation under conservation agriculture
- Author
-
Eric Scopel, Emmanuel Frossard, Astrid Oberson, and Oliver Zemek
- Subjects
Fixation de l'azote ,0106 biological sciences ,Rotation culturale ,Ferralsol ,F08 - Systèmes et modes de culture ,Conservation agriculture ,Soil Science ,Oryza sativa ,Plant Science ,Paillage ,01 natural sciences ,agriculture alternative ,Crop ,Yield (wine) ,Nitrogen cycle ,Legume ,F07 - Façons culturales ,2. Zero hunger ,P34 - Biologie du sol ,Stylosanthes guianensis ,04 agricultural and veterinary sciences ,15. Life on land ,Crop rotation ,Agronomy ,Cycle de l'azote ,040103 agronomy & agriculture ,0401 agriculture, forestry, and fisheries ,Environmental science ,Jachère ,Mulch ,010606 plant biology & botany - Abstract
Background and aims: Legumes integrated in crop rotations are intended to improve crop nitrogen (N) supply and yield. In conservation agriculture (CA) systems under low input conditions on highly weathered tropical soils, experimental evidence for these benefits is lacking. To understand the mechanisms and evaluate the impact of the legume N on the subsequent crop, an in-depth study on N dynamics in the soil-plant system was conducted. Methods : In Madagascar, a CA based crop rotation with the perennial forage legume Stylosanthes guianensis (stylo) and upland rice (rice/stylo – stylo - rice/stylo) was established under three fertilization regimes. In addition, rice was grown in a non-CA bare fallow rotation without fertilizer. Over the three years N2 fixed in stylo shoots, the incorporation of stylo shoot (mulch) N into soil N pools and mulch N uptake by rice was quantified using 15N techniques and mulch and stylo root residue decomposition was investigated in a litterbag study. Results: N2 fixed in stylo shoots ranged from 96 to 122 kg N ha−1. Between 50 to 70% of stylo mulch and root residues decomposed during the third cropping season. Without fertilizer, grain yield of rice after the fallow with stylo was about 70% greater than after bare fallow, corresponding to 11 kg N ha−1 greater N uptake. Recoveries of stylo mulch N after rice harvest were on average 64% in soil, with about 3% in each of the microbial and mineral N pools, with 39% on the soil surface, and 6% in the rice crop. The N input via stylo seed, leaf litter and belowground N totalled about three times the amount of N contained in stylo mulch, which usually is considered as major rice N source. Conclusions: Legumes, like stylo, can improve crop N supply and yield in low input CA cropping systems on highly weathered tropical soils. To explain the impact and mechanisms involved requires a consideration of all legume-N components beyond the mulch N present at the onset of the rice-cropping season.
- Published
- 2018
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18. Using process-based modelling to better understand the impact of mineral (N,P,K) cycles and climate change on stand growth and resource-use in Eucalypt plantations
- Author
-
Cornut, Ivan, Delpierre, Nicolas, Campoe, Otávio, Guillemot, Joannès, Laclau, Jean-Paul, Mareschal, Louis, Nouvellon, Yann, Stape, Jose Luiz, Le Maire, Guerric, Cornut, Ivan, Delpierre, Nicolas, Campoe, Otávio, Guillemot, Joannès, Laclau, Jean-Paul, Mareschal, Louis, Nouvellon, Yann, Stape, Jose Luiz, and Le Maire, Guerric
- Abstract
In audition to wood production services, forest ecosystems play an important role in the mitigation of anthropogenic climate change. However the role of forests as future C sinks is being discussed since there is increasing evidence or a progressive shift from carbon-limited growth to nutrient-limited growth as demonstrated in FACE experiments. The development of mechanistic models. including the main nutrient balance and their relationship with the carbon and water balances. is necessary to evaluate the future response or forests to climate change. In this contribution, we present the first joint evaluation of a coupled C-water-N-P-K model on a large number of biogeochemical measurements collected in fast-growing eucalyptus plantations in Brazil along entire rotations, including trials with variable levels or fertilisation and water availability. We have first adapted the CASTANEA ecophysiological model, primarily designed for temperate and boreal forests, to the simulation of carbon and water fluxes in tropical Eucalypt. Then, the N,P,K fluxes and stocks within the plant were modelled based on process from the literature and calibrated on specific measurements, including the interaction between nutrient content of organs and carbon and water related processes. The final objective is to quantify the relative importance ,if single nutrients and water limitation on stand growth and carbon productivity, and evaluate the impact of climate change on these different cycles through a change in mean temperature. CO2 concentration and precipitation regime.
- Published
- 2019
19. Nitrogen cycling in monospecific and mixed-species plantations of Acacia mangium and Eucalyptus at 4 sites in Brazil
- Author
-
Voigtlaender, Maureen, Brandani, Carolina, Caldeira, D.R.M., Tardy, Florence, Bouillet, Jean-Pierre, Gonçalves, José Leonardo M., Moreira, M.Z., Leite, Fernando P., Brunet, D., Paula, Ranieri Ribeiro, Laclau, Jean-Paul, Voigtlaender, Maureen, Brandani, Carolina, Caldeira, D.R.M., Tardy, Florence, Bouillet, Jean-Pierre, Gonçalves, José Leonardo M., Moreira, M.Z., Leite, Fernando P., Brunet, D., Paula, Ranieri Ribeiro, and Laclau, Jean-Paul
- Abstract
Mixing N-fixing trees with eucalypts is an attractive option to improve the long-term soil N status in fast-growing plantations established in tropical soils. A randomized block design was replicated at four sites in Brazil to compare the biogeochemical cycles in mono-specific stands of Eucalyptus (100E) and Acacia mangium (100A) with mixed-species plantations in a proportion of 1:1 (50A50E). Our study aimed to assess the effects of introducing A. mangium trees in Eucalyptus plantations on atmospheric N2 fixation, N cycling and soil organic matter stocks. Litterfall and soil N mineralization were measured over the last two years of the rotation (4–6 years after planting). Aboveground N accumulation in the trees and C and N stocks in the forest floor and in the top soil were intensively sampled at harvesting age. N2 fixation rates were estimated using the natural abundance of 15N as well as by the difference between total N stocks in 100A and 50A50E relative to 100E (accretion method). While the 15N natural abundance method was unsuitable, the accretion method showed consistently across the four sites that atmospheric N fixation reached about 250 and 400 kg N ha−1 rotation−1 in 50A50E and 100A, respectively. Except at one site with high mortality, N contents within trees at harvesting were approximately 40% higher in 100A than in 100E. Mean N contents in litterfall and N mineralization rates were about 60% higher in 100A than in 100E, with intermediate values in 50A50E. The amounts of N in litterfall were much more dependent on soil N mineralization rates for acacia trees than for eucalypt trees. Soil C and N stocks were dependent on soil texture but not influenced by tree species. N budgets over a 6-year rotation were enhanced by about 65 kg N ha−1 yr−1 in 100A and 40 kg N ha−1 yr−1 in 50A50E relative to monospecific eucalypt plantations. Introducing N-fixing trees in eucalypt plantations might therefore contribute to reducing the need for mineral N fertilization in
- Published
- 2019
20. Post-harvest nitrogen cycling in clearcut and alternative silvicultural systems in a montane forest in coastal British Columbia.
- Author
-
Titus, Brian D., Prescott, Cindy E., Maynard, Doug G., Mitchell, Alan K., Bradley, Robert L., Feller, Michael C., Beese, W. J., Seely, Brad A., Benton, Ross A., Senyk, John P., Hawkins, Barbara J., and Koppenaal, Ross
- Subjects
SILVICULTURAL systems ,EXPERIMENTAL forests ,SOIL horizons ,ORGANIC compounds ,NITROGEN fixation ,NITROGEN compounds ,FORESTS & forestry ,FOREST management - Abstract
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- Published
- 2006
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21. Leaching of nitrate from temperate forests – effects of air pollution and forest management.
- Author
-
Gundersen, Per, Schmidt, Inger K., and Raulund-Rasmussen, Karsten
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- *
NITROGEN in water , *NITROGEN , *SEEPAGE , *WATER quality , *POLLUTION , *CONIFERS - Abstract
We compiled regional and continental data on inorganic nitrogen (N) in seepage and surface water from temperate forests. Currently, N concentrations in forest waters are usually well below water quality standards. But elevated concentrations are frequently found in regions with chronic N input from deposition (>8–10 kg ha–1 a–1). We synthesized the current understanding of factors controlling N leaching in relation to three primary causes of N cycle disruption: (i) Increased N input (air pollution, fertilization, N2 fixing plants). In European forests, elevated N deposition explains approximately half of the variability in N leaching, some of the remaining variability could be explained by differences in N availability or "N status". For coniferous forests, needle N content above 1.4% and (or) forest floor C:N ratio lower than 25 were thresholds for elevated nitrate leaching. At adjacent sites conifer forests receive higher N deposition and exhibit higher nitrate loss than deciduous forests; an exception is alder that shows substantial nitrate leaching through N fixation input. Fertilization with N poses limited risk to water quality, when applied to N-limited forests. (ii) Reduced plant uptake (clear-cut, thinning, weed control). The N cycle responses to plant cover disturbance by clear-cut are well studied. Nitrate losses peak after 2–3 years and are back to pre-cut levels after 3–5 years. Nitrogen losses increase with deposition and are higher at N rich sites. The extent and duration of the nitrate response is especially connected to the recovery of the vegetation sink. Less intensive disturbances like thinning have only minor effects on N loss. (iii) Enhanced mineralization of soil N (liming, ditching, climate change). Responses in nitrate leaching after liming may increase with N deposition and in older stands. However data on these types of N cycle disruption are too sparse to allow general conclusions on controlling factors. Nitrate leaching occurs when N deposition (input) and net mineralization (N status) exceed plant demand. A combined N flux to the soil of 50 to 60 kg ha–1 a–1 from N deposition and litterfall may be a threshold for nitrate leaching in undisturbed forests. This threshold also indicates risk of increasing losses in case of a disturbance (e.g., clear-cut). We conclude by discussing forest management options for water quality protection. These options focus on decreasing input, increasing plant uptake, increasing biomass removal, and (re)establishing immobilization and denitrification processes at the catchment scale.Key words: clear-cut, disturbance, forest management, nitrate, nitrogen cycling, nitrogen saturation. Les auteurs ont rassemblé les données portant sur l'azote inorganique (N) dans l'eau de surface et d'écoulement souterrain, dans des forêts tempérées. Les teneurs en N des eaux forestières sont généralement bien en deçà des standards de qualité pour l'eau. Cependant, on observe fréquemment des teneurs élevées, dans des régions recevant des dépôts chroniques de N (>8–10 kg ha–1 an–1). Les auteurs présentent une synthèse des connaissances actuelles sur les facteurs qui contrôlent le lessivage de N, en relation avec trois causes primaires qui peuvent causer une rupture d'équilibre dans le cycle de l'azote. (i) L'augmentation de l'arrivée de N (pollution de l'air, fertilisation, plantes fixatrices de N2). Dans les forêts européennes, la forte déposition de N explique environ la moitié de la variabilité du lessivage de N, et une partie de la variabilité résiduelle peut s'expliquer par des différences dans la disponibilité de N, ou par son 'statut'. Dans les forêts conifériennes, une teneur foliaire supérieure à 1,4%, et un rapport C/N inférieur à 25, constituent un seuil pour le lessivage élevé de N. Sur des sites adjacents, les forêts conifériennes reçoivent des dépositions supérieures et montrent des pertes en nitrate plus élevées que les forêts décidues; l'aulne constitue une exception en induisant un lessivage substantiel de nitrate, provenant de la fixation de l'azote. La fertilisation en N ne pose que peu de problèmes pour la qualité de l'eau, lorsqu'on l'applique à des forêts limitées en N. (ii) Diminution de l'absorption par les plantes (coupe à blanc, éclaircie, maîtrise des mauvaises herbes). Les réactions du cycle de l'azote aux perturbations du couvert végétal par coupe à blanc sont bien connues. Les pertes en nitrates culminent après 2–3 ans, et reviennent à la normale après 3–5 ans. Les pertes en azote augmentent avec la déposition, et sont plus importantes sur les sites riches en N. L'importance et la durée de la réaction des nitrates, sont particulièrement reliées au puits créé par le retour de la végétation. Les interventions moins drastiques, comme l'éclaircie, n'ont que des effets mineurs sur les pertes en N. (iii) Intensification de la minéralisation de N dans le sol (chaulage, drainage, changement climatique). Les réactions du lessivage de l'azote, suite au chaulage, peuvent augmenter avec la déposition de N dans les peuplements plus âgés. Cependant, les données sur ce type de perturbation du cycle de N sont trop peu nombreuses pour permettre de tirer des conclusions générales sur les facteurs déterminants. Le lessivage de l'azote survient lorsque la déposition (entrée) et la minéralisation nette (statut de N) excède la demande par les plantes. L'action combinée d'un flux de 50 à 60 kg ha–1 an–1 dans le sol, venant de la déposition de N, et de la chute des feuilles, peut constituer un seuil pour le lessivage des nitrates, dans les forêts non-perturbées. Ce seuil indique également le risque de pertes accrues, dans le cas où une perturbation surviendrait (e.g. coupe à blanc). Les auteurs concluent avec une discussion sur les options d'aménagement forestier visant la protection de la qualité de l'eau. Ces options mettent l'accent sur la diminution des entrées, l'augmentation de l'enlèvement de la biomasse, et la reconstitution des processus d'immobilisation et de nitrification, à l'échelle du bassin versant. Mots clés : coupe à blanc, perturbation, aménagement forestier, nitrate, cycle de l'azote, saturation en azote.[Traduit par la Rédaction] [ABSTRACT FROM AUTHOR]
- Published
- 2006
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22. Nitrogen management from intensive livestock production : scientific and environmental issues
- Author
-
Martinez, José and Béline, Fabrice
- Subjects
- *
NITROGEN , *MANURES , *GLOBAL warming - Abstract
Growing environmental concern led to increased public and scientific attention to nitrogen transfers from animal manure and slurry. Major environmental problems arise from the excessive use of nitrogen compounds. Amongst these are (i) acidification of forests and natural ecosystems through atmospheric deposition of ammonia (NH3), (ii) eutrophication of inland waters and coastal seas mainly by organic N and nitrates, (iii) contamination of groundwater by nitrates and (iv) a contribution to the global warming problem by nitrous oxide, N2O. Tracer methods using 15N stable isotope provide and excellent tool for studying such complex transfers during the different stages of animal slurry management including storage, treatment and land spreading. In this article, we present a brief review of isotopic tracer principles and history through a general description of terms, definitions and assumptions follow by the methodologies developed in our laboratory to label the ammoniacal nitrogen fraction of pig slurry using artificial 15N enrichment. The aim of our studies is to gather information concerning nitrogen pig slurry turnover and to focus on those processes, where major progress is made using the stable isotope 15N. Recent research findings are Presented. [Copyright &y& Elsevier]
- Published
- 2002
- Full Text
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23. Modelling the key role of microorganisms in C and N cycles of a cereal-legume agrosystem
- Author
-
Ibrahim, Hatem, Blavet, Didier, van den Meersche, Karel, Blitz-Frayret, Céline, Hatira, Abdessatar, Gérard, Fréderic, Drevon, Jean-Jacques, Pansu, Marc, Université de Tunis El Manar, Faculté des Sciences de Tunis, Ecologie fonctionnelle et biogéochimie des sols et des agro-écosystèmes (UMR Eco&Sols), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), European Association of Geochemistry and the Geochemical Society, Blavet, Didier, University of Tunis El Manar, Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Institut Agro - Montpellier SupAgro, and Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)
- Subjects
[SDV.SA.AGRO] Life Sciences [q-bio]/Agricultural sciences/Agronomy ,cycle de l'azote ,cycle du carbone ,sol ,légumineuses ,[SDV.SA.AGRO]Life Sciences [q-bio]/Agricultural sciences/Agronomy ,[SDV.SA.SDS]Life Sciences [q-bio]/Agricultural sciences/Soil study ,[SDV.SA.SDS] Life Sciences [q-bio]/Agricultural sciences/Soil study ,ComputingMilieux_MISCELLANEOUS ,modélisation - Abstract
International audience
- Published
- 2019
24. A comprehensive planetary boundary-based method for the nitrogen cycle in life cycle assessment: Development and application to a tomato production case study
- Author
-
Sandra Payen, Sarah Sim, Henry King, Andrew D. Henderson, Anders Bjørn, Cécile Bulle, and Manuele Margni
- Subjects
010504 meteorology & atmospheric sciences ,F08 - Systèmes et modes de culture ,Agricultural engineering ,010501 environmental sciences ,Gross value added ,Facteur climatique ,01 natural sciences ,Solanum lycopersicum ,Agriculture durable ,Waste Management and Disposal ,Life-cycle assessment ,Agriculture ,Nitrogen Cycle ,Pollution ,Cycle de l'azote ,Fuel efficiency ,Fertilizer ,P01 - Conservation de la nature et ressources foncières ,P33 - Chimie et physique du sol ,Analyse du cycle de vie ,Environmental Engineering ,Nitrogen ,engineering.material ,Fertilisation ,Évaluation impact sur environnement ,Planetary boundaries ,Environmental Chemistry ,Production (economics) ,Fertilizers ,Nitrogen cycle ,Modélisation environnementale ,0105 earth and related environmental sciences ,Sol ,business.industry ,engineering ,Combustible ,Environmental science ,business ,F04 - Fertilisation - Abstract
Existing methods that apply the planetary boundary for the nitrogen cycle in life cycle assessment are spatially generic and use an indicator with limited environmental relevance. Here, we develop a spatially resolved method that can quantify the impact of nitrogen emissions to air, soil, freshwater or coastal water on “safe operating space” (SOS) for natural soil, freshwater and coastal water. The method can be used to identify potential “planetary boundary hotspots” in the life cycle of products and to inform appropriate interventions. The method is based on a coupling of existing environmental models and the identification of threshold and reference values in natural soil, freshwater and coastal water. The method is demonstrated for a case study on nitrogen emissions from open-field tomato production in 27 farming areas based on data for 199 farms in the year 2014. Nitrogen emissions were modelled from farm-level data on fertilizer application, fuel consumption and climate- and soil conditions. Two sharing principles, “status quo” and “gross value added”, were tested for the assignment of SOS to 1 t of tomatoes. The coupling of models and identification of threshold and reference values resulted in spatially resolved characterization factors applicable to any nitrogen emission and estimations of SOS for each environmental compartment. In the case study, tomato production was found to range from not transgressing to transgressing its assigned SOS in each of the 27 farming areas, depending on the receiving compartment and sharing principle. A high nitrogen use efficiency scenario had the potential to reverse transgressions of assigned SOS for up to three farming locations. Despite of several sources of uncertainty, the developed method may be used in decision-support by stakeholders, ranging from individual producers to global governance institutions. To avoid sub-optimization, it should be applied with methods covering the other planetary boundaries.
- Published
- 2019
25. Cycles biogéochimiques dans les écosystèmes terrestres: de la compréhension à l'écoconception dans un contexte de changement global
- Author
-
Fontaine, Sébastien, Unité Mixte de Recherche sur l'Ecosystème Prairial - UMR (UREP), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-VetAgro Sup - Institut national d'enseignement supérieur et de recherche en alimentation, santé animale, sciences agronomiques et de l'environnement (VAS), Université Paris Sorbonne (Paris 4), and Luc Abbadie
- Subjects
cycle du carbone ,stockage du carbone ,changement climatique ,cycle carbone ,bouclage cycle nutriments ,écologie microbienne ,agriculture durable ,[SDV]Life Sciences [q-bio] ,métabolismes carbonés ,processus sol ,rhizosphere priming effect ,rhizosphere ,cycle azote ,stockage carbone ,interactions plante-microbe ,écologie de la rhizosphère ,cycle de l'azote ,métabolisme du carbone ,interaction plante microorganisme ,cycle biogéochimique - Abstract
La terre a traversé plus de 4 milliards d’années en gardant à sa surface des températures compatibles avec la vie la plupart du temps. Le cycle géologique du carbone au travers l’érosion des roches et des éruptions volcaniques contribue avec d’autres processus à réguler le climat. Cependant, à travers le temps, la co-évolution entre les organismes vivants et leur environnement aboutit parfois à des ruptures de la chimie de l’atmosphère (gaz à effet de serre, GES) et du climat entrainant une extinction des espèces. Ainsi l’Homme peut être vu comme la dernière innovation technique de l’évolution en passe de provoquer un accident climatique et écologique global. La combustion d’énergie fossile et l’agriculture et ont fait passer la teneur en CO2 atmosphérique, principal GES, de 280 à 400 ppm en 150 ans avec des conséquences visibles sur les glaciers, le climat et le niveau des mers. Ces modifications anthropiques s’accompagnent d’une chute de la biodiversité. Les prévisions pour le 21ème siècle prévoient une accélération des émissions de GES et des événements climatiques extrêmes qui devraient entrainer des déplacements de populations et des conflits. Cependant, à l’inverse des autres espèces par le passé, l’Homme a la capacité de prendre conscience de ces changements et d’en corriger la trajectoire. Outre, les défis socioéconomiques que posent le changement climatique et qui ne sont pas le sujet de ce manuscrit, l’Homme a besoin de connaissances sur le fonctionnement des écosystèmes en lien avec la biodiversité afin d’anticiper les effets du réchauffement et de disposer de leviers d’actions. Ce manuscrit d’HDR résume quinze années de recherche sur les cycles biogéochimiques des écosystèmes terrestres dans un contexte de changement climatique et de développement d’une agriculture durable. Mes travaux de recherche ont contribué à 1) explorer les métabolismes et les facteurs contrôlant les flux de carbone et d’azote, en particulier dans le sol et la rhizosphère des plantes, 2) identifier les stratégies de vie des microorganismes décomposeurs et des plantes au regard de ces cycles et 3) une analyse systémique des échanges de matière entre les organismes vivants afin de comprendre les cascades d’effet et les boucles de rétroactions. La finalité première de mes recherches est de prévoir l’impact des changements globaux (réchauffement climatique, chimie de l’atmosphère et modèles agricoles) sur les services écosystémiques adossés aux processus biogéochimiques (productions, stockage de carbone...). Les résultats indiquent une capacité des sols des écosystèmes peu perturbés et diversifiés (prairies permanentes, forêts) à accumuler des matières organiques créant un puits de carbone. Le stockage de carbone dans les sols n’augmente pas nécessairement avec les entrées de carbone, il peut même diminuer. Ainsi l’augmentation de la production primaire sous CO2 élevé n’augmentera pas ou peu le puits de carbone. Cependant, les retombées d’azote atmosphérique, la fixation symbiotique et la dégradation des roches par les mycorhizes devraient intensifier le puits de carbone en levant les contraintes stœchiométriques (azote, phosphore) des plantes et des microorganismes stockeurs de carbone du sol. Le transfert du carbone organique du sol dans les horizons profonds permet un stockage de celui-ci pendant des millénaires dans certaines conditions. Cependant, un changement de profondeur d’enracinement des végétaux peut soudainement réactiver sa minéralisation en CO2 par les microorganismes de la rhizosphère. Mes investigations ont mis en lumière le paradoxe de la synchronisation entre l’offre microbienne en nutriments minéraux et la demande des végétaux dans les écosystèmes naturels. Défi majeur en l’agriculture, cette synchronisation a très peu de chances de se produire de manière spontanée puisqu’elle dépend de deux organismes indépendants dont les réponses à l’environnement diffèrent. Un mécanisme de régulation ajustant l’offre à la demande a été identifié : deux groupes fonctionnels microbiens créent un tapis roulant de nutriments minéraux sur lequel se nourrit la plante. De cette façon de grandes quantités de nutriments peuvent être transférée du sol à la plante tout en évitant les pertes par lessivage et dénitrification. Il semblerait que les cultures annuelles aient perdu ce mécanisme de synchronisation offre-demande expliquant leur piètre performance environnementale. Cependant, l’association d’un blé avec des plantes pérennes a permis de rétablir la synchronisation offre-demande et les services qui lui sont associés. Ces résultats suggèrent de nouvelles pistes de recherche. La biodiversité contribuerait à créer des systèmes auto organisés où les échanges de matière sont optimisés afin de garantir la pérennité des parties et une utilisation de l’énergie lumineuse maximisée dans le temps. Elle pourrait également contribuer à adapter les écosystèmes aux évolutions climatiques. Ainsi le rôle de la coopération entre les organismes vivants dans le processus de sélection naturelle et le fonctionnement des écosystèmes pourrait être largement sous-estimé. S’inspirant de ces nouvelles connaissances, des nouveaux systèmes de culture bio-diversifiés et à hautes performances environnementales peuvent être conçus., The earth has passed more than 4 billion years, keeping on its surface temperatures compatible with life most of the time. The geological cycle of carbon through erosion of rocks and volcanic eruptions contributes with other processes to regulate the climate. However, over time, the co-evolution between living organisms and their environment sometimes leads to breaks in the chemistry of the atmosphere (greenhouse gases, GHGs) and climate leading to species extinction. Humans can be seen as the latest technical innovation of evolution causing a global climatic and ecological accident. The combustion of fossil fuels and agriculture has increased the atmospheric CO2 concentration, the main GHG, from 280 to 400 ppm in 150 years with visible consequences on glaciers, climate and sea levels. These global changes are accompanied by a drop in biodiversity. Forecasts for the 21st century predict an acceleration of GHG emissions and extreme weather events that should lead to population displacements and conflicts. However, unlike other species in the past, humans have the capacity to become aware of these changes and to correct their trajectory. In addition to the socio-economic challenges posed by climate change, which are not the subject of this manuscript, humans need knowledge on the functioning of ecosystems in relation to biodiversity in order to anticipate the effects of global warming and to levers of action. This HDR manuscript summarizes fifteen years of research on the biogeochemical cycles of terrestrial ecosystems in the context of climate change and the development of sustainable agriculture. My research has helped to 1) explore the metabolisms and factors controlling carbon and nitrogen fluxes, especially in the soil and plant rhizosphere, 2) identify the life strategies of microorganisms and plants vis-à-vis of biochemical cycles and 3) a systemic analysis of the exchange of matter between living organisms to understand the cascade effects and the feedback loops. The applications of my research are to 1) improve the predictions on the impact of global changes (global warming, atmospheric chemistry and agricultural models) on ecosystem services backed by biogeochemical processes (production, carbon storage ...), 2) optimize the managements of grasslands and their services and 3) eco-design new grain production system inspired from the functioning of permanent grasslands. The results indicate a capacity of undisturbed biodiverse ecosystems (permanent grasslands, forests) to continuously accumulate organic matter in soil creating a global carbon sink. Carbon storage in soils does not necessarily increase with carbon inputs, it can even decrease. Thus, the increase in primary production in response to the rising atmospheric CO2 concentration will not increase the soil carbon sink. However, atmospheric nitrogen deposition, symbiotic fixation, and mycorrhizal degradation of rocks are expected to intensify the soil carbon sink by alleviating the stoichiometric constraints (nitrogen, phosphorus) of plants and soil-carbon-storing microorganisms. The transfer of organic carbon into deep soil horizons allows storage of this carbon for millennia under specific conditions. However, a change in rooting depth of plants can suddenly reactivate its mineralization in CO2 by microorganisms of the rhizosphere. My investigations have highlighted the paradox of the synchronization between the microbial supply of mineral nutrients and the demand of plants in natural ecosystems. Representing a major challenge in agriculture, this synchronization is unlikely to occur spontaneously since it depends on two separate organisms whose responses to environment factors differ. A regulating mechanism that adjusts supply to demand has been identified: two microbial functional groups create a conveyor belt of mineral nutrients on which the plant feeds. In this way large amounts of nutrients can be transferred from the soil to the plant while avoiding leaching and denitrification losses. It seems that annual crops have lost this supply-demand synchronization mechanism, which explains their poor environmental performance. However, the combination of a wheat with perennial plants has restored the synchronization supplydemand and services associated with it. These results suggest new lines of research. Biodiversity would help to create self-organized systems where exchanges of matter are optimized to ensure the durability of the parties and a maximal use of light energy. It could also contribute to adapting ecosystems to climate change. Thus the role of cooperation between living organisms in the process of natural selection and the functioning of ecosystems could be largely underestimated. Inspired by this knowledge, new bio-diversified and sustainable grain production systems can be designed.
- Published
- 2019
26. Mangrove Facies Drives Resistance and Resilience of Sediment Microbes Exposed to Anthropic Disturbance
- Author
-
Joséphine Leflaive, Jonathan Gervaix, Jean-Luc Rols, Thomas Pommier, Cécile Capdeville, François Fromard, Laboratoire Ecologie Fonctionnelle et Environnement (LEFE), Institut Ecologie et Environnement (INEE), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Ecole d'Ingénieurs de Purpan (INPT - EI Purpan), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Laboratoire d'Ecologie Microbienne - UMR 5557 (LEM), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Ecole Nationale Vétérinaire de Lyon (ENVL)-VetAgro Sup - Institut national d'enseignement supérieur et de recherche en alimentation, santé animale, sciences agronomiques et de l'environnement (VAS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), VetAgro Sup - Institut national d'enseignement supérieur et de recherche en alimentation, santé animale, sciences agronomiques et de l'environnement (VAS), Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon, Office National de l'Eau et des Milieux Aquatiques (ONEMA) 2014/03, SIEAM (CNRS) 111098, Laboratoire Ecologie Fonctionnelle et Environnement (ECOLAB), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Ecole Nationale Vétérinaire de Lyon (ENVL)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-VetAgro Sup - Institut national d'enseignement supérieur et de recherche en alimentation, santé animale, sciences agronomiques et de l'environnement (VAS), UMR 1418 LEM Ecologie Microbienne. Centre de recherche Auvergne-Rhône-Alpes, Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), and Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-VetAgro Sup - Institut national d'enseignement supérieur et de recherche en alimentation, santé animale, sciences agronomiques et de l'environnement (VAS)-Ecole Nationale Vétérinaire de Lyon (ENVL)
- Subjects
surveillance systems ,Microbiology (medical) ,lcsh:QR1-502 ,in situ long term monitoring ,écosystème ,Microbiology ,lcsh:Microbiology ,cycle de l'azote ,03 medical and health sciences ,N-cycle ,Ceriops tagal ,anthropic disturbance ,nitrogen cycle ,Ecosystem ,facteur anthropique ,14. Life underwater ,Original Research ,anthropogenic factor ,030304 developmental biology ,ecosystem ,0303 health sciences ,communauté microbienne ,Rhizophora mucronata ,biology ,Resistance (ecology) ,030306 microbiology ,Ecology ,Microbiology and Parasitology ,Sediment ,Vegetation ,15. Life on land ,biology.organism_classification ,faune de mangrove ,Microbiologie et Parasitologie ,mangrove ecosystem ,[SDV.MP]Life Sciences [q-bio]/Microbiology and Parasitology ,Microbial population biology ,13. Climate action ,surveillance ,wastewater discharge ,Environmental science ,microbial community ,Mangrove - Abstract
Mangrove forests are coastal ecosystems continuously affected by various environmental stresses and organized along constraint gradients perpendicular to the coastline. The aim of this study was to evaluate the resistance and resilience of sediment microbial communities in contrasted vegetation facies, during and after exposure to an anthropic disturbance. Our hypothesis was that microbial communities should be the most stable in the facies where the consequences of the anthropic disturbance are the most similar to those of natural disturbances. To test this, we focused on communities involved in N-cycle. We used an in situ experimental system set up in Mayotte Island where 2 zones dominated by different mangrove trees are daily exposed since 2008 to pretreated domestic wastewater (PW) discharges. These freshwater and nutrients inputs should increase microbial activities and hence the anoxia of sediments. We monitored during 1 year the long-term impact of this disturbance, its short-term impact and the resilience of microbial communities on plots where PW discharges were interrupted. Microorganism densities were estimated by qPCR, the nitrification (NEA) and denitrification (DEA) enzyme activities were evaluated by potential activity measurements and pigment analyses were performed to assess the composition of microbial photosynthetic communities. At long-term PW discharges significantly modified the structure of phototrophic communities and increased the total density of bacteria, the density of denitrifying bacteria and DEA. Similar effects were observed at short-term, notably in the facies dominated by Ceriops tagal. The results showed a partial resilience of microbial communities. This resilience was faster in the facies dominated by Rhizophora mucronata, which is more subjected to tides and sediment anoxia. The higher stability of microbial communities in this facies confirms our hypothesis. Such information should be taken into account in mangrove utilization and conservation policies.
- Published
- 2019
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27. Stable isotope natural abundances (δ13C and δ15N) and carbon-water relations as drought stress mechanism response of taro (Colocasia esculenta L. Schott)
- Author
-
José F. T. Ganança, Miguel Â. A. Pinheiro de Carvalho, Jan J. Slaski, Carla S. S. Gouveia, and Vincent Lebot
- Subjects
0106 biological sciences ,0301 basic medicine ,Physiology ,F60 - Physiologie et biochimie végétale ,Biomass ,Greenhouse ,Corm ,Plant Science ,Biology ,01 natural sciences ,Crop ,Faculdade de Ciências da Vida ,03 medical and health sciences ,WUE ,Water-use efficiency ,P10 - Ressources en eau et leur gestion ,Colocasia esculenta ,δ13C ,Drought ,Δ13C ,Plante alimentaire ,Taro ,030104 developmental biology ,Résistance à la sécheresse ,Agronomy ,Cycle de l'azote ,Shoot ,Besoin en eau ,Cycle du carbone ,Agronomy and Crop Science ,δ15N ,010606 plant biology & botany - Abstract
Taro (Colocasia esculenta L. Schott) is an important staple food crop in tropical and developing countries, having high water requirements. The purpose of this study was to evaluate the feasibility of using carbon and nitrogen isotopic composition (δ13C and δ15N) as a physiological indicator of taro response to drought, and elucidation of the relationship between the water use efficiency (WUE) under drought conditions and carbon isotope discrimination (Δ13C). As an alternative to WUE determination, obtained by measuring plant growth and water loss during an entire vegetative cycle, we have used Δ13C to determine the tolerance of C3 taro plants to drought. Seven taro accessions from Madeira, Canary Islands and the Secretariat of the Pacific Community (Fiji) collections were grown under greenhouse conditions and subjected to different watering regimes during a one-year cycle. Total plant biomass (TPB), WUE and δ15N were determined at the whole-plant level (WP). Corms and shoots were evaluated separately for nitrogen content (N), δ13C, Δ13C and δ15N. WUE showed positive correlation with TPB (r = 0.4) and negative with Δ13C (r = −0.3); Corm δ15N showed positive correlations with WP δ15N (r = 0.6) and corm N (r = 0.3). Accordingly, the taro plants with enhanced WUE exhibited low Δ13C and δ15N values as a physiological response to drought stress. The approach used in the present study has developed new tools that could be used in further research on taro response to environmental stresses.
- Published
- 2019
28. Nitrogen cycling in monospecific and mixed-species plantations of Acacia mangium and Eucalyptus at 4 sites in Brazil
- Author
-
Florence Tardy, Jean-Pierre Bouillet, Jean-Paul Laclau, Marcelo Zacharias Moreira, D.R.M. Caldeira, José Leonardo de Moraes Gonçalves, Fernando Palha Leite, Carolina B. Brandani, Maureen Voigtlaender, Ranieri Ribeiro Paula, Didier Brunet, Universidade de São Paulo (USP), Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho = São Paulo State University (UNESP), Ecologie fonctionnelle et biogéochimie des sols et des agro-écosystèmes (UMR Eco&Sols), Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), Centro de Energia Nuclear na Agricultura (CENA ), University of São Paulo (USP), Celulose Nipo-Brasileira SA (CENIBRA), Universidade Federal do Espirito Santo (UFES), Cenibra, International Paper, Suzano Papel e Celulose, SOERE F-ORE-T network, which is supported annually by Ecofor, Allenvi and the French National Research Infrastructure ANAEE-F, Universidade Estadual Paulista (Unesp), UMR Eco&Sols, University of Montpellier, Coordenação de Pesquisa Florestal, UFES, Universidade de São Paulo = University of São Paulo (USP), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), Département Performances des systèmes de production et de transformation tropicaux (Cirad-PERSYST), and Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)
- Subjects
Litière forestière ,0106 biological sciences ,[SDV.SA]Life Sciences [q-bio]/Agricultural sciences ,01 natural sciences ,[SDU.STU.GC]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Geochemistry ,Acacia mangium ,Tree mixtures ,2. Zero hunger ,N 2 fixation ,biology ,Forestry ,Plant litter ,Plantation forestière ,Eucalyptus ,CONSORCIAÇÃO DE CULTURAS ,Cycle de l'azote ,Tropical plantations ,Organic matter ,P33 - Chimie et physique du sol ,Eucalyptus grandis ,Fixation de l'azote ,Soil texture ,Acacia ,Management, Monitoring, Policy and Law ,Litterfall ,010603 evolutionary biology ,N-2 fixation ,Culture en mélange ,Eucalypt ,Nature and Landscape Conservation ,Nutrition ,Forest floor ,Topsoil ,Soil organic matter ,P35 - Fertilité du sol ,Eucalyptus urophylla ,15. Life on land ,biology.organism_classification ,K10 - Production forestière ,F61 - Physiologie végétale - Nutrition ,Agronomy ,Environmental science ,010606 plant biology & botany - Abstract
Made available in DSpace on 2019-10-06T15:31:04Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2019-03-15 Mixing N-fixing trees with eucalypts is an attractive option to improve the long-term soil N status in fast-growing plantations established in tropical soils. A randomized block design was replicated at four sites in Brazil to compare the biogeochemical cycles in mono-specific stands of Eucalyptus (100E) and Acacia mangium (100A) with mixed-species plantations in a proportion of 1:1 (50A50E). Our study aimed to assess the effects of introducing A. mangium trees in Eucalyptus plantations on atmospheric N 2 fixation, N cycling and soil organic matter stocks. Litterfall and soil N mineralization were measured over the last two years of the rotation (4–6 years after planting). Aboveground N accumulation in the trees and C and N stocks in the forest floor and in the top soil were intensively sampled at harvesting age. N 2 fixation rates were estimated using the natural abundance of 15 N as well as by the difference between total N stocks in 100A and 50A50E relative to 100E (accretion method). While the 15 N natural abundance method was unsuitable, the accretion method showed consistently across the four sites that atmospheric N fixation reached about 250 and 400 kg N ha −1 rotation −1 in 50A50E and 100A, respectively. Except at one site with high mortality, N contents within trees at harvesting were approximately 40% higher in 100A than in 100E. Mean N contents in litterfall and N mineralization rates were about 60% higher in 100A than in 100E, with intermediate values in 50A50E. The amounts of N in litterfall were much more dependent on soil N mineralization rates for acacia trees than for eucalypt trees. Soil C and N stocks were dependent on soil texture but not influenced by tree species. N budgets over a 6-year rotation were enhanced by about 65 kg N ha −1 yr −1 in 100A and 40 kg N ha −1 yr −1 in 50A50E relative to monospecific eucalypt plantations. Introducing N-fixing trees in eucalypt plantations might therefore contribute to reducing the need for mineral N fertilization in the long-term. USP ESALQ Forest Science Department UNESP Departamento de Solos e Recursos Ambientais Universidade Estadual Paulista ‘Júlio de Mesquita Filho’ CIRAD UMR Eco&Sols Eco&Sols INRA CIRAD IRD Montpellier SupAgro University of Montpellier USP CENA, Av. Centenário, 303 CENIBRA Coordenação de Pesquisa Florestal, 35196-972 Belo Oriente Department of Forest Science and Wood UFES, 29550-000 Jerônimo Monteiro UNESP Departamento de Solos e Recursos Ambientais Universidade Estadual Paulista ‘Júlio de Mesquita Filho’
- Published
- 2019
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29. De la fertilisation des cultures à la cascade de l'azote
- Author
-
Cellier, Pierre, Ecologie fonctionnelle et écotoxicologie des agroécosystèmes (ECOSYS), and AgroParisTech-Université Paris-Saclay-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)
- Subjects
[SDV.EE.SANT]Life Sciences [q-bio]/Ecology, environment/Health ,[SDE.MCG]Environmental Sciences/Global Changes ,[SDE]Environmental Sciences ,[SDV.SA.AGRO]Life Sciences [q-bio]/Agricultural sciences/Agronomy ,cascade de l’azote ,impacts ,santé ,cycle de l’azote ,environnement ,agroécosystèmes - Abstract
International audience; Following an increase and intensification of nitrogen fertilizer use in the second half of the XXe century, the nitrogen (N) cycle has been strongly modified in agroecosystems and in the environment at local (several hectares) to global scales. N inputs exceeding the crop or animal needs promote N losses from agriculture, where most of the reactive N is used, which are dispersed and transformed in the environment, thus creating a range of impacts on soils, waters, air, climate, ecosystems and health. The concept of N cascade describes the fate of N in the environment. It makes it possible to make thelink between N use in agroecosystems and its impacts on the environment and health. This approach can be applied at a range of scales from the fieldplot to the global scale, the most common scales being the landscape and small or large watersheds.; Du fait de l’utilisation intensive d’engrais azotés depuis le milieu du XXe siècle, le cycle de l’azote a été profondément modifié dans les agroécosystèmes et par effet de cascade, dans tout l’environnement des échelles locales (quelques hectares) à l’échelle globale. En effet, les excédents d’azote dans les agroécosystèmes induisent des fuites qui se dispersent et se transforment dans l’environnement où elles créent une diversité d’impacts sur les sols, les eaux, l’atmosphère, le climat, les écosystèmes et la santé. La cascade de l’azote est une approche de la dynamique de l’azote dans l’environnement qui permet de faire le lien entre l’utilisation de l’azote dans les agroécosystèmes et leurs impacts multiples sur l’environnement et la santé. Cette vision peut se décliner à toutes les échelles depuis la parcelle agricole jusqu’à l’échelle du globe, avec des focus souvent mis en avant aux échelles des paysages et des petits et grands bassins versants.
- Published
- 2019
30. Cycle de la matière et variabilité environnementale en élevage larvaire de Litopenaeus stylirostris en Nouvelle-Calédonie
- Author
-
Millot, Anne-sophie and Millot, Anne-sophie
- Abstract
Since 2005, shrimp livestock of Litopenaeus stylirostris in New Caledonia has dealed with production issues. One of them concerns the lack of postlarvae following high mortality rates in hatcheries. This study aims the evolution of the environmental quality status in three rearing from nauplius to postlarvae stage. Among nutrients, total ammonia nitrogen (TAN), soluble reactive phosphorus (SRP), nitrates and nitrites (NOx) have been quantified. Organic matter was also estimated through dissolved organic nitrogen (DON), urea nitrogen and colored dissolved organic matter (CDOM). Finally, bacteria were followed through bacterial abundance and respiration. The hatchery cycle can be divided in two stages: the first one in which antibiotics were delivered to control possible emergence of pathogens, and the second one in which water exchanges are realized in order to limit the accumulation of waste in the system. During the first stage, an accumulation of CDOM, DON, TAN and SRP has been shown. Bacterial abundance and heterotrophic respiration are limited by addition of antibiotics thus favoring the accumulation of organic matter in the system. In the second stage, the dilutive effect of water exchanges effectively limits the accumulation of degradation products of organic matter from larval feeding. At the same time, the heterotrophic respiration reaches a maximum involving a high TAN and SRP production. Analysis of CDOM shows an accumulation of molecules characterized by a high molecular weight during the cycle. These molecules do not seem to be degraded by bacteria. Several assumptions were formulated to explain the poor survival rate during monitoring. However, specific experimentations should be carried out to analyze the link between the environment and animal health., Depuis 2005, la filière d’élevage de crevettes Litopenaeus stylirostris de Nouvelle-Calédonie fait face à des problèmes de production. L’un d’eux concerne la pénurie de post-larves suite à de fortes mortalités observées dans les écloseries. La présente étude s’attache à analyser l’évolution de la qualité environnementale de trois élevages conduits dans une écloserie, du stade nauplius à celui de post-larve. Parmi les sels nutritifs, l’ammonium, les phosphates (SRP), les nitrates et nitrites (NOx) ont été quantifiés. La matière organique a également été estimée à travers l’azote organique dissous (NOD), l’azote uréique et la matière organique dissoute colorée (CDOM). Enfin, le compartiment bactérien a été suivi par le biais de l’abondance et la respiration bactérienne. Le cycle d’écloserie peut être divisé en deux phases : l’une au cours de laquelle des antibiotiques sont administrés pour contrôler l’apparition éventuelle de pathogènes, et l’autre où des renouvellements en eau sont réalisés pour limiter l’accumulation des déchets dans le système. Lors de la première phase, une accumulation en CDOM, en NOD, en ammonium, en SRP et en azote uréique a été montrée. L’abondance bactérienne et la respiration hétérotrophe sont limitées par l’ajout d’antibiotiques favorisant l’accumulation de matières organiques dans le système. L’effet dilution en seconde phase de l’élevage permet effectivement de limiter l’accumulation des produits de dégradation de la matière organique issus de l’alimentation des larves. Au cours de cette même période, la respiration hétérotrophe devient maximale, impliquant une forte production en ammonium et en SRP. L’analyse des CDOM montre que des molécules à haut poids moléculaire s’accumulent au cours du cycle et ne semblent pas être dégradées par les bactéries. Plusieurs hypothèses ont été émises pour expliquer les mauvais taux de survie des larves observés lors notre suivi. Toutefois, des expérimentations spécifiques devront être menées pour analys
- Published
- 2018
31. Provision of multiple ecosystem services by crucifer-legume cover crop mixtures
- Author
-
Couëdel, Antoine and Couëdel, Antoine
- Abstract
Multi-service cover crops (MSCC) grown during fallow period between two cash crops provide various ecosystem services. Among species used as MSCC, crucifers can efficiently prevent nitrate and sulphate leaching by catching residual soil mineral nitrogen (N) and sulphur (S) after the preceding cash crop (N and S catch crop services). Crucifers also have a unique capacity to suppress pathogens due to the biocidal hydrolysis products of endogenous secondary metabolites called glucosinolates (GSL). The aim of our study was to assess the provision of various ecosystem services linked to N, S cycles and biocontrol potential for a wide range of bispecific crucifer-legume mixtures in comparison to sole cover crops of legume and crucifer. We carried out experiments in 2 contrasted sites (Toulouse and Orléans regions, France) during 2 years in order to assess these services and the compatibility of various bi-specific crucifer-legume mixtures. We tested a great diversity of species, such as i) crucifers : rape, white mustard, Indian mustard, Ethiopian mustard, turnip, turnip rape, radish and rocket, and ii) legumes: Egyptian clover, crimson clover, common vetch, purple vetch, hairy vetch, pea, soya bean, faba bean, and white lupin. Our study demonstrated that crucifer-legume mixtures can provide and mutualize various ecosystem services by reaching from 2 thirds (GSL production, S and N green manure) to the same level of service (N and S catch crop) than the best sole family of species. GSL profile and concentration did not change in mixtures meaning that cruciferpests interactions were identical. Through a literature review we also illustrated that biocontrol services of crucifers could be largely maintained in crucifer-legume mixtures for a wide range of pathogens and weeds while reducing potential disservices on beneficials and increasing N related services.
- Published
- 2018
32. Modélisation multi-agents et pluri-niveaux de la réorganisation du cycle de l'azote dans des systèmes agro-sylvo-pastoraux en transition : le cas du bassin Arachidier au Sénégal
- Author
-
Grillot, Myriam and Grillot, Myriam
- Abstract
Les systèmes agro-sylvo-pastoraux (SASP) d'Afrique de l'Ouest sont des agro-écosystèmes limités en biomasses et en nutriments. Le recyclage des nutriments et les transferts de fertilité sont traditionnellement rythmés par la mobilité des troupeaux de ruminants conduits en extensif. Les agro-éleveurs pratiquent le parcage nocturne de leurs troupeaux pour concentrer la matière organique, dans les champs à proximité des habitations afin de sécuriser une production vivrière suffisante à leurs besoins. Dans un contexte de croissance démographique et de réduction des parcours naturels au profit des zones cultivées, le système d'élevage " traditionnel ", basé sur une forte mobilité intra-terroir villageois, est remis en cause. Les stratégies adoptées par les agro-éleveurs sont, soit (i) l'éloignement des troupeaux du terroir villageois pendant des périodes plus ou moins longues par des pratiques de transhumance saisonnière vers des régions moins peuplées et disposant de davantage de ressources fourragères ; soit (ii) plus récemment, des pratiques d'intensification avec des animaux gardés à l'étable au sein du terroir villageois et nourris avec des aliments concentrés, achetés sur le marché local. Ces changements de systèmes d'élevage ont possiblement des conséquences importantes sur les flux de biomasses et les cycles des nutriments au niveau du ménage et du territoire. Il convenait de les évaluer en termes d'impacts sur le fonctionnement et la durabilité des SASP. A cet effet, le modèle multi-agents TERROIR a été développé et implémenté sur la plateforme de modélisation GAMA. Il simule l'effet de changements dans l'organisation du paysage et des systèmes d'élevage sur les flux de biomasse et d'azote aux différents niveaux d'organisation du territoire : la parcelle, le troupeau, le ménage et le terroir villageois. Le modèle simule les échanges de biomasses entre une centaine de ménages comportant des stratégies et des pratiques différentes. Cela inclut les transferts spati
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- 2018
33. Modelling the continuous exchange of nitrogen between microbial decomposers, the organs and symbionts of plants, soil reserves and the atmosphere
- Author
-
Pansu, Marc Antoine, Ibrahim, Hatem, Hatira, Abdessatar, Brahim, Nadhem, Drevon, Jean Jacques, Harmand, Jean-Michel, Chotte, Jean-Luc, Blavet, Didier, Pansu, Marc Antoine, Ibrahim, Hatem, Hatira, Abdessatar, Brahim, Nadhem, Drevon, Jean Jacques, Harmand, Jean-Michel, Chotte, Jean-Luc, and Blavet, Didier
- Abstract
Most of the C and N models published over past decades are based on parameters not always linked to the environment and underestimate the role of microorganisms. They are often over-parameterized, which can give multiple solutions for flow calculations between state variables. This work proposes a modelling method centred on the functioning of living organisms in order to calculate flow parameters using data on N stocks in decomposers, plant organs, symbiotic microorganisms, and the soil compartments. The model was settled via a complex N fixing and intercropping system of durum wheat/faba bean compared to the cropping of pure durum wheat and pure faba bean, all in the context of organic farming invaded by weeds and weeded by hand just before flowering. To avoid perturbation of natural exchanges of C and N, no fertilizer was added from 1997 to 2011. The equation system defined for the association of any number of plants, as well as parameters previously published for C-flow calculations were used, and only a few parameters specific to N flows were added, and are discussed. The results showed the strong link between N and C in the environment. The calculations converge toward an unique set of solutions that is consistent with literature data when available. The labile organic N of microbial origin was modelled as the main potentially available stock. Living microorganisms stored about 1% of total N, which was close to the N stock in faba bean and four times more than stock in durum wheat. Inorganic N was immobilized before flowering in competition with N requirement of durum wheat roots. Net N mineralization, mainly from decomposition of faba bean roots, started too late to improve wheat production. During the cropping period, weeds accounted for losses of 20 kg N ha−1, while the atmospheric N2 fixation of 90 kg N ha−1 was close to the total microbial immobilization. The model associating microbial and plant flows of C and N in complex plant covers, appears as a robu
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- 2018
34. La disponibilité en éléments minéraux pourrait-elle contraindre le développement de l'Agriculture Biologique à l'échelle mondiale ?
- Author
-
Barbieri, Pietro, Interactions Sol Plante Atmosphère (UMR ISPA), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Ecole Nationale Supérieure des Sciences Agronomiques de Bordeaux-Aquitaine (Bordeaux Sciences Agro), Université de Bordeaux, Thomas Nesme, and Sylvain Pellerin
- Subjects
Global Agronomy ,Organic farming ,Modeling ,[SDV.SA.AGRO]Life Sciences [q-bio]/Agricultural sciences/Agronomy ,Systèmes alimentaires globaux ,Global Food Systems ,[SDV.SA.SDS]Life Sciences [q-bio]/Agricultural sciences/Soil study ,Agronomie globale ,Sustainability ,Modélisation ,Cycle de l'azote ,Agriculture Biologique ,Rotations des cultures biologiques ,Nitrogen Cycling ,Organic Crop Rotations ,Durabilité - Abstract
Organic agriculture is often proposed as a promising approach to achieve sustainable food systems while minimizing environmental impacts. Its capacity to meet the global food demand remains, however, debatable. Some studies have investigated this question and have concluded that organic farming could satisfy the global food demand provided that animal product consumption and food waste are reduced. However, these studies have not fully considered the changes in the type of crops grown that occur when conventional farming systems are converted to organic farming. Most importantly, they also have missed a critical ecological phenomenon by not considering the key role that nitrogen (N) cycling plays in sustaining crop yields in organic farming. In this study, we first carried out a global meta-analysis comparing organic vs conventional crop rotations. Based on these results, we developed global spatial explicit maps of the type of crop grown if organic farming was to drastically expand. We then estimated organic global food production using GOANIM (Global Organic Agriculture NItrogen Model), a spatially explicit, biophysical and linear optimization model simulating N cycling in organically managed croplands and its feedback effects on food production. GOANIM explores N flows between croplands, livestock animals and permanent grasslands, and with conventional farming systems. The model optimizes livestock populations at the local scale in order to maximize N supply from livestock manure – hence maximizing cropland production –, while minimizing the animals’ competition for grain food resources. We used GOANIM to simulate several supply-side scenarios of global conversion to organic farming. We then compared the outcomes of these scenarios with different estimates of the global demand, thus leading to complete exploration of the global production-demand options space. We show N deficiency would be a major limiting factor to organic production in a full organic world, leading to an overall -37% reduction in global food availability. Nevertheless, we also show that lower conversion shares (up to 60%) would be feasible in coexistence with conventional farming when coupled with demand-side solutions, such as reduction of the per capita energy intake or food wastage. This work substantially contributes to advancing our understanding of the role that organic farming may play to reach fair and sustainable food systems, and it indicates future pathways for achieving global food security.; L’agriculture biologique (AB) est souvent présentée comme une alternative prometteuse à l’agriculture conventionnelle, permettant des systèmes alimentaires durables tout en minimisant les impacts environnementaux. La capacité de l’AB à satisfaire la demande alimentaire mondiale reste néanmoins fortement débattue. Plusieurs études ont conclu que l’AB pourrait satisfaire la demande alimentaire globale à condition de réduire simultanément la consommation de produits animaux et les gaspillages. Cependant, ces études n’ont pas pleinement pris en compte les changements d’assolement et de choix d’espèces lorsque les systèmes conventionnels sont convertis en AB. Surtout, ils ont ignoré le rôle clé de la disponibilité en azote (N) dans le maintien des rendements en AB. Dans cette étude, nous avons d’abord réalisé une méta-analyse comparant les rotations de cultures en agriculture biologique et conventionnelle à l’échelle mondiale. Sur la base de ces résultats, nous avons développé une cartographie des espèces cultivées à l’échelle globale sous un scénario de fort développement de l’AB. Nous avons ensuite estimé la production alimentaire grâce au développement de GOANIM (Global Organic Agriculture NItrogen Model), un modèle biophysique et spatialement explicite d’optimisation linéaire simulant le cycle de l’azote (N) et ses effets sur la production alimentaire globale. GOANIM est adapté au cas de l’AB et simule les flux d'azote entre les terres cultivées, les animaux d'élevage et les prairies permanentes, ainsi qu’entre les systèmes agricoles biologiques et conventionnels. Le modèle optimise les populations d’élevage à l’échelle locale afin de maximiser l’approvisionnement en N provenant du fumier, ce qui maximise la production issue des terres cultivées, tout en minimisant la concurrence exercée par les animaux pour les ressources alimentaires. GOANIM a été utilisé pour simuler l’offre alimentaire sous plusieurs scénarios de conversion à l’AB. Ces résultats ont été comparés à différentes estimations de la demande alimentaire mondiale. Nous montrons que la carence en N risque d’être un facteur limitant majeur de la production en AB, entraînant une réduction de -37% de la disponibilité alimentaire à l’échelle globale sous un scénario de conversion à l’AB de 100%. Nous montrons que des taux de conversions inférieurs (jusqu'à 60% des terres agricoles), en coexistence avec l'agriculture conventionnelle, permettent de satisfaire la demande alimentaire mondiale si cette conversion est associée à une évolution conjointe de la demande, telle que la réduction de l'apport énergétique par individu ou du gaspillage alimentaire. Ces travaux contribuent de manière substantielle à mieux comprendre le rôle que l’AB peut jouer dans la transition vers des systèmes alimentaires équitables et durables. Ils indiquent également des voies à suivre pour parvenir à la sécurité alimentaire mondiale.
- Published
- 2018
35. Fonctionnement actuel et trajectoires biogéochimiques des systèmes agro-alimentaires territoriaux français : analyse des flux de carbone, d’azote et de phsophore (1852-2014)
- Author
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Le Noë, Julia, Milieux Environnementaux, Transferts et Interactions dans les hydrosystèmes et les Sols (METIS), École pratique des hautes études (EPHE), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Sorbonne Université, Josette Garnier, and Gilles Billen
- Subjects
Agro-food system ,Cycle de l'azote ,Socio-ecological metabolism ,Long terme ,[SDE.BE]Environmental Sciences/Biodiversity and Ecology ,Cycle du carbone ,Nutrient cycling ,Système agro-alimentaire ,Cycle du phosphore ,Métabolisme socio-écologique - Abstract
This work investigates agricultural systems from the angle of nitrogen (N), phosphorus (P) and carbon (C) fluxes in French regions from 1852 to 2014, following a socio-metabolic approach stressing out the underlying logic behind these material fluxes. Results brought out by this research highlight the systemic relation between production pattern and N and P balances, and changes in soil organic C stocks in agricultural soil. Intensive specialized agricultural systems generate high environmental losses and resource consumption per unit agricultural surface and present largely open nutrient cycles due to substantial trade flows. Conversely, integrated crop and livestock farming have more limited N and P consumption and lead to lower air and water contamination. Long-term analysis shows that only after the Second World War, under the pressure of strong interventionist policies, some French regions specialized into crop or livestock farming. Particularly, the period from the 1950’s to the 1980’s was marked by a concomitant acceleration in crops yields, livestock production and use of mineral fertilizers. This resulted in increased N and P balances over cropland and grassland and growing C inputs to cropland, causing important losses of N to the hydrosphere and atmosphere, together with the accumulation of P and C stocks in soils. However, C accumulation resulting from increased crop production was permitted by the increased recourse to mineral fertilizers and agricultural machinery which consumes fossil-fuel energy. Therefore, C storage in cropland was a side-effect of the shift from an energy metabolism based on solar energy to one based on fossil-fuel combustion.; Cette thèse décrit les systèmes de production agricole en termes de flux biogéochimiques d’azote (N), de phosphore (P) et de carbone (C) dans les territoires français de 1852 à 2014 suivant une approche socio-écologique qui permet d’appréhender les logiques qui les gouvernent. Les résultats obtenus mettent en lumière à l’échelle des territoires français le lien systémique entre structures de production, bilans N et P et variations des stocks de C organique dans les sols agricoles. Les systèmes agricoles intensifs et spécialisés engendrent les pertes environnementales et les consommations de ressources par unité de surface agricole les plus considérables et accentuent l’ouverture des cycles d’N et de P. Cependant, c’est seulement après la seconde guerre mondiale que certaines régions françaises se sont spécialisées dans la grande culture ou, à partir des années 1980, dans l’élevage intensif. La période des années 1950 à 1980 est marquée par l’accélération des rendements des cultures végétales, de la densité de cheptel et de l’usage des fertilisants minéraux. Les conséquences en ont été une augmentation des bilans N et P et des apports de C aux sols agricoles, causant des pertes considérables d’N vers l’hydrosphère et l’atmosphère et l’augmentation des stocks de P et de C dans les sols. Néanmoins, l’accumulation du C n’a été rendue possible que par le recours aux fertilisants minéraux et au machinisme agricole consommant des énergies fossiles. Ainsi, le stockage du C dans les sols représente un effet secondaire du passage d’un métabolisme énergétique dépendant de l’énergie solaire à un métabolisme fondé sur la combustion d’énergie fossile.
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- 2018
36. Biogeochemical functioning and trajectories of French territorial agricultural systems : carbon, nitrogen and phosphorus fluxes (1852-2014)
- Author
-
Le Noë, Julia, Milieux Environnementaux, Transferts et Interactions dans les hydrosystèmes et les Sols (METIS), École pratique des hautes études (EPHE), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Sorbonne Université, Josette Garnier, and Gilles Billen
- Subjects
Agro-food system ,Cycle de l'azote ,Socio-ecological metabolism ,Long terme ,[SDE.BE]Environmental Sciences/Biodiversity and Ecology ,Cycle du carbone ,Nutrient cycling ,Système agro-alimentaire ,Cycle du phosphore ,Métabolisme socio-écologique - Abstract
This work investigates agricultural systems from the angle of nitrogen (N), phosphorus (P) and carbon (C) fluxes in French regions from 1852 to 2014, following a socio-metabolic approach stressing out the underlying logic behind these material fluxes. Results brought out by this research highlight the systemic relation between production pattern and N and P balances, and changes in soil organic C stocks in agricultural soil. Intensive specialized agricultural systems generate high environmental losses and resource consumption per unit agricultural surface and present largely open nutrient cycles due to substantial trade flows. Conversely, integrated crop and livestock farming have more limited N and P consumption and lead to lower air and water contamination. Long-term analysis shows that only after the Second World War, under the pressure of strong interventionist policies, some French regions specialized into crop or livestock farming. Particularly, the period from the 1950’s to the 1980’s was marked by a concomitant acceleration in crops yields, livestock production and use of mineral fertilizers. This resulted in increased N and P balances over cropland and grassland and growing C inputs to cropland, causing important losses of N to the hydrosphere and atmosphere, together with the accumulation of P and C stocks in soils. However, C accumulation resulting from increased crop production was permitted by the increased recourse to mineral fertilizers and agricultural machinery which consumes fossil-fuel energy. Therefore, C storage in cropland was a side-effect of the shift from an energy metabolism based on solar energy to one based on fossil-fuel combustion.; Cette thèse décrit les systèmes de production agricole en termes de flux biogéochimiques d’azote (N), de phosphore (P) et de carbone (C) dans les territoires français de 1852 à 2014 suivant une approche socio-écologique qui permet d’appréhender les logiques qui les gouvernent. Les résultats obtenus mettent en lumière à l’échelle des territoires français le lien systémique entre structures de production, bilans N et P et variations des stocks de C organique dans les sols agricoles. Les systèmes agricoles intensifs et spécialisés engendrent les pertes environnementales et les consommations de ressources par unité de surface agricole les plus considérables et accentuent l’ouverture des cycles d’N et de P. Cependant, c’est seulement après la seconde guerre mondiale que certaines régions françaises se sont spécialisées dans la grande culture ou, à partir des années 1980, dans l’élevage intensif. La période des années 1950 à 1980 est marquée par l’accélération des rendements des cultures végétales, de la densité de cheptel et de l’usage des fertilisants minéraux. Les conséquences en ont été une augmentation des bilans N et P et des apports de C aux sols agricoles, causant des pertes considérables d’N vers l’hydrosphère et l’atmosphère et l’augmentation des stocks de P et de C dans les sols. Néanmoins, l’accumulation du C n’a été rendue possible que par le recours aux fertilisants minéraux et au machinisme agricole consommant des énergies fossiles. Ainsi, le stockage du C dans les sols représente un effet secondaire du passage d’un métabolisme énergétique dépendant de l’énergie solaire à un métabolisme fondé sur la combustion d’énergie fossile.
- Published
- 2018
37. Impact du couvert arboré et herbacé sur le cycle de l'azote : cas de la savane de Lamto
- Author
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Srikanthasamy, Tharaniya, Institut d'écologie et des sciences de l'environnement de Paris (IEES (UMR_7618 / UMR_D_242 / UMR_A_1392 / UM_113) ), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Sorbonne Université (SU)-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Sorbonne Université, Jean-Christophe Lata, and Institut d'écologie et des sciences de l'environnement de Paris (iEES Paris)
- Subjects
[SDV.EE.ECO]Life Sciences [q-bio]/Ecology, environment/Ecosystems ,Cycle de l'azote ,Savanna ,Poacées ,Grasses ,Nitrogen cycle ,Nitrification ,Savane ,Trees ,Arbres ,Dénitrification - Abstract
A savanna is defined by the coexistence between trees and grasses. Savannas represent 12-13% of continental surfaces. In the Lamto savanna in Ivory Coast, the dominant grass species inhibits nitrification (the transformation of ammonium into nitrate) and the impact of trees on nitrification before this study was not known. Nitrification is conducted by two different communities. The archaea nitrifiers that have the amoA-AOA gene and bacteria nitrifiers that have the amoA-AOB gene. The aim of this study is to analyse the impacts of both plant types on nitrogen cycling, particularly on the nitrifier communities, and understand the impact of seasonality and fire on these processes. Sampling was conducted under grasses and trees in the Lamto savanna during the wet and dry seasons and also before and after the fire. This study has highlighted for the first time different effects including: (i) the dominant savanna grasses inhibit nitrification, (ii) dominant trees stimulate nitrification, (iii) the archaea nitrifiers are predominant in this savanna and they are mainly responsible for nitrification in this ecosystem, (iv) seasonality has a direct impact on the abundances and activities of soil microorganisms and the wet season reduced archaea nitrifier transcriptional activities, (v) fire has an indirect impact on soil microbial communities due to its impacts on soil physico-chemical characteristics: it decrees the abundance of archaea nitrifiers. In addition, denitrification is higher under trees than grasses. This study permitted to better understand the interactions between nitrifiers, vegetation and seasons.; Une savane est définie par la coexistence entre des arbres et des Poacées. Dans la savane de Lamto en Côte d’Ivoire, l’espèce dominante de Poacée est connue pour inhiber la nitrification et avant mon étude, l’impact des arbres sur la nitrification était très mal connu. L’étape de la nitrification est conduite par deux différentes communautés, les archées et les bactéries nitrifiantes ayant le gène amoA. Le but de cette étude est de comprendre l’impact de ces deux types de végétaux sur le cycle de l’azote, notamment sur les communautés nitrifiantes et également de comprendre l’impact de la saisonnalité et du passage du feu sur ces processus. Des échantillonnages ont été réalisés sous les Poacées et les arbres à Lamto durant les saisons humides et sèche et également avant et après le passage du feu. Cela a mis en évidence plusieurs effets : (i) les Poacées dominantes de la savane inhibent la nitrification, (ii) les arbres dominants stimulent la nitrification, (iii) les archées nitrifiantes son prédominantes dans cette savane et elles contribueraient majoritairement à la nitrification, (iv) la saisonnalité à un impact direct sur les abondances et l’activité des micro-organismes du sol (l’activité transcriptionelle des archées nitrifiantes diminuent en saison humide), (v) le feu a un effet indirect sur les communautés microbiennes du sol par son impact sur les caractéristiques physico-chimiques des sols, notamment il diminue l’activité des archées nitrifiantes. Enfin, la dénitrification est supérieure sous les arbres que sous les Poacées. Cette étude a permis de mieux comprendre les interactions entres les bactéries et archées nitrifiantes, la végétation et la saisonnalité.
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- 2018
38. Conception d'un système d'analyse multi-capteur ISFET pour la surveillance in-situ de l'azote minéral. Application à la culture du blé dur
- Author
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Joly, Matthieu, Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, INSA de Toulouse, Pierre Temple-Boyer, Jérôme Launay, Équipe MICrosystèmes d'Analyse (LAAS-MICA), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Institut national des sciences appliquées de Toulouse, P.TEMPLE BOYER, Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), and Université de Toulouse (UT)
- Subjects
Intégration ,Capteurs autonomes communicants ,Membranes ionosensibles ,Analyse in situ du sol ,Integration ,Autonomous and communicating sensors ,Agriculture ,Cycle de l’azote ,Nitrogen cycle ,IFSET ,[SPI.TRON]Engineering Sciences [physics]/Electronics ,In situ soil analysis ,Ionosensitive membranes ,Microfabrication ,[SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics ,ISFET ,Analyse in-situ du sol - Abstract
National audience; Excessive use of nitrogen fertilizers in modern agricultural practices is a concern as it leads to groundwater pollution and eutrophication of fresh and marine waters. Soil testing can enable the introduction of new agricultural practices that take more into account temporal and local variations of soil and plants. This work therefore aims at the development of an in situ, autonomous and communicating analysis system for real-time monitoring of the mineral nitrogen contents of soils.Our system is based on the Ion-sensitive Field Effect Transistor (ISFET) microsensor technology. A first step of its development was dedicated to the fabrication of generic pH-ISFET microsensors. The problem of determining soil pH by inserting pH-ISFETs directly into the soil was considered. Results obtained by this in situ method were compared with the standard method and we examined the influence of soil ( moisture, texture, pH) and IFSET parameters (lifetime, time drift). In a second step, pNH4-ISFET and pNO3-ISFET chips were obtained by functionalizing the generic pH-ISFET chips with ionosensitive membrane. The composition of these membranes has been optimized until detection properties ( sensitivity, selectivity, stability, etc.) were in good accordance with the ammonium and nitrate ion contents of cultivated soils. Characterizations under in situ conditions were then carried out.Finally, the integration in the ground, the protection, the power supply and the remote communication of the sensors were made possible by the integration in a dedicated system. We obtained promising results.; L'usage excessif de fertilisants azotés dans les pratiques agricoles modernes est préoccupant car il aboutit, entre autres, à la pollution des nappes phréatiques et à l’eutrophisation des eaux douces et marines. L’analyse du sol peut faciliter la mise en place de nouvelles pratiques agricoles qui tiennent davantage compte des variations temporelles et locales du sol et des plantes. Ces travaux visent donc le développement d’un système d’analyse in-situ, autonome et communicant pour le suivi en temps réel des teneurs en azote minéral du sol. Notre système est basé sur la technologie de microcapteur chimique en silicium lon-Sensitive Field Effect Transistor (ISFET). Une première phase de son développement a été dédiée à la fabrication de microcapteurs génériques pH-ISFET. La problématique de la détermination du pH du sol en insérant les pH-ISFET directement dans le sol a été considérée. Les résultats obtenus par cette méthode in-situ ont été comparés avec la méthode standard et nous avons examiné l’influence de paramètres propres au sol (humidité, texture, pH) et à l’ISFET (durée de vie, dérive temporelle). Dans un second temps, des puces pNH,-ISFET et pNO;-ISFET ont été obtenues en fonctionnalisant les puces génériques pH-ISFET grâce à l'intégration de membranes ionosensibles. La composition de ces membranes a été optimisée jusqu’à obtention de propriétés de détection (sensibilité, sélectivité, stabilité...) en adéquation avec les teneurs en ions ammonium et nitrates typiques des sols cultivés. Des premières caractérisations en conditions in-situ ont alors été effectuées. Finalement, les'capteurs ont été intégrés à un système permettant l’insertion des capteurs dans le sol, leur protection, l’alimentation électrique par batterie et la communication à distance des données de mesure. De premiers résultats, prometteurs, ont été obtenus.
- Published
- 2018
39. Peaks of in situ N2O emissions are influenced by N2O producing and reducing microbial communities across arable soils
- Author
-
Florian Bizouard, Eric Justes, Joël Léonard, David Bru, Bruno Mary, Laurent Philippot, Luiz A. Domeignoz-Horta, Céline Peyrard, Aymé Spor, Marie-Christine Breuil, Agroécologie [Dijon], Université de Bourgogne (UB)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-AgroSup Dijon - Institut National Supérieur des Sciences Agronomiques, de l'Alimentation et de l'Environnement, AGroécologie, Innovations, teRritoires (AGIR), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Agroressources et Impacts environnementaux (AgroImpact), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), Philippot, Laurent, Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université de Bourgogne (UB)-AgroSup Dijon - Institut National Supérieur des Sciences Agronomiques, de l'Alimentation et de l'Environnement-Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC), Unité d'Agronomie de Laon-Reims-Mons (AGRO-LRM), UMR : AGroécologie, Innovations, TeRritoires, Ecole Nationale Supérieure Agronomique de Toulouse, Institut National de la Recherche Agronomique ( INRA ) -Université de Bourgogne ( UB ) -AgroSup Dijon - Institut National Supérieur des Sciences Agronomiques, de l'Alimentation et de l'Environnement-Université Bourgogne Franche-Comté ( UBFC ), Unité d'Agronomie de Laon-Reims-Mons ( AGRO-LRM ), Institut National de la Recherche Agronomique ( INRA ), and ProdInra, Migration
- Subjects
0301 basic medicine ,[SDE] Environmental Sciences ,Denitrification ,[SDV]Life Sciences [q-bio] ,Biologie du sol ,[SHS]Humanities and Social Sciences ,nitrogen cycling ,F01 - Culture des plantes ,[SDV.BV] Life Sciences [q-bio]/Vegetal Biology ,General Environmental Science ,2. Zero hunger ,Abiotic component ,Global and Planetary Change ,Biotic component ,denitrification ,Ecology ,Nitrification ,[SDV] Life Sciences [q-bio] ,greenhouse gas ,Cycle de l'azote ,[SDE]Environmental Sciences ,tillage ,[SHS] Humanities and Social Sciences ,Arable land ,Gaz à effet de serre ,P33 - Chimie et physique du sol ,agroecosystems ,P40 - Météorologie et climatologie ,030106 microbiology ,03 medical and health sciences ,land-use ,Environmental Chemistry ,[SDV.BV]Life Sciences [q-bio]/Vegetal Biology ,Nitrogen cycle ,Changement climatique ,[ SDV ] Life Sciences [q-bio] ,P34 - Biologie du sol ,15. Life on land ,equipment and supplies ,nitrification ,microbial diversity ,Agronomy ,13. Climate action ,Greenhouse gas ,Soil water ,Environmental science - Abstract
International audience; Introduction Agriculture is the main source of terrestrial N2O emissions, a potent greenhouse gas and the main cause of ozone depletion ((Hu et al., 2015). The reduction of N2O into N2 by microorganisms carrying the nitrous oxide reductase gene (nosZ) is the only known biological process eliminating this greenhouse gas. Recent studies showed that a previously unknown clade of N2O-reducers (nosZII) was related to the potential capacity of the soil to act as a N2O sink (see Hallin et al., 2017 and references therein). However little is known about how this group responds to different agricultural practices. Here, we investigated how N2O-producers and N2O-reducers were affected by agricultural practices across a range of cropping systems in order to evaluate the consequences for N2O emissions Materials and Methods Soil samples were collected in spring 2014 from 4 experimental sites in France, which undergo a large range of agricultural practices. The abundance of both ammonia oxidizers and denitrifiers was quantified by real-time qPCR, and the diversity of both nosZ clades was determined by 454 pyrosequencing. Denitrification and nitrification potential activities as well as in situ N2O emissions were also assessed. The physical and chemical soil characteristics were measured for all samples (INRA Laboratory of Soil Analysis, Arras, France) Results and Discussion Overall, greatest differences in microbial activity, diversity and abundance were observed between sites rather than between agricultural practices at each site. To better understand the contribution of abiotic and biotic factors to the in situ N2O emissions, we subdivided more than 59.000 field measurements into fractions from low to high rates. We found that the low N2O emission rates were mainly explained by variation in soil properties (up to 59%), while the high rates were explained by variation in abundance and diversity of microbial communities (up to 68%). Notably, the diversity of the nosZII clade but not of the nosZI clade was important to explain the variation of in situ N2O emissions fractions (Figure 1). I. Landscape Functioning – Microbes in the Landscape 61 Figure 1. Variation partitioning of in situ N2O emissions. (a) Variance of in situ N2O emissions was partitioned into soil physicochemical properties (S), abundance of N2O-producers and abundance of N2O-reducers (A), diversity of N2O-reducers (D), and by combinations of predictors. Geometric areas are proportional to the respective percentages of explained variation. The edges of the triangles depict the variation explained by each factor alone, while percentages of variation explained by interactions of two or all factors are indicated on the sides and in the middle of the triangles, respectively. (b) Variance partitioning of basal in situ N2O emissions (25% fraction), (c) variance partitioning of median in situ N2O emissions (50% fraction), (d), (e), (f) and (g) correspond to the variation partitioning of high N2O emissions of 75%, 90%, 95% and 99%, respectively. All numbers represent percentages. Only variance fractions ≥ 0.05% are shown. Conclusions Our results highlight the higher sensitivity of the nosZII- than nosZI-community to environmental factors. However, despite significant variations in the nosZII community across the sites examined, only a few of the studied agricultural practices resulted in shifts on the diversity of this community. Nevertheless, comparison of all plots across the different sites showed for the first time that a higher diversity of the nosZII community was concomitant with lower in situ fluxes. Moreover, our work also indicates that microbial communities were more important for explaining variations in high than in low N2O emissions. This work emphasizes the consideration that the N2O-reducing community should have when addressing process-related N2O fluxes, particularly in studies aiming at mitigating emissions.
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40. The use of biogeochemical models to evaluate mitigation of greenhouse gas emissions from managed grasslands
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Marco Carozzi, Lutz Merbold, Kate Gongadze, Susanne Rolinski, Pete Smith, Christopher D. Dorich, Paul C. D. Newton, Kathrin Fuchs, Mark A. Liebig, Nuala Fitton, Renáta Sándor, Robert M. Rees, Val Snow, Katja Klumpp, Sylvie Recous, Fiona Ehrhardt, Raphaël Martin, Gianni Bellocchi, Lorenzo Brilli, Jean-François Soussana, Unité Mixte de Recherche sur l'Ecosystème Prairial - UMR (UREP), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-VetAgro Sup - Institut national d'enseignement supérieur et de recherche en alimentation, santé animale, sciences agronomiques et de l'environnement (VAS), Centre for Agricultural Research [Budapest] (ATK), Hungarian Academy of Sciences (MTA), Collège de Direction, Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), Dipartimento di Scienze delle Produzioni Agroalimentari e dell’Ambiente (DISPAA ), Climate Agriculture Group, Agroscope, Fractionnement des AgroRessources et Environnement - UMR-A 614 (FARE), Université de Reims Champagne-Ardenne (URCA)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-SFR Condorcet, Université de Reims Champagne-Ardenne (URCA)-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Reims Champagne-Ardenne (URCA)-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), School of Biological Sciences [Aberdeen], University of Aberdeen, Lincoln Research Centre, AgResearch Ltd, Colorado State University [Fort Collins] (CSU), Department of Environmental Systems Science, Institute Agricultural Science (ETH Zurich), Sustanaible soils and grassland Department, Rothamsted Research, NGPRL, United States Department of Agriculture - Agricultural Research Service, Scotland's Rural College (SCUR), Postdam Institute for Climate Impact Research (PIK), ADEME, Collège de Direction (CODIR), Fractionnement des AgroRessources et Environnement (FARE), Université de Reims Champagne-Ardenne (URCA)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), USDA-ARS : Agricultural Research Service, Scotland's Rural College (SRUC), and Potsdam Institute for Climate Impact Research (PIK)
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010504 meteorology & atmospheric sciences ,[SDV]Life Sciences [q-bio] ,chargement en betail ,GHG emision intensity ,simulation models ,01 natural sciences ,Grassland ,cycle de l'azote ,Grazing ,gaz à effet de serre ,méthane ,Waste Management and Disposal ,2. Zero hunger ,geography.geographical_feature_category ,Livestock density ,prairie ,nitrogen fertilization ,04 agricultural and veterinary sciences ,Pollution ,fertilisation azotée ,Process-based model ,France ,Sensitivity analysis ,Cycling ,GHG emission intensity ,cycle du carbone ,Biogeochemical cycle ,Environmental Engineering ,modèle de simulation ,suisse ,Nitrogen fertilization ,greenhouse gases ,carbon cycle ,nitrogen cycle ,Environmental Chemistry ,Ecosystem ,0105 earth and related environmental sciences ,geography ,royaume uni ,Primary production ,15. Life on land ,états-unis ,united kingdom ,Arid ,grazing intensity ,Agronomy ,13. Climate action ,marsh gas ,Greenhouse gas ,040103 agronomy & agriculture ,0401 agriculture, forestry, and fisheries ,Environmental science ,intensité de pâturage ,grassland ,usa - Abstract
Simulation models quantify the impacts on carbon (C) and nitrogen (N) cycling in grassland systems caused by changes in management practices. To support agricultural policies, it is however important to contrast the responses of alternative models, which can differ greatly in their treatment of key processes and in their response to management. We applied eight biogeochemical models at five grassland sites (in France, New Zealand, Switzerland, United Kingdom and United States) to compare the sensitivity of modelled C and N fluxes to changes in the density of grazing animals (from 100% to 50% of the original livestock densities), also in combination with decreasing N fertilization levels (reduced to zero from the initial levels). Simulated multi-model median values indicated that input reduction would lead to an increase in the C sink strength (negative net ecosystem C exchange) in intensive grazing systems: −64 ± 74 g C m−2 yr−1 (animal density reduction) and −81 ± 74 g C m−2 yr−1 (N and animal density reduction), against the baseline of −30.5 ± 69.5 g C m−2 yr−1 (LSU [livestock units] ≥ 0.76 ha−1 yr−1). Simulations also indicated a strong effect of N fertilizer reduction on N fluxes, e.g. N2O-N emissions decreased from 0.34 ± 0.22 (baseline) to 0.1 ± 0.05 g N m−2 yr−1 (no N fertilization). Simulated decline in grazing intensity had only limited impact on the N balance. The simulated pattern of enteric methane emissions was dominated by high model-to-model variability. The reduction in simulated offtake (animal intake + cut biomass) led to a doubling in net primary production per animal (increased by 11.6 ± 8.1 t C LSU−1 yr−1 across sites). The highest N2O-N intensities (N2O-N/offtake) were simulated at mown and extensively grazed arid sites. We show the possibility of using grassland models to determine sound mitigation practices while quantifying the uncertainties associated with the simulated outputs.
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41. La dynamique de l'azote biodisponible dans les sols acides de Guadeloupe : Conséquences sur la gestion de la fertilisation azotée organique et minérale
- Author
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Sierra, Jorge, Desfontaines, Lucienne, Agrosystèmes tropicaux (ASTRO), and Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)
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dénitrification ,antilles ,[SDV]Life Sciences [q-bio] ,ph du sol ,volatilisation ,[SHS]Humanities and Social Sciences ,sciences du sol ,cycle de l'azote ,perte d'azote ,biodisponibilité ,guadeloupe ,minéralisation de l'azote ,fertilisation organique ,andosol ,[SDV.BV]Life Sciences [q-bio]/Vegetal Biology ,caraïbes ,fertilisation minérale ,immobilisation de l'azote ,sol acide ,sol tropical ,ferralsol ,nitrification ,lessivage azote ,fertilisation azotée ,ammonification ,dynamique de l'azote ,[SDE]Environmental Sciences ,nitisol ,matière organique du sol - Abstract
"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.
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- 2018
42. Modelling the continuous exchange of nitrogen between microbial decomposers, the organs and symbionts of plants, soil reserves and the atmosphere
- Author
-
Hatem Ibrahim, Didier Blavet, Nadhem Brahim, Jean-Luc Chotte, Jean-Jacques Drevon, Marc Antoine Pansu, Jean-Michel Harmand, Abdessatar Hatira, Ecologie fonctionnelle et biogéochimie des sols et des agro-écosystèmes (UMR Eco&Sols), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro), Université de Tunis El Manar (UTM), Agropolis Fondation of Montpellier, France (program CfP 2010-GFP), and ANR-10-LABX-0001,AGRO,Agricultural Sciences for sustainable Development(2010)
- Subjects
0106 biological sciences ,Microorganism ,agroécologie ,Nitrogen cycle ,01 natural sciences ,Decomposer ,[SDU.STU.GC]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Geochemistry ,Global change ,2. Zero hunger ,biology ,U10 - Informatique, mathématiques et statistiques ,Intercropping ,04 agricultural and veterinary sciences ,Nitrogen ,Cycle de l'azote ,Organic farming ,N fixation ,Fertilizer ,Micro-organisme du sol ,Fixation de l'azote ,Carbone ,P40 - Météorologie et climatologie ,F60 - Physiologie et biochimie végétale ,Soil Science ,chemistry.chemical_element ,engineering.material ,Microbiology ,N microbial exchanges ,[SDV.BV]Life Sciences [q-bio]/Vegetal Biology ,Modélisation environnementale ,Changement climatique ,P34 - Biologie du sol ,Mineralization (soil science) ,15. Life on land ,biology.organism_classification ,Dégradation ,chemistry ,Agronomy ,13. Climate action ,040103 agronomy & agriculture ,engineering ,0401 agriculture, forestry, and fisheries ,Environmental science ,C and N modelling ,Cropping ,010606 plant biology & botany ,Agro-ecology - Abstract
International audience; Most of the C and N models published over past decades are based on parameters not always linked to the environment and underestimate the role of microorganisms. They are often over-parameterized, which can give multiple solutions for flow calculations between state variables. This work proposes a modelling method centred on the functioning of living organisms in order to calculate flow parameters using data on N stocks in decomposers, plant organs, symbiotic microorganisms, and the soil compartments. The model was settled via a complex N fixing and intercropping system of durum wheat/faba bean compared to the cropping of pure durum wheat and pure faba bean, all in the context of organic farming invaded by weeds and weeded by hand just before flowering. To avoid perturbation of natural exchanges of C and N, no fertilizer was added from 1997 to 2011. The equation system defined for the association of any number of plants, as well as parameters previously published for C-flow calculations were used, and only a few parameters specific to N flows were added, and are discussed. The results showed the strong link between N and C in the environment. The calculations converge toward an unique set of solutions that is consistent with literature data when available. The labile organic N of microbial origin was modelled as the main potentially available stock. Living microorganisms stored about 1% of total N, which was close to the N stock in faba bean and four times more than stock in durum wheat. Inorganic N was immobilized before flowering in competition with N requirement of durum wheat roots. Net N mineralization, mainly from decomposition of faba bean roots, started too late to improve wheat production. During the cropping period, weeds accounted for losses of 20 kg N ha−1, while the atmospheric N2 fixation of 90 kg N ha−1 was close to the total microbial immobilization. The model associating microbial and plant flows of C and N in complex plant covers, appears as a robust tool to quantify the exchanges of the earth organisms with the soil and atmosphere. It enables to propose essential recommendations to improve as well agro-ecology as predictions of global changes of C and N stocks.
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- 2018
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43. Multi-level analysis of nutrient cycling within agro-sylvo-pastoral landscapes in West Africa using an agent-based model
- Author
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Myriam Grillot, Benoit Gaudou, Dominique Masse, François Guerrin, Jonathan Vayssières, Systèmes d'élevage méditerranéens et tropicaux (UMR SELMET), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), DP-Pôle Pastoralisme Zones Sèches (Dispositif de Partenariat) (PPZS), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-ISRA-CSE-Université Cheikh Anta DiopEcole Nationale d'Economie Appliquée, Institut de recherche en informatique de Toulouse (IRIT), Université Toulouse 1 Capitole (UT1)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Centre de recherche ISRA-IRD de Bel Air, Ecologie fonctionnelle et biogéochimie des sols et des agro-écosystèmes (UMR Eco&Sols), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), Systèmes Multi-Agents Coopératifs (IRIT-SMAC), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Toulouse Mind & Brain Institut (TMBI), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique - CIRAD (FRANCE), Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT (FRANCE), Institut National de la Recherche Agronomique - INRA (FRANCE), Institut de Recherche pour le Développement - IRD (FRANCE), Montpellier SupAgro (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Université Toulouse - Jean Jaurès - UT2J (FRANCE), Université Toulouse 1 Capitole - UT1 (FRANCE), Centre de Suivi Ecologique - CSE (SENEGAL), Institut Sénégalais de Recherches Agricoles - ISRA (SENEGAL), Université Cheikh Anta Diop de Dakar - UCAD (SENEGAL), Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro), Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), and Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE)
- Subjects
[SDV.SA]Life Sciences [q-bio]/Agricultural sciences ,010504 meteorology & atmospheric sciences ,F08 - Systèmes et modes de culture ,Soil fertility management ,01 natural sciences ,Soil management ,Nutrient ,Système agrosylvopastoral ,K01 - Foresterie - Considérations générales ,Élevage intensif ,2. Zero hunger ,Élevage extensif ,Agroforestry ,Ecological Modeling ,Biomass flows ,Multi-level modeling ,04 agricultural and veterinary sciences ,[INFO.INFO-MA]Computer Science [cs]/Multiagent Systems [cs.MA] ,Cycle de l'azote ,Livestock ,Cycling ,Nutrient spatial transfers ,Nutrient cycle ,Environmental Engineering ,Système multi-agents ,Système d'élevage ,Fertilité du sol ,Nitrogen cycle ,0105 earth and related environmental sciences ,business.industry ,L01 - Élevage - Considérations générales ,15. Life on land ,Manure ,Crop-livestock integration ,F61 - Physiologie végétale - Nutrition ,Multi-agent system ,040103 agronomy & agriculture ,0401 agriculture, forestry, and fisheries ,Environmental science ,Soil fertility ,business ,Sciences agricoles ,Software - Abstract
International audience; Livestock-driven nutrient flows are the main sources of soil and crop fertilization in West African agro-sylvo-pastoral landscapes. They result from nutrient recycling between farm activities and the spatial transfer of nutrients within the landscape. “Extensive” systems, based on livestock mobility are tending to be replaced by more “intensive” systems based on in-barn livestock fattening. We built an agent-based model to compare these systems in terms of nitrogen cycling at land plot, herd, household and village levels. Model evaluation, based on field-data from two real contrasted villages, showed that the model satisfactorily reproduces the differences between an “extensive” and an “intensive” system with key parameters such as variability among households and soil fertility gradients. Simulations highlighted bottlenecks along the nitrogen (N) cycle like accumulation of N in manure heaps and housing areas, reducing N recycling efficiency, especially in “intensive” systems. The model can be further used to explore improved agro-sylvo-pastoral landscapes.
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- 2018
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44. Litter conversion into detritivore faeces reshuffles the quality control over C and N dynamics during decomposition
- Author
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Joly, François-Xavier, Coq, Sylvain, Coulis, Mathieu, Nahmani, Johanne, and Hättenschwiler, Stephan
- Subjects
P33 - Chimie et physique du sol ,Litière végétale ,P34 - Biologie du sol ,Macroarthropod ,Nitrogen immobilisation ,Faecal pellet ,Litter traits ,Soil fauna ,Saprophagous invertebrate ,Faune du sol ,Dégradation ,Cycle de l'azote ,Fèces ,Litter transformer ,Cycle du carbone - Abstract
1. In many terrestrial ecosystems, detritivorous soil organisms ingest large amounts of leaf litter returning most of it to the soil as faeces. Such conversion of leaf litter into faeces may stimulate decomposition by increasing the surface area available for microbial colonization. Yet, experimental support for either the outcome or the mechanism of these conversion effects is lacking. 2. Based on the hypothesis that the identity of plant species from which leaf litter is transformed into faeces has a critical role in how faeces decomposition proceeds, we collected faeces of the widely abundant millipede Glomeris marginata fed with leaf litter from seven distinct tree species. We compared the physical and chemical characteristics and the rates of carbon (C) and nitrogen (N) loss between litter and faeces. 3. We found that after 100 days of exposure under controlled conditions, C loss was on average higher in faeces (40%) than in litter (26.6%), with a significant increase for six out of the seven species. Concurrently, N dynamics switched from a net immobilisation (7.7%) in litter to a net release (14.6%) in faeces, with a significant increase for five out of the seven species. 4. Litter conversion into faeces generally homogenised differences in physical and chemical characteristics among species. Despite such homogenisation, variability in rates of faeces C and N loss among species was similar compared to leaf litter, but correlated with a different set of traits. Specifically, faecal pellet C loss was positively related to compaction (decreased specific area and increased density of faecal pellets), and both C and N loss from faecal pellets were positively related to fragmentation (increased specific area and perimeter of particles within faecal pellets). 5. We conclude that litter fragmentation and compaction into detritivore faecal pellets leads to substantially enhanced decomposition, with a particularly strong impact on N dynamics that changed from immobilisation to net release depending on litter species. Moreover, litter quality control on decomposition is reshuffled by litter conversion into faeces. In ecosystems with high detritivore abundance, this so far largely overlooked pathway of organic matter turnover may strongly affect ecosystem C and N cycling.
- Published
- 2018
45. Habitat- and soil-related drivers of the root-associated fungal community of Quercus suber in the Northern Moroccan forest
- Author
-
Maghnia, Fatima Zahra, Abbas, Younes, Mahé, Frédéric, Kerdouh, Benaissa, Tournier, Estelle, Ouadji, Mohamed, Tisseyre, Pierre, Prin, Yves, El Ghachtouli, Naima, Bakkali-Yakhlef, Salahedine, Duponnois, Robin, Sanguin, Hervé, Maghnia, Fatima Zahra, Abbas, Younes, Mahé, Frédéric, Kerdouh, Benaissa, Tournier, Estelle, Ouadji, Mohamed, Tisseyre, Pierre, Prin, Yves, El Ghachtouli, Naima, Bakkali-Yakhlef, Salahedine, Duponnois, Robin, and Sanguin, Hervé
- Abstract
Soil fungi associated with plant roots, notably ectomycorrhizal (EcM) fungi, are central in above- and below-ground interactions in Mediterranean forests. They are a key component in soil nutrient cycling and plant productivity. Yet, major disturbances of Mediterranean forests, particularly in the Southern Mediterranean basin, are observed due to the greater human pressures and climate changes. These disturbances highly impact forest cover, soil properties and consequently the root-associated fungal communities. The implementation of efficient conservation strategies of Mediterranean forests is thus closely tied to our understanding of root-associated fungal biodiversity and environmental rules driving its diversity and structure. In our study, the root-associated fungal community of Q. suber was analyzed using high-throughput sequencing across three major Moroccan cork oak habitats. Significant differences in root-associated fungal community structures of Q. suber were observed among Moroccan cork oak habitats (Maâmora, Benslimane, Chefchaoun) subjected to different human disturbance levels (high to low disturbances, respectively). The fungal community structure changes correlated with a wide range of soil properties, notably with pH, C:N ratio (P = 0.0002), and available phosphorus levels (P = 0.0001). More than 90 below-ground fungal indicators (P < 0.01)–either of a type of habitat and/or a soil property–were revealed. The results shed light on the ecological significance of ubiquitous ectomycorrhiza (Tomentella, Russula, Cenococcum), and putative sclerotia-associated/ericoid mycorrhizal fungal taxa (Cladophialophora, Oidiodendron) in the Moroccan cork oak forest, and their intraspecific variability regarding their response to land use and soil characteristics.
- Published
- 2017
46. Environmental impacts of palm oil products: What can we learn from LCA?
- Author
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Bessou, Cécile, Pardon, Lénaïc, Bessou, Cécile, and Pardon, Lénaïc
- Abstract
Quantifying the environmental impact of production systems has become a milestone for agricultural commodity chains. Life Cycle Assessment (LCA) is a unique ISO standardized methodology for estimating the environmental impact of human activities along a commodity chain. In the last decade, LCA has become the worldwide standard for environmental product declarations and the baseline model behind various GHG calculators and certifications (e.g. European Directive 2009; RSPO PalmGHG 2012). Various LCA on palm oil products have shown that the agricultural stage is a major contributor to most of the potential environmental impacts, including global warming, eutrophication and acidification for instance. This large contribution is due to combined important nitrogen (N) input levels in the field and low input levels at the mill and refinery stages. The agricultural stage remains a critical contributor even when the system boundary is extended to palm-based biofuel production. Focusing on global warming impact, main contributors are N-related GHG emissions in the plantation and methane emissions from palm oil mill effluent treatment. The impact from the plantation becomes overwhelming when forests or peatland areas are converted to palm plantations. Meanwhile, impact from palm oil mill effluent can be drastically reduced if the biogas is captured with electricity recovery. While nitrogen inputs are critical, LCA models still mostly rely on global emission factor. A better modeling of the nitrogen balance including a better accounting for soil processes would allow for a more accurate diagnosis of environmental impacts and control levers in plantation management.
- Published
- 2017
47. Differences in nitrogen cycling and soil mineralisation between a eucalypt plantation and a mixed eucalypt and Acacia mangium plantation on a sandy tropical soil
- Author
-
Tchichelle, Sogni Viviane, Epron, Daniel, Mialoundama, Fidèle, Koutika, Lydie-Stella, Harmand, Jean-Michel, Bouillet, Jean-Pierre, Mareschal, Louis, Tchichelle, Sogni Viviane, Epron, Daniel, Mialoundama, Fidèle, Koutika, Lydie-Stella, Harmand, Jean-Michel, Bouillet, Jean-Pierre, and Mareschal, Louis
- Abstract
Sustainable wood production requires appropriate management of commercial forest plantations. Establishment of industrial eucalypt plantations on poor sandy soils leads to a high loss of nutrients including nitrogen (N) after wood harvesting. An ecological intensification of eucalypt plantations was tested with the replacement of half of the Eucalyptus urophylla × E. grandis by Acacia mangium in the eucalypt monoculture to sustain soil fertility through enhancement of the N biological cycle. A randomised block design was set up on ferralitic arenosol in the Congolese coastal plains to assess differences in soil N mineralisation, N fluxes in litterfall, and N stocks in forest floor litter and soil between pure acacia (100A), pure eucalypt (100E) and mixed-species treatments (50A50E). Soil N mineralisation was enhanced under acacia, reaching on average 0.17 and 0.15 mg kg−1 soil d−1 in 100A and 50A50E, respectively, compared with 0.09 mg kg−1 soil d−1 in 100E. Higher amounts of N returning to the soil through harvest residues and litterfall were observed under acacia than under eucalypt. However, N stock in mineral soil was not increased in 100A and exhibited a limited increase only in the top soil layer of 50A50E. Our results suggest a much faster N turnover under acacia than under eucalypt. Although A. mangium is an exotic N2-fixing tree in central Africa, it appears to be well adapted to the climatic and edaphic conditions of the Congo, showing an efficient growth strategy. Eucalypt trees could benefit from the increase in soil N availability in mixed-species stands.
- Published
- 2017
48. Slow decomposition of leaf litter from mature Fagus sylvatica trees promotes offspring nitrogen acquisition by interacting with ectomycorrhizal fungi
- Author
-
Simon Boudsocq, Michaël Aubert, Franck Richard, Marthe Akpa-Vinceslas, Thibaud Decaëns, Pierre Margerie, Jean Trap, Ecologie fonctionnelle et biogéochimie des sols et des agro-écosystèmes (UMR Eco&Sols), Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), Étude et compréhension de la biodiversité (ECODIV), Université de Rouen Normandie (UNIROUEN), Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU), Centre d’Ecologie Fonctionnelle et Evolutive (CEFE), Université Paul-Valéry - Montpellier 3 (UPVM)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-École pratique des hautes études (EPHE), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD [France-Sud])-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Research Federation FR CNRS 3730 SCALE (Science Applied to Environment), network GRR TERA (Territory, Environment, Risk, Agronomy), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), Université Paul-Valéry - Montpellier 3 (UPVM)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-École Pratique des Hautes Études (EPHE), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), Office National des Forets, and ONF
- Subjects
0106 biological sciences ,microbial biomass N ,décomposition des feuilles ,ectomycorrhizal fungi ,Fagus sylvatica ,Biodiversité et Ecologie ,Microcosm experiment ,Microbial biomass N ,Belowground N cycling ,Ectomycorrhizal fungi ,Leaf litter decomposability ,[SDV]Life Sciences [q-bio] ,Biomass ,Plant Science ,01 natural sciences ,Decomposer ,Biodiversity and Ecology ,cycle de l'azote ,[SDV.EE.ECO]Life Sciences [q-bio]/Ecology, environment/Ecosystems ,Botany ,microcosme ,biomasse microbienne ,Beech ,Ecology, Evolution, Behavior and Systematics ,ComputingMilieux_MISCELLANEOUS ,reproductive and urinary physiology ,écosystème forestier ,[SDV.EE]Life Sciences [q-bio]/Ecology, environment ,Ecology ,biology ,microcosm experiment ,fungi ,leaf litter decomposability ,Géochimie ,food and beverages ,below‐ground N cycling ,04 agricultural and veterinary sciences ,Soil carbon ,champignon ectomycorhizien ,15. Life on land ,Plant litter ,dégradation de la litière ,biology.organism_classification ,Geochemistry ,Agronomy ,13. Climate action ,040103 agronomy & agriculture ,Litter ,0401 agriculture, forestry, and fisheries ,Microcosm ,010606 plant biology & botany ,[SDV.EE.IEO]Life Sciences [q-bio]/Ecology, environment/Symbiosis - Abstract
International audience; Leaf litter chemistry and ectomycorrhizal (ECM) fungi are key drivers of the below‐ground nitrogen (N) cycling within forest ecosystems. Their combined effects on litter decomposition and N competition between microbial decomposers and plants are still uncertain.We conducted a glasshouse microcosm experiment with low or high ECM‐colonized beech (Fagus sylvatica) saplings, growing with litter collected from old or young beech trees growing on the same loamy soil. After 6 months of growth, we investigated litter decomposition rates, microbial respiration and the N pools within leaf litter, soil (different pools), microbial and plant shoot biomass.We found that the mass loss of the litter from young trees was always higher than the litter from the mature trees. The microbial biomass N per unit soil carbon was low when the litter, especially from mature trees, was added, suggesting that the litter provided recalcitrant compounds and limited soil microbial activity. In contrast to the ‘Gadgil effect’ hypothesis, the high ECM‐colonized roots increased the litter decomposition rate and N immobilization in poorly decomposable litter in comparison with the litter incubated with the low ECM‐colonized roots. Finally, the high ECM‐colonized plants that received the poorly decomposable leaf litter exhibited the highest shoot N amount and biomass and were associated with the lowest microbial biomass N.Two‐way anovas revealed that litter and ECM fungi occurrence together impacted final particulate organic N, microbial biomass N, the amount of shoot N and shoot biomass. Four N pools are key drivers of microbial biomass N and shoot N: particulate organic N, total N, soil ammonium concentration and litter N concentration.Synthesis. Our results support the hypothesis that poorly decomposable leaf litter produced by mature beech trees and ECM fungi together decrease microbial N immobilization but increase tree N acquisition. Increasing N retention within the recalcitrant N forms in soil was identified as a key mechanism by which beech alters soil N cycling with potential positive feedbacks on its acquisition by the plant. Our result emphasizes the importance of considering within‐species litter‐trait variability in litter decomposition.
- Published
- 2017
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49. Les sols et la vie souterraine : des enjeux majeurs en agroécologie
- Author
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Plassard, P., Trap, J., Ranoarisoa, P., Irshad, U., Villenave, C., Brauman, Alain, Briat, J.F. (coord.), and Job, D. (coord.)
- Subjects
CYCLE DE L'AZOTE ,CONSEQUENCE ECOLOGIQUE ,FIXATION BIOLOGIQUE DE L'AZOTE ,PHOSPHORE ,RHIZOSPHERE ,FONCTIONNEMENT DE L'ECOSYSTEME ,FAUNE DU SOL ,BACTERIE ,NUTRIMENT ,IMPACT SUR L'ENVIRONEMENT ,CYCLE DU PHOSPHORE ,AZOTE ,SERVICE ECOSYSTEMIQUE ,SYMBIOSE ,MICROFAUNE ,MYCORHIZE ,RELATION SOL PLANTE ,MANUEL - Published
- 2017
50. Impact des innovations agro-écologies sur les flux de carbone et d'azote des cultures pluviales. Cas des Hautes Terres de Madagascar
- Author
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Irintsoa Rasolofo, Laingo
- Subjects
P33 - Chimie et physique du sol ,L51 - Physiologie animale - Nutrition ,F08 - Systèmes et modes de culture ,L01 - Élevage - Considérations générales ,agroécologie ,Q70 - Traitement des déchets agricoles ,Déchet agricole ,Utilisation des déchets ,Culture pluviale ,Cycle de l'azote ,Système agropastoral ,Cycle du carbone ,F04 - Fertilisation - Abstract
L'agriculture de conservation (AC) a été introduite à Madagascar dans l'objectif de maintenir la durabilité des cultures pluviales. L'AC et l'élevage de ruminants doivent être considérés comme des activités complémentaires et synergiques mais des compétitions pour l'utilisation de la biomasse peuvent néanmoins apparaître dans certaines circonstances. En effet, l'AC permet de fournir des ressources fourragères pour l'alimentation des ruminants. En contrepartie les ruminants recyclent une partie de la biomasse ingérée, mais non digérée, sous forme de fumier. Les ruminants permettent ainsi d'améliorer la fertilité du sol via l'apport de fumier. Le recyclage des nutriments au sein d'une exploitation mixte d'agriculture-élevage peut être optimisé en améliorant les techniques de conservation des résidus des cultures et des effluents d'élevage. Cette thèse vise à acquérir des connaissances pour une gestion optimisée des biomasses végétales et animales afin d'améliorer la production agricole. Le principe est de favoriser le recyclage des biomasses végétales et animales en limitant les pertes en nutriments au sein de l'exploitation agricole. Pour cela, trois systèmes de culture pluviale ont été suivis en milieu contrôlé durant trois campagnes (2013 à 2016) : (i) rotation du riz avec du maïs associé à crotalaire en AC, (ii) rotation du riz avec de l'avoine en AC et (iii) rotation du riz avec du maïs associé au haricot en labour. À l'intérieur de chaque système de culture, quatre types de fertilisation ont été comparés : (i) aucune fertilisation, (ii) 5 t ha-1 de fumier conventionnel, (iii) 5 t ha-1 de fumier amélioré et (iv) 5 t ha-1 de fumier conventionnel + fumure minérale. Nous avons installé et suivi également les systèmes de culture ii et iii, et les deux fertilisations ii et iii en milieu paysan, pendant deux campagnes (2013 à 2015). Les rendements en grain de riz sont 27% et 48% supérieurs en utilisant le fumier amélioré ou la fumure minérale, respectivement, par rapport à la situation sans fertilisation. Pour les autres cultures, l'ordre d'importance des rendements en grain ou paille est similaire : fumure minérale > fumier amélioré > fumier conventionnel > sans fertilisation, mais la différence n'est significative que pour le maïs en milieu contrôlé. La production totale en grain (detoutes les cultures de la rotation) est plus élevée avec la rotation riz//maïs associé à la crotalaire et riz//maïs associé au haricot par rapport àla rotation riz//avoine. La production totale en paille de la rotation riz//maïs associé à la crotalaire est toujours significativement importante (10 à 17 t MS ha-1) en comparant à celle des deux autres systèmes de culture, grâce à la forte production de la crotalaire. Les rendements en paille ou en grain en milieu contrôlé et paysan sont similaires. Les racines de l'ensemble des plantes de chaque système de culture étudié permettent de restituer 18%, 27% et 28% du carbone total de toutes les biomasses aériennes et racinaires de la rotation riz//maïs associé à la crotalaire (10,0 t C ha-1 sur 2 ans), riz//avoine (3,1 t C ha-1 sur 2 ans) et riz//maïs associé au haricot (3,6 t C ha-1 sur 2 ans), respectivement. La simulation sur vingt ans du stock en C du sol (horizon 0 à 30 cm) montre que le delta carbone est toujours positif sous la rotation riz//maïs associé à la crotalairequand le stock en C total initial est inférieur à 160 t ha-1. Sous culture de riz//avoine et riz//maïs associé au haricot, le stock en C du sol peut être maintenu à l'équilibre, même en exportant 90% de la biomasse végétale aérienne pour l'alimentation animale, si le stock en C initial est de 60 t C ha-1. À chaque augmentation de 10 t C ha-1 du stock en C initial, les biomasses des rotations riz//avoine et riz//maïs associé au haricot exportées doivent être réduites respectivement de 17% et de 13% pour maintenir le stock en C initial. Ainsi, le delta carbone des rotations riz//avoine et riz//maïs associé au haricot devient négatif si les stocks en C de départ sont respectivement supérieurs à 110 et 130 t C ha-1. Pour ce qui concerne la restitution d'azote au sol, elle est également plus importante avec la rotation riz//maïs associé à la crotalaire (164 kg N ha-1 an-1) en comparant avec les deux autres rotations (de l'ordre de 45 kg N ha-1 an-1). En contrepartie, la rotation riz//avoine permet une production importante de lait (jusqu'à 3 640 l ha-1 an-1) par rapport aux autres rotations, riz//maïs associé au haricot (19% inférieur) et riz//maïs associé à la crotalaire (41% inférieur). En revanche, la rotation riz//maïs associé au haricot permet une production plus importante en grain plus riche en protéine par rapport aux deux autres rotations. Cependant, en tenant compte de toutes les productions (lait, grain, azote resitué au sol), la rotation riz//maïs associé à la crotalaire est la plus intéressante économiquement, avec un gain de 330 à 430 kAr ha-1 an-1 par rapport à la rotation riz//avoine, et de 60 à 620 kAr ha-1 an-1 par rapport à la rotation riz//maïs associé au haricot, suivant le taux d'exportation de la biomasse végétale consommable par les animaux. Pour chaque système de culture, la vente du lait produit, en valorisantla biomasse végétale comme fourrage, permet d'acheter une forte quantité de fumier et des engrais minéraux pour améliorer la fertilité du sol afin d'accroître les productions en grain dont celles du riz pour l'alimentation humaine. Le choix du système de culture utilisé dépendra, au final, de l'objectif de chaque paysan et de la taille de son exploitation.
- Published
- 2017
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