Effets des amendements organiques exogènes sur la composition de la matière organique et le stockage du carbone d’un sol dégradé par l’érosion dans le Nord du Vietnam Thi Phuong Ngo To cite this version: Thi Phuong Ngo. Effets des amendements organiques exogènes sur la composition de la matière organique et le stockage du carbone d’un sol dégradé par l’érosion dans le Nord du Vietnam. Sciences de la Terre. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2014. Français. ￿NNT: 2014PA066152￿. ￿tel-01164977￿ HAL Id: tel-01164977 https://theses.hal.science/tel-01164977 Submitted on 18 Jun 2015 HAL is a multi-disciplinary open access L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est archive for the deposit and dissemination of sci- destinée au dépôt et à la diffusion de documents entific research documents, whether they are pub- scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, lished or not. The documents may come from émanant des établissements d’enseignement et de teaching and research institutions in France or recherche français ou étrangers, des laboratoires abroad, or from public or private research centers. publics ou privés. THÈSE PRÉSENTÉE A L’UNIVERSITÉ PIERRE ET MARIE CURIE ÉCOLE DOCTORALE : « Science de l’environnement d’Ile de France » Par : Thi Phuong NGO POUR OBTENIR LE GRADE DE DOCTEUR SPÉCIALITÉ : Science du sol et l’environnement Effets des amendements organiques exogènes sur la composition de la matière organiques et le stockage du carbone d’un sol dégradé par l’érosion dans le Nord du Vietnam Directeur de recherche : Cornelia Rumpel Co-directeur de recherche: Dinh Kim Dang Pascal Jouquet Soutenue le 06 Mai 2014 Devant la commission d’examen formée de : Mme. Cornelia Rumpel DR, CNRS Directrice de thèse M. Dinh Kim Dang Prof, VAST Hanoi Co-directeur de thèse M. Pascal Jouquet CR, IRD Co-directeur de thèse M. Luc Abbadie Prof, Université Paris VI Président M. Christian Walter Prof, Agrocampus Rennes Raporteur M. Samuel Abiven Associate Prof, Université de Zurich Raporteur Mme. Safya Menasseri MC, Agrocampus Rennes Examinatrice Remerciement Je tiens à adresser mes sincères remerciements à Cornelia Rumpel de m’avoir accueillie dans son équipe lors de mon stage de M1 et de m’avoir permis d’y réaliser mon stage de M2, puis ensuite ce doctorat. Merci, pour sa grande disponibilité, son dynamisme, et son entousiasme, sans lesquels mes travaux n’aurraient pas été possibles. Merci également de m’avoir offert l’opportunité de réaliser un séjour d’étude au Chili, ainsi que de nombreuses occasions de présenter mes travaux, tant en France qu’à l’étranger. Je tiens à exprimer ma gratitude la plus sincère et ma reconnaissance la plus profonde à Pascal Jouquet, qui m’a offert l’occasion de faire mes premières armes en sciences du sol, et sans qui je ne serais devenue la pédologue que je suis. Je voudrais également remercier Dinh Kim Dang, de m’avoir accueillie chaleureuse au sein de son laboratoire à Hanoi et pour ses discusitons toujours sympathiques. Je remercie mon comité de pilotage, pour leurs remarques constructves à mes travaux, notamment: Sabine Houot, Marie France Dignac, Emma Rochelle Netwall, Manuel Blouin. J’aimerais également remercier les membres du jury d’avoir accepté d’évaluer mes travaux de doctorat. Merci toute l’équipe MOS de BioEMCO Grignon pour les années passées ensemble. Je voudrais remercier Claire Chenu de m’avoir donné l’opportunité de réaliser mes premières expériences d’enseignement. Il m’est particulièrement agréable de remercier Abad Chabbi, qui le premier m’a acqueiili à la sortie de l’aéroport CDG, et qui toujours m’a encouragée chaleureusement. Mes remerciements s’adressent également à Cyril Girardin, Daniel Billou, Gerard Bardoux, Valérie Poutou, Patricia Richard, Philippe Biron pour leurs aides et leurs gentillesses au labo et les discussions sympathiques. Merci très chaleureusement Christophe Naisse et Clément Peltre pour leurs contributions anonymes à mes travaux. Merci mes ami(e)s Sabrina, Romain, Céline, Alexandra, Kevin…. Je voudrais aussi remercier l’équipe des chercheurs Français au Vietnam, notament Didier Orange, Emma Rochelle Netwall, Jean Louis Janeau pour leurs aides lors de mes séjours au Vietnam. Merci également au programme Evarist Galois de l’ambassade de France à Hanoi et l’IRD pour le financement de ma bourse de thèse. Merci à tous! *** I’d like to acknowledge Maria de la Luz Mora Gil for providing me the opportunity to work with her in collaboration. I also thank my friends from BIOREUFRO, especially to Gabriela and Marcela for their help during my mission in Temuco. Thanks to the Post-doc from BioEMCO: Nadia, Fernando, Karen, Nimai for sharing office with me and having fun together. Thanks Nadia, Fernando, and Karen for helping me learning English. *** Cháu cảm ơn chú Toàn, Em cảm ơn các anh chị ở viện Thổ nhưỡng nông hóa, ñặc biệt là chị Thủy, anh Rĩnh, anh Hải, anh Phương, anh Thiết, anh Tiến vì ñã chỉ cho em nhiều ñiều, về công việc và cả cuộc sống.Cảm ơn chú Khôi, cô Vân, chị Thảo, em Hà ñã giúp ñỡ cháu/em/chị cac công việc liên quan thí nghiệm và chuẩn bị mẫu. Cháu cảm ơn chú Tựa, cô Thủy, chị Thủy, anh Cường, chị Thơm, hai anh Kiên, anh Minh ở viện khoa học và công nghệ môi trường ñã tạo ñiều kiên, giúp ñỡ trong quá trình làm việc ở phòng. Em cảm ơn chị Quỳnh ở viện hóa học các hợp chất thiên nhiên, anh ðức, chị Minh, anh Quang, Yến, ñặc biệt là anh Quốc Anh, anh Giang ở viện Hóa, ñã giúp ñỡ, thảo luận, chia sẻ công việc với em. Cuối cùng, con cảm ơn bố mẹ, anh Trình và gia ñình nội, ngoại ñã ủng hộ, ñộng viên con trong suốt quá trình làm nghiên cứu sinh. Cháu cảm ơn gia ñình bác Ro và bác ðài ñã cho cháu ở cùng trong thời gian ở Việt Nam. Nhờ khoảng thời gian này mà cháu ñă học ñược kha khá món tủ từ bác Thư, bác Hằng và chị Thúy ^.^ Cảm ơn tất cả bạn bè, mọi người ñã ở bên tớ! Sommaire Introduction générale...............................................................................................................1 Chapitre 1 : Contexte et synthèse bibliographique...............................................................5 1. Présentation du Vietnam et du contexte de la thèse...........................................................7 1.1. Situation démographique et économique.....................................................................7 1.2. Erosion et dégradation des sols dans le Nord du Vietnam...........................................7 2. Synthèse bibliographique...................................................................................................8 2.1. Les amendements organiques exogènes (AOEs).........................................................8 2.2. Les matières organiques du sol..................................................................................15 3. Site d’étude et matériel.....................................................................................................21 3.1 Présentation la situation et le climat de la région de Hanoi........................................21 3.2. Fabrication du compost, du lombricompost et du biochar.........................................22 Chapitre 2 : Caractérisation de la nature chimique du lisier de buffle, du compost, du lombricompost et du biochar................................................................................................25 1. Introduction......................................................................................................................27 2. Methods............................................................................................................................28 2.1. Elemental and isotopic analysis.................................................................................28 2.2. Solid-state 13C nuclear magnetic resonance spectroscopy.........................................29 2.3. Analytical pyrolysis...................................................................................................29 2.4. Van Soest fractionation..............................................................................................30 2.5. CuO oxidation............................................................................................................30 2.6. Phosphorus fractionation...........................................................................................30 2.7. Statistical analyses.....................................................................................................31 3. Results and discussion......................................................................................................32 3.1. Composition of organic amendments........................................................................32 3.2. Phosphorus forms in organic amendments................................................................41 4. Conclusion........................................................................................................................44 Chapitre 3 : Stabilité chimique et biologique du lisier de buffle, du compost, du lombricompost et du biochar................................................................................................45 1. Introduction......................................................................................................................46 2. Materials and methods......................................................................................................47 2.1. Materials ....................................................................................................................47 2.2. Dichromate oxidation.................................................................................................47 2.3. Incubation experiment in laboratory..........................................................................48 2.4. Litterbags experiment................................................................................................48 2.5. Elemental analysis .....................................................................................................48 2.6. Statistical analysis......................................................................................................48 3. Results and discussion......................................................................................................49 3.1. Chemical stability......................................................................................................49 3.2. Biological stability.....................................................................................................51 4. Conclusion........................................................................................................................55 Chapitre 4: L’impact de différents amendements sur la composition chimique et le stock de carbone de sol tropical dégradé par érosion au Vietnam 1. Introduction......................................................................................................................59 2. Materials and methods......................................................................................................60 2.1. Soil and organic amendments....................................................................................60 2.2. Experimental design...................................................................................................61 2.3. Elemental analysis .....................................................................................................62 2.4. Demineralisation with HF (hydrofluoric acid)..........................................................63 2.5. Neutral non cellulosic carbohydrates.........................................................................63 2.6. Analytical pyrolysis...................................................................................................64 2.7. Statistic analysis.........................................................................................................64 3. Results..............................................................................................................................65 3.1. Elemental analysis .....................................................................................................65 3.2. Mineral bound OM ....................................................................................................67 3.3. Sugar signature...........................................................................................................67 3.3. Pyrolysis GC/MS.......................................................................................................69 4. Discussion.........................................................................................................................77 4. 1. Effect of manure, compost and vermicompost.........................................................77 4.2. Biochar effect.............................................................................................................79 5. Conclusion........................................................................................................................81 Conclusion générale...............................................................................................................83 Reference.................................................................................................................................87 Annexe………………………………………………………………………………………103 Résumé……………………………………………………………………………………...105 Introduction générale Introduction générale Situé à l’extrême Est de la péninsule indochinoise, le Vietnam qui est un pays agricole avec une densité de population de 267 personnes/km² (une des densités les plus fortes au monde) exerce une pression importante sur ses terres cultivables. La fréquence et la force des pluies caractéristiques du climat subtropical humide, combinés à l’utilisation intense des engrais et des pesticides mettent à mal la durabilité des systèmes de culture. De plus, l’exploitation agricole des terrains sur pentes dans le Nord du Vietnam augmente l’érosion et diminue la fertilité des sols. La perte de fertilité est étroitement associée avec la diminution des teneurs en matière organique des sols (MOS). Il apparaît de ce fait urgent de trouver une alternative durable à la gestion conventionnelle des terres agricoles de pente. Dans ce cadre, la fertilisation organique des sols apparaît comme une alternative crédible, du point de vue économique, environnemental et sociétal. L’apport des amendements organiques exogènes (AOEs) aux sols peut assurer la réhabilitation de la qualité des sols et maintenir la qualité des eaux (Francou et al., 2005). Dans le nord de Vietnam, les substrats organiques peu couteux et abandonnement disponibles sont : le lisier de buffle et le biochar issus de la pyrolyse du bambou ou de la paille du riz (charbon vert). La qualité de l’AOE apportée au sol est de la plus haute importance. Un AOE facilement minéralisable permet une rapide biodisponibilité des éléments minéraux, mais ne permet pas une augmentation durable des propriétés physiques des sols (stabilité structurale et résistance à l’érosion, infiltration de l’eau…), alors qu’un AOE « stable » permettra une séquestration sur le moyen ou long terme de la MOS, mais rendra disponible au fil du temps les éléments minéraux pour la plante (Parton et al., 1987). Au Vietnam, le lisier de buffle issu de l’élevage est en général stocké puis épandue plusieurs fois par an comme engrais organique sur les sols. Cependant, l’absence de traitements préalables participent à une acidification des sols et une perte rapide des nutriments minéraux (Bouman et al., 1995). La stabilisation des lisiers par compostage avant son épandage sur les sols apparaît donc comme une alternative crédible afin d’améliorer la qualité de l'environnement et augmenter la durabilité des pratiques culturales. Dans une perspective d’ingénierie écologique, les vers de terre épigés peuvent être utilisés pour transformer les lisiers et ainsi former un substrat appelé ‘lombricompost’ (ou vermicompost en anglais). Cette technique est en effet plus pratique par rapport au 1