Origine et évolution de la matière organique dans les sols des zones subhumides

Abstract

Soil organic matter (SOM) is closely related to organic carbon. It is a key factor in the global carbon cycle (C). Indeed deep soil carbon (>30 cm) is the primary pool of soil organic carbon (SOC). However, deep SOC is often not included in carbon inventories or management strategies, particularly in North-Africa. Information on the variation of deep soil organic carbon stock in comparison with surface carbon relative to topography, type soil and land use is scare, especially in Algeria city. In this thesis, we aimed to (i) quantify SOC contents and stocks, (ii) to know soil organic matter forms, origin and dynamic’s, in mediterranean climate, (iii) to determine the distribution and the main factors governing SOC stock in Skikda province (Zeramna and Saf-Saf valley), in sub (> 30 cm) and topsoil (< 30 cm). For this study, two approachs were followed, toposéquentiel and chrono-spatial (diachronic and spatial) study. The storage SOC and organic matter (SOM) was characterized by SOC content, carbon stocks, particle size distribution and mineralization potential. Both approaches showed that there is a high variability in SOC stocks in the region. Several factors are able to affect the SOC stock: topography, soil type and land use. However, soil type appears to be the major determinant. For the first approach, the total SOC stocks along a representative toposequence in Zeramna valley (El Hadaiek), varied significantly with respect to the topographical position (Summit of toposequence occupied by cork oak, and eucalyptus, piedmont occupied by olive, and plain occupied by citrus grove).Variation of total SOC stock in subsoil (30- 100 cm) was found in an increasing gradient from summit of toposequence to alluvial plain. However, in top 30 cm, SOC stock decreases along the toposequence. The amount and the dynamics of the deep SOC depended on the topographical position. In the mountain soils, most of the SOC stock (65. 5.26 tC ha-1) was in the topsoil (0-30 cm) and associated with the >50 μm fractions (plant materials origin), whereas in Mollisol of alluvial plain soils, most of the SOC stock (100 t C ha-1) was accumulated in subsoil (30-100 cm) and associated with the <20 μm fractions (mineral fractions), or, more than 60%, of the total SOC stocks (refer to 1 m depth) were stored in subsoil (30-100 cm) to alluvial plain (Mollisol, occupied by citrus grove). These soils do not yet reach their saturation in C according to Hassink's hypothesis. SOC in the subsoil contributed to SOC potential of mineralization and should not be underestimated, especially in the alluvial cultivated plains. On a regional scale, the study of the SOC stocks evolution in Skikda province, using a diachronic and spatial approachs, show the variation and an increase in SOC stocks, over time, in alluvial plain (occupied generally by citrus grove for more than 60 years), and an enrichment of this soil with organic carbon.This is due to alluvial processes, erosion and runoff of mountain soils and sedimentation. This increase is probably also due to agricultural practices (abandonment of land invaded by herbaceous plants, biochar production and deep plowing). In south of Skikda and upstream of the Saf-Saf wadi, clayey soil (Vertisols) is well developed. These soils have the great capacity to storage SOC by their clayey texture with 157.09 tC ha-1 at 60 cm indepth. Depth studies are need on these soils, Mollisols and clayey soil (Vertisols) that represent a real carbon sink. It seems imperative to protect them in order to increase or maintain their C stocks using suitable agricultural practices. La matière organique du sol (MOS) est un facteur clé du cycle du carbone (C) mondial. En effet, le carbone profond du sol (> 30 cm) est le principal réservoir de carbone organique du sol (SOC). Cependant, ce carbone n'est pas souvent inclus dans les inventaires de carbone ou les stratégies de gestion, spécialement en Afrique du Nord. Les informations sur la variation de stock du COS profond par rapport au celui de surface en relation avec la topographie, au type de sol et son mode d’usage sont rares, en particulier en Algérie. Dans cette thèse, les principaux objectifs sont ; (i) de quantifier les teneurs et les stocks organiques, (ii) de connaitre l'origine, la nature (forme) de la MOS et suivre sa dynamique dans les sols sous climat méditerranéen, (iii) de suivre l’évolution des stocks organiques, et déterminer les principales causes influençant, à savoir la topographie, type du sol et son mode d’usage dans la région de Skikda (Vallées de Zeramna et Saf Saf ) en surface (< 30 cm) et en profondeur (> 30 cm). L’étude s’est appuyée sur l’exploitation d’une approche toposéquentielle et une approche chrono-spatiale (diachronique et spatiale). Le stockage en COS et la matière organique du sol (MOS) ont été caractérisés par la teneur en COS, les stocks de carbone, la distribution granulométrique et la minéralisation potentielle. Les deux approches ont montré qu’il existe une forte variabilité des stocks du COS dans la région. Elles ont mis en évidence que plusieurs facteurs sont en mesure d’affecter le stock du COS : la topographie, le type de sol et son mode d’usage. Cependant, le type de sol apparait comme étant le déterminant majeur. Pour l’approche toposéquentielle, au long de la toposéquence de la vallée de Zeramna (El hadaiek), le stock du COS varie significativement avec la position topographique (Mi-montagne occupé par des chênes et des reboidements d'eucalyptus, piémont occupé par des oliviers et plaine occupée par des vergers d'agrume). Une inversion du gradient « amont-aval » des stocks de carbone, entre les horizons de surface (< 30 cm) et les horizons de profondeur (> 30 cm) est à noter. En surface, le stock de COS diminue de l’amont vers l’aval de la toposéquence avec des teneurs élevées en COS dans la montagne, Inceptisols occupés par des maquis (65. 5.26 tC ha-1) qui deviennent plus faibles dans la plaine alluviale. Cependant, pour les horizons de profondeur, voire le premier mètre (1 m), le stock de COS varie tout au long de la toposéquence, et accroit de l'amont vers l'aval de la toposéquence, et enregistre les stocks les plus élevée (159 ± 2.36tC ha-1) dans la plaine alluviale, Mollisols occupés par des vergers d'arboriculture. Le COS représente ainsi 100 t C ha-1, en 30- 100 cm de profondeur, soit, plus de 60 % C par rapport au stock total d’un mètre de sol. Le fractionnement de la MOS montre que le carbone organique des horizons de surface est sous forme particulaire, il s’accumule principalement dans la fraction > 50 μm, un indicateur des apports récents de C d'origine végétal (litières) facilement minéralisable. Cependant, le carbone organique s'accumule dans la fraction <20 μm (fraction minéral), dans les horizons de profondeur. Ces sols n'atteignent pas encore leur saturation en C selon l'hypothèse de Hassink. La minéralisation potentielle des stocks de carbone des sols est de l’ordre de 2gC 100 gC sol (2%). En effet, l’analyse de minéralisation du carbone organique sur tout le profil montre que, sur un (01) mètre de profondeur, le stock de COS potentiellement minéralisable est important dans les sols cultivés de la plaine alluviale. Ces sols alluviaux représentent donc un véritable puits de carbone potentiellement minéralisable. A l’échelle régionale, l’étude de l’évolution des stocks du COS, au moyen d’une approche diachronique et spatiale a fait montrer une grande variation et un accroissement des stocks du COS au cours du temps, aboutissant à un enrichissement des sols de la plaine alluviale en carbone. Cela est dû aux phénomènes d’alluvionnement et aux processus d’érosion et de ruissellement des sols de montagne (qui ont subi une diminution en COS), responsables du transport de la MOS des versants vers la plaine alluviale, occupée généralement par des vergers d'agrume depuis plus de 60 ans environ. Cette augmentation est due aussi, probablement, aux pratiques agricoles de brûlure des branches des arbres pour produire du charbon de bois, le délaissement des terres envahis par des espèces herbeuses et le labour profond. L'augmentation des stocks en C peut être endossée, également, à une maturation des sols alluviaux. Sur un autre plan, les terres battues, en raison des nombreuses constructions, ont été appauvries de façon remarquable, ce qui fait diminuer leur valeur agronomique. En allant vers le sud de Skikda et l’amont de l’oued Saf-Saf, les Vertisols sont bien développés (Tirs), destinées généralement aux cultures maraîchères et céréalières. Ces sols ont la capacité de stocker plus de carbone, plus long en profondeur, par leur texture argileuse avec un maximum de stock du COS (157.09 tC ha-1), et ce sur 0- 60 cm de profondeur seulement. Des études approfondies sont nécessaires sur les Mollisols et les Vertisols (Tirs) de la région qui représentent un véritable réservoir et puits de carbone. Il semble impératif de les protéger afin d’augmenter leurs capacités de stockage du carbone organique ou, du moins, de le préserver en faisant recours aux cultures et pratiques agricoles convenables.