Emissions de gaz à effet de serre par le sol et stockage de carbone en caféiculture conduite sur des andosols en climat tropical

Hergoualc'h Kristell. 2008. Emissions de gaz à effet de serre par le sol et stockage de carbone en caféiculture conduite sur des andosols en climat tropical. Montpellier : Montpellier SupAgro, 229 p. Thèse de doctorat : Sciences du sol : Montpellier SupAgro Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques

Titre anglais : Soil greenhouse gases emissions and carbon storage in coffee plantations on andosols in tropical climate

Encadrement : Ganry, Francis

Résumé : La caféiculture représente 7,5% des cultures permanentes mondiales et utilise généralement de grandes quantités de fertilisants azotés (jusqu'à 350 kg N ha-1 an-1). La caféiculture est souvent pratiquée sous couvert d'arbres dont certains sont fixateurs d'azote. La contribution des plantes fixatrices d'azote aux émissions de N2O est un sujet prégnant dans le cadre du développement durable, avec des résultats dans la littérature qui peuvent parfois apparaître contradictoires. Dans ce contexte, nous avons étudié le bilan des gaz à effet de serre (GES) dans deux cultures caféières fortement fertilisées (250 kg N ha-1 an-1), au Costa Rica: une monoculture et une culture ombragée par l'espèce légumineuse fixatrice de N2 Inga densiflora. Nous avons mesuré périodiquement les flux de N2O, CH4 et CO2 à l'interface sol-atmosphère, leurs déterminants édaphiques (humidité gravimétrique, espace poral occupé par l'eau, température et teneur en azote minéral) et les taux de minéralisation de l'azote dans le sol. Par ailleurs, nous avons caractérisé, au laboratoire, les paramètres biologiques de nitrification-dénitrification et leur production associée de N2O et N2 pour simuler en continu les émissions de N2O avec les modèles NGAS et NOE sur une durée d'un an. Enfin, nous avons évalué la dynamique du C du sol et l'accumulation de C dans les biomasses et la litière. Nos mesures ont montré une très forte contribution de la fertilisation azotée aux émissions de N2O, soit une proportion moyenne de 77% des bilans annuels (4,3 ± 0,3 et 5,8 ± 0,5 kg N-N2O ha-1 an-1, respectivement dans la monoculture et la culture ombragée). Les fertilisations ont également augmenté temporairement la respiration du sol. Les valeurs faibles des activités biologiques (notamment des potentiels de dénitrification < 1 kg N ha-1 j-1) ont expliqué les flux toujours inférieurs à 300 g N ha-1 j-1 observés dans des conditions environnementales pourtant favorables à la production de N2O (température, humidité et teneur en nitrate du sol élevées). La similarité entre les activités biologiques mesurées sur les deux cultures de café ainsi que celle entre les bilans annuels de N2O établis à partir de mesures et de modélisation permettent de conclure sur un effet de faible ampleur de l'espèce légumineuse fixatrice de N2 sur les émissions de N2O. Le bilan des flux de GES hors CO2 à l'interface sol-atmosphère et du stockage de C de la culture ombragée (11,93 ± 2,17 Mg CO2-equivalent ha-1 an-1) a été 4 fois supérieur au bilan de la monoculture (2,67 ± 1,94 Mg CO2-equivalent ha-1 an-1). Nos résultats tendent donc à confirmer que la culture de café conduite en agroforesterie, sur un Andosol, augmente le puits de GES et que, dans le contexte présent, l'utilisation d'une légumineuse fixatrice de N2 comme espèce ombragère ne contredit pas cette observation.

Résumé (autre langue) : Coffee plantations represent 7.5% of the world's permanent crops and generally use large amounts of N fertilizer (up to 350 kg N ha-1 y-1). Coffee is often grown under the shade of N fixing trees. The contribution of N fixing plants to N2O emissions is a growing concern in the sustainable development framework. To date results in the literature are contradictory. We, therefore, studied the greenhouse gas (GHG) balance in two highly fertilized (250 kg N ha-1 y-1) coffee plantations, in Costa Rica: a monoculture and a plantation shaded by the N2 fixing legume species Inga densiflora. We periodically measured soil fluxes of N2O, CH4 and CO2, their edaphic determinants (gravimetric moisture, water-filled pore space, temperature and mineral nitrogen content) and soil N mineralization rates. In addition, we characterized, in the laboratory, the biological parameters of nitrification-denitrification and their related N2O and N2 production in order to simulate continuous N2O emissions using the models NGAS and NOE for a one year period. We also assessed soil C dynamic and C accumulation in biomass and litter. Our measurements showed a very large contribution of fertilizer induced N2O emissions, on average 77%, to the annual budgets (4.3 ± 0.3 and 5.8 ± 0.5 kg N2O-N ha-1 y-1, in the monoculture and the shaded plantation, respectively). The fertilizations also temporarily increased soil respiration rates. The low values of the biological activities (notably denitrification potentials < 1 kg N ha-1 d-1) explained that the observed N2O fluxes were always smaller than 300 g N ha-1 d-1 in environmental conditions yet favourable to N2O production (high soil temperature, moisture and nitrate content). The similarity of the biological activities measured in both coffee plantations and also the similar annual N2O budgets derived through measurements and modelling suggests only a small magnitude effect of the N2 fixing legume tree species on N2O emissions. The sum of soil non CO2 GHG fluxes and C storage in the shaded culture (11.93 ± 2.17 Mg CO2-equivalent ha-1 y-1) was 4 times larger than the total GHG balance in the monoculture (2.67 ± 1.94 Mg CO2-equivalent ha-1 y-1). Our results therefore confirm that coffee grown in an agroforestry system, on an Andosol, increases the GHG sink and that, for the current context, the use of an N2 fixing legume species as shade tree does not contradict this observation.

Mots-clés Agrovoc : gaz à effet de serre, Coffea, Andosol, dioxyde de carbone, méthane, oxyde nitreux, Fixation de l'azote, Inga, climat tropical, agroforesterie, nitrification, conduite de la culture, monoculture, culture sous couvert végétal, carbone, stockage

Mots-clés géographiques Agrovoc : Costa Rica

Mots-clés complémentaires : Inga densiflora

Classification Agris : P02 - Pollution
F08 - Systèmes et modes de culture
P40 - Météorologie et climatologie
P33 - Chimie et physique du sol

Champ stratégique Cirad : Axe 1 (2005-2013) - Intensification écologique

Auteurs et affiliations

• Hergoualc'h Kristell, CIRAD-PERSYST-UPR Ecosystèmes de plantations (CRI)

Source : Cirad - Agritrop (https://agritrop.cirad.fr/543927/)

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