Modelling the transformation of organic materials in soil with nuclear magnetic resonance spectra

Pansu Marc Antoine, Thuriès Laurent, Soares Virgínia L.F., Simoes Margareth, Martin Neto L.. 2017. Modelling the transformation of organic materials in soil with nuclear magnetic resonance spectra. European Journal of Soil Science, 68 (1), n.spéc. Including Landmark Papers N°6 : 90-104.

Quartile : Q2, Sujet : SOIL SCIENCE

Résumé : Changes in the carbon (C) and nitrogen (N) compartments that result from the addition of organic material (OM) to the soil are predicted by the transformation of added OM (TAO) model with three parameters: very labile (P′L) and stable (PS) fractions of the OM and the rate of remineralization (kremin) of nitrogen immobilized by microorganisms. We propose relations between P′L, PS, kremin and various chemical groups in the OM identified by their 13C nuclear magnetic resonance (NMR) spectra. The aromatic content increased the predicted PS in accordance with published results. The O-aromatic content also increased PS, but much less so than the aromatic content. The carboxyl content decreased PS and increased P′L as in the TAO model based on infrared spectrometry. The carbonyl content decreased P′L, whereas di-O-alkyl increased P′L. The chemical composition of the population of decomposer organisms did not appear to be homeostatic, but was related rather to the composition of the substrate: kremin was positively correlated with the carboxyl and di-O-alkyl content and negatively correlated with the alkyl content. Solid state 13C NMR spectroscopy gave better predictions of the transformations that resulted from adding OM than biochemical fractionation and near infrared reflectance spectrometry (NIRS). It is fast and non-destructive and provides new insights into the processes that control decomposition for research into waste recycling, agro-ecology and climate change.

Résumé (autre langue) : Les transformations des compartiments carbone (C) et azote (N) résultant de l'addition de matériaux organiques (MO) au sol sont prédites par le modèle Transformation des Apports Organiques (TAO) utilisant trois paramètres: fractions très labile (P'′L) et stable (PS) de MO et taux de reminéralisation de N immobilisé par les microorganismes (kremin). Nous proposons des relations liant P'L, PS et kremin à plusieurs groupes chimiques identifiés par les spectres de résonance magnétique nucléaire (RMN) 13C des MO. Le contenu aromatique accroit la prédiction de PS en accord avec les données publiées. Le contenu O-aromatique augmente aussi PS mais beaucoup moins que le groupe aromatique. Le contenu carboxyle diminue PS et augmente P'L en accord avec de précédentes prédictions par spectrométrie proche infrarouge (SPIR). Le contenu carbonyle diminue P'L alors que di-O-alkyle augmente P'L. La composition des organismes décomposeurs n'apparaît pas homéostatique mais reliée à la composition de leur substrat : kremin est lié positivement aux contenus carboxyl et di-Oalkyl de la MO et négativement à son contenu alkyl. La spectrométrie RMN 13C de l'état solide prédit mieux les transformations liées à l'addition de MO que la mesure des fibres et la SPIR. C'est une méthode rapide et non destructive qui améliore la connaissance des processus contrôlant la décomposition dans les domaines du recyclage des déchets, de l'agro écologie et du changement climatique.

Mots-clés Agrovoc : matière organique du sol, carbone, azote, cycle de l'azote, cycle du carbone, minéralisation de l'azote, minéralisation du carbone, spectrométrie, spectroscopie infrarouge, déchet organique, recyclage des déchets, dégradation

Mots-clés libres : Cycle du carbone, Cycle de l'azote, RMN 13C, Modélisation, Transformation des apports organiques, Sol, Déchets organiques

Classification Agris : Q70 - Traitement des déchets agricoles
P33 - Chimie et physique du sol
U30 - Méthodes de recherche
F04 - Fertilisation

Champ stratégique Cirad : Axe 1 (2014-2018) - Agriculture écologiquement intensive

Auteurs et affiliations

• Pansu Marc Antoine, IRD (FRA)
• Thuriès Laurent, CIRAD-PERSYST-UPR Recyclage et risque (REU) ORCID: 0000-0002-1365-7891
• Soares Virgínia L.F., UESC (BRA)
• Simoes Margareth, EMBRAPA (FRA)
• Martin Neto L., EMBRAPA (BRA)

Source : Cirad-Agritrop (https://agritrop.cirad.fr/583149/)

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