Le couple Eh/pH du sol : sa mesure, son impact sur la mobilité des nutriments et la croissance du tournesol

Cottes Jérémy. 2019. Le couple Eh/pH du sol : sa mesure, son impact sur la mobilité des nutriments et la croissance du tournesol. Toulouse : Université de Toulouse, 352 p. Thèse de doctorat : Surfaces interfaces continentales hydrologie : Université de Toulouse

Encadrement : Guiresse, Maritxu ; Sournia-Saquet, Alice ; Husson, Oliver

Résumé : Ce travail de thèse s'inscrit dans un contexte d'agriculture durable qui vise à consommer de moins en moins d'intrants tout en maintenant des niveaux de production de biomasse croissante, aussi bien en termes de quantité que de qualité. De tels niveaux ne peuvent être atteints qu'à la condition que les végétaux cultivés puissent se développer dans des conditions optimales, et notamment avoir accès aux éléments minéraux essentiels à leur croissance. De nombreux facteurs interviennent dans la mise à disposition des nutriments présents dans le sol pour les cultures comme le pH ou le potentiel d'oxydo-réduction (Eh). Plusieurs auteurs ont montré que les plantes fonctionnaient au sein d'une gamme interne Eh/pH bien spécifique et qu'elles ont la capacité de modifier ces paramètres dans la rhizosphère pour assurer l'homéostasie intracellulaire. Cette étude a pour objectif final de contribuer à la compréhension des effets du potentiel redox du sol sur la mobilité et la mise à disposition des nutriments pour la plante. La difficulté réside dans la nécessité de réaliser les mesures aussi bien pour le Eh que le pH, in situ dans le sol et en présence de plantes. Bien que connaître le Eh sol soit essentiel, sa mesure reste complexe en raison du manque de fiabilité des protocoles proposés, de l'hétérogénéité du système poral du sol et de la variabilité temporelle des conditions pédoclimatiques. Ainsi, le premier défi relevé par ces travaux a été d'ordre métrologique. Cette thèse propose des avancées pratiques sur la mesure du Eh dans les sols en utilisant des électrodes combinées. Le dispositif a été appliqué au suivi d'une culture en pots (1L) de tournesols placés pendant 70 jours dans différentes conditions pédoclimatiques. Cette campagne a notamment permis d'évaluer les relations existantes entre le couple Eh /pH du sol et la forme chimique disponible des principaux nutriments présents dans celui-ci (N, P, K, Ca, Mg, S, Fe, Mn, B, Zn, Cu et Mo). Les travaux ont ainsi montré que l'azote et le fer étaient les variables clés déterminant le Eh des sols. Alors que certains éléments (N, Fe, Mn, S) sont directement dépendants des variations du Eh et du pH des sols, d'autres (Mg, Ca, P, Cu, Zn, Mo) voient leur disponibilité indirectement impactée. Considérant l'ensemble de ces résultats, la question posée a alors été de savoir si la mesure du Eh du sol permettrait, d'une quelconque manière, de fournir un indicateur capable de rendre compte de " l'état favorable " du sol dans lequel sont cultivés les plantes. Afin de répondre à ce besoin un nouveau paramètre, nommé Ehcumul a été proposé, à l'instar du degré jour qui décrit, en agronomie, les besoins en température des plantes pour leur développement. De fortes corrélations entre Ehcumul et la croissance des tournesols ont permis de confirmer qu'il existe bien des conditions optimales de Eh des sols : 440 mV/ENH, dans notre expérimentation. Plus les conditions s'éloignent de cette valeur optimale, et moins le tournesol produit de biomasse. Faisant l'hypothèse que l'activité biologique des sols pouvait jouer un rôle central sur les valeurs du Eh, le suivi du tournesol a également été mené sur des sols préalablement stérilisés par étuvage. Ayant été portés 5 jours à 105°C, ces sols ont vu leur teneur en carbone organique dissous (COD) bien supérieure aux autres, suite à une dégradation de la matière organique la plus labile. L'augmentation du COD a eu de multiples impacts, dont celui de maintenir une valeur de Eh relativement modérée. Ces résultats ouvrent des perspectives concernant l'impact des matières organiques du sol pour y maintenir des valeurs de potentiels d'oxydo-réduction optimales pour la croissance des végétaux.

Résumé (autre langue) : This work is part of a sustainable agriculture context that aims to consume fewer and fewer inputs while maintaining increasing biomass production levels, both in terms of quantity and quality. Such levels can only be achieved if cultivated plants can develop under optimal conditions, including access to the mineral elements essential for their growth. Many factors are involved in the availability of nutrients in the soil for crops such as pH or oxidation-reduction potential (Eh). Several authors have shown that plants grow within a specific Eh/pH range and are able to alter these parameters in the rhizosphere to ensure intracellular homeostasis. The final objective of this study is to understand the effects of soil redox potential on mobility and availability of nutrients to the plant. The need to carry out measurements for both Eh and pH, in situ in the soil with plants is a real matter. Measuring soil Eh is essential but complex due to the lack of measurement reliability resulting from high temporal variability and metrological challenges. This work proposes practical advancements for measuring Eh in soils using combined electrodes. The protocol was applied to monitor a sunflowers pot culture (1L) for a 70 days campaign under different soil and climate conditions. The relationships between soil Eh / pH and the availability of nutrients presents in the soil (N, P, K, Ca, Mg, S, Fe, Mn, B, Zn, Cu and Mo) has been analysed. This study has highlighted the impact of nitrogen and iron in soil Eh values. While some elements (N, Fe, Mn, S) are directly impacted by soil Eh and pH variations, others (Mg, Ca, P, Cu, Zn, Mo) have their mobility and availability indirectly affected. Considering all these results, the objective of this experiment was to determine if soil Eh would in any way provide an indicator that could represents the "favourable state" of soil for plants growth. To achieve this objective a new parameter, called Ehcumul, has been proposed, similar to the degree day, which describes, in agronomy, the temperature needs for plants growth. Strong correlations between Ehcumul and sunflower growth revealed the existence of optimal soil Eh conditions: 440 mV/ENH, in our experiment. Assuming that biological activity of the soils could play a central role in Eh values, sunflower monitoring was also carried out on soils previously sterilized by drying (105°C for 5 days). The dissolved organic carbon (DOC) contents of these soils is increased compared to non-sterilised soils, due to degradation of the most labile organic matter. The consequence was a moderated and constant Eh value. These results open up perspectives on the impact of soil organic matter to maintain optimal soil redox potential values for plant growth.

Mots-clés Agrovoc : Helianthus annuus, potentiel redox, nutrition des plantes, disponibilité nutriments (sol), disponibilité d'élément nutritif, santé des plantes, matière organique du sol, fertilité du sol

Classification Agris : P33 - Chimie et physique du sol
P35 - Fertilité du sol
F61 - Physiologie végétale - Nutrition
F62 - Physiologie végétale - Croissance et développement

Auteurs et affiliations

• Cottes Jérémy, Université de Toulouse (FRA)

Source : Cirad-Agritrop (https://agritrop.cirad.fr/595321/)

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