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Impact des apports de lisier sur un sol cultivé de La Réunion : étude expérimentale et modélisation des flux d'eau et de nitrate dans la zone non saturée

Payet Nicolas. 2005. Impact des apports de lisier sur un sol cultivé de La Réunion : étude expérimentale et modélisation des flux d'eau et de nitrate dans la zone non saturée. Saint-Denis : Université de la Réunion, 248 p. Thèse de doctorat : Sciences environnementales : Université de la Réunion

Thesis
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Encadrement : Vauclin, Michel

Abstract : L'objectif principal de la thèse est de déterminer les risques de pollution des eaux souterraines suite à l'épandage de lisier sur un sol cultivé de l'île de La Réunion. La Réunion est une île volcanique tropicale où la ressource en eau provient pour les deux tiers de captage d'eau superficielle et pour un tiers de nappes souterraines. Depuis une vingtaine d'années, les eaux souterraines présentent des teneurs en nitrate en augmentation. A La Réunion, 80% des terres cultivables sont constituées de sols à caractère andique très perméables et possédant une capacité d'échange anionique élevée. Le climat est caractérisé par une saison humide où des évènements pluvieux de très fortes intensités peuvent survenir (lors des cyclones notamment). Pour calculer le drainage et la lixiviation des nitrates sous la zone racinaire, une métrologie non destructive a été mise en oeuvre sur deux parcelles cultivées (maïs et avoine en été et en hiver austral, respectivement) avec et sans épandage de lisier de porc (parcelles lisier et témoin). Deux fosses de 10 mètres de profondeur situées en aval de chaque parcelle ont aussi été creusées et dûment instrumentées afin de suivre les mouvements d'eau et de nitrate dans le sous-sol. Les caractéristiques hydrodynamiques du sol et du sous-sol ont été déterminées à partir d'expérimentations menées in situ et au laboratoire. Les paramètres du transport de soluté ont été estimés à partir d'essais réalisés sur colonnes de sol percolées et en réacteur fermé. Sur la parcelle lisier, l'équivalent de 260 et 180 kg N ha-1 ont été épandus lors des saisons 2003/04 et 2004/05 respectivement. La saison 2003/04 a été peu pluvieuse avec 700 mm de pluie cumulée alors que la suivante a été plus arrosée (environ 1100 mm). Aucun cyclone n'a affecté l'île durant les deux campagnes. Pour les deux saisons pluvieuses suivies et pour les deux parcelles, le drainage correspond environ à 50% de la pluie. Lors de la première campagne, la lixiviation des nitrates au-delà de la zone racinaire (située à 150 cm de profondeur) a été très faible pour les deux parcelles (< 5 kg N ha-1). En 2004/05, la lixiviation reste très faible sous la parcelle témoin mais est très importante sous la parcelle lisier (environ 150 kg N ha-1). La capacité du sol à adsorber les nitrates peut expliquer le retard observé entre le premier épandage de lisier et l'apparition des nitrates sous la zone racinaire. Toutefois, cette propriété n'a que très peu d'impact à long terme sur les risques de lixiviation des nitrates vers les nappes souterraines. Le suivi des mouvements d'eau et de nitrate dans le sous-sol a montré que les flux d'eau pouvaient être très rapides (de l'ordre d'une centaine de mm h-1) alors que ceux des nitrates étaient très ralentis en raison notamment des propriétés d'adsorption des matériaux du sous-sol (notamment la roche altérée). Les paramètres du sol déterminés sur le terrain et au laboratoire ont permis de renseigner le modèle mécaniste WAVE et d'évaluer sa capacité à simuler les dynamiques observées. Les mesures obtenues lors de deux saisons aux conditions climatiques différentes ont été très correctement reproduites. Les scénarii prospectifs réalisés à l'aide du modèle indiquent que le risque de lixiviation des nitrates sous la zone racinaire sera très important quelle que soit la quantité de lisier apportée en début du prochain cycle cultural confirmant ainsi l'importance de la prise en compte du stock d'azote minéral présent dans le sol et mettant en évidence la nécessité d'observations sur le long terme. (Résumé d'auteur)

Mots-clés Agrovoc : Lisier, Fertilisation, Pollution, Risque, Drainage, Eau de drainage, Lessivage du sol, Nitrate, Modèle mathématique, Simulation

Mots-clés géographiques Agrovoc : Réunion

Classification Agris : P33 - Soil chemistry and physics
U10 - Mathematical and statistical methods

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

Auteurs et affiliations

  • Payet Nicolas, CIRAD-CA-UPR Recyclage et risque (REU)

Autres liens de la publication

Source : Cirad - Agritrop (https://agritrop.cirad.fr/532500/)

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