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Suivi du devenir de l'eau et des nitrates sous culture de pommes de terre (Solanum tuberosum L.) à l'aide du traçage isotopique ¹⁸O, ²H et ¹⁵N et d'un échantillonnage représentatif de la microtopographie

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2007
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La quantification du lessivage des engrais azotés en vue de réduire les pertes dans l’environnement sous production de pomme de terre (Solanum tuberosum L.) sur sol sableux constitue un enjeu majeur de la recherche actuelle. L’objectif général de la thèse répond à cette problématique en trois parties. Le premier sous-objectif visait à suivre le devenir des pluies et du couvert neigeux fondu dans le sol tout au long de l’année par les isotopes stables de l’eau (18O et 2H), car les nitrates suivent le trajet de l’eau. Nos résultats évaluent la vitesse de percolation des pluies et de l’eau issue de la fonte du couvert neigeux à environ 1,5±0,5 mois. L’eau circule plus lentement dans la couche arable supérieure que dans la couche sous-jacente. Finalement, un modèle perceptuel permet de distinguer le lessivage sur deux périodes : une première période entre la récolte et la plantation et une seconde période durant le développement de la plante. Le deuxième sous-objectif s’est intéressé au déplacement de l’engrais dans le sol et à estimer les quantités récupérées par la plante par le suivi de l’engrais enrichi en azote 15. Des profils de sol ont été prélevés les mêmes jours que pour l’oxygène 18 et le deutérium. Les résultats montrent que l’engrais reste localisé au centre de la butte tant qu’il n’y aucune pluie supérieure à 70±10 mm. Les nitrates sont lessivés essentiellement à l’automne, ce qui confirme les résultats obtenus avec l’oxygène 18 et le deutérium. A la récolte, le tubercule a prélevé 47% de l’azote issu du fertilisant, le reste étant susceptible au lessivage. Jusqu’au maximum de couverture foliaire, la plante prélève préférentiellement l’azote issu de l’engrais comparativement à l’azote issu de la minéralisation. La situation s’inverse ensuite. Le troisième sous-objectif était de simplifier la mesure des nitrates du sol à l’intérieur de la butte en vue d’améliorer la précision des bilans azotés. La butte a été échantillonnée sur une profondeur de cinquante centimètres à quatre endroits et à cinq moments durant la saison. Une relation robuste de pente de 0.78 reliait les concentrations de nitrate du sol prélevées au centre de la butte à celles de l’intégralité du profil de sol (0-80 cm) dont la microtopographie avait été modifiée par le buttage.
Quantifying nitrogen fertilizer leaching in order to reduce environmental losses in the potato (Solanum tuberosum L.) production on sandy soils is a major issue of current research. The general objective of the thesis was to address this problem in three parts. The first part aimed to follow the fate of rainfall and snowmelt in the soil during an entire year with water stable isotopes (18O and 2H) since nitrates follow water pathways. Rainfall and snow melt percolation rate was approximately 1.5±0.5 months. Water percolates at slower rate in the upper soil layer than in sublayers. Finally, a perceptual model considered two periods of nitrate leaching: the first period from previous harvest to seeding and the second during the cropping season. In the second part, we followed the nitrogen fertilizer pathway through soil and estimated fertilizer recovered by plants after fortification with nitrogen 15. Soil profiles were sampled on the same days as for the oxygen 18 and deuterium samplings. Results show that the fertilizer remained in the hill until the occurrence of rainfall events exceeding 70±10 mm. Nitrates are leached away mostly during the fall, as was the case for oxygen 18 and deuterium. At harvest, the tuber took up 47% of the nitrogen from fertilizer, leaving the remainder susceptible to leaching. Until maximum foliage coverage, the plant took up nitrogen more from fertilizer than mineralized organic nitrogen, but the reverse occurred thereafter. The third part was to simplify the sampling procedure of soil nitrate within the hill for budgeting nitrate. The hill was sampled across a 0-50 cm soil profile at four places and at five moments during the cropping season. A reliable relationship with a slope of 0.78 related soil nitrate content sampled at the centre of the hill to that of the entire hill for the 0-50 cm soil profile.
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thèse de doctorat