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Comparison of different tillage systems in organic farming : effect of soil structure and organic matter repartition on soil micro-organisms and their activities of carbon and nitrogen mineralization

Vian, Jean-François (2009) Comparison of different tillage systems in organic farming : effect of soil structure and organic matter repartition on soil micro-organisms and their activities of carbon and nitrogen mineralization. [Comparaison de différentes techniques de travail du sol en agriculture biologique: effet de la structure et de la localisation des résidus sur les microorganismes du sol et leurs activités de minéralisation du carbone et de l'azote.] PhD thesis. HAL CCSD. [Unpublished]

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Document available online at: https://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00005158


Summary

Over the last decades, the surface traditionally ploughed has tended to decrease and replaced by shallow working tillage techniques without soil inversion, i.e., no tillage or reduced tillage with tines or discs. These techniques were mostly developed in conventional farming systems but nowadays they are also developed in organic farming systems. Nevertheless, these tillage techniques could generate crop nutrients deficiencies and a deterioration of soil structure, especially during the first years of their application. As the use of synthetic fertilizers is forbidden in organic farming, a decrease of the soil fertility could be very detrimental for crop growth. Indeed, soil micro-organisms are key contributors to the soil functioning in organic farming as nutrient supply is mainly dependent on the degradation of soil organic matter by their mineralization activity. The objective of this work was to study - during the first years of their application (< 5 years) - the effects of different tillage techniques on soil structure, crop residues distribution and to evaluate their consequences on soil micro-organisms as well as their potential activity to mineralize organic carbon and nitrogen. To fulfill this objective, a particular sampling scheme was used, based on a morphological characterisation of soil structure. In each horizon delimited by the working depth of the successive tillage tools, we sampled different areas with distinct physical properties : compacted clods (D clods) without any visible structural porosity and loose clods with a clearly visible structural porosity (G clods). This sampling method enabled us to make connections between soil structure and soil microbial functioning, and to reveal the spatial organisation of soil micro-organisms at a macroscopic scale, quantitatively (soil microbial biomass and its activities of C and N mineralization) and qualitatively (soil microbial community structure). In this way, during the first years of treatments differentiation, quantity, activity and soil microbial community structure were modified : firstly, by crop residue distribution and secondly, by soil compaction within the horizons where substrates availability was not restricted. The integration of the spatial heterogeneities of soil structure enabled us to precise the effects of each tillage technique on the potential ability of soil micro-organisms to mineralize organic carbon and nitrogen. Thus, in the experimental conditions of this work, the application of a reduced tillage technique in organic farming doesn't reduce the potential of nitrogen mineralization in comparison with mouldboard ploughing during the first years of its application.


Summary translation

Depuis quelques décennies, le labour, comme mode de travail du sol, tend à diminuer au profit de différents modes de préparation du sol, allant du travail du sol réduit sans retournement jusqu'au semis direct. De tels modes alternatifs de travail du sol méritent une étude approfondie avant leur diffusion en agriculture biologique (AB) car ils peuvent occasionner des problèmes de nutrition des cultures et une dégradation de la structure du sol au cours des premières années de leur application. L'objectif de ce travail a donc été d'étudier à court terme (< 5 ans) les modifications que génèrent l'adoption de différentes techniques de travail du sol en AB sur la structure du sol, la répartition des résidus de culture et des microorganismes au sein du profil cultural, puis d'en évaluer les conséquences sur la minéralisation potentielle du carbone et de l'azote. Pour cela, le travail s'est appuyé sur deux dispositifs agronomiques mis en place l'un sur sol alluvial sableux (Lyon), l'autre sur sol limoneux de Bretagne (Kerguéhennec) pour comparer les effets de quatre modes de travail du sol : labour traditionnel, labour "agronomique", travail réduit et superficiel. Dans chacun de ces sites, des prélèvements ont été réalisés à partir de l'observation des profils culturaux au sein de zones compactées (mottes delta) et non compactées (mottes gamma) à différentes profondeurs correspondant aux limites de travail des outils étudiés. Cette stratégie d'échantillonnage a permis de relier la structure du sol au fonctionnement microbien et de mieux comprendre les facteurs qui gouvernent l'organisation spatiale des microorganismes à une échelle macroscopique et ce, aussi bien d'un point de vue quantitatif (biomasse microbienne, activités de minéralisation) que qualitatif (structure des communautés microbiennes). Ainsi, dès les premières années de différenciation des traitements, la quantité, l'activité mais aussi la structure des communautés microbiennes sont influencées par la profondeur et le mode d'enfouissement des résidus puis, dans les horizons où la quantité de substrat disponible n'est pas limitante, par le tassement du sol généré par chaque technique. La prise en compte de l'hétérogénéité spatiale de la structure du sol permet de préciser l'effet de chaque technique étudiée sur le potentiel de minéralisation du carbone et d'azote des microorganismes. Ainsi, dans les conditions expérimentales de ce travail, il apparaît que l'adoption de techniques de travail du sol réduit ou superficiel ne limite pas le potentiel d'azote minéralisable total (sur l'ensemble de la couche de sol) par rapport au labour au cours des premières années de leur application.

EPrint Type:Thesis
Keywords:Soil tillage (en), Organic farming (en), Soil structure (en), Soil microbial biomass (en), potential activity of C and N mineralization (en), Soil microbial community structure (en), Structure du sol (fr), Biomasse microbienne (fr), activités potentielles de minéralisation du C et N (fr), Structure des communautés microbiennes (fr), Travail du sol (fr), Agriculture biologique (fr)
Subjects:"Organics" in general
Research affiliation: France > INRAe - Institut national de recherche pour l’agriculture, l’alimentation et l’environnement
Related Links:https://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00005158/document
Project ID:HAL-INRAe
Deposited By: PENVERN, Servane
ID Code:41822
Deposited On:12 Aug 2021 10:37
Last Modified:12 Aug 2021 10:37
Document Language:English
Status:Unpublished

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