Dynamique des lignines dans un sol agricole : étude d’une chronoséquence blé/maïs
H. Bahri, M.-F. Dignac, C. Rumpel, D. Rasse, G. Bardoux, C. Girardin, C. Chenu*, A. Mariotti
UMR BioMCo, INRA INA-PG, 78850 Thiverval-Grignon
* UMR EGC, INRA INA-PG, 78850 Thiverval-Grignon
Accroître le stockage de carbone dans les matières organiques des sols agricoles constitue une solution pour piéger du CO2 et contribuer à dimimuer l’effet de serre. Cependant, prédire l’évolution des stocks de matière organique des sols (MOS) reste difficile, comme récemment souligné par une vaste étude de l’INRA (Arrouays et al., 2002). Pour accroître notre capacité de prédiction, il faut améliorer la connaissance des cinétiques de transformation des matières organiques végétales en MOS, en fonction de leur nature chimique. Nous nous proposons ici de suivre, au niveau moléculaire, la décomposition d’un composé de la litière, la lignine. La lignine composé majeur des végétaux est souvent considérée comme étant lentement biodégradable (Haider, 1992) de par sa structure polyaromatique.
Sur un essai expérimental situé sur le site de l’INRA de Versailles (essai des Closeaux), nous avons utilisé la technique de marquage par le 13C en abondance naturelle dans une chronoséquence blé/maïs (C3/C4) pour estimer in situ la vitesse de renouvellement de la matière organique totale du sol et de la lignine du sol. La différence de rapport isotopique des plantes à cycle photosynthétique C3 (d13C = -28 ± 2‰) et C4 (d13C = -12 ± 1‰) permet de suivre la proportion de carbone provenant de l’un ou de l’autre des deux types de végétation (Balesdent et Mariotti, 1996). Pour cela, nous avons mesuré la composition isotopique des matières organiques des sols et des dérivés phénoliques de la lignine du sol.
Les rapports isotopiques 13C des monomères phénoliques, extraits des sols par oxydation alcaline au CuO (Kögel et Bochter, 1985) ont été mesurés par couplage de la chromatographie en phase gazeuse à la spectromètrie de masse à rapport isotopique via une interface de combustion (GC-C-IRMS) (Goñi et Eglinton, 1998). Les vitesses de renouvellement de la matière organique du sol et de la lignine ont été calculées par l’équation de bilan isotopique donnant le taux de carbone maïsicole incorporé chaque année. Il s’agit à notre connaissance de la première estimation de la vitesse de renouvellement de composés de la lignine in situ.
Nos résultats indiquent un enrichissement en 13C de la matière organique totale et de la lignine du sol suite à l’introduction de la culture de maïs. Les lignines étaient appauvries en 13C par rapport au carbone total des sols et des plantes.
L’estimation de la vitesse de renouvellement nous a montré que l’incorporation du maïs était de l’ordre de 1,3 %.an-1 pour la matière organique totale alors qu’elle était de 5 %.an-1 pour la lignine. Nous avons ainsi mis en évidence que la lignine se renouvelle plus vite dans le sol que la matière organique totale.
Références :
Arrouays, D., Balesdent J., Germon J.C., Jayet P.A., Soussana J.F. and P. Stengel (eds). 2002. Contribution à la lutte contre l’effet de serre. Stocker du carbone dans les sols agricoles de France ? Expertise scientifique collective .Rapport. INRA (France).
Balesdent J. and Mariotti A. 1996. Measurement of soil organic matter turnover using 13C natural abundance. In: Mass spectrometry of soils (Boutton T.W., Yamasaki S., eds), Marcel Dekker, New York.
Kögel-Knabner, I., Bochter, R., 1985. Characterization of lignin in forest humus layers by high-Performance Liquid Chromatography of cupric oxide oxidation products. In : Soil. Biology and Biochemistry 17: 57–59.
Haider, K. 1992. Problems related to the humification processes in soils of temperate climates. In: Soil Biochemistry, vol. 7. (eds G. Stotzky & J.-M. Bollag), pp. 55-94. Marcel Dekker, New York.
Goñi, M.A., Eglington, T.I., 1996. Stable carbon isotopic analyses of lignin-derived CuO oxidation products by isotope ratio monitoring gas chromatography mass spectrometry (irm-GC-MS). In : Organic Geochemistry 24: 601–615.