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NH 3. N 2 N 2 O. CO 2. dépôt atm. ; Engrais Apports orga ext. NO. absorption. N orga très stable. N orga stable. NH 4 +. NH 4 +. NO 2 -. NO 2 -. NO 3 -. NO 3 -. N orga labile. lixiv. min. Caractériser les entrées organiques pour prédire leur devenir. Fix bio N 2.

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- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
slide1

NH3

N2 N2O

CO2

dépôt atm. ; Engrais

Apports orga ext.

NO

absorption

N orga très

stable

N orga

stable

NH4+

NH4+

NO2-

NO2-

NO3-

NO3-

N orga

labile

lixiv.

min

Caractériser les entrées organiques pour prédire leur devenir

Fix bio N2

Litière

ruissellement

lessivage

org. microb. brute

nitratation

très lente

min. microb. brute

nitritation

NH4+

fixé

lente

rapide

Biomasse µbienne

minéralisation

principe de l analyse pari tale appliqu e la caract risation des m o exog nes

À chaque étape du processus

(4 rep/echt) :

- pesées à 40°C et 100°C

- cendres résiduelles (500°C)

Système manuel de digestion « Van-Soest » et accessoire de filtration associé.

Principe de l’analyse pariétale appliquée à la caractérisation des M.O. exogènes
  • Détournement de technique destinée à caractériser la valeur nutritionnelle des fourrages
  • Applicable aux seuls produits solides
  • Difficultés selon la texture
  • Méthodologie qui a évolué dans sa technologie
feuille de calcul pr calcul e pour la finalisation des r sultats van soest
Feuille de calcul pré-calculée pour la finalisation des résultats Van Soest

Zone de calculs définitifs

(matière brute ; matière sèche

Zone de vérification intermédiaire

(humidité ; cendres ; résidus

Zone de saisie des pesées

analyse pari tale des liti res de filao diff rentiation selon les sites

Litières

Arbres

Analyse pariétale des litières de filao – différentiation selon les sites.
  • Particularité ou artéfact dans l’analyse des feuilles ??
  • Variabilité assez forte des résultats (charge minérale ??)
  • Pas d’informations particulières a/s phytotoxicité
les polyph nols solubles totaux autre param tre de qualit des m o

Densité fréquence

Polyphénols (mg g-1 ac. Tan.)

Les polyphénols solubles totaux : Autre paramètre de qualité des M.O.
  • Méthodologie
    • Extraction eau(50)-méthanol(50) à 80°C pendant 1H (400 mg/40 ml)
    • Transfert, lavage et ajustement à 100 ml par H2O en fiole jaugée
    • Dosage par colorimétrie au réactif de Folin-Ciolcateu (manifold original) (résultats en équivalents acide tannique)
  • Utilisation
    • Rapport (lignine + polyphénols totaux) / Ntotal
phytotoxicit des liti res de filao mise en vidence par un test de germination

Test de germination « cresson »

Sol + 10% litière

Phytotoxicité des litières de filao : Mise en évidence par un test de germination
  • Forte phytotoxicité des couches de litière les plus récentes (couche 1)
  • Disparition de la phytotoxicité pour la couche la plus ancienne (couche 4)
  • Observation qui corrobore le constat des fleuristes et pépiniéristes dakarois
  • Une nécessité : Connaître les raisons et prévenir les conséquences de la phytotoxicité.
test de phytotoxicit partir d extrait aqueux de liti re recherche d une valeur de dl50
Test de phytotoxicité à partir d’extrait aqueux de litière : Recherche d’une valeur de «DL50»
  • Recherche graphique du « nombre de dilutions d’extraits de litière** nécessaires pour obtenir un taux de germination de 0.50 des graines de laitue.

Taux germination

Valeur GI 0.50

** : extraits de litière obtenus par macération avec agitation de la litière dans l’eau distillée et filtration à 0.2µm de la suspension après centrifugation.

Nb. Dilutions milieu aqueux

test de phytotoxicit partir d extrait aqueux de liti re synth se des r sultats
Test de phytotoxicité à partir d’extrait aqueux de litière : Synthèse des résultats
  • Phytotoxicité pour

[C soluble] 100 mg l-1

  • Effet synergique aux faibles [C soluble]

Indice GI

C soluble (mg l-1 )

spectres de r flectance dans le proche infra rouge aper u de la qualit des r sultats

C total calculé (mg g-1)

C total dosé (mg g-1)

Spectres de réflectance dans le proche infra rouge : Aperçu de la qualité des résultats

Dose Extrait DL50 calculée (Nb. dil)

Dose Extrait DL50 mesurée (Nb. dil)

cycle de la m o q uantifier le r approvisionnement en m o fra che
Cycle de la M.O. : Quantifier le réapprovisionnement en M.O. fraîche

NH3

N2 N2O

CO2

dépôt atm. ; Engrais

Apports orga ext.

NO

absorption

N orga très

stable

N orga

stable

NH4+

NO2-

NO3-

N orga

labile

lixiv.

très lente

lente

min

Fix bio N2

Litière

ruissellement

lessivage

org. microb. brute

NH4+

NO2-

NO3-

nitratation

min. microb. brute

nitritation

NH4+

fixé

rapide

Biomasse µbienne

minéralisation

les liti res et r sidus de culture quantifier l incorporation au sol

Quantification des retombées de litières : les collecteurs

Géométrie à adapter pour une bonne représentativité de la collecte

Les litières et résidus de culture : Quantifier l’incorporation au sol
  • Quantification des pertes de matière : les litterbags et cages d’exclusion
cages d exclusion vs litterbags quel choix
Cages d’exclusion vs litterbags : Quel choix ?
  • Quantifier individuellement la quantité initiale de résidus
  • Litterbags :
    • Dispositif artificialisé (humidité)
    • Indispensables si enfouissement
    • Approche des effets de la mésofaune du sol
  • Dosages C, N et cendres nécessaires
biod gradation d un mulch sous s c v en centre c i

Cho Jach 6 mois

Cho Jach 18 mois

%C initial incorporé

Effet «macrofaune» (BF%)

Litterbags : Quantification du rôle de la macrofaune dans l’incorporation au sol du C de la litière

BF = 100 *(%C0.2mm - %C2mm)/(100 – C2mm)

Litterbags : Modélisation de la cinétique d’incorporation de la litière au sol

Mod : A(1 –e-k1t) + (1-A)((1 –e-k2t)

Biodégradation d’un mulch sous S.C.V. en Centre C.I.

Source : thèse P. Autfray.

cycle de la m o indicateurs de dynamique de min ralisation du c
Cycle de la M.O. : Indicateurs de dynamique de minéralisation du C

NH3

N2 N2O

CO2

dépôt atm. ; Engrais

Apports orga ext.

NO

absorption

N orga très

stable

org. microb. brute

N orga

stable

NH4+

NO2-

NO3-

N orga

labile

lixiv.

très lente

min. microb. brute

min

Fix bio N2

Litière

ruissellement

lessivage

NH4+

NO2-

NO3-

nitratation

nitritation

NH4+

fixé

lente

rapide

Biomasse µbienne

minéralisation

techniques d tude de la min ralisation de la m o au laboratoire et in situ
Techniques d’étude de la minéralisation de la M.O. au laboratoire et in-situ
  • A partir du terrain :
    • Evolution de la teneur en C et N total
    • Fractionnement physique de la M.O.
    • Cloches et/ou tunnels de confinement
  • A partir d’expériences d’incubation
    • Conditions de l’incubation (°C ; humid.)
    • Etudes d’impact des apports exogènes
co 2 techniques de mesure

CO3 Xy + y/2H2O

Y X(OH)-n + CO2

[CO2] : Techniques de mesure
  • Carbonatation d’une base
  • Dosage en retour par acidimétrie
    • Piégeage NaOH + ajout excès BaCl2 + dosage HCl
    • Piégeage Ba(OH)2 + dosage (COOH)2
  • Facile à mettre en œuvre ; faible investissement ; pas d’inhibition par excès CO2 ni réaction CO2 - sol
  • Dosage direct [CO2]
    • techniques
      • Appareil type Licor (absorption IR CO2)
      • Chromato. phase gazeuse détection catharomètre
    • Investissement de base ; connaissance du volume mis en jeu; détermination directe; combinaison avec autres suivis (NH3 ; N2O)
co 2 dispositifs de pi geage

Cloche de piégeage sur le terrain connectée à un appareil IR Licor

[CO2] : Dispositifs de piégeage
  • Volume de la cloche ~8 litres
  • Durée de piégeage
    • CO2 : 30 minutes (2 à 4 prlvts)
    • N2O : 1 à 2 heures (2 à 4 prlvts)
  • Autres techniques : Tunnels ventilés automatisés

Base de la cloche installée et prlvt de gaz dans le sol

flux de co 2 sur le terrain rythme circadien et effet ponctuel des techniques
Flux de CO2 sur le terrain : Rythme circadien et effet ponctuel des techniques

Effet d’un labour sur le flux de CO2 (mg C m-2 heure-1)

1 heure après labour : 330

1 jour après labour : 125

(moyenne sur 3 mois : 140)

Metay 2002 : riz pluvial Cerrados Brésiliens

co 2 dispositifs de pi geage1
[CO2] : Dispositifs de piégeage

Enceinte fermée avec piégeage par NaOH

co 2 dispositifs de pi geage2
[CO2] : Dispositifs de piégeage

Enceinte fermée avec ajutages de connexion à un CPG

min ralisation en laboratoire vitesses et quantit s de co2 cumul es

Intégration de la fonction vitesse : Qt CO2 cumulées

Ajustement des vitesses : combinaison d’exponentielles A1e-k1t + A2e-k2t

Minéralisation en laboratoire : Vitesses et quantités de CO2 cumulées.
min ralisation en laboratoire cin tique en temps courts effet d marrage

Vérification de l’établissement progressif de la minéralisation du produit : installation de la biomasse zymogène

Modélisation logistique du taux cumulé de minéralisation du C

Minéralisation en laboratoire :Cinétique en temps courts « effet démarrage »
exp riences de min ralisation en laboratoire pr voir et mod liser

Incorporation de litières fraîches de Pueraria et Chromoleana : immobilisation temporaire de N

Minéralisation des horizons de surface d’un sol ferrallitique sous divers systèmes de culture

Modélisation Dynamique C et N

Expériences de minéralisation en laboratoire : Prévoir et modéliser

Source : thèse P. Autfray.

caract riser les volutions mod liser un mod le simple h nin dupuy

CO2

K2

Biomasse

incorporée

(A)

MOS

(C)

K1A

H0 = 20.6 t ha-1

K1 racines = 0.15

Caractériser les évolutions :Modéliser un modèle simple (Hénin-Dupuy)
exemple d termination des coefficients k1 acrisol bkf et k2 fumier de parc

K2

0.08 -

0.06 -

- Hien 2001

- Badiane 93 (avec labour)

0.04 -

- Siband 72

- Badiane 93 (sans labour)

0.02 -

0.00 -

K1

Autre fumier

Fumier moutons

crucifères

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

Exemple : Détermination des coefficients K1 (acrisol BKF) et K2 (fumier de parc)

Ajustement : 11 dates sur 40 années d’évolution

Valeurs acquises dans ce cas

rothc p r voir l volution des apports de m o exog nes

D P M

CO2

CO2

M.O. exogène

R P M

Bio

Bio

Hum

Hum

Décomposition : Y = Y0 e –abckt(mois)

D

D

D

D

a : facteur température

b : facteur humidité

c : facteur « couverture du sol »

K : constante de minéralisation du compartiment

DPM : M.O. décomposable

RPM : M.O. résistante

IOM : M.O. inerte

Bio : biomasse µbienne

Hum : M.O. humifiée

RothC : Prévoir l’évolution des apports de M.O. exogènes

I O M

pr vision de l volution du c d un acrisol du burkina faso avec et sans apport de fumier
Prévision de l’évolution du C d’un acrisol du Burkina Faso avec et sans apport de fumier

Parcelle Témoin

  • Incertitudes sur l’état initial (prlvt jachère voisine)
  • Simulation convenable de la parcelle « témoin »
  • Ecarts à la réalité dans le cas de forts apports de fumier
    • Hypothèses avancées : réalité des apports
    • Effet de la macrofaune
    • Qualité du fumier (constante K inadaptée)
    • « Dispersion » des apports

Parcelle forte dose fumier

Thèse E. Hien

cantis meilleure prise en compte de la nature des m o composition biochimique

fB : param. contact sol-produit

fN : param. Insuf. N min

fT : param. Température

fW : param. Humidité

Cantis* :Meilleure prise en compte de la nature des M.O.(composition biochimique)
  • Prise en compte de la composition « pariétale »  (Van Soest)
    • K spécifique par compartiment
    • Module spécifique pour mulch
  • Deux pools de biomasse µbienne
    • Autochtone (AUB) humus
    • Zymogène (ZYG) M.O. exogène
  • Biom µbienne morte décomposée par AUB

* : Développé par l’INRA (Garnier et al 2001)

slide29

NH3

N2 N2O

CO2

dépôt atm. ; Engrais

Apports orga ext.

NO

absorption

N orga très

stable

N orga

stable

NH4+

NH4+

NO2-

NO2-

NO3-

NO3-

N orga

labile

lixiv.

min

La biomasse microbienne : Un acteur essentiel difficile à saisir

Fix bio N2

Litière

ruissellement

lessivage

org. microb. brute

nitratation

très lente

min. microb. brute

nitritation

NH4+

fixé

lente

rapide

Biomasse µbienne

minéralisation

techniques de caract risation de la biomasse microbienne
Techniques de caractérisation de la biomasse microbienne
  • Dénombrement
    • Comptages direct sous microscope
    • Comptage de colonies sur milieu de culture
      • Dépendant de la composition du milieu
      • Sensibilité biom. zymogène vs biom. autochtone
      • Identification par culture sur milieux sélectifs
  • Méthodes indirectes d’estimation
    • Dosages de composés spécifiques (expl. : ergostérol de la biomasse fongique)
    • Méthodes par fumigation
      • Fumigation – incubation et mesure activité métabolique relativement à un échantillon non fumigé.
      • Fumigation – extraction et dosage d’indicateurs de présence de la produits de lyse des µorganismes sur echts fumigés vs non fumigés
        • Dosage Ctot, Ntot sur extrait K2SO4
        • Dosage N alpha-aminé sur extrait KCl
    • Respiration induite par le substrat
      • Ajout de glucose et détermination du surplus d’activité (CO2) par rapport sol seul
technique fumigation extraction et dosage de n alpha amin

CHCl3

10 jours

Evac. CHCl3

Terre fine

fraîche

Extrait KCl

Terre fine

fraîche

Extrait KCl

Technique fumigation-extraction et dosage de N alpha-aminé.

Dosage manifold

original

  • Matériel nécessaire
    • Hotte et pompe à vide
    • Dessicateur en verre
    • Matériel pour l’extraction de N minéral
faits marquants sur la caract risation des m o et leur devenir dans les sols
Faits marquants sur : La caractérisation des M.O. et leur devenir dans les sols
  • La caractérisation chimique
    • L’analyse élémentaire et la détermination de types de molécules à « effet protecteur »
    • La subdivision en compartiments de résistance croissante aux réactifs agresseurs
    • Les techniques d’analyse rapide par SPIR (NIRS)
  • L’étude du comportement des M.O. dans les sols
    • Quantification de l’incorporation des M.O. au sol
    • Mesures directes des émissions gazeuses à l’interface sol-atmosphère
    • Etude des cinétiques d’incubation
      • Production de CO2 (et autres gaz)
      • Suivi de la minéralisation de l’azote
  • La formalisation des cinétiques et les modèles couplant les cinétiques du C et N organique
    • Vers une meilleure prise en compte de l’interdépendance des cycles de C et N et des conditions trophiques
    • Un danger : la multiplication des paramètres...pas toujours accessibles !!!