Change in the organic carbon content of soil in a long-term continuous non-irrigated maize crop
Evolution a long terme du statut carbone du sol en monoculture non irriguee du maïs (Zea mays L.)
Résumé
In 2 long-term experiments located on loamy sandy soils in southwest France, change in soil carbon status was measured over a 22- and 25-yr period respectively. Soil cropping was as follows: continuous maize crop with stalks returned to the soil (TR), continuous maize crop with stalks removed (TE), continuous maize crop including a winter annual cover as rye-grass (RG) and rotation involving temporary grassland for 3 yr followed by a maize crop for 4 yr (PT). Whatever the treatment applied, the soil organic carbon content decreased during the course of experiment. In the plots under continuous maize cropping with returned stalks, soil carbon concentration decreased from 8.30 to 6.92 g/kg (32 to 26 t organic C ha-1) over 22 yr and from 15.50 to 9.65 g/kg (57 to 36 t C ha-1) over 25 yr respectively in both experiments. No marked change in carbon balance due to the various organic matter treatments occurred during the course of experiment. The amount of stored C decreased by 3 and 4 t organic C ha-1 respectively in both experiments as a result of continuous removal of plant residues. On the other hand, using a winter cover crop of rye-grass or the establishment of a temporary grassland resulted in an increase of C storage ranging from 2 to 3 t ha-1 or from 2 to 4 t ha-1 organic C. On the contrary, introducing a cultivated fallow in 1980 resulted in a marked decay of organic matter averaging 7 t ha-1 C for both experiments in 1988 and in 1991 respectively. An asymptotic exponential model led to the prediction that the ploughed soil layer would contain 23 and 31 t ha-1 organic C (6.1 and 8.4 g/kg C content) at the equilibrium stage. Using the Henin-Dupuis relationship, which involves parameters based on field measurements (k1 = 5.6 and 6.5%; k2 = 1.16 and 1.63%), calculated equilibrium values of soil carbon level content are much lower. Taking into account data from experiments carried out in other countries, such low values are questionable. The unreliability of the Henin-Dupuis (1945) model could be attributable to its single-compartmental conception and to an unsatisfactory approach using the k1 and k2 parameters calculation. Indeed, such a calculation does not take into account the marked change in soil mineralization due to the various cultural practices or different organic matter fluxes entering the soil in the field experiment that result in a systematic underestimation of predicted equilibrium values.
Dans 2 dispositifs expérimentaux situés sur limons sableux des Landes de Gascogne, on a suivi pendant respectivement 22 et 25 années l’évolution du statut carboné du sol, en monoculture de maïs avec (TR) et sans (TE) restitution des résidus de culture, en monoculture de maïs avec restitution des résidus de culture suivie par une interculture de ray-grass (RG) et dans un cycle de successions comprenant 4 années de culture de maïs avec restitution des résidus de récolte suivies par 3 années de prairie temporaire (PT). Quel que soit le traitement, on observe une décroissance de la teneur en carbone qui, dans le traitement TR, passe en 22 ans de 8,30 à 6,92 g/kg (32 à 26 t/ha de C) dans l’un des dispositifs (fig 3) et de 15,50 à 9,65 g/kg en 25 ans (57 à 36 t/ha de C) dans l’autre (fig 4). Les différentiels de stocks carbonés induits par les régimes distincts de restitution organique sont peu modifiés au cours du temps par rapport au traitement TR (tableau I) : l’exportation des résidus de culture entraîne un déficit de 3 et 4 t/ha de C alors que l’introduction de l’engrais vert ou de la prairie temporaire accroît le stock respectivement de 2 et 3 t/ha et de 2 et 4 t/ha. La mise en place d’une jachère cultivée se traduit en revanche par un déficit du stock atteignant 7 t/ha après respectivement 8 et 11 ans. L’utilisation d’un ajustement exponentiel asymptotique permet de pronostiquer un niveau d’équilibre du carbone à long terme de 6,1 et 8,4 g/kg (23 et 31 t/ha de C) dans les parcelles soumises à la monoculture avec restitution des résidus. La relation de Hénin et Dupuis, établie à partir de coefficients déterminés dans les dispositifs ( k1 = 5,6 à 6,5% - k2 = 1,16 et 1,63%), conduit à des teneurs d’équilibre plus faibles (2,2 et 3,3 g/kg soit 8 et 13 t/ha de C). La valeur approchée des coefficients, dont la détermination sur le terrain ignore l’influence exercée sur l’activité biologique du sol par les variables expérimentales mises en jeu (itinéraires techniques, régimes de restitution), et surtout le caractère trop simplificateur du modèle peuvent être à l’origine de cette sous-estimation.
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Sciences agricoles
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