Effets de l’apport de produits résiduaires organiques sur le stockage de carbone, les émissions de gaz à effet de serre et la lixiviation du nitrate dans les sols agricoles périurbains - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Rapport (Rapport Contrat/Projet) Année : 2014

Effets de l’apport de produits résiduaires organiques sur le stockage de carbone, les émissions de gaz à effet de serre et la lixiviation du nitrate dans les sols agricoles périurbains

Emmanuelle Vaudour
Liliane L. Bel
Yves Coquet
Benoit Gabrielle
Dalila Hadjar
  • Fonction : Collaborateur
  • PersonId : 863537
Sabine S. Houot
  • Fonction : Collaborateur
  • PersonId : 951872
Raia Silvia Massad

Résumé

The PROSTOCK project develops within the context of peri-urban agriculture and the aim of recycling organic waste of either agricultural or urban origin (or exogenous organic matter, EOM) in keeping with the perspective of restoring soil organic carbon stocks (SCS) in agricultural areas. Its main objective was to spatially assess the potential of EOM recycling for improving SCS over these areas. The secondary objective was to assess the resulting possible impacts of EOM use on greenhouse gas emissions (CO2, N2O in this project) and nitrate leaching. Moreover, PROSTOCK included a methodological aim oriented towards the feasibility assessment of monitoring SCS variations using spectroscopy and remote sensing in the visible near and shortwave infrared range (NIRS). The spatial level considered was that of small peri-urban agricultural regions, where waste management and its resulting effects on water and soil quality operate. The Versailles Plain and the Alluets Plateau, a peri-urban region covering 221 km² (of which 100 km² are croplands), unique in terms of available data, spatial and thematic representativeness and references on EOMs, was chosen as study region. A database of field and lab measurements (reflectance, roughness, bulk density, moisture, physico-chemical analysis…) and observations (soil surface conditions, amendment practices and cultural operations) with unprecedented size was collected and structured from more than 250 point locations spread over the cropped areas. Some fifteen remote sensing images from varied satellite and airborne sensors were acquired over the course of 3 field campaigns of field measurements synchronous with sensor acquisitions in 2011, 2012, 2013. This project enabled considerable progress in using imaging data related to field spectral measurements, for the purpose of estimating topsoil organic carbon content (SOC) from soil reflectance spectra. The accuracy that is expectable from such method not only depends on sensor type, but also on atmospherical and angular conditions of imaging, and cultural operations, which influence the performance of image atmospheric correction into reflectance units. Conversely to predictions obtained from lab or even field reflectance spectra, multispectral satellite images with medium spatial resolution do not enable to discriminate changes in SOC resulting from EOM applications over a large 15 years-duration, but they result in a rough mapping of SOC over large extents. This project also enabled to demonstrate the potential of optical/radar synergy for detecting cultural operations, which otherwise can hardly be spatially surveyed from interviews to farmers. In the same prospect of facilitating surveys, this project favoured ongoing studies about very high resolution Pleiades images showing their potential for mapping crop types and phenological stages, as well as for locating those fields having recently received EOM application. More, PROSTOCK enabled to parameterize the CERES-EGC agro-environmental model which was chosen for the purpose of simulating SCS dynamics according to various EOM applications. This parameterized model succeeds in retrospectively predicting temporal trends of SCS as observed over the course of 10 years for the QualiAgro Experiment. The inventory of actually of potentially available EOMs over the study region reveals multiple agronomical scenarios of amendment practices with EOM, depending on either their stocking or their fertilizing properties, through their proportion of easily available N: nitrogen mineralization and CO2, N2O emissions dynamics were characterized in this project for the main EOMs identified. The main N2O-emitter soils are now identified according to the EOMs applied. All required elements are therefore ready for the spatial modeling of simulations, to anticipate future evolutions. The PROSTOCK project paves the way for numerous related questions addressing the validity domain of agri-environmental models when soil types and cultural operations vary at the scale of a small agricultural region. It relied on both support and commitment from the study area farmers and appears to be rich in further developments for their common benefit, that the large size of collected data permits to anticipate. It could be continued and add value to its results with the prospect of spatially assessing soil ecosystem services according to the effects of EOM application.
Le projet PROSTOCK s’inscrit dans le contexte d’une agriculture péri-urbaine visant le recyclage des matières organiques résiduaires d’origines agricole, urbaine et de loisirs (ou produits résiduaires organiques, PRO) dans une perspective vertueuse de restauration des stocks de carbone organique (SCO) de ses sols agricoles. Son objectif principal était d’évaluer spatialement la possibilité d’accroître le SCO des sols agricoles par le recyclage des PRO. L’objectif secondaire visait à en évaluer les impacts potentiels, au même niveau d’organisation spatiale, sur les risques d’émission de GES et de lixiviation du nitrate. En outre, PROSTOCK comportait un objectif méthodologique visant à évaluer la faisabilité du suivi des variations de stocks de carbone organique des sols agricoles par imagerie de télédétection et/ou spectroradiométrie visible proche infrarouge (NIRS). Le niveau d’organisation spatiale retenu est celui de petites régions agricoles périurbaines, où se jouent la gestion des déchets et ses effets sur la qualité de l’eau et des sols. La Plaine de Versailles et du Plateau des Alluets, région périurbaine vaste de 221 km² (dont environ 100 km² de surface agricole utile), unique en termes de données disponibles, de représentativité spatiale et thématique et de références sur les PRO, a ainsi été choisie comme territoire de l’étude. Une base de données de mesures (réflectance, rugosité, masse volumique apparente, humidité, déterminations analytiques) et d’observations (états de surface du sol, pratiques d’amendement et opérations culturales) d’ampleur inédite a été recueillie et structurée et concerne plus de 250 localisations ponctuelles réparties sur la zone agricole. Une quinzaine d’images de divers capteurs satellitaires et aéroportés ont été acquises lors de 3 campagnes printanières de mesures de terrain synchrones des prises de vue de télédétection, en 2011, 2012 et 2013. Le projet a permis des avancées significatives sur l’utilisation de données imagées en lien avec les mesures spectrales au sol, pour l’estimation des teneurs en carbone organique (CO) du sol à partir de la réflectance du sol. La précision que l’on peut en espérer dépend non seulement du type de capteur, mais aussi des conditions atmosphériques et angulaires de la prise de vue, et des opérations culturales, qui affectent la performance de la correction atmosphérique des images en réflectance. Contrairement aux prédictions issues de spectres de réflectance de laboratoire ou même de terrain, les données multispectrales satellitaires de résolution moyenne haute ne permettent pas de distinguer des changements liés à des apports de PRO sur une durée de 15 ans, mais contribuent à une cartographie sommaire des teneurs en CO sur de vastes superficies. Le projet a par ailleurs permis de mettre en évidence l’intérêt de la synergie optique/radar pour la détection des opérations culturales, qui sont difficiles à répertorier spatialement par le biais d’enquêtes. Dans la même perspective d’alléger les enquêtes sur les pratiques agricoles, les travaux en cours sur les images de très haute résolution spatiale Pléiades montrent l’apport de ces images à la cartographie des types de cultures et de leurs stades phénologiques ainsi qu’au repérage des parcelles ayant récemment fait l’objet d’un épandage de PRO. Par ailleurs, le projet a permis de paramétrer le modèle agro-environnemental retenu pour simuler les stocks de C sous l’effet des apports de PRO (CERES-EGC), qui restitue fidèlement et rétrospectivement les évolutions temporelles des SCO observées sur 10 ans du dispositif expérimental QualiAgro. L’inventaire des PRO actuellement ou potentiellement disponibles réalisé sur le territoire fait ressortir une multiplicité de scenarii agronomiques d’utilisation des PRO selon leurs propriétés stockantes ou bien fertilisantes, via leur disponibilité en azote : les dynamiques de minéralisation de l’azote, d’émission de CO2 et de N2O ont été caractérisées pour les principaux PRO répertoriés dans le cadre de ce projet. On connaît désormais quels sont les sols principaux émetteurs de N2O selon les PRO qu’on leur apporte. Tous les éléments sont donc en place pour mettre en oeuvre ces simulations au niveau spatial, afin d’anticiper des évolutions futures. Le projet PROSTOCK ouvre la voie à de nombreuses questions connexes qui portent notamment sur le domaine de validité des modèles agri-environnementaux lorsque les types de sols et les opérations culturales varient à l’échelon d’une petite région agricole. Il s’est fait en lien et avec l’engagement des agriculteurs du territoire et s’avère fécond en possibles approfondissements au service de ces derniers, que permet d’envisager l’ampleur inédite des données recueillies. Il pourrait donner lieu à une suite qui valoriserait les résultats en cours dans la perspective de l’évaluation spatialisée des services écosystémiques des sols sous l’effet de l’apport des PRO.
Fichier non déposé

Dates et versions

hal-01585747 , version 1 (11-09-2017)

Identifiants

  • HAL Id : hal-01585747 , version 1
  • PRODINRA : 407297

Citer

Emmanuelle Vaudour, Christine C. Aubry, Liliane L. Bel, Laetitia Brechet, Philippe P. Cambier, et al.. Effets de l’apport de produits résiduaires organiques sur le stockage de carbone, les émissions de gaz à effet de serre et la lixiviation du nitrate dans les sols agricoles périurbains. [Contrat] auto-saisine. 2014, 49 p. ⟨hal-01585747⟩
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