Process-based mass-balance modeling of soil phosphorus availability in a grassland fertilized with N and P

La modélisation des changements de la teneur du sol en phosphore (P) assimilable par les plantes en relation avec le bilan du P doit faire intervenir une approche de cinétique isotopique permettant de décrire la dynamique du transfert des ions P à l’interface solide-liquide. Nous avons testé un modèle de bilan massique en fonction du processus fondé sur la quantité d’ions P en solution et d’ions P diffusés dans la phase solide (Pr) et sur le bilan annuel du P pour décrire le P assimilable dans une prairie à fléole des prés (Phleum pratense L.) engraissée annuellement par épandages de fertilisant phosphoré et azoté. Notre expérience, commencée en 1998, a été réalisée dans un terrain à sol de loam graveleux et sableux : de 1999 à 2006, des mélanges de P (0, 15, 30 et 45 kg ha⁻¹) et de N (0, 60, 120 et 180 kg ha⁻¹) ont été épandus chaque année. Une dilution isotopique d’échantillons de sol prélevés en 2006 a été analysée pour l’étalonnage de l’équation cinétique de Freundlich; cette équation représente la dynamique du transfert du Pr à l’interface solide-liquide en fonction du temps (t) et de la concentration d’ions P en solution (Cp). Des simulations ont été effectuées sur une période de 9 ans (1999–2007). Pour évaluer la performance du modèle, nous avons comparé les valeurs de Cp des échantillons de sol prélevés entre 2001 et 2007 aux valeurs obtenues par simulation. Nous avons estimé la quantité de Pr pour deux périodes de transfert de 2 et 3 mois afin d’évaluer l’importance des réactions lentes des ions P et déterminer leur contribution. L’équation de Freundlich se lisait comme suit : Pr = 7,78 × Cp 0,41sup} × t0,36 (où Pr < PrLIMITE, 192 observations, Aj. R² = 1,0, P < 0,001). Les valeurs de Pr obtenues par simulation correspondaient à 74 et 84 % du P inorganique total du sol pour les périodes de transfert de 2 et 3 mois, respectivement. Les simulations ont représenté fidèlement les effets à long terme de la fertilisation phosphorée et azotée sur les tendances de la Cp mesurée pour les deux périodes de transfert et chacune des combinaisons d’azote et de phosphore; l’écart type entre les valeurs mesurées et les valeurs obtenues par simulation était inférieur à 0,17. Pour l’ensemble des épandages de P, les simulations se sont légèrement améliorées avec une période de transfert de 2 mois dans des conditions limitantes d’apport azoté (0 et 60 kg de N ha⁻¹; Y = 0,95X + 0,06, R² = 0,76, écart type = 0,08) et une période de transfert de 3 mois sans conditions limitantes (120 et 180 kg de N ha⁻¹; Y = 0,86X + 0,04, R² = 0,78, écart type = 0,06). Cette approche doit être testée avec divers types de sols et systèmes de culture, car l’estimation de la valeur de Pr peut varier considérablement selon l’importance des réactions rapides et lentes et, par conséquent, des périodes de transfert. Dans le cas du loam graveleux et sableux de notre expérience, l’approche proposée a permis de décrire avec exactitude le cycle du P et de confirmer l’importance agronomique des ions P des phases liquide et solide dans la gestion des prairies.