Agronomie 14 (1994) 395-409
DOI: 10.1051/agro:19940605

Transfert d'oxygène et anoxie dans les sols agrégés : contribution à l'étude de la dénitrification

P. Renault^a, J. Sierra^b and P. Stengel<sup>a

a</sup>  INRA, unité de science du sol, domaine Saint-Paul, BP 91, F84143 Montfavet cedex, France
^b  Departemento de Suelos, Facultad de Agronomia, Universidad de Buenos Aires, 1417 Buenos Aires, Argentine

Résumé - L'anoxie dans les sols à structure agrégée a été étudiée afin de mieux cerner les déterminants physiques de la dénitrification. Un modèle numérique simulant les transferts d'oxygène nous a permis d'estimer l'anoxie dans des agrégats homogènes de forme et de dimension variées, présentant éventuellement des occlusions au niveau de leur surface externe. Ces occlusions correspondent aux contacts entre les agrégats et à leur recouvrement partiel par de l'eau. L'anoxie au sein des agrégats peut être approchée à l'aide d'un modèle simplifié. Couplé à un modèle de transfert d'oxygène dans l'espace poral interagrégats, ce modèle aboutit, à l'échelle du profil cultural, à des relations entre l'anoxie et la teneur en eau qui sont similaires aux relations proposées dans la littérature entre la dénitrification et la teneur en eau. Ce modèle met en évidence des interactions entre les effets de la teneur en eau, de la température et de la structure. Des résultats expérimentaux ont été obtenus au moyen de la chromatographie en phase gazeuse et de micro-électrodes à oxygène. La respiration microbienne dépend des concentrations en oxygène et en dioxyde de carbone. Ce dernier l'inhibe généralement mais peut l'activer à faible concentration. Il existe une grande variabilité de la respiration globale des agrégats naturels. La distribution de l'oxygène est irrégulière en leur sein, en raison de la distribution hétérogène de l'espace poral et probablement de la matière organique. En ajoutant au modèle le transport du dioxyde de carbone et l'effet de l'oxygène sur la respiration, il est possible de retrouver approximativement la respiration globale des agrégats de sol remanié et la distribution de l'oxygène en leur sein.

Abstract - Oxygen transport and anaerobiosis in aggregated soils: contribution to the study of denitrification. Anaerobiosis was studied in aggregated soils in order to improve the knowledge of physical factors affecting denitrification. A numerical model was used to simulate oxygen transport and anaerobiosis in homogeneous aggregates of various shapes and dimensions, with possible occlusions of some parts of their external surface. These occlusions are due to contacts with neighbouring aggregates and to water menisci around them. It is possible to obtain similar results using an empirical model. By using this model and a model describing oxygen diffusion in the inter-crumb pore space we obtained relationships between anaerobiosis and water content similar to previously proposed empirical relationships between denitrification and water content. The model showed interactions between the effects of water content, temperature and soil structure. Experiments were carried out using gas chromatography and oxygen microelectrodes. Microbial respiration depends on oxygen and carbon dioxide concentrations. Carbon dioxide generally inhibits respiration but may increase it at low level. There is a large variability in global respiration of natural aggregates and oxygen concentration distribution is irregular inside them, as a consequence of the distribution of the pore space and probably the distribution of the organic matter. For aggregates of remoulded soil, it is possible to simulate their global respiration and the oxygen concentration distribution inside, when accounting for carbon dioxide transport and oxygen effect on microbial respiration.

Key words: soil anaerobiosis / gaseous diffusion / microbial respiration / numerical modelling / oxygen microelectrode

Mots clés : anaérobiose dans les sols / diffusion gazeuse / respiration microbienne / modélisation numérique / microélectrode à oxygène