Agronomie 22 (2002) 479-488
DOI: 10.1051/agro:2002025

Denitrification in the upper vadose zone layers: a comparison between a fluvic hypercalcaric cambisol and a haplic calcisol

Patrice Cannavo^{a, b}, Agnès Richaume^c, Pierre Renault^a, Christophe Emblanch^b, Patrick Bertuzzi^a and François Lafolie<sup>a

a</sup>  INRA, Unité Climat Sol Environnement, Bâtiment Sol, Domaine Saint-Paul, Site Agroparc, 84914 Avignon Cedex 9, France
^b  UAPV, Laboratoire d'Hydrogéologie, 74 rue Louis Pasteur, 84029 Avignon Cedex 1, France
^c  UCB - Lyon 1, Écologie Microbienne, UMR-CNRS 5557, 43 boulevard du 11 novembre 1918, 69622 Villeurbanne Cedex, France

(Received 17 July 2001; accepted 7 March 2002)

Abstract
The vertical distributions of heterotrophs, NO ₃^--reducers and denitrifiers, specific respiratory and denitrifying activities were studied in the upper vadose zone of two profiles, distinguished from each other by the risk of transitory anaerobic conditions. According to pedological observations, 3 and 4 layers were defined in the fluvic hypercalcaric cambisol and haplic calcisol profiles, respectively. Bacterial enumerations were performed using the Most Probable Number (MPN) method. Aerobic respiratory and denitrifying activities were estimated from the depletion of O ₂ and the accumulation of N ₂O in the presence of C ₂H ₂, respectively, for soil in sealed flasks incubated in optimal conditions. The denitrifier - to - heterotroph ratio indicates that the denitrifying ability favors micro-organisms in the competition for deep layer colonization in the poorly aerated site. Whereas specific aerobic respiration does not vary or increase with depth, the specific denitrifying activity decreases with depth and is mostly affected by organic-C in the poorly aerated site. The use of specific denitrifying activity should be accounted for in models of denitrification.

Résumé
Dénitrification dans la zone non saturée superficielle : comparaison entre un fluvic hypercalcaric cambisol et un haplic calcisol . Dans cette étude les distributions verticales des micro-organismes hétérotrophes, des réducteurs de nitrate et des dénitrifiants, ainsi que de leurs activités spécifiques respiratoires et dénitrifiantes, ont été comparées dans la zone non saturée superficielle de deux sites se distinguant par le risque de conditions anoxiques transitoires. Suite à une caractérisation pédologique, 3 et 4 horizons ont été distingués respectivement aux niveaux d'un fluvic hypercalcaric cambisol et d'un haplic calcisol. Les nombres de bactéries ont été estimés par la méthode du nombre le plus probable (MPN). Les activités respiratoire aérobie et dénitrifiante ont été caractérisées par le suivi respectif de la disparition de O ₂ ou de l'accumulation de N ₂O en présence de C ₂H ₂, pour du sol incubé en conditions optimales à l'intérieur de flacons scellés. Le rapport dénitrifiants/hétérotrophes indique que l'aptitude à dénitrifier donne un avantage dans la compétition pour coloniser les horizons profonds du site le moins bien aéré. Alors que l'activité respiratoire aérobie spécifique semble constante ou s'accroître avec la profondeur, l'activité spécifique dénitrifiante décroît. Elle est affectée par le C-organique plus faible dans le site moins aéré. L'introduction de l'activité spécifique dénitrifiante dans les modèles de dénitrification pourrait améliorer les prédictions de concentration en NO ₃^- arrivant à la nappe.

Key words: denitrification / denitrifying bacteria / heterotroph micro-organisms / specific activity / vadose zone

Mots clés : dénitrification / bactérie dénitrifiante / micro-organismes hétérotrophes / activité spécifique / zone non saturée

Correspondence and reprints: Patrice Cannavo Patrice.Cannavo@avignon.inra.fr

Communicated by Edward Topp (London, Canada)

© INRA, EDP Sciences 2002