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Estimation de teneur en matière organique superficielle des sols par mesures hyperspectrales (OM)

Projet de recherche S0/19/015 (Action de recherche S0)


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THEME ET CONTEXTE

Le bilan en azote effectué par les agriculteurs pour optimiser leurs apports en engrais organiques et minéraux comprend une composante difficile à estimer, celle de l'azote fourni par le sol au cours de l'année culturale par la minéralisation de son azote organique. Souvent cet apport est ignoré, dans le meilleur des cas et à défaut d’autre chose, il est pris comme une constante qui représente une situation standard dont les parcelles peuvent grandement s'écarter. L'apport annuel en azote fournit par certains sols est pourtant loin d'être négligeable puisqu'il peut parfois dépasser celui des engrais minéraux appliqués.

Les teneurs excessives en matière organique des sols et donc celles en azote organique proviennent des applications répétées d'engrais organiques (lisier, fumier) qui ont augmenté, année après année, le stock en azote organique du sol. Ces teneurs excessives, en plus du fait qu'elle peuvent entraîner des problèmes phytotechniques (verses, maladies,...) sont également à la base des problèmes de pollution des nappes et des eaux de surface en milieu rural.

A l’inverse, les faibles teneurs en azote du sol correspondent à des sols qui n'ont plus été amendés pendant de nombreuses années (terres céréalières) les apports d'engrais se faisant avec des engrais minéraux seulement, sans restitution de matière organique. Ceci peut mener à des problèmes de stabilité structurale des sols avec comme conséquence, une augmentation des phénomènes de battance (inondation) et une érosion hydrique qui va continuer à réduire les aptitudes du sol à la production (baisse de fertilité). Il est également bien connu que les sols faiblement organiques ont en général une faible capacité d’échange cationique (CEC). Ils ne sont pas capables de retenir les éléments nutritifs nécessaires à la croissance des plantes tout comme ils laisseront passer également les produits pesticides qui seraient retenus en surface si les capacités d’échanges des sols étaient maintenues à un niveau suffisant.

Le suivi de la matière organique des sols est absolument primordial dans le cadre de la mise en place d'une agriculture durable. On peut l’estimer par prélèvements de sol mais cela est long et coûteux. Ce qui signifie qu’actuellement cette connaissance de la matière organique dans les différentes parcelles reste très lacunaire et doit certainement être complétée. L’agriculture de précision en forte croissance actuellement doit également disposer de cette information si elle veut être efficace dans ses plans de fertilisation. Elle doit pouvoir disposer de moyens performants de l’estimation des teneurs en matière organique du sol.

La télédétection peut jouer pleinement son rôle dans ce suivi en fournissant des informations continues dans l’espace d’un indicateur ou estimateur de la teneur en matière organique de la surface du sol. Vu que dans la plupart des sols, 90 % de la matière organique se trouve dans les 20 premiers centimètres du sol et que le rapport C/N de la matière organique des sols de cultures est relativement constante, on peut espérer pouvoir estimer la teneur en azote organique d’un sol si l’on peut estimer sa matière organique en surface. Couplée à des bases de données géoréférencées renseignant sur la nature des sols, la télédétection devrait fournir une information originale dont il faut préciser ici les potentialités et les limites à l’aide d’une analyse spectrale très détaillée.


OBJECTIFS

L’objectif de cette proposition consiste à déterminer la teneur en matière organique des sols en surface dans des parcelles de sols nus par analyse hyperspectrale dans une région présentant une large gamme de variation en matière organique. Cette estimation de la teneur en azote organique des sols doit servir à l’amélioration du bilan azoté des parcelles. Cette information intéresse directement les agriculteurs et peut être introduite dans des modèles de croissance de culture pour améliorer les estimations de rendement.

Les terres étudiées seront limitées aux sols nus dans le cadre de cette campagne APEX 2002. Cela se justifie d’autant plus que la matière organique, parfois très hétérogène dans l’espace, n’évolue que très lentement dans le temps. En travaillant sur sol nu, on évite un sérieux obstacle lié à la présence de végétation sans altérer la qualité et la précision de l’observation. On évitera toutefois de travailler sur des parcelles de sols nus venant d’être amendées par des lisiers ou fumiers. Par conséquent, les sols suivis seront ceux des champs de céréales qui auront été récoltés.

Au-delà de cet objectif, la proposition étudiera aussi l’apport de l’analyse hyperspectrale par rapport à une approche multispectrale plus classique. L’étude devra en vérifier l’intérêt.

Enfin, si le temps le permet, nous chercherons à savoir si l’analyse spectrale du signal de réflectance peut renseigner sur la nature de la matière organique en analysant un sous échantillonnage de sols sélectionnés pour leurs caractéristiques particulières.


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