Nitrogen control in unsaturated agricultural soils under irrigated systems : application to Mediteranean context

La maîtrise du transfert de nitrates sous les systèmes irrigués est un objectif primordial dans l’agriculture moderne. Celle-ci exige la recherche, surtout en plein champ, de conduire une stratégie optimale de fertigation. Dans ce but, un protocole expérimental sur une parcelle de 2 ha a été mis en oeuvre pour analyser le devenir de l’’azote sous différents scénarios d’irrigation et de fertilisation d’une culture de maïs. Dans l’articulation de ce travail, et pour pouvoir étudier la dynamique de l’azote en systèmes irrigués, nous avons tout d’abord réussi à définir et clarifier la relation ambigüe entre la méthode d’irrigation (irrigation gravitaire, par aspersion ASP, en goutte à goutte de surface GGS ou enterré GGE) et les différentes transformations de l’azote (Fixation, Minéralisation, Immobilisation, Nitrification, Dénitrification et Volatilisation). Cette relation, peu claire et non traitée dans d’autres études similaires, a été étudiée en mettant l’accent sur l’effet de certains facteurs, comme par exemple, l’humidité de sol et sa température, sur l’activité microbienne et donc sur les différentes transformations de l’azote (comme la minéralisation) et ce en mettant en avant la relation directe ou indirecte avec les méthodes d’irrigation. Une différence significative a été observée pour la minéralisation in situ entre les traitements sans aucun apport d’engrais menés sous les deux méthodes d’irrigation GGE et ASP. Une méthode manuelle d’analyse a été ensuite mise au point et validée pour déterminer la concentration en azote dans les échantillons de sol prélevés dans le cadre de ce travail. Cette méthode peu onéreuse pourrait être profitable aux agriculteurs. Les données issues de l’ensemble des traitements ont été utilisées pour modéliser les flux hydriques et azotés à l’aide de modèle HYDRUS-2D pour les systèmes par aspersion et en goutte à goutte enterré. L’analyse de sensibilité aux paramètres liés au transfert de nitrates du modèle de transfert a permis d’estimer la dynamique azotée pour d’autres contextes hydro-pédo-climatiques plus complexes. En conclusion, la présente thèse a permis d’améliorer la connaissance du fonctionnement de la fertigation en irrigation goutte à goutte enterré par comparaison avec l’aspersion, en milieu méditerranéen, en vue d’une diminution des entrants agrochimiques dans un contexte d’économie de la ressource en eau.The main goal in modern agriculture is the control of nitrogen fluxes in agricultural soils under the irrigation techniques. This objective requires a lot of research, especially in the field, to escort an optimal strategy of fertigation. For this purpose, an experimental protocol has been applied to follow the soil nitrogen fate for various irrigation and fertilization scenarios, during two intensive field campaigns in maize plots. In the articulation of our work, and to be able to examine the nitrogen dynamics in unsaturated agricultural soils under irrigated systems, we succeeded firstly to determine and clarify the ambiguous relation between the irrigation techniques (flood irrigation, sprinkler irrigation, surface and subsurface drip irrigation) and the different nitrogen transformations (Fixation, Mineralization, Immobilization, Nitrification, Denitrification and Volatilization) in agricultural contexts. This relationship, which is unclear and untreated in other similar studies, has been reviewed by studying the impact of certain factors, such as soil moisture and soil temperature under different irrigation techniques, on microbial soil activity and therefore on the nitrogen transformations (such as mineralization). A significant difference of mineralization was observed in maize plots with no fertilizer application treatment between sprinkler irrigation and subsurface drip irrigation. The experimental data collected have been used to analyze the water and nitrogen fluxes for various initial conditions and fertilisation strategies under sprinkler and subsurface drip irrigation by using the HYDRUS-2D model. Analyzing the sensitivity of nitrogen fluxes parameters using HYDRUS-2D allowed to estimate the nitrogen dynamics under more complex agro-pedoclimatic contexts. In conclusion, the present study allowed to improve the fertilization knowledge under both the sprinkler and subsurface drip irrigation in a Mediterranean environment