Micro-Organismes et Matière Organique du Sol (modèle MOMOS) – Bilan de 20 ans de modélisation basée sur le traçage isotopique in situ

Résumé :

Outils prévisionnels de la durabilité des écosystèmes et du changement global, les modèles à compartiments permettant de prédire les flux échangés entre matières organique d’origine végétale ou microbienne du sol ainsi que les transferts vers la phase minérale en direction de l’atmosphère, la biosphère et l’hydrosphère. Sous l’hypothèse du mélange parfait, les traceurs isotopiques permettant la mesure de ces flux avec une valeur initiale connue du contenu de chaque compartiment. La technique d’enfouissement de résidus marqués in situ en sac poreux en échange avec les matières non marquées et sous les conditions réelles d’évolution des sols avec enregistrement météorologique et modélisation complémentaire de l’état hydrique, s’avère particulièrement précise et riche en informations. Elle a été appliquée au Venezuela et en Bolivie avec des mesures de transfert 14C et 15 N dans la phase minérale et la biomasse microbienne. Dans des milieux de haute montagne peu perturbés par l’homme, cinq modèles à compartiments incluant une proposition précédente du modèle MOMOS et le modèle RothC ont pu être calibrés sur les données isotopiques et soumis à une analyse de sensibilité. L’étude a conduit à la nouvelle version du modèle MOMOS (Micro-organismes et Matière Organique du Sol, Modelling Organic transformations by Micro-Organisms of the Soil) centrée sur le fonctionnement microbien : (i) définition d’un nouveau mécanisme régulant la respiration microbienne, (ii) mortalité microbienne débutant les processus d’humification et (iii) croissance microbienne régulée par l’assimilation de matière labiles et stables d’origine végétale et microbienne. MOMOS présente aussi la particularité d’âtre régi par sept taux cinétiques optimaux (pour un facteur de réponse à la température et l’humidité = 1, dimension t-1) excluant tout autre type de paramètre. Ces taux étant tous liés à la température et l’humidité du sol, le modèle apparaît particulièrement sensible aux changements climatiques. D’autres liaisons pour sa généralisation ont été proposées avec la qualité des intrants et les propriétés du sol. Les traceurs et la modélisation ont permis de quantifier in situ la déposition de C par mortalité et exsudation racinaire et le renouvellement de C du sol induit par ces apports. En couplage avec des modèles d’eau du sol et de production végétale, MOMOS permet de comprendre et prévoir la restitution de la fertilité azotée par la jachère, émergeant ainsi comme un outil prévisionnel essentiel de la durabilité des écosystèmes. La modèle calibré sur deux systèmes de montagne a été validé sur six écosystèmes très contrastés d’un gradient altitudinal tropical. Il est maintenant établi que pour des apports de qualité égale, les seules variables régulant la dynamique de décomposition sont la température, l’humidité et le taux de respiration microbienne (kresp) liés aux propriétés du sol. Des relations de pédo-transfert, calculées depuis les huit sites d’étude, sont proposées pour relier kresp soit à la texture soit au pH du sol. L’outil est ainsi disponible pour des approches cartographiques à l’échelle régionale s’intégrant à la prévision du changement global.