(trad auto)Nitrogen transfer and retention at the scale of an artificially drained agricultural watershed
Transfert et retention d'azote à l'échelle d'un bassin versant agricole artificiellement drainé
Résumé
The aim of this study is to characterise the processes involved in nitrogen retention in an artificially drained watershed, in order to locate and quantify this retention. To address this question, several methods were used. Discharge rates and nitrate concentrations were measured at the outlet of 5 nested watersheds (from artificially drained fields to a 3rd order watershed). Estimated nitrate budgets showed significant nitrogen retentions at all spatial scales, 15% of which occurred during winter drainage season; whereas, 30% took place during low flow periods. Moreover, nitrate δ15N measurements in surface waters and soil organic nitrogen enabled characterising denitrification processes. The isotopic tool indicated that underground denitrification processes occurred at all studied spatial scales. A relationship between soil water content, which is favourable to denitrification, and organic matter δ15N was established. An algorithm calculating δ15N of nitrate and organic nitrogen in soils was developed. Organic nitrogen δ15N appeared to be a semi-quantitative indicator of soil denitrification and indicated a high denitrification rate in soils ranging up to tens of kgN/ha/year. Denitrification measurements confirm these results. For a more accurate nitrogen retention quantification in the watershed, two different models were used at two different spatial scales: DRAINMOD-N II at the field plot scale and SENEQUE at the nested sub-catchments scales. A high retention rate of approximately 20-30 kgN/ha/year was confirmed in both cultivated drained soils and in riparian soils. The watershed benthic retention did not exceed 15% thus only representing a minor part of the total retention. To conclude, in spite of the drainage network, a high nitrate retention rate was observed specifically in down slope zones. In spite of the presence of a drainage network, the soil water content seemed to be a major factor affecting nitrogen retention.
L'enjeu de cette thèse était de déterminer à quelles échelles spatiales l'élimination de l'azote a lieu dans un bassin versant agricole artificiellement drainé, de quantifier cette élimination et de déterminer quels sont les processus impliqués. Pour cela, différentes méthodologies ont été utilisées. Tout d'abord, un suivi des débits, des concentrations en nitrate aux exutoires d'une série de sousbassins emboîtés (groupement de parcelles, sous-bassins d'ordre de Strahler 1 à 3) a été réalisé. A toutes les échelles spatiales, les bilans azotés montrent une rétention en azote supérieure à 30% des apports azotés durant les périodes d'étiage et supérieure à 15% durant les périodes de drainage. Un suivi isotopique du δ15N des nitrates dans les eaux de surface et de l'azote organique du sol a permis ensuite de caractériser des processus de dénitrification « souterrains » à l'origine de cette rétention à toutes les échelles spatiales étudiées. A partir de ces mesures, un algorithme calculant la composition isotopique de l'azote dans les sols en fonction des sources et des processus de transformation a été développé. Le δ15N de l'azote organique des sols apparaît comme un indicateur semi-quantitatif de la dénitrification dans les sols et indique une forte dénitrification de plusieurs dizaines de kgN/ha. Ces résultats sont confirmés par des mesures ponctuelles de la dénitrification. Afin de quantifier plus précisément la rétention dans le bassin versant, deux modèles ont été utilisés à deux échelles spatiales différentes : le modèle DRAINMOD-N II à l'échelle de la parcelle drainée et le modèle SENEQUE à l'échelle des sous-bassins. Une forte rétention d'environ 20-30 kgN/ha est confirmée dans les sols de bas de versant tandis que la rétention benthique représente une part minoritaire de la rétention en azote, moins de 15%, sur l'ensemble du bassin versant. En conclusion, malgré la présence d'un réseau de drainage très dense, dont on s'attendait à ce qu'il réduise fortement les possibilités de rétention/élimination des nitrates d'origine agricole, le bassin étudié est le siège d'une importante dénitrification, en particulier dans les zones de bas de versant. L'hydromorphie des sols, présente malgré le réseau de drainage, semble être un facteur d'importance majeure de la rétention de l'azote.
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