Interactions entre les cycles du carbone et du phosphore dans les sols agricoles sous fertilisation organique à long terme // Coupled Carbon–Phosphorus cycling (C-P) in agricultural soils under long-term organic fertilization

Bien que le couplage entre les cycles du carbone (C) et du phosphore (P) soit de plus en plus reconnus, ces deux cycles sont encore majoritairement étudiés séparément dans les agroécosystèmes. Or, sous fertilisation organique, les cycles du C et du P sont fortement interdépendants. Les apports de carbone organique (CO) influencent les transformations du P par les processus microbiens de minéralisation et d'immobilisation, tout en modifiant la capacité d'adsorption du sol. Inversement, la disponibilité du P contrôle le recyclage et la stabilisation du carbone par les microorganismes, en controlant leur efficacité métabolique et leurs voies de décomposition. L'absence d'une compréhension intégrée de ce couplage C–P limite la capacité à prédire la fertilité des sols, l'efficacité d'utilisation des nutriments et le potentiel de séquestration du carbone dans les systèmes agricoles notamment avec une fertilisation organique.
À l'échelle minérale, la fraction colloïdale — composée d'oxydes de Fe/Al, d'argiles et de complexes organo-minéraux — constitue l'interface la plus réactive où interagissent les cycles du C et du P. Ces colloïdes offrent de nombreuses surfaces et groupes fonctionnels capables de fixer simultanément le CO et le P, régulant leur co-sorption, leur mobilité et leur stabilisation à long terme. Les processus d'adsorption-désorption déterminent ainsi les relations entre carbone organique du sol (COS) et disponibilité du P.
À l'échelle microbienne, la disponibilité en P influence directement le métabolisme, l'activité enzymatique et l'allocation du carbone microbien. Le P contrôle la production et la décomposition de la biomasse et de la nécromasse microbiennes, précurseurs essentiels de la matière organique associée aux minéraux (MAOM). En condition de limitation en P, l'efficacité d'utilisation du carbone diminue, favorisant la production de phosphatases et la décomposition de la matière organique. À l'inverse, un apport suffisant en P stimule la croissance microbienne et la formation de nécromasse, favorisant l'accumulation du carbone organique.
Le projet vise à combler ces lacunes de connaissance à travers trois axes de recherche (WP) combinant observations de terrain, expériences contrôlées et modélisation.
WP1 : analyser des sols issus d'essais de longue durée pour évaluer l'effet des différents amendements organiques sur les stocks et les rapports C/P.
WP2 : mener des expériences en laboratoire et en pot, utilisant des traceurs isotopiques (¹³C, ³²P ou ¹⁸O-P) afin de suivre le devenir du C et du P dans les fractions dissoutes, colloïdales et minérales, et de caractériser les rétroactions microbiennes.
WP3 : intégrer ces mécanismes dans un modèle sol-culture (p. ex. STICS) pour améliorer la représentation des interactions C–P et des rétroactions minérales et microbiennes.
Les résultats attendus permettront d'améliorer la précision des modèles prédictifs sol-culture et de concevoir des stratégies de fertilisation organique optimisant l'efficacité du phosphore tout en favorisant la séquestration du carbone dans les sols.
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Despite growing recognition of the tight coupling between the carbon (C) and phosphorus (P) cycles, these processes are still predominantly investigated in isolation within agricultural systems. Under organic fertilization, however, C and P cycling are inherently interdependent. Organic carbon (OC) inputs influence P transformations through microbial mineralization and immobilization, while increased OC also modifies soil sorption capacity. Conversely, P availability regulates microbial carbon turnover and stabilization by constraining metabolic efficiency and decomposition pathways. This lack of an integrated understanding of C–P coupling introduces major uncertainties in predicting soil fertility, nutrient use efficiency, and carbon sequestration potential under organic management.
At the mineral scale, the colloidal fraction—comprising Fe/Al (hydr)oxides, clays, and organo–mineral complexes—represents the most reactive interface where C and P cycles intersect. These colloids provide abundant reactive surfaces and functional groups that bind both OC and P, governing their co-sorption, mobilization, and long-term stabilization. Sorption–desorption processes at this level therefore determine the relationships between soil organic carbon (SOC) and P availability, shaping nutrient cycling and organic matter persistence.
At the microbial scale, P availability directly influences microbial metabolism, enzyme activity, and biomass allocation, affecting the transformation and stabilization of OC. Microbial biomass and necromass form key precursors of mineral-associated organic matter (MAOM), linking microbial turnover to long-term carbon storage. Under P limitation, microbial carbon use efficiency (CUE) declines, with resources shifted from growth to maintenance, stimulating phosphatase production and organic matter decomposition. Conversely, adequate P supply enhances anabolic growth and necromass formation, promoting soil organic matter accumulation. These biotic feedbacks regulate the direction and magnitude of C–P coupling under organic fertilization.
Despite the central roles of mineral and microbial processes, their cross-scale interactions remain poorly characterized and are inadequately represented in soil–crop models. To address these gaps, the project proposes three integrated work packages (WPs) combining field observations, controlled experiments, and modelling.
WP1 will analyze soils from long-term fertilization trials to quantify how different organic amendments influence the size, composition, and stoichiometric relationships of soil C and P pools. WP2 will use laboratory and pot experiments, integrating stable (¹³C) and radioactive (³²P or ¹⁸O-labeled) isotopes to trace C and P dynamics across dissolved, colloidal, and mineral-associated pools. Experiments at the mineral–colloid scale will quantify sorption–desorption kinetics and identify the role of mineral phases in mediating P mobilization and C stabilization. Parallel microbial experiments will assess how P availability affects microbial metabolism, enzyme activity, and necromass formation, linking microbial responses to C–P transformations. WP3 will integrate experimental findings into a process-based soil–crop model (e.g., STICS) by incorporating new functions for mineral–microbial feedbacks, C–P interactions, and P availability.
The expected outcomes will improve the predictive accuracy of soil–crop simulations and inform the design of fertilization strategies that enhance P efficiency while maintaining or increasing soil carbon sequestration.
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Début de la thèse : 01/10/2026

Contrat doctoral Université de Bordeaux au mérite

Université de Bordeaux

304 Sciences et environnements

La/le candidat.e devra être titulaire d'un Master (MSc ou équivalent) en sciences du sol, biogéochimie, sciences de l'environnement ou dans des disciplines proches. Un fort intérêt pour l'étude des cycles des nutriments, la dynamique de la matière organique du sol et les applications agronomique est essentiel. Une expérience en travaux de laboratoire (analyses chimiques ou microbiennes des sols), en traitement de données, ainsi qu'une bonne maitrise des statistiques ou de modélisation (par exemple, R, Python) sera considérée comme un atout. La/le candidat.e doit être motivé.e, curieux.se et capable de travailler en autonomie tout en collaborant efficacement au sein d'une équipe de recherche multidisciplinaire et internationale. De bonnes compétences en communication en anglais (écrit et parlé) sont requises ; la maîtrise du français n'est pas obligatoire mais sera un avantage pour l'intégration dans l'environnement local de recherche.
The ideal candidate will have a Master's degree (MSc or equivalent) in soil science, biogeochemistry, environmental science, or related disciplines. Strong interest in nutrient cycling, soil organic matter dynamics, and agronomic applications is essential. Experience in laboratory work (soil chemical or microbial analyses), data processing, and statistical or modelling tools (e.g., R, Python) will be considered an asset. The candidate should be motivated, curious, and able to work independently while collaborating effectively within a multidisciplinary and international research team. Good communication skills in English (written and spoken) are required; French proficiency is not mandatory but will be advantageous for integration into the local research and social environment.