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  • 1. La matière organique - Source de la vie du sol - Source d’éléments minérauxJean-Pierre Destain 1 - 2Bernard Godden 3 - 4_________________________________________________________ AGORA – Clermont (Oise – F) 15 janvier 2013___________________________________________________1. Centre wallon de Recherches agronomiques –www.cra.wallonie.be2. Gembloux Agro Bio Tech – Université de Liège3. Agra-Ost asbl - www.agraost.be4. Université Libre de Bruxelles
  • 2. Plan de l’exposé1. La matière organique – Composante essentielle de la vie du sol.2. Les cycles du carbone et de l’azote – 2 cycles intimement liés.3. Effet des apports de matières organiques sur le taux d’humus et la stabilité structurale (effet à long terme).4. La fourniture d’azote par les matières organiques : une dynamique différente en fonction des caractéristiques de ces matières.5. Sur quelle quantité d’azote peut-on compter en cas d’apports de matières organiques ?6. En pratique, comment ajuster la fumure minérale de complément ?7. Les cultures intercalaires pièges à nitrate, comment modifient- elles la disponibilité en azote ?8. Les apports de P2O5 et K2O par les matières organiques, sont-ils équivalents à ceux contenus dans les engrais minéraux ?9. Quelques mots sur la problématique environnementale.10. Conclusions. 2
  • 3. 1. La matière organique du sol- Chimiquement C, H, O, N (S, …) SoPondéralement l Volumétriquement1% air (atmosphère) 10% air (atmosphère)78% Minéral 50% Minéral19% eau 34% eau2% Matière organique 5% Matière organique 3
  • 4. Constitution de cette matière organique Vivante Morte Racines végétaux Résidus végétaux racinaires ou autres Faune et microfaune (insectes, vers de terre → Nématodes protozoaires) Microflore Humus  Champignons C/N = 10  Algues  Bactéries 4
  • 5. 2. Carbone (C) et Azote (N), 2 cycles intimement liés Cycle du Carbone Cycle de l’Azote Atmosphère AtmosphèrePhotosynthèse CO2 Respiration Fixateurs Engrais N2 Volatilisation CO2 Libres Fixation Dénitrification symbiotique Végétation Minéralisation Végétation Organisation Sol Sol Matière organique + C/N Matière organique + microflore ≈ 10 microflore NH4+ - NO3 *La matière organique (MO) •Biomasse Lessivage 5 •MO labile
  • 6. 3. Evolution de la matière organique du sol (Effets à longs termes)Sur le long terme Humification K1 Minéralisation K2 K1 Exemples Humus produit Fumier K1 : 0,5 100 kg (par tonne) Paille K1 : 0,10 85 kg (par tonne) Verts de betterave K1 : 0,25 20 kg (par tonne)Des composés transitoires sont formés en coursd’humidification, avec émission de CO2 K2 Concerne l’humus du sol varie de 0,004 (terre calcaire) 0,025 (sol sableux) (sur un stock de +/- 30.000 kg C / ha dans la couche arable) Sources : Schvartz et al, 2005 6
  • 7. Expérimentation à long terme de Gembloux Régimes de restitution et d’apports organiques ⇛ Mise en expérimentation : 1959 ⇛ Type de sol  limoneux Argile < 2µ : 12% Limon 2-53 µ : 85% Sable > 53µ : 3% ⇛ Travail du sol : labour 0-25 cm
  • 8. ⇛ Rotation :  Quadriennale jusqu’en 1998 (betterave-céréale- légumineuse-céréale)  Triennale depuis 1998 (betterave-blé d’hiver-orge d’hiver)⇛ Parcelle élémentaire : 60 et 70 X 10m⇛ Nombre de traitements : 6⇛ Nombre de répétitions : 6⇛ Fumure azotée : bilan prévisionnel (AZOBIL – INRA-France) depuis 1998 (situation moyenne)⇛ Fumure P-K : bilan exportation – restitution adapté pour chaque traitement. 8
  • 9. Les longs tours - 6 ha 09 - Essais permanents Prairie de la zootechnie 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 1336 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 252 5 3 4 6 5 5 1 6 6 2 4 3 4 1 1 3 2 6 4 1 3 1 2 4 2 3 1 3 5 2 5 6 5 6 4 Les fonds1 Témoin: aucune restitution de matière organique2 Lisier + sous produits des cultures et production dengrais vert3 Apport de lisier4 Apport de fumier5 Restitution uniquement des pailles6 Restitution de tout les sous produits des récoltes et production dengrais vert. 9
  • 10. Jusque 1998 Après 1998 Tr 1 Exportation des S/P 1 Exportation des S/P Tr 2 Enfouissement des S/P Enfouissement des S/P + lisier 2 + lisier + CIPAN 4 Tr 3 Exportation des S/P maïs + Lisier Enfouissement des S/P + Lisier + CIPAN Tr 4 Exportation des S/P maïs + fumier 3 Exportation des S/P + fumier Tr 5 Enfouissement des pailles de Enfouissement des S/P céréales Tr 6 Enfouissement des S/P culture Enfouissement des S/P d’engrais verts 4 + CIPAN1 S/P = sous-produits des récoltes (feuilles de betteraves et paille de céréales)2 lisier porcin 30000l/ha en tête de rotation3 fumier bovin : 30-40T/ha en tête de rotation4 vesces par la suite remplacée par la moutarde (CIPAN) 10
  • 11. Rendements observés au cours des 6 dernières années (en valeur relative du traitement 1) 2002 2003 2004 2005 2006 2007 MoyNature Orge Betterave Blé Orge Betterave Bléculture hiver hiver hiver hiverTr1 100 100 100 100 100 100 100Tr2 107 100 114 114 103 103 109Tr3 96 107 109 109 103 103 106Tr4 100 112 103 111 105 105 107Tr5 95 103 107 98 104 104 103Tr6 105 110 113 107 101 101 108 11
  • 12. Evolution du stock de carbone ( C ) dans la couchearable 1959 – 2010(kg/ha/0-20 cm) Gain ou perte Gain ou perte valeur relativeTraitement 1 - 1860 - 6,2 %Traitement 4 + 3690 + 11,2 %Traitement 6 + 2160 + 7,2 % 12
  • 13. Production humus 1959 - 2010Traitement 4K1 90 kg/tonne fumier = 61.200 kg Humus = 36.000 kg CMais minéralisationTraitement 1*K2 = 1200 ----------------------- x 0,8*** x 0,8 (A** + 200) x 200K2 = 0,012Traitement 4*K2 = 1200 ----------------------- x 0,8 x 1,2 (A + 200) x 200 climat apport organiqueK2 = 0,018 *Formule proposée par C Schvartz et al, 2005 **A = taux argile exprimé en ‰ (ici 120) *** Facteur climatique 13
  • 14. Evolution des propriétés physiques du sol Agregats stables (%)908580757065 T16055 T35045 T440 T63530 1959 1967 1972 1977 1982 1987 1992 14
  • 15. 4. La fourniture en azote des matières organiques Devenir de l’azote des PRO dans le sol Produit résiduaire organique Plante N organique NH4+ NH3 N2O N2 Volatilisatio Dénitrification n AIR SOL Minéralisation Nitrification Matières NH4+ NO3- Organiques du sol Organisation LixiviationJournées COMIFER et Académie d’Agriculture, 17 mars 2009 EAU 15
  • 16. Clé de classification des matières organiques en fonction de leur dynamique daction Caractéristiques de divers engrais de ferme NT N - NH4+ N-NH4+ / NT C/N Action (kg/T) (kg/T) (%)Fumier composté 6.5 0.3 5 13 LenteFumier pailleux 6.5 0.6 9 14 LenteFumier mou 7.0 1.0 14 16 LenteFumier mou 6.2 1.8 29 15 RapideLisier bovin 4.5 2.6 56 8 RapideFientes volailles sur paille 33 11 30 11 rapide 16
  • 17. Traitements des matières organiques(modifient le contenu et la disponibilité de l’azote)-Stockage-Compostage Compost (+ Plus N organique)-Biométhanisation Digestat (+ Plus N-NH4+ ammoniacal)-Stabilisation Boues résiduaires calcairesà la chaux Ecumes de sucrerie …(valeurneutralisante) 17
  • 18. Caractéristiques de quelques autres matières résiduaires N total C/N Action Kg/tonne Composts de déchets verts 1 7,38 15 Lente Compost urbain 1 14,4 15 Lente Boue de STEP liquide 1 2–4 4–5 Rapide Boue chaulée 1 6–9 8 - 11 Rapide/lent Ecume sucrerie 3 Lente1 grande variabilité du produit 18
  • 19. 5. Sur quelle quantité d’azote peut-oncompter en cas d’apports de matièresorganiques ? Expérimentations où on va mesurer le coefficient d’utilisation de l’azote qu’elles contiennent et comparer avec celui d’un engrais minéral azoté (coefficient d’équivalence) Coefficient apparent = Azote prélevé F – Azote prélevé témoin ON Azote apporté F Rendement/unité N – MO Coefficient équivalence = Rendement/unité N – engrais minéral 19
  • 20. Sources Bouthier et al, 2009 20
  • 21. Coefficient d’utilisation apparent de l’azote apporté (CAU) par divers engrais de ferme (culture de maïs ensilage) Fumier mou Fumier pailleux Fumier composté Lisier Engrais bovin* minéralDose 120 155 80 120 155 80 120 160 200 80 12 85 155annuelle 0kg/haCAU 41 39 40 38 27 22 42 18 12 19 59 53 96 72% N appliqué Godden et al, 2005 21
  • 22. Utilisation de lazote des engrais de fermepar les cultures en fonction de la doseapportée en cultures Coefficient apparent dutilisation de lazote en cultures dans une rotation maïs, froment, betteraves, pommes de terre %8070605040302010 0 80 120 155 80 120 155 80 120 155 80 120 120 176 Godden et al, 22
  • 23. Efficience de l’azote apporté par le lisier en prairie permanente (Elsenborn) Efficience Efficience de l’azote Total apporté sur MS produite relative Année (kg MS/kg N la saison (Kg N/ha) (lisier/engrais ) apporté) (%) Lisier NH4 NO3 Lisier NH4 NO3 Lisier NH4 NO3 1994 190 200 6760 7709 36 38 95 1995 166 200 7942 8651 48 43 112 1996 214 200 7313 8134 34 41 83 1997 251 200 7597 9020 30 45 67 1998 206 200 6166 6892 30 34 88 1999 172 180 4786 6822 28 38 74 2000 206 200 8551 8287 41 41 100 mean 7016 1252 7931 840 35 7 40 4 88 15(1994-2000) Destain et al, 2007 23
  • 24. Coefficient réel d’utilisation (15N) de l’azotedu lisier en prairie permanente (en % N appliqué) 1ère 2ème 3ème Total coupe coupe coupe Dec 80N lisier 6.2 4.0 8.0 18.2 Jan 80N lisier 19.4 3.1 8.2 30.7 Feb 80N lisier 42.8 3.9 3.8 50.5 Mar 80N lisier 38 4.1 5.6 47.7 Apr 80N lisier 45 4.8 5.8 55.6 May 80N lisier 54 12.3 3.3 69.6 April 80N min 50.5 16.9 2.1 69.5 Mai 80N min 52.2 10.2 1.9 64.3 24
  • 25. Coefficients réels d’utilisation de l’azote contenu dans diverses matières organiques et comparaison avec ceux de l’engrais minéral (Résultats obtenus avec l’isotope 13N)Matières organiques Type de culture CRU (% Nappliqué)Compost fumier Céréales <5Verts de betteraves Céréales 5Moutarde Betteraves 15 %Phacélie Betteraves 20 %Lisier Prairie 18 – 69 %(1)Nitrate ammoniaque Prairie 65 %Nitrate ammoniaque Céréales70 – 80 %Nitrate ammoniaque Betteraves 50 – 65 %Nitrate ammoniaque Pomme de terre 50 % 25
  • 26. Estimation de fourniture moyenne du N à la culture suivante par diverses matières organiques (AZOBIL – INRA-F) Prédiction de l’N minéral produit au cours de la saison culturale suivante (betterave sucrière) Automne Printemps Fumier bovin décomposé 21 30 30 TLisier porcin 12 60 30 m3Fientes volaille pures 50 100 10 TCompost urbain 8 10 10 T A cela s’ajoute la richesse du profil en sortie hiver 26
  • 27. Contenu en azote minéral du sol en sortie d’hiver avant culture de betterave sucrière– Effets des apports de matières organiques. Nature des apports Effectif Profondeur Moy Min Max Ecart type organiques Pas d’apport 526 0-30 cm 18.3 0.2 205.0 14.5 30-60 cm 21.6 0.0 145.0 16.7 60-90 cm 21.0 0.0 97.3 15.8 0-90 cm 60.9 Ecume de sucrerie 358 0-30 cm 18.1 3.0 45.6 8.2 30-60 cm 22.0 5.0 134.5 14.4 60-90 cm 21.3 1.0 116.5 15.3 0-90 cm 61.4 Fumier bovin 926 0-30 cm 23.0 3.0 149.0 18.7 30-60 cm 25.7 1.0 213.3 20.5 60-90 cm 24.1 0.1 129.0 16.6 0-90 cm 72.8 Lisier bovin 42 0-30 cm 23.3 4.4 82.3 17.2 30-60 cm 21.5 2.6 80.4 18.1 60-90 cm 20.8 2.0 106.0 20.3 0-90 cm 65.6 Fientes de volaille 276 0-30 cm 30.8 7.0 88.0 17.5 30-60 cm 47.9 3.0 222.4 43.4 60-90 cm 45.3 7.0 167.0 33.8 0-90 cm 124.0 27 Destain et al, 2006 (REQUASUD)
  • 28. 6. En pratiqueProfil N minéral + Logiciel d’estimation de la minéralisation AZOBIL – AZOFERT (INRA – France) Sources et puits de N minéral 28
  • 29. Pour fournir une recommandation de fumure fiable il faut fournir au prescripteur (le laboratoire qui effectue les analyses) les renseignements nécessaires concernant la gestion desparcelles (précédents culturaux, régimes d’apports de matières organiques,…) 29
  • 30. VALOR un logiciel pourloptimalisation des engrais deferme à léchelle de lexploitationet de la parcelleB. Godden1, P. Luxen1, R. Oger2, E. Martin3 et J.P. Destain41 Agra Ost2 CRA-W – Dpt Agriculture et Milieux naturels3 CRA-W – Dpt Logistique4 CRA-W – Direction Générale DGARN E 30
  • 31. Valor : objectifs et fonctionnement (1)Déterminer les types dengrais de ferme produits:quantités, compositions N, P, K et leur valeurfinancière 60 Vaches laitières 5 mois en étable entièrement paillée Tonnes N (kg) P2O5 (kg) K2O (kg) €Fumier pailleux 407 2399 1220 2439 4887Restitué au pâturage 3166 1295 1641 6102 31
  • 32. Valor : objectifs et fonctionnement (2)- Estimer les restitutions directes au pâturage- Calculer les besoins des cultures et des prairies enN, P et K 32
  • 33. Valor : objectifs et fonctionnement : (3)- Etablir un plan de répartition optimal des engrais deferme (plan de fumure)A partir des deux premières étapes le logiciel propose unerépartition optimale des engrais de ferme disponibles :"Quel engrais de ferme sur quelle(s) prairie(s) ouculture(s), à quelle dose et à quel moment?".Valor intègre à la fois lensemble des contraintes et desobjectifs agronomiques et économiques. 33
  • 34. Pour bien valoriser les matières organiques, ilfautMaîtriser les doses épandues (et tenir compte des contraintesréglementaires de doses maximales p. ex)Choisir la bonne destination (culture) en fonction du type dematière et de la période d’application possible (MO – action lenteou rapide)Epandre avec du matériel correctement régléPour les MO riches en ammoniac (lisier, fientes)  épandre par temps couvert (avant pluie) Lorsqu’il y a peu de vent Diluer et homogénéiser le produit (lisier) 34
  • 35. 7. Les cultures intercalaires, pièges ànitrate (CIPAN), comment modifient-ellesla disponibilité en azote ? Production de biomasse et contenu en N de divers engrais vertsType d’engrais vert Biomasse kg MS ha-1 Contenu en N kg N ha-1 Moutarde 3500 – 7000 70 – 170 Ray-grass 4500 – 6800 70 – 170 Phacélie 3500 – 6000 50 – 90 Vesces 4000 – 5000 120 – 170Repousse céréales 2000 – 2500 40 - 50 Sources : Geypens et Honnay, 1995 35
  • 36. Evolution du profil (0-150 cm) en azote minéral du sol de lété au printemps (kg N/ha)160 kg N/ha14012010080604020 0 août septembre octobre novembre décembre janvier février mars avril absence (sol nu) vesce moutarde phacélie 36
  • 37. Répartition de l’azote minéral dans le profil àl’enfouissement des engrais verts (fin novembre) 0-30 0-30 Profondeur (cm) Profondeur (cm) 30-60 30-60 60-90 60-90 90-120 90-120 120-150 Absence (sol nu) 120-150 vesce 0 5 10 15 20 25 30 35 0 5 10 15 20 25 30 35 Kg N/ha Kg N/ha 0-30 0-30 Profondeur (cm) Profondeur (cm) 30-60 30-60 60-90 60-90 90-120 90-120 120-150 Moutarde 120-150 Phacélie 0 5 10 15 20 25 30 35 0 5 10 15 20 25 30 35 Kg N/ha Kg N/ha 37
  • 38. Piégeage de l’azote par la CIPAN Quantité de N disparue du profil du sol durant l’automne (mesure fin novembre) (kgN/ha sur un profil de 150 cm) Après cultures de légumes (pois, épinard, haricot) Moutarde 88-114 Phacélie 78-106 Ray grass 56-73 Seigle 94 Froment 35-40 Sources : Renard et al., 2007 38
  • 39. Influence du CIPAN sur le contenu ennitrate du profil du sol après l’hiver Différence entre un sol nu - CIPAN (kgN/ha) Après culture de légumes Moutarde -28 à -31 Phacélie -44 à -54 Ray grass -33 à -48 Seigle -70 Sources : Renard et al., 2007 39
  • 40. Influence du CIPAN sur le contenu ennitrate du profil du sol après l’hiver Campagne betterave – CIPAN ou sans (kgN/ha) Type de profil sortie hiver (février) Fientes de volaille fin Lisier fin août août Avec Sans Avec Sans CIPAN CIPAN 0-30 cm 22 16 27 29 30-60 cm 24 25 37 45 60-90 cm 20 32 30 99 Total 66 73 94 173 Sources : Destain et al., 2006 40
  • 41. Minéralisation de la CIPAN Les caractéristiques déterminantes Contenu en N C/N Lignine Cellulose (%MS) (%MS) (%MS)Moutarde 1.63-2.82 8-27 1.7-4.2 15.8-23.8Phacélie 1.44 – 1.85 21-23 5.4-6.3 19.5-26.5Ray grass 1.65-1.76 20-25 1.2-2.6 17.2-21.3 Sources : IRSIA, 1995 41
  • 42. Minéralisation de la CIPAN Taux de minéralisation de l’azote sur une saison et quantité d’azote prélevé par la culture suivante (ici la betterave) (résultats d’expérimentations à l’aide de l’isotope lourd 15N) Taux de minéralisation N prélevé par la betterave et provenant de la CIPAN % N enfoui Kg N/haMoutarde 45-57 15-45Phacélie 18-28 22-31Ray grass 22-24 26-42 Sources : IRSIA, 1995 42
  • 43. En pratiquecomment moduler le conseil de fumure?Fourniture par la CIPAN – fourniture par la minéralisation naturelle du sol sans CIPAN (kgN/ha) CIPAN Sol Moutarde 15-45 Phacélie 22-31 83- 154 Ray grass 26-42 Valeurs obtenues dans des expérimentations avec l’isotope stable 15N Sources : IRSIA, 1995• Et si je n’enfouis pas la CIPAN? 43
  • 44. 8. Les apports de P2O5 et K2O par les matièresorganiques sont-ils équivalents à ceux contenusdans les engrais minéraux ? -Que nous enseignent les expérimentations à court terme ?? en général rien -Que nous enseignent les expérimentations à long terme ? politique de restitution des exportations 44
  • 45. Essai – Niveaux fumure P - K du CRA-W-Début : 1967-Sols Aba moyennement pourvus en P (13 mg/100 g sol) et K (14 mg/100 g sol),suivant méthode AL-Rotation triennale (Betterave ou pomme de terre, 2 céréales)-Restitution des 3 produits des récoltesP2O5 3 niveaux P : O 60 kg P2O5 * 90 kgK2O 3 niveaux K : O 93 kg K2O 140 kg * par ha/par an 45
  • 46. -Niveau intermédiaire : Bilan 0-Décrochage des rendements au niveau 0 : en 1982, 1983pour K, en 2000 pour P-Fourniture de P disponible et de K échangeable par laréserve du sol-Enrichir un sol, c’est coûteux 46
  • 47. Enrichissement du stock de P et K de la couche arable par rapport à l’excédent de fumure au niveau de fumure 90 kg P2O5 – 140 kg K2O 47
  • 48. Equivalence entre P2O5 et K2O contenusdans les MO et contenus dans les engrais Cas de sols riches Besoins limités ou nuls Cas de sols normaux Restitution des exportations Cas de sols légèrement Restitution des exportations déficients Cas de sols déficients Apports d’engrais minéraux le plus souvent requis – MO 48
  • 49. Teneurs moyennes en phosphore disponibleet potassium échangeable des sols wallonsen culture en 2008 (REQUASUD) Région agricole P disponible 1 K échangeable 1 (mg/100 g sol sec) (mg/100 g sol sec) Ardenne 4.2 20.8 Condroz 6.8 18.8 Famenne 5.4 21.1 Limoneuse 9.8 19.4 Sablo-limoneuse 10.6 19.3 (1) Méthode Acétate d’ammonium EDTA sol normal P = 5 K = 12-15 49
  • 50. Apports de P2O5 et K2O par diversesmatières organiques (kg/tonne) P2O5 K2O Paille 3 15 Fumier bovin 2 7 Fumier composté 3.7 9 Lisier bovin 1.7 5.5 Lisier porcin 6 3 Ecumes sucrerie 9 - Boue résiduaire liquide 2-3 0.9 Boue chaulée 6-10 1 50
  • 51. Valeurs des engrais de ferme en culture(Betteraves et maïs) Fumier de bovin Coefficient d’efficacité Par rapport à un engraisJanvier 2012 5,9 kg d’azote 5,9 x 0,45 = 3,053 chimique Par tonne 3,053 2,655 x 1,15 = 3,053 €/t Pour l’azote Eléments Fumier de Fumier de Lisier de Lisier de Fumier de Valeur vrac en ferme bovins bovins bovins porcs poules €/unité (*) composté N total 5,9 x 0,45 = 2,655 6,1 x 0,55 = 3,355 4,4 x 0,6 = 2,64 6 x 0,6 = 3,6 26,7 x 0,6 = 16,02 Nitrate d’ammoniac (*) KAS 27% (*) 3,053 3,858 3,036 4,140 18,423 1,15 P2O5 3 4 2 5 15 Phosphore soluble (**) 3,3 4,4 2,2 5,5 16,5 1,1 K2 O 6 10 5 4 18 3,4 5,7 2,9 2,3 10,3 0,6 MgO 1,4 1,8 1 1 5 0,840 1,080 0,60 0,60 3 0,6 CaO 2,5 4 2 3 60 0,250 0,4 0,2 ,03 6 0,10 Na2O 0,8 0,9 0,7 1,1 2,9 0,240 0,270 0,210 0,330 0,870 0,30 Valeur 11,10 15,71 9,10 13,15 55,05 totale /t (*) Urée : 0,7 €/unité (**) Phosphate naturel : 1,6 €/unité 51 Azote liquide : 0,6 €/unité
  • 52. Matières organiques et risquesd’enrichissement de l’environnement Nitrate dans les eaux souterraines et de surface Directive nitrate Doses maximales d’épandage et périodes Phosphate dans les eaux de surface et eaux côtières eutrophisation cas lisier porc 52

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