AGO AGE statutaire : activités bilan et résolutions
Jp destain b godden
1. La matière organique
- Source de la vie du sol
- Source d’éléments minéraux
Jean-Pierre Destain 1 - 2
Bernard Godden 3 - 4
_________________________________________________________
AGORA – Clermont (Oise – F)
15 janvier 2013
___________________________________________________
1. Centre wallon de Recherches agronomiques –www.cra.wallonie.be
2. Gembloux Agro Bio Tech – Université de Liège
3. Agra-Ost asbl - www.agraost.be
4. Université Libre de Bruxelles
2. Plan de l’exposé
1. 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, …)
So
Pondéralement l Volumétriquement
1% air (atmosphère) 10% air (atmosphère)
78% Minéral 50% Minéral
19% eau 34% eau
2% 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 Atmosphère
Photosynthèse 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 cours
d’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 13
36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25
2 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 fonds
1 Témoin: aucune restitution de matière organique
2 Lisier + sous produits des cultures et production d'engrais vert
3 Apport de lisier
4 Apport de fumier
5 Restitution uniquement des pailles
6 Restitution de tout les sous produits des récoltes et production d'engrais 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 + CIPAN
1 S/P = sous-produits des récoltes (feuilles de betteraves et paille de céréales)
2 lisier porcin 30000l/ha en tête de rotation
3 fumier bovin : 30-40T/ha en tête de rotation
4 vesces par la suite remplacée par la moutarde (CIPAN)
10
12. Evolution du stock de carbone ( C ) dans la couche
arable 1959 – 2010
(kg/ha/0-20 cm)
Gain ou perte Gain ou perte
valeur relative
Traitement 1 - 1860 - 6,2 %
Traitement 4 + 3690 + 11,2 %
Traitement 6 + 2160 + 7,2 %
12
13. Production humus 1959 - 2010
Traitement 4
K1 90 kg/tonne fumier = 61.200 kg Humus
= 36.000 kg C
Mais minéralisation
Traitement 1
*K2 = 1200
----------------------- x 0,8*** x 0,8
(A** + 200) x 200
K2 = 0,012
Traitement 4
*K2 = 1200
----------------------- x 0,8 x 1,2
(A + 200) x 200 climat apport organique
K2 = 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 (%)
90
85
80
75
70
65 T1
60
55 T3
50
45 T4
40
T6
35
30
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 Lixiviation
Journées COMIFER et Académie d’Agriculture, 17 mars 2009 EAU 15
16. Clé de classification des matières organiques en fonction de
leur dynamique d'action
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 Lente
Fumier pailleux 6.5 0.6 9 14 Lente
Fumier mou 7.0 1.0 14 16 Lente
Fumier mou 6.2 1.8 29 15 Rapide
Lisier bovin 4.5 2.6 56 8 Rapide
Fientes 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 calcaires
à la chaux Ecumes de sucrerie …(valeur
neutralisante)
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 Lente
1 grande variabilité du produit
18
19. 5. Sur quelle quantité d’azote peut-on
compter en cas d’apports de matières
organiques ?
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
22. Utilisation de l'azote des engrais de ferme
par les cultures en fonction de la dose
apportée en cultures
Coefficient apparent d'utilisation de l'azote en cultures dans
une rotation maïs, froment, betteraves, pommes de terre
%
80
70
60
50
40
30
20
10
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’azote
du 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 (% N
appliqué)
Compost fumier Céréales <
5
Verts de betteraves Céréales
5
Moutarde Betteraves 15 %
Phacélie Betteraves 20 %
Lisier Prairie 18 – 69 %
(1)
Nitrate ammoniaque Prairie 65 %
Nitrate ammoniaque Céréales
70 – 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 T
Lisier porcin 12 60
30 m3
Fientes volaille pures 50 100
10 T
Compost 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 pratique
Profil 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 des
parcelles
(précédents culturaux, régimes d’apports de
matières organiques,…)
29
30. VALOR un logiciel pour
l'optimalisation des engrais de
ferme à l'échelle de l'exploitation
et de la parcelle
B. Godden1, P. Luxen1, R. Oger2, E. Martin3 et J.P. Destain4
1 Agra Ost
2 CRA-W – Dpt Agriculture et Milieux naturels
3 CRA-W – Dpt Logistique
4 CRA-W – Direction Générale
DGARN
E
30
31. Valor : objectifs et fonctionnement (1)
Déterminer les types d'engrais de ferme produits:
quantités, compositions N, P, K et leur valeur
financière
60 Vaches laitières 5 mois en étable entièrement paillée
Tonnes N (kg) P2O5 (kg) K2O (kg) €
Fumier pailleux 407 2399 1220 2439 4887
Restitué 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 en
N, P et K
32
33. Valor : objectifs et fonctionnement : (3)
- Etablir un plan de répartition optimal des engrais de
ferme (plan de fumure)
A partir des deux premières étapes le logiciel propose une
répartition optimale des engrais de ferme disponibles :
"Quel engrais de ferme sur quelle(s) prairie(s) ou
culture(s), à quelle dose et à quel moment?".
Valor intègre à la fois l'ensemble des contraintes et des
objectifs agronomiques et économiques.
33
34. Pour bien valoriser les matières organiques, il
faut
Maîtriser les doses épandues (et tenir compte des contraintes
réglementaires de doses maximales p. ex)
Choisir la bonne destination (culture) en fonction du type de
matière et de la période d’application possible (MO – action lente
ou 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 à
nitrate (CIPAN), comment modifient-elles
la disponibilité en azote ?
Production de biomasse et
contenu en N de divers engrais
verts
Type 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 – 170
Repousse céréales 2000 – 2500 40 - 50
Sources : Geypens et Honnay, 1995
35
36. Evolution du profil (0-150 cm) en azote minéral du sol de l'été au printemps (kg N/ha)
160
kg N/ha
140
120
100
80
60
40
20
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 à
l’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 en
nitrate 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 en
nitrate 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 15.8-23.8
Phacélie 1.44 – 1.85 21-23 5.4-6.3 19.5-26.5
Ray 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/ha
Moutarde 45-57 15-45
Phacélie 18-28 22-31
Ray grass 22-24 26-42
Sources : IRSIA, 1995
42
43. En pratique
comment 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 matières
organiques sont-ils équivalents à ceux contenus
dans 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 récoltes
P2O5 3 niveaux P : O 60 kg P2O5 * 90 kg
K2O 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, 1983
pour K, en 2000 pour P
-Fourniture de P disponible et de K échangeable par la
réserve 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 contenus
dans 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 disponible
et potassium échangeable des sols wallons
en 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
51. Valeurs des engrais de ferme en culture
(Betteraves et maïs) Fumier de bovin
Coefficient d’efficacité
Par rapport à un engrais
Janvier 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 risques
d’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