Bilan des apports de PRO sur les cycles du carbone et de l azote
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- Cyril Carbonneau
- il y a 5 ans
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1 Journée technique PRO spective 23 novembre 2015 Bilan des apports de PRO sur les cycles du carbone et de l azote Fiona OBRIOT, Laure Vieublé-Gonod, Denis Montenach, Emmanuelle Garrigues, Sophie Génermont, Patricia Laville, Sabine HOUOT UMR ECOSYS, Grignon et SEAV, Colmar Fiona OBRIOT et Sabine HOUOT (INRA ECOSYS, Grignon) 23/11/2015
2 Intérêts recherchés des apports de PRO Deux bénéfices principaux Valeur fertilisante substitution des engrais N, P et K Augmentation de MO Augmentation des stocks de MO Fertilité du sol (stabilité agrégats, rétention en eau, activité biologique, fourniture de N) Stockage C atténuation du changement climatique: compensation des émissions de gaz à effet de serre Impacts potentiels associés Mauvaise maitrise de la fertilisation Lixiviation de nitrates Volatilisation NH 3 au moment de l apport Emission de N 2 O après apport.02 HOUOT et OBRIOT/ Journée Technique Colmar 23 / 11 / 2015
3 Apport de PRO et disponibilité en N 1 application N organique N organique PRO Minéralisation N Minéral N Minéral Stock de MO du sol NH 3 N 2 O Disponibilité en N Disponibilité du N après apport: «effet direct» - Teneur en N minéral du PRO - Vitesse de minéralisation du N organique Lien entre valeur fertilisante et valeur amendante organique des PRO - Efficacité de l utilisation: - N minéral au moment des besoins des plantes - Limitation des pertes NO 3.03 HOUOT et OBRIOT/ Journée Technique Colmar 23 / 11 / 2015
4 Applications de PRO, Matière organique du sol et disponibilité en N 1 application Des applications répétées PRO N organique N Minéral NH 3 N 2 O N organique Minéralisation N Minéral Stock de MO du sol Disponibilité en N N organique Augmentation stock de MO N Minéral Disponibilité en N NO 3 A long terme, disponibilité en N: Augmentation de la matière organique du sol.04 HOUOT et OBRIOT/ Journée Technique Colmar 23 / 11 / 2015
5 Contenu de la présentation Les PRO épandus: indicateurs d effet Effet des apports de PRO sur les teneurs en C et N des sols Lien entre évolution des stocks de C et pratiques culturales Utilisation par les plantes du N apporté par les PRO - Coefficient apparent d utilisation du N par les plantes - Calcul de la substitution des engrais par les PRO Pertes de N par voie gazeuse ou lixiviation de nitrates Synthèse simplifiée des flux C et N (2011 et 2012).05 HOUOT et OBRIOT/ Journée Technique Colmar 23 / 11 / 2015
6 Contenu de la présentation Les PRO épandus: indicateurs d effet Effet des apports de PRO sur les teneurs en C et N des sols Lien entre évolution des stocks de C et pratiques culturales Utilisation par les plantes du N apporté par les PRO - Coefficient d utilisation du N par les plantes - Calcul de la substitution des engrais par les PRO Pertes de N par voie gazeuse ou lixiviation de nitrates Synthèse simplifiée des flux C et N au champ (2011 et 2012) - Stockage C - Substitution des engrais - Flux de gaz à effet de serre - Bilan de la fertilisation entièrement minérale versus partiellement substituée NOM DE L AUTEUR / NOM DE LA PRESENTATION.06 JOUR / MOIS / ANNEE
7 _01 Caractérisation des PRO apportés HOUOT et OBRIOT / Journée Technique Colmar / 11 / 2015
8 Teneurs en C et N C organique N total C/N 27% N minéral 17% 4% 8% 2% HOUOT et OBRIOT / Journée Technique Colmar / 11 / 2015
9 Indicateurs labo pour la caractérisation des PRO XPU (amendements organiques): incubation sol + PRO - biodégradabilité du C des PRO, - disponibilité du N à court terme 50g de sol + 2g C PRO/kg de sol (secs et broyés) = Mélange homogène Conditions contrôlées: 28 C, pf 2.5 Dynamique de minéralisation du C et N pendant 6 mois XPU (amendements organiques): Efficacité amendante des PRO Fractionnement biochimique ISMO: indice de stabilité MO fraction de MO contribuant à l entretien de la MO du sol HOUOT et OBRIOT/ Journée Technique Colmar 23 / 11 /
10 Disponibilité du N des PRO Boue: 30% N organique rapidement minéralisable Autres PRO: <10% N organique rapidement minéralisable Les boues sont des PRO fertilisants disponibilité de N Substitution des engrais N (P) HOUOT et OBRIOT/ Journée Technique Colmar 23 / 11 /
11 Valeur amendante des PRO ISMO moyens 40% 12% Les boues sont des PRO fertilisants disponibilité de N Substitution des engrais N (P) Les autres sont des amendements entretien MO du sol. HOUOT et OBRIOT/ Journée Technique Colmar 23 / 11 /
12 _02 Evolution des caractéristiques des sols: C et N HOUOT et OBRIOT / Journée Technique Colmar / 11 / 2015
13 Evolution des teneurs en MO et N total MO : baisse sur TEM, maintien sur FUM, FUMC et BOUE et hausse légères sur BIO et DVB (dans un contexte de restitution des résidus sur toutes les modalités) Nt : baisse sur TEM et BOUE, maintien sur les autres conduites (FUM, FUMC, BIO et DVB) 23/ 11 / 2015
14 Différences de stocks en C et N organiques dans les sols en 2012 Stock de C: BIO DVB FUM FUMC BOUE temoin Stock de N: DVB=BIO=FUM>FUMC BOUE temoin Evolution des stocks de C depuis 2000 (tc/ha) BOUE DVB BIO FUM FUMC TEM Evolution des stocks de N depuis 2000 (kgn/ha) BOUE DVB BIO FUM FUMC TEM HOUOT et OBRIOT/ Journée Technique Colmar 23 / 11 / 2015
15 Evolution du rapport C/N Evolution du C/N dans l horizon de surface 2012 Pas d évolution significative du C/N; pas de différences entre traitements en 2012 HOUOT et OBRIOT / Journée Technique Colmar.015
16 _03 Lien entre évolution des stocks de C organique et pratiques culturales HOUOT et OBRIOT / Journée Technique Colmar / 11 / 2015
17 Flux de C entrant dans les sols via les PRO (12 ans) Flux de C moyen par épandage Flux de C total et C «efficace» entre 2001 et 2011 (6 apports) C «efficace»: C apporté * ISMO 45% 72% 72% 60% 69% Pratique basée sur N: 170 kgn/ha Soit: 1 à 2,8 tc/ha Flux de C efficace dans les sols (tc/ha) BOUE DVB BIO FUM FUMC HOUOT et OBRIOT / Journée Technique Colmar / 11 / 2015
18 Flux de C entrant dans les sols via les PRO et les résidus de récolte (12 ans) 13 à 24% du C entrant provient des PRO Les résidus de culture participent aussi au stockage de C des sols.018 HOUOT et OBRIOT/ Journée Technique Colmar 2318 / 11 / 2015
19 _04 Quelle substitution potentielle des engrais azotés et évaluation des impacts environnementaux associés HOUOT et OBRIOT / Journée Technique Colmar / 11 / 2015
20 Flux de N après apports de PRO Intérêt de l apport des PRO: Valeur fertilisante azotée - Coefficient apparent d utilisation du N des PRO - Substitution croissante des engrais azotés Impacts environnementaux potentiels - Volatilisation NH 3 - Emission N 2 O - Lixiviation NO 3 Bilan C simplifié de la pratique: exemple des années culturales 2011 et 2012 HOUOT et OBRIOT / Journée Technique Colmar / 11 / 2015
21 Utilisation à court terme du N des PRO au champ: Calcul des CAU CAU: Coefficient Apparent d Utilisation des PRO = é é é ( ) Calcul des CAU moyens à Colmar effet direct arrière-effet total 2 ans BOUE 44% 20% 64% DVB 24% 9% 33% BIO 15% 10% 25% FUM 25% 16% 41% FUMC 21% 15% 36% Le compostage des PRO diminue la disponibilité du N à court terme.021 HOUOT et OBRIOT/ Journée Technique Colmar 23 / 11 /
22 Substitution des engrais depuis 2007 N substitué 1/ Cumul des apports d engrais sur les parcelles PRO + N de 2007 à 2012 N substitué cumulé 64% 2/ Cumul des substitutions d engrais apportés de 2007 à %.022 HOUOT et OBRIOT/ Journée Technique Colmar 23 / 11 /
23 Des pertes gazeuses d origines différentes Liée à des processus physico-chimiques Juste après épandage ph > 6,5 Température élevée et vent Liées à des processus biologiques Conditions anaérobies C métabolisable N disponible HOUOT et OBRIOT/ Journée Technique Colmar 23 / 11 /
24 Pertes gazeuses d azote mesurées au laboratoire Volatilisation NH 3 Mesure basée sur les différences de concentration dans l air en entrée et sortie de la cellule PRO Q FENH3 = (C NH3,out -C NH3,in ) N du PRO Emissions N 2 O Sol PRO frais Mélange homogène + = Mesure 20 C, 28% humidité, 63 jours d incubation, aux doses appliquées au champ HOUOT et OBRIOT/ Journée Technique Colmar 23 / 11 / 2015
25 Volatilisation d ammoniac au laboratoire Même dose apportée: 170 kg N/ha 1 jour 13% N tot 55 % N-NH 4 8% N tot 101 % N-NH 4 6% N tot 134 % N-NH 4 4% N tot 98 % N-NH 4 3% N tot 133 % N-NH 4 Sol seul de référence +170 kg engrais N/ha (solution azotée de référence) BOUE = maximum de 13% N tot perdu Perte totale du N-NH 4+ pour tous les PRO sauf la BOUE Nécessité d enfouir immédiatement (< au jour suivant l apport).025 HOUOT et OBRIOT/ Journée Technique Colmar 2325 / 11 / 2015
26 Emissions de N 2 O au laboratoire Facteurs d émissions associés Facteur d émissions (% Ntot) Flux + forts Facteur d émission (FE) de 1% Flux + faibles d après le GIEC pour les PRO (2006) Estimation des FE un an après apport (365 jours) en condition au champ (T C moyenne = 10 C) Fonction de température + modélisation FE (% Ntot) BOUE 1.90 DVB 0.19 BIO 0.41 FUM 0.28 FUMC 0.25 Engrais minéral HOUOT et OBRIOT/ Journée Technique Colmar 23 / 11 / 2015
27 Lixiviation des nitrates au champ Concentrations en NO 3 dans les eaux des bougies poreuses à 140 cm (traitements complémentés) [NO 3 ] mg /L Depuis 2007, concentrations < 50 mg /L dans tous les traitements organiques Lixiviation relativement faible dans les conditions de l essai (sans CIPAN)
28 _05 Bilan C simplifié d une campagne d épandage ( ) HOUOT et OBRIOT / Journée Technique Colmar / 11 / 2015
29 Calcul du bilan des émissions C simplifié au champ (2011 et 2012) Mesures 1/ Apport au de laboratoire PRO émissions N 2 O liées aux apports de PRO 2/ Fertilisation avec engrais minéral émissions N 2 O liées aux apports d engrais 3/ Apport d engrais minéral émissions GES liées à la fabrication des engrais 4/ Substitution d engrais minéral par les PRO Impacts EVITES de GES lié à la fabrication et l apport des engrais non utilisés 5/ Epandage et enfouissement PRO; apport d engrais émissions GES liées aux passages de tracteur 6/ Evolution des stocks de C dans le sol correspondant aux années étudiées augmentation ou diminution des stocks de C Une unité commune pour tous les calculs: kg équivalent CO 2 par hectare 1 kg N= 1,57 kg N 2 O 1kg N 2 O = 310 kg éq CO 2 (Pouvoir de réchauffement global plus important du N 2 O) 1 kg C = 3,67 kg éq CO 2 HOUOT et OBRIOT / Journée Technique Colmar /11 / 2015
30 1/ Emissions N 2 O après apports de PRO Emission N 2 O = N apporté x FE des PRO Conversion: 1kg de N-N 2 O = 1,57 x 310 kg équivalent CO 2 N N 2 O N 2 O CO 2 N tot PRO apporté 2011 Boue DVB BIO FUM FUMC TEM+N HOUOT et OBRIOT/ Journée Technique Colmar 23 / 11 /
31 Rappel des quantités d engrais N apportées ou substituées par les PRO N min apporté Apports de N en 2011 et 2012 (kg N/ha) N min substitué N min engrais N min substitué par PRO Boue DVB BIO FUM FUMC TEM+N
32 2/ Emissions de N 2 O après apport d engrais minéral Quantités d engrais minéral apportées sur les parcelles PRO (N min ) Emission N 2 O = N apporté x FE des engrais FE (% Ntot) Engrais minéral 0.25 Conversion: 1kg de N-N 2 O = 1,57 x 310 kg équivalent CO HOUOT et OBRIOT/ Journée Technique Colmar 23 / 11 /
33 3/ Emissions GES liées à la fabrication de l engrais minéral Quantités d engrais minéral apportées sur les parcelles PRO (N min ) La fabrication de 1 kg d'engrais (ammonitrate) émet 1,05 kg eq CO 2 Ammonitrate 33,5% 1kg d engrais contient 0,33 kg N quantités d ammonitrate apportées ACV Agricole, Nemecek, HOUOT et OBRIOT/ Journée Technique Colmar 23 / 11 /
34 4/ Emissions GES évitées liées à la fabrication et à l apport d engrais non utilisé Quantité d engrais évité N 2 O Apport évité GES Fabrication évités Emission de CO 2 CO 2 évité.034 HOUOT et OBRIOT/ Journée Technique Colmar 23 / 11 /
35 5/ Emissions GES liées aux passages de tracteur Emissions liées à la consommation de diesel ACV agricole, Nemecek 2007 Epandage des PRO Enfouissement des PRO Temps de travails (h) 1 1 0,2 Consommation (l/h) 3,3 14,8 4,2 Emission (kg eq CO 2 /ha) par passage Emissions (g/h) variables en fonction de la pratique PRG CO = 1,57 PRG NOx = 40 Epandage engrais 27,0 74,8 4,4 Emissions (kg émis/kg diesel consommé) + masse volumique du diesel (0,85 kg/l): PRG N 2 O = 310 PRG CO 2 = 1 PRG CH 4 = 25 Nb de passage Nb de passage Nb de passage Emissions totales ( ) Boue DVB BIO FUM FUMC TEM HOUOT et OBRIOT/ Journée Technique Colmar 23 / 11 / 2015 X
36 5/ Emissions GES liées aux passages de tracteur Emission de CO 2 CO 2 évité.036 HOUOT et OBRIOT/ Journée Technique Colmar 23 / 11 /
37 6/ Emission liées à l évolution des stocks de C dans les sols pour les années 2011 et 2012 tc/ha BOUE DVB BIO FUM FUMC TEM Conversion en kg équivalent CO 2 3,67 Stock C 1000 Emission de CO 2 C CO 2 tc/ha t kg Stockage de C = CO 2 évité.037 HOUOT et OBRIOT/ Journée Technique Colmar 23 / 11 /
38 Bilan de C émissions au champ émission ZERO CO 2 évité DVB et BIO = Bilan des émissions négatif, ils permettent d éviter des émissions de CO 2 Mais nécessité de considérer les émissions en amont de ce qui se passe au champ.038 HOUOT et OBRIOT/ Journée Technique Colmar 23 / 11 /
39 7/ Emissions CO 2 liées au compostage des PRO N 2 O + CH 4 Rapport sur les émissions atmosphériques du compostage, Ademe juillet 2012 En g de gaz émis/t MS entrante 1 t MS entrante = 500 kg MS compost sortant PRG x Quantités épandues x Emissions PRG CH 4 = 25 PRG N 2 O = 310 Emission de CO 2 Emissions associées (kg eq.co 2 ) CH 4 N 2 O CH 4 +N 2 O BIO DVB FUMC CO 2 évité.039 HOUOT et OBRIOT/ Journée Technique Colmar 23 / 11 /
40 Bilan C global Bilan C (kg eq CO 2 ) émission ZERO CO 2 évité PRO : bilan net qui est < engrais minéral «Les meilleurs» = FUM et BIO.040 HOUOT et OBRIOT/ Journée Technique Colmar 23 / 11 /
41 Conclusions (1) Augmentation du stock de MO: DVB et BIO permettent d augmenter les stocks de MO Les autres PRO : maintien Absence d apports = diminution Peu de entres traitements dû à l apport de C supérieur via les résidus de récolte par rapport aux PRO Après 6 apports, ces PRO permettent la substitution d une fraction des engrais minéraux (24 à 64%) BOUE>DVB>FUM>BIO=FUMC Les risques potentiels de pertes d N par volatilisation jusqu à 13% du N tot dans les premiers jours après apport, nécessité d enfouir le plus rapidement possible Les FE N 2 O des PRO & engrais sont plus faibles (0,2 à 0,4%) que celui du GIEC (1%) sauf pour la BOUE qui est > avec 1,90% Ntot Les lixiviations des nitrates sont faibles et potentiellement diminuées par CIPAN.041 HOUOT et OBRIOT/ Journée Technique Colmar 2341 / 11 / 2015
42 Conclusions (2) le bilan net des émissions de C: Emissions PRO < engrais minéral forte perte de C avec apport unique d engrais La substitution des engrais par la BOUE ne permet pas de compenser les émissions de N 2 O à l épandage et les pertes de C La prise en compte des émissions liées à la fabrication du compost augmente de manière importante les émissions de C Les bilans les plus intéressants seraient dans les traitements FUM et BIO Perspectives Prendre en compte les pertes par volatilisation du N-NH 3 dans le calcul des substitutions d engrais Faire des mesures des émissions au champ Faire des mesures d émissions sur les plateformes de compostage.042 HOUOT et OBRIOT/ Journée Technique Colmar / 11 / 2015
43 Merci de votre attention.043 HOUOT et OBRIOT/ Journée Technique Colmar / 11 / 2015
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