GESTION DE L ÉTAT ORGANIQUE DES SOLS AVEC SIMEOS-AMG

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1 Journée Prosensols 22 novembre 2012 Vincent TOMIS - Annie DUPARQUE GESTION DE L ÉTAT ORGANIQUE DES SOLS AVEC SIMEOS-AMG Vincent Tomis Agro-Transfert RT

2 Contexte Projet GCEOS : GESTION ET CONSERVATION DE L ETAT ORGANIQUE DES SOLS * lancé en 2004, Un projet de recherche-développement * à la demande des chambres d Agriculture de la région, face aux interrogations des agriculteurs, En partenariat avec * avec le soutien financier de :

3 Objectifs généraux du programme Rendre accessibles aux agriculteurs des connaissances : sur la dynamique et les rôles des matières organiques dans les sols Leur fournir des outils d aide à la décision : - pour diagnostiquer l état organique des sols, - pour prévoir des effets des pratiques de culture sur l évolution de l état organique du sol Développer une démarche de conseil pour donner aux agriculteurs de Picardie, les moyens de gérer les matières organiques de leurs sols sur le long terme à l échelle de la parcelle et de l exploitation

4 Les axes de travail => Réaliser une enquête régionale pour mieux connaître les pratiques, les problèmes des comportements du sol, les représentations des agriculteurs sur le sujet => Rendre plus fiables le diagnostic et le suivi de l évolution de l état organique des sols Améliorer la méthode de prélèvement de terre pour analyse Evaluer a priori l effet à long terme des pratiques sur l évolution de l état organique du sol Développer un outil de simulation basé sur le modèle AMG Formaliser la démarche de conseil

5 Sorties du projet GCEOS Le classeur de synthèse du projet : Guides de décision : Un Mémento : L outil SIMEOS-AMG : Pour en savoir plus :

6 Gérer l état organique du sol à l aide d un outil de simulation Simuler l effet des pratiques culturales sur l évolution à long terme des stocks et des taux de C organique du sol = une aide au choix des pratiques d aujourd hui pour préserver le sol de demain SIMEOS-AMG Prévision t + 30 ans État organique du sol Un outil basé sur le modèle de calcul de bilan humique AMG (Inra Laon)

7 Résidus aériens Principe d un bilan humique Entrées de C Sorties de C T C, humidité Système racinaire CO 2 Photosynthèse Type de Sol Cultures intermédiaires C organique La texture Travail du sol Produits organiques

8 Un modèle simple de calcul de bilan humique à la parcelle Le modèle AMG* Les principes du calcul dc/dt = k1.m k.ca Les pailles Les racines Résidus organiques Humification k 1. m Minéralisation rapide du Carbone des résidus 1 k 1 Minéralisation lente du Carbone du sol C actif k CO 2 Le climat La texture Le fumier Le compost C stable Le labour *AMG, du nom de ses auteurs: Andriulo, Mary, Guérif - INRA de LAON

9 Simulé Simulé De Hénin Dupuis à AMG Comparaison des variations de stock observées et simulées Variations exprimées en t C/ha/an H&D 1.25 AMG 1.25 Observé Observé y = 0.23x R 2 = 0.27 y = 0.61x R 2 = R. Wylleman & B. Mary, 1999

10 Simulé (t/ha) Test du modèle AMG - Développement/amélioration d AMG dans le cadre de CARTOPAILLES (K. Saffih & B. Mary; 2008) 60 Synthèse sur les 9 essais internationnaux Stocks C simulés en fin d'essai Paille exportée Paille restituée Saffih et Mary, Observé (t/ha) - Et dans le cadre du projet GCEOS (toujours en cours)

11 Un outil de simulation et de prévision à long terme SIMEOS-AMG : outil de SIMulation de l Etat Organique des Sols fondé sur le modèle AMG Adaptation du modèle AMG aux problématiques de gestion des MO rencontrées en Picardie Données climat Données Cultures Données CI Données Amendements Données Sol SIMEOS-AMG t + 30 ans État organique du sol La texture Corg Travail du sol

12 Un outil d aide à la décision Système Légumier en limon Rotation culturale : Pomme de Terre / Blé / Pois conserve / Betteraves / Blé / Carottes Système actuel : Labour : 2 ans sur 3 Prof. de labour : 28 cm Engrais vert : 1 an/3 Scénario A (réduction des pertes de C) Suppression d un labour (1 an sur 2) Scénario C Apport de 10 T/ha de compost de déchets verts/6ans Suppression d un labour et réduction de prof. Labour à 22 cm Réduction de la profondeur de labour à 22 cm Scénario B (augmentation des restitutions humiques) Apport de 10 T/ha de compost de déchets verts /6ans Engrais vert : 1 an sur 2

13 Les sorties de SIMEOS-AMG : indicateurs utilisés Effet TENEUR Effet STOCK Effet FLUX Comportement physique Stabilité structurale Résistance à la battance Résistance à l arrachement (érosion) Résistance au compactage «Travaillabilité» : Amélioration de la friabilité Stockage et fourniture d éléments (N, S, P, K) CEC Augmentation de la rétention d eau Séquestration de carbone (puits de C) Activité biologique : nourriture pour les vdt Stabilité structurale lors de la décomposition des MO fraiches Fourniture d éléments minéraux

14 Les sorties de SIMEOS-AMG : indicateurs utilisés Stabilité structurale : illustration de l effet TENEUR en MO : Croute de battance compromettant la levée des cultures : Crédit photo : D. Gassen Crédit photo :

15 Les sorties de SIMEOS-AMG : indicateurs utilisés illustration de l effet TENEUR en MO : Levée de blé sur parcelle remembrée : Parcelle voisine avec faible restitution organique Ancienne parcelle enrichie par du fumier (+ riche en MO) (Battance, pertes à la levée, moindre développement du blé )

16 Les sorties de SIMEOS-AMG : indicateurs utilisés Travaillabilité : illustration de l effet TENEUR en MO : Labour en argile limoneuse : Bande de labour collante ( lards remontés par le labour) Bande de labour en bordure (sol plus riche en MO) : émiettement et fragmentation + important

17 Les sorties de SIMEOS-AMG : indicateurs utilisés illustration de l effet STOCK de MO : Fourniture d azote par minéralisation des MO humifiées : Blé précédent betteraves (même variété, même niveau de fertilisation) Parcelle anciennement divisée avant l échange de terre : Historique parcelle : - Engrais verts fréquents - Restitution systématique des pailles Taux de MO : 2,3 % Historique parcelle : - jamais de cultures intermédiaires -Exportation fréquente des pailles Taux de MO : 1,7 %

18 Les sorties de SIMEOS-AMG : indicateurs utilisés illustration de l effet FLUX de MO : Fourniture d azote par minéralisation des MO fraiches : Maïs en agriculture biologique : Sans engrais vert : Avec engrais vert (vesce) : Crédit photos : G. Salitot CA60

19 Les sorties de SIMEOS-AMG : indicateurs utilisés Effet sur la stabilité structurale : illustration de l effet FLUX de MO : Effet des métabolites issus de l activité microbienne sur la stabilité structurale : Action des différentes formes de MO du sol sur la stabilité structurale (d après Monnier, 1965) Engrais vert : action rapide et intense mais de courte durée

20 Les sorties de SIMEOS-AMG : indicateurs utilisés Effet sur la stabilité structurale : illustration de l effet FLUX de MO : Même parcelle, même type de sol, même mode d implantation, même date de semis 30 mm de pluie après le semis : Crédit : Asso-Base Levée de betteraves en non labour avec couvert de phacélie détruit 3 mois avant semis Crédit : Asso-Base Levée de betteraves en non labour avec couvert de phacélie détruit 20 jours avant semis

21 Les sorties de SIMEOS-AMG : indicateurs utilisés L effet à viser dépendant des objectifs recherchés : Effet TENEUR en MO Objectif stabilité structurale (lutte contre la battance, érosion ) Effet FLUX de MO fraiche Effet STOCK de MO humifiée Objectif fourniture d azote Effet FLUX de MO fraiche

22 Un outil de simulation et de prévision à long terme SIMEOS-AMG : outil de SIMulation de l Etat Organique des Sols fondé sur le modèle AMG Adaptation du modèle AMG aux problématiques de gestion des MO rencontrées en Picardie Données climat Données Cultures Données CI Données Amendements Données Sol SIMEOS-AMG t + 30 ans État organique du sol La texture Corg Travail du sol

23 Module Résidus de culture Estimation de la biomasse des résidus de cultures à partir d une information connue par l agriculteur : le rendement de la culture aux normes commerciales MS récoltée = grains MSgrain/ha = Rdt * Tms MSA Totale = MSgrain / IR MS totale MSA potentiellement restituable = paille MSA totale MSA MS végétative totale MSA toujours restituée = chaumes (+ balles = glumes, glumelles ; + rachis) MSA tjrs rest = (MSA Totale MSgrain) * a 0 30 cm MS racinaire (non récoltée) MSrac = MSTotale * CR => MSrac = MSATotale * CR / (1-CR)

24 Module Résidus de culture Fourniture de C humifié par les résidus de culture (en kg/ha) Colza Maïs grain Blé pailles restituées Tournesol Sol limono-argileux à 2 % de MO : perte moyenne de 650 kg de Corga/ha/an Féverole Blé pailles exportées Betterave Exemple de perte d humus annuel par minéralisation : Soit un sol limono-argileux à 2 % de MO (environ 40 T de C orga/ha) : il minéralise en moyenne 4,5 % du pool de carbone actif par an (variable en fonction du climat et du travail du sol), soit 650 kg de C orga/ha/an Pois protéagineux Maïs ensilage Haricot vert Pomme de terre Lin fibre Carotte Epinard Source : Simulations avec SIMEOS-AMG

25 Module Cultures intermédiaires Production de C organique par la photosynthèse durant l interculture : Source supplémentaire de restitution humique et enrichissement du sol en C organique. L effet des cultures intermédiaires sur les restitution organiques au sol dépend de plusieurs paramètres : de la biomasse produite de la fréquence de retour dans la rotation de l espèce implantée : Quantité de C plus ou moins importante restituée au sol Biomasse racinaire différente en fonction des espèces

26 Quantité de C séquestré dans le sol par l effet des cultures intermédiaires (Kg/ha/an) Module Cultures intermédiaires Ajustement de la valeur du K1 à partir des résultats de 3 essais longue durée (Thibie, Boigneville, Kerlavic) : Le C stocké dans le sol sous forme d humus est proportionnel à la quantité de C apporté par les cultures intermédiaires Quantité de C apporté par les cultures intermédiaires (Kg/ha/an) Un rendement en humus élevé Constantin, 2010

27 Module Produits organiques Outils diagnostics analytiques pour évaluer l efficacité des matières organiques Fractionnement biochimique de la matière organique (XPU ) : - substances solubles (SOL) - hémicellulose (HEM) - cellulose (CEL) - lignines et cutines (LIC) Calcul de l Indice de Stabilité de la Matière organique (ISMO, indicateur du rendement en humification) : ISMO = SOL 0.2 CEL LIC MinC3 Cf :G. Lashermes et al,. Echo MO 2007

28 Un outil de simulation et de prévision à long terme SIMEOS-AMG : outil de SIMulation de l Etat Organique des Sols fondé sur le modèle AMG Adaptation du modèle AMG aux problématiques de gestion des MO rencontrées en Picardie Données climat Données Cultures Données CI Données Amendements Données Sol SIMEOS-AMG t + 30 ans État organique du sol La texture Corg Travail du sol

29 Module Travail du sol Evolution du stock de C en fonction du travail du sol sur l essai de Boigneville : Le stockage de C s estompe sur le long terme en non travail du sol G. Thévenet, B. Mary, R. Wylleman, 2002 Stockage supplémentaire de C en non travail du sol : 200 kg/ha/an en moyenne

30 Profondeur (en cm) Module Travail du sol Effet sur la répartition de la MO dans le profil : Teneur en MO (en %) 0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4, Labour Travail superficiel Semis direct -25 Teneur en MO après 28 ans de travail du sol différencié à Boigneville (Labreuche et al., 2001)

31 Module Travail du sol Labour Non labour Non labour A B Modèle 2 couches : - Calcul du stock de C dans la couche maximale travaillée (couche A) - Calcul du stock de C dans la couche non travaillée (couche B)

32 L outil SIMEOS-AMG Principe d utilisation : Etape 1 : Saisie du système de culture et des conditions pédoclimatiques

33 L outil SIMEOS-AMG Principe d utilisation : Etape 1 : Saisie du système de culture et des conditions pédoclimatiques Saisie des amendements organiques :

34 L outil SIMEOS-AMG Principe d utilisation : Etape 1 : Saisie du système de culture et des conditions pédoclimatiques Saisie des données sol et climat :

35 L outil SIMEOS-AMG Principe d utilisation : Etape 1 : Saisie du système de culture et des conditions pédoclimatiques Etape 2 : Visualisation des résultats et diagnostic du système de culture

36 Teneur en C org (g/kg) Teneur en MO (%) L outil SIMEOS-AMG La dynamique d évolution des MO du sol dépend : - de la succession culturale 11,5 Evolution de la teneur en Corganique sur 0-25 cm 2,3 Rotations culturales : 11,0 2,2 Colza blé orge 10,5 2,1 10,0 9,5 9,0 2,0 1,9 1,8 Bett blé féverole blé Bett pdt blé haricot blé 8, Années 1,7 Simulation réalisée sur un sol limoneux Labour 1 an/2 à 25 cm ; pailles restituées, cultures intermédiaires 1 an/4

37 Teneur en C org (g/kg) Teneur en MO (%) L outil SIMEOS-AMG La dynamique d évolution des MO du sol dépend : - de la succession culturale - du type de sol 11,5 Evolution de la teneur en Corganique sur 0-25 cm 2,3 Types de sol : Sol crayeux (10 % d argile, 600 g/kg de CaCO3) 11,0 10,5 2,2 2,1 Limon argileux (25 % d argile) 10,0 9,5 9,0 2,0 1,9 1,8 Limon (16 % d argile) Sable limoneux (8 % d argile) 8, Années 1,7 Simulation réalisée à partir d une rotation betterave blé féverole blé Labour 1 an/2 à 25 cm ; pailles restituées, cultures intermédiaires 1 an/4

38 Teneur en C org (g/kg) Teneur en MO (%) L outil SIMEOS-AMG La dynamique d évolution des MO du sol dépend : - de la succession culturale - du type de sol - du taux de MO initial 11,5 11,0 Evolution de la teneur en Corganique sur 0-25 cm 2,3 2,2 Taux de MO initial : 10,5 10,0 9,5 9,0 2,1 2,0 1,9 1,8 2,2 % de MO initial 2 % de MO initial 1,8 % de MO initial 8, Années 1,7 Simulation réalisée à partir d une rotation betterave blé féverole blé en sol limoneux Labour 1 an/2 à 25 cm ; pailles restituées, cultures intermédiaires 1 an/4

39 Teneur en C orga (g/kg) Teneur en MO (%) L outil SIMEOS-AMG La dynamique d évolution des MO du sol dépend : - de la succession culturale - du type de sol - du taux de MO initial - de la productivité 11,50 11,00 Evolution de la teneur en Corganique sur 0-25 cm 2,30 2,20 Niveaux de rendement : 10,50 10,00 9,50 9,00 2,10 2,00 1,90 1, % de rendement Rendement moyen (blé à 80 q/ha) - 20 % de rendement 8, Années 1,70 Simulation réalisée à partir d une rotation betterave blé féverole blé en sol limoneux Labour 1 an/2 à 25 cm ; pailles restituées, cultures intermédiaires 1 an/4

40 L outil SIMEOS-AMG La dynamique d évolution des MO du sol dépend : - de la succession culturale - du type de sol - du taux de MO initial - de la productivité - des pratiques culturales Leviers agronomiques mobilisables

41 Quels leviers agronomiques pour mieux gérer l état organique des sols? Des fiches techniques sur les leviers agronomiques mobilisables : Produits organiques Succession culturale Cultures intermédiaires Gestion des résidus de récolte Travail du sol : Labour/non labour Profondeur de travail

42 L outil SIMEOS-AMG Principe d utilisation : Etape 1 : Saisie du système de culture et des conditions pédoclimatiques Etape 2 : Visualisation des résultats et diagnostic du système de culture Etape 3 : Ajuster les pratiques culturales pour mieux gérer l état organique du sol en testant l impact de nouvelles pratiques

43 L outil SIMEOS-AMG Finalités Simuler l évolution des teneurs et des stocks en matière organique du sol sous l effet des pratiques culturales, sur le long terme, pour : Accompagner la décision vers une meilleure gestion le l état organique des sols cultivés Traiter certaines questions agronomiques : Quelles possibilités d exportation des pailles? Quels types et quelles doses de produits organiques apporter? Comment gérer les transferts de fertilité au sein d une exploitation? Effectuer un échange pailles-fumier équitable Evaluer le stockage de carbone dans le sol.

44 Dans le cadre du projet GCEOS d Agro-Transfert : Développement d une démarche de conseil à deux niveaux: Un outil interactif pour un conseil personnalisé Des préconisations par cas-types

45 Mise en œuvre de l outil SIMEOS-AMG : Développement d une démarche de conseil sur des cas-types régionaux Situations types régionales Systèmes de culture x types de sols - Systèmes légumiers - Systèmes équilibrés «plantes sarclées céréales» - Systèmes céréaliers - Systèmes polyculture élevage - Systèmes en agriculture biologique Problématiques traitées par SIMEOS-AMG : - Détérioration de l état organique du sol Battance, manifestation de rigoles et ravines Comment redresser le statut organique du sol? - Bilan humique souvent équilibré mais Problèmes de comportement du sol (battance, érosion) Comment viser une augmentation des teneurs en MO? - Bilan humique positif Quelles possibilités d exportation des pailles? - Bilan humique positif Quelle répartition des épandages d effluents d élevage? - Bilan humique équilibré Comment augmenter le pool d azote organique du sol?

46 Mise en œuvre de l outil SIMEOS-AMG : Quelle proportion des pailles peut-on exporter sans risque sur une parcelle?

47 L outil SIMEOS-AMG Une version de démonstration de l outil est accessible sur Internet Lien direct de l outil :

48 MERCI

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