Structure du sol et implantation des cultures

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1 Structure du sol et implantation des cultures Jean Roger Estrade AgroParisTech, département SIAFEE L état physique des sols cultivés détermine les conditions dans lesquelles se déroulent la germination et la levée des cultures, puis la croissance et le fonctionnement de leurs racines. Cet état joue également un rôle particulièrement important dans le cycle de l eau et des éléments qui y sont dissous. Parmi l ensemble des techniques culturales, le travail du sol a un statut particulier vis à vis de l évolution des états de la parcelle cultivée et de leurs conséquences sur la production végétale et l environnement, car il affecte l ensemble des composantes de l état du profil (physique, chimique et biologique), de manière directe et indirecte (via la structure). Les décisions concernant le choix des dates d intervention, celui des outils, celui de leurs règles d emploi ont donc une importance considérable pour la conception de systèmes de culture durables. L évolution de la structure du sol est le résultat d un bilan entre plusieurs processus qui la dégradent (tassement, prise en masse) ou la régénèrent (fragmentation, fissuration ). L intensité des effets de ces différents processus dépend fortement du système de travail du sol et des conditions d application des techniques. L appréciation de ces effets est rendue délicate par la forte variabilité spatiale et temporelle de la structure. De nouvelles méthodes d investigation devraient permettre de mieux gérer à l avenir la structure du sol, et permettre ainsi de maîtriser les contraintes liées à l abandon du labour. Parallèlement, les recherches sur les processus naturels d évolution de la structure permettront de mieux gérer la préparation des parcelles pour l implantation des cultures. Tout en n oubliant pas que le travail du sol n est qu une composante du système de culture et que pour changer de mode de préparation, il faut adapter l ensemble du système. Colloque implantation des cultures, place à l'innovation! - 25 septembre Fleury-les-Aubrais 13

2 Structure du sol et implantation des cultures Jean Roger-Estrade AgroParisTech Département SIAFEE 1

3 Travail du sol, circulation des engins Introduction Climat Faune Fragmentation, Fissuration, Retournement, Tassement Gestion des matières organiques Etat organique Faune et microorg. Traitements phytosanitaires STRUCTURE Fertilisation Sol Etat chimique Etat hydrique Adventices Désherbage Effets directs Effets indirects (via la structure) J. Roger-Estrade, G Richard,

4 La dynamique de la structure du sol résulte de nombreux processus qui interagissent entre eux Augmentation de la porosité Fragmentation et mélange par les outils de Wsol Texture Argile Tassement par les engins ou outils Structure du sol Reprise en masse et battance Diminution de la porosité Sable Limon Humidité - Volume - Distribution Chimie - Oxydes - ph Fissuration climat - Gel/dégel - Humect/dessic Matière organique - Qualité: résidus, humus - Quantité et distribution Helmut Meiss et Hubert Boizard Effets des agents naturels vers, insectes, racines, µorganismes. 3

5 L état structural d un profil cultural est la résultante d un bilan entre les effets de ces processus og og Fragmentation intense et mélange lors du labour LABOUR bd og cd Tassements anciens (mal) fragmentés au labour Passage de roue au semis 4

6 L état structural d un profil cultural est la résultante d un bilan entre les effets de ces processus cd cg Tassements lors de la récolte précédente NON LABOUR Zone poreuse Ancien fond de labour L état structural d un profil cultural se caractérise par une très forte variabilité spatiale 5

7 Quel que soit le type de travail du sol, les évolutions de la structure peuvent être très différentes en fonction des conditions d application des opérations. Exemple de système en labour Teneur en D (%) Risques de tassement faibles valeurs mesurées ( ) valeurs simulées ( ) Risques de tassement élevés valeurs mesurées (p) valeurs simulées ( ) Années Roger Estrade et al.,

8 La régénération de la structure est un processus lent en non labour : de la nécessité d éviter les tassements Roger estrade et al.,

9 Prévenir le tassement des sols : des modèles toujours plus opérationnels Exemple : Terranimo : un outil web pour évaluer le risque de tassement des sols 8

10 Limiter les contraintes en surface : le choix de pneumatiques adaptés 5 T 5 T 600/65R34 900/60R32 Pression au sol : 107 KPa Pression au sol : 63 KPa Pour une même charge sur essieu : le pneumatique large limite la pression au sol En conséquence, avec des contraintes faibles (< 4 t par roue), les tassements sévères peuvent être évités Simulations avec Terranimo ; Vincent Tomis, Agro-Transfert 9

11 Attention au risque de tassement profond! 5 T 10 T 600/65R34 900/60R32 Pression au sol : 107 KPa Pression au sol : 109 KPa Lamandé et al., 2011 Avec une charge doublée : même contrainte en surface mais contrainte plus élevée en profondeur 10

12 Diagnostiquer les tassements.. à distance Echelle de résistivité électrique Le développement des méthodes géophysiques en science de l environnement représente une nouvelle voie méthodologique à explorer Utilisation de mesures physiques (ici la résistivité électrique) pour décrire la structure du sol (mais aussi l état hydrique, l état organique ). Possibilités nouvelles offertes par les capteurs aériens embarqués (drones ). 11

13 Fragmentation par le travail du sol : rôle du décompactage profond bd cd (a) après un tassement récent (1mois) Passage du soc des dents bg (b) après un tassement ayant subi l effet du climat durant l hiver bf Boizard et al.,

14 Fragmentation par le travail du sol Approche expérimentale et simulation de la fragmentation par une dent d outil Shmulevich et al.,

15 Un rôle central en non labour (et tout particulièrement en semis direct) : celui des lombriciens Témoin Tassé Effet majeur du tassement sur la destruction du réseau et sa reconstitution dans le temps + 1 mois Un effet sur la régénération qui dépend des espèces + 8 mois Un effet très important sur les propriétés hydriques du sol + 24 mois Capowiez et al., 2009,

16 Evaluation visuelle de l effet de l activité biologique sur la structure 1 : présence de qq macropores au sein d un état D 2 : présence de macropores et de qq turricules de vers de terre 3 : présence de nombreux macropores et turricules transformation graduelle vers un état G 15

17 Effet du climat sur la régénération en non travail Nouvelles approches Observations expérimentales avec analyse d image (Chao-Sheng Tang et al., 2011). Géométrie fractale pour caractériser la fissuration au moment de la dessication (Baer et al., 2009). 16

18 Evaluation visuelle de l effet du climat sur la structure 1 : Peu d effet : apparition de quelques fissures dues au retrait 2 : Effet fortement marqué : nombreuses fissures et transformation progressive de la motte en terre fine 17

19 O 2 Evaporation O 2 Croûte de battance La préparation du lit de semences Transferts d oxygène Résidus de récolte Porosité structurale Consommation d oxygène par les micro-organismes Agrégats Transferts d eau Remontées capillaires Fond du lit de semences D après G. Richard,

20 Déterminants de la stabilité structurale racines Climat (alternances humectation dessication, température) microorganismes MO fraiches bactéries champignons MO agrégeantes (cohésion, hydrophobie) Agrégats stables Faune (vers de terre) D après Chenu & Cosentino, 2011 ph Ciments minéraux Argiles, oxydes Fe Al, carbonates 19

21 Stabilisation des agrégats par les microorganismes du sol Hyphe mycélien Bactérie Angers and Chenu,

22 Formation «naturelle» des agrégats Travail du sol Travail du sol protection physique : activité microbienne réduite au sein des agrégats Aggrégation et travail du sol Décomposition de la MO (diminution de la protection physique) Six et al ; Six et Paustian,

23 Variation relative de la teneur en carbone du sol entre non labour et labour Profondeur Depth (cm) (cm) * * P < P < P = sites (NT - FI) / FI (NL L) / L Angers and Eriksen-Hamel,

24 Conclusion - Synthèse C O L L O Q U E L importance de la variabilité spatiale de la structure au sein du profil cultural Quel que soit le système de travail du sol, la gamme des états obtenus est très large ; il est très difficile d établir un bilan général entre labour et non labour L importance des risques liés au tassement, tout particulièrement en non labour La nécessaire adaptation de l ensemble du système de culture à la suppression du labour De nouvelles perspectives pour la gestion de l état structural offertes par les méthodes de caractérisation des états, de géolocalisation Une importance capitale du travail du sol dans la mise au point de systèmes de culture construits suivant les principes de l agroécologie 23

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