Bases agronomiques du raisonnement de la fertilisation azotée sur grandes cultures et prairies

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1 Bases agronomiques du raisonnement de la fertilisation azotée sur grandes cultures et prairies Décembre 2003

2 Bases agronomiques du raisonnement de la fertilisation azotée sur grandes cultures et prairies 1. Formules Le raisonnement de la fertilisation azotée est basé sur une équation de bilan qui égalise les besoins d'azote de la culture (ou de la parcelle) et les fournitures d'azote minéral au sol. Toutefois, il existe deux formulations : 1.1. Formulation actuelle by = CU (Rsh + Mh + Ap + Ma + i + X) by CU Rsh Mh Ap Ma i X Besoins d'azote de la culture. Coefficient d'utilisation de l'azote minéral présent dans le sol quelque soit son origine. Reliquats d'azote minéral sortie hiver (1er mars). Minéralisation du sol en cours de culture. Minéralisation liée au retournement de prairies. Azote minéral des effluents organiques. Azote minéral de l'eau d'irrigation. Engrais minéral. Par commodité de calcul, on fait passer «CU» dans la partie gauche de l'équation ce qui donne : by/cu = Rsh + Mh + Ap + Ma + i + X Ainsi, on a d'un côté les besoins de la parcelle en azote et de l'autre les offres d'azote Formulation ARVALIS céréales à paille by Rrec Besoins d'azote de la culture. by + Rrec = Rsh + Mh + Ma + Ap + CU x X Azote minéral restant à la récolte (non extractible). Rsh Reliquats d'azote minéral au stade épi 1 cm (sortie d'hiver?). Mh Ma Minéralisation de l'humus pendant la culture de céréales. Azote minéral des effluents organiques. Ap Attention! Définition plus large que dans la première formule : Effet d'un précédent prairie, jachère et légumineuses. CU X Coefficient d'utilisation de l'azote engrais. Dose d'azote engrais à apporter. CRA Midi-Pyrénées 2 Doc/Fermieu/ba_rais_ferti_gc_prairie

3 D'après Pierre CASTILLON, cette formule doit, à terme, remplacer la première pour toutes les cultures parce que l'hypothèse d'un coefficient d'utilisation identique pour toutes les formes d'azote minéral présent dans le sol n'est pas fondé. A cela, trois raisons sont évoquées : Ces formes d'azote ne sont pas présentes au même moment. Elles n'ont pas la même répartition dans le profil de sol. Le coefficient d'utilisation n'a effectivement été mesuré que pour l'azote engrais. 2. Les besoins 2.1. Les besoins de la culture : by Ce terme est identique dans les deux formules. Les besoins d'azote de la culture (by) sont proportionnels à l'objectif de rendement par un coefficient de besoin. (b) est un coefficient spécifique à chaque culture. Il s'exprime en kgn par unité de rendement (par quintal de grain aux normes ou par T de MS produites). On trouvera les coefficients de besoin de chaque culture dans le tableau 1. Ces besoins ont été revus pour les céréales à paille et modulés selon les variétés ou les objectifs de teneur en protéines. A la place du traditionnel 2.5 kgn/q Orge, seigle, avoine 3.0 kgn/q Blé tendre 3.5 kgn/q Blé dur, la nouvelle brochure propose une modulation de 2.5 à 3.8. Pour le maïs, il est décidé de «démoduler» le coefficient et de ne considérer qu'un seul type à 2.1 kgn/q pour le grain et 12.5 kgn/t de MS pour l'ensilage. (Y) est le rendement visé ou objectif de rendement. Il est constaté que sa définition est variable selon les organismes et les différents écrits. Sa détermination doit être basée sur les potentialités de la parcelle. Ce doit être un rendement déjà obtenu sur la parcelle, mais ce ne peut être le rendement d'une année exceptionnelle. Pour le maïs monoculture, nous avions dans les années décidé de considérer comme objectif de rendement la quatrième valeur d'une série croissante de cinq rendements obtenus les années précédentes. Certains le calculent aussi sur 5 ans en éliminant le rendement le plus faible et le plus fort et en faisant la moyenne des trois autres années. La charte de production du maïs propose la moyenne des trois meilleurs rendements sur les cinq dernières campagnes de maïs (sur la parcelle ou trois parcelles comparables). ARVALIS, dans son dépliant, propose pour les céréales à paille la moyenne des deux meilleurs rendements obtenus sur la parcelle. CRA Midi-Pyrénées 3 Doc/Fermieu/ba_rais_ferti_gc_prairie

4 Le CETIOM, pour le tournesol, propose la moyenne des deux meilleurs rendements des cinq dernières années. Pour le colza, le CETIOM parle de rendement moyen en le définissant comme le rendement habituellement obtenu en excluant une valeur de rendement record. La Chambre d'agriculture de la Haute-Garonne propose aussi de rajouter à ce chiffre de rendement visé une majoration «milieu» de parcelle et «pertes à la récolte». Il ressort de toutes ces méthodes un point commun : on ne prend pas comme objectif de rendement, le rendement maximum déjà atteint sur la parcelle. Si on range ensuite les méthodes par ordre décroissant de valeur d'objectif de rendement, on obtient : Moyenne des 2 meilleurs rendements > 4ème rendement d'un série de 5 - Peu différent de - Moyenne des 3 meilleurs rendements > Moyenne des 3 rendements en éliminant le plus faible et le plus fort sur une série de 5 ans - Peu différent de - 3ème rendement d'une série de 5. Je propose de conserver le quatrième rendement d'une série de cinq, obtenu sur la parcelle ou sur une parcelle de mêmes caractéristiques sur les cinq dernières années. La moyenne des trois dernières années peut également être utilisée. La valeur peut être légèrement inférieure ou légèrement supérieure à la quatrième valeur sur cinq selon la différence d'écart entre la quatrième avec la troisième ou avec la cinquième. Par ailleurs, ne pas oublier que l'objectif de rendement peut être revu en cours de campagne, si le semis a été plus tardif que prévu ou si la densité n'est pas conforme avec ce qu'on a semé ou si le climat du début de cycle est défavorable Les besoins de la parcelle Ils s'écrivent by/cu ou by + Rrec selon les deux formules de bilan. La culture n'est pas capable d'utiliser tout l'azote minéral présent dans le sol et offert à l'absorption racinaire pour des raisons liées surtout à la capacité d'absorption racinaire qui dépend du sol d'une part et de la culture d'autre part. Dans la première formule, on considère que le coefficient d'utilisation de l'azote minéral présent dans le sol est le même quelque soit l'origine de cet azote (reliquats, minéralisation de l'humus, des apports organiques, de l'engrais...). Pour le déterminer, on a défini des cas de figures combinant une entrée sol en particulier structure du sol et qualité de ressuyage (en partant du principe que meilleure est la structure et la vitesse de ressuyage, meilleure est l'exploration racinaire) et qualité d'implantation de la culture (qui conditionne l'exploration racinaire). Sol à bonne structure naturelle et /ou ressuyage et culture bien implantée 0.9 sauf maïs 0.8 Sol à bonne structure naturelle et bon ressuyage, mais peuplement insuffisant ou Sol à état structurel et ressuyage moyen et cultures bien implantées 0.8 sauf maïs 0.7 Sol à état structurel et ressuyage moyen et peuplement insuffisant ou Sol à mauvais état structurel et ressuyage lent 0.7 sauf maïs 0.65 Pour les prairies, on retiendra une valeur de 0.6. CRA Midi-Pyrénées 4 Doc/Fermieu/ba_rais_ferti_gc_prairie

5 Le coefficient d'utilisation de l'azote minéral du sol dépend bien sûr du stade de la culture, de l'humidité du sol et de la température ambiante. Au stade jeune des cultures, ce coefficient est plus faible que pendant la montaison par exemple. Dans ce cas présent, on considère un coefficient global, mais centré sur la période de plus forte absorption. De même en été, le coefficient d'utilisation de l'azote du sol des prairies et des cultures non irriguées est faible en raison de la sécheresse. Si au printemps, les températures sont froides, les céréales absorbent mal l'azote ; ces éléments ne sont pas pris en compte. Dans la deuxième formule, on ajoute aux besoins de la culture une quantité d'azote non utilisable présent à la récolte Rrec. ARVALIS fournit, dans le dépliant de 2002, des valeurs pour la détermination de ce paramètre (tableau 8). Rrec varie selon la texture et la profondeur du sol entre 5 et 30 kgn/ha. Ces références proposées pour Rrec après céréales à paille sont-elles identiques après cultures de printemps? De plus, sont-elles identiques quelque soient les cultures de printemps? Associé à cette notion de Rrec, on trouve dans la partie offres de la formule, un coefficient d'utilisation de l'engrais dont la détermination est proche de celle utilisée pour le coefficient d'utilisation de l'azote minéral présent dans le sol de la première formule. 3. Les offres ou fournitures d'azote minéral On distingue les offres suivantes : les fournitures du sol qui comprennent les reliquats sorties hiver, la minéralisation pendant la culture, les fournitures d'azote issues d'un retournement de prairie ou d'une jachère ou d'un précédent légumineuses ; l'apport d'azote minéral par les engrais organiques ; l'apport de nitrates par l'eau d'irrigation ; enfin, pour équilibrer le bilan, le complément minéral à apporter sous forme d'engrais minéral ; rappelons que dans la deuxième formule, on lui affecte un coefficient d'utilisation Les fournitures du sol Les reliquats sortie hiver (Rsh) Il s'agit des reliquats d'azote minéral présents dans le sol au 1er mars. Pour les déterminer : On évalue les quantités d'azote minéral présentes dans le sol avant l'hiver ou avant lessivage. On applique un coefficient de lessivage tenant compte du cumul des pluies d'octobre à mars et du type de sol. Pour évaluer les quantités d'azote minéral présentes avant l'hiver ou contribuant aux reliquats avant lessivage, on détermine : Le bilan d'azote sur la culture précédente s'il s'agit d'une céréale ou d'un oléagineux. Ce bilan est la différence entre la consommation d'azote du précédent et les offres d'azote à ce précédent. La consommation d'azote par la culture précédente est calculée à partir du rendement obtenu et d'un coefficient de consommation d'azote qui varie selon les cultures et selon que les résidus sont enfouis ou exportés. Ces coefficients se trouvent dans le tableau 1. CRA Midi-Pyrénées 5 Doc/Fermieu/ba_rais_ferti_gc_prairie

6 Le récapitulatif de l'ensemble des offres d'azote sur la culture précédente comprend les fournitures du sol (évalué a posteriori par la valeur A 1 ), l'apport d'azote minéral par les engrais organiques, par l'irrigation, par les retournements de prairies et enfin, l'apport effectif d'engrais minéral. La quantité d'azote minéral libéré par le précédent s'il s'agit de légumineuses, de prairies ou de jachère. Cette quantité est déterminée par le tableau 4a de la plaquette 2002 ARVALIS céréales à paille. Il dépend de la valeur A 1. La quantité d'azote minéral libéré par un apport organique d'automne. Cette quantité est donnée par le tableau 1b de la plaquette Ce paramètre n'était pas considéré dans les approches précédentes ou du moins, il n'était pas intégré dans les reliquats lessivables avant le 1er mars. Une fois déterminés ces reliquats avant lessivage, on estime les quantités restantes après lessivage en appliquant des coefficients de lessivage qui dépendent des quantités de pluies cumulées à partir du 1er octobre et du type de sol (texture et profondeur). Traditionnellement, on utilisait la formule BURNS. ARVALIS préconise le modèle LIXIM et propose un tableau de coefficient dans la plaquette 2002 (tableau 5). Dans Fermieu, c'est la formule de calcul de BURNS qui est entrée. Dans Fermieu, l'utilisateur a le choix d'utiliser cette valeur, résultat d'un calcul, ou d'en retenir un autre forfaitaire (qui peut être nul) ou issu d'analyse de sol Minéralisation pendant la culture (Mh) : Il s'agit d'une estimation prévisionnelle des quantités d'azote minéral se libérant de l'humus du sol pendant la culture. Ces valeurs dépendent d'une part du type de sol, d'autre part des types de cultures. On distingue trois types de sols : Sol à forte minéralisation : sol considéré fertile, bonne structure et bon drainage interne, riche en matière organique (>2%) ou avec un niveau d'intensification élevé. Sol à minéralisation moyenne. Sol à faible minéralisation : sol à faible potentiel, peu profond, à faible drainage interne, pauvre en matière organique ou à faible niveau d'intensification. La minéralisation prévisionnelle est donnée par le tableau ci-après : Tableau 2 : Minéralisation en culture selon le type de sols et de cultures Type de cultures Type de sols Céréales à paille, colza Prairies Cultures d'été en sec Cultures d'été irriguées La valeur A est le calcul, a posteriori, d'une minéralisation globale à partir des données météorologiques de l'année écoulée ; elle est calculée par l'itcf à partir d'un modèle. CRA Midi-Pyrénées 6 Doc/Fermieu/ba_rais_ferti_gc_prairie

7 Effet retournement de prairies (Ap) : La grille utilisée jusqu'à présent n'est plus valide. Des travaux récents montrent que la libération d'azote après le retournement d'une prairie ne dépasse pas 200 jours normalisés à 15 degrés, soit environ une année. Au-delà de cette période, la libération d'azote se fait au taux de minéralisation de l'humus du sol, soit environ 3%, ce qui représente de faibles quantités. L'effet retournement de prairies n'est pris en compte que si la prairie a été retournée depuis moins d'un an. L'effet dépend ensuite de l'âge de la prairie et de son utilisation (pâture exclusive, fauche exclusive, pâture et fauche). Fournitures d'azote en kgn/ha (selon ARVALIS - Plaquette 2002) Durée Type Pâture exclusive Fauche exclusive Pâture et fauche 2 ans à 6 ans > 6 ans Effet retournement jachère ou précédent légumineuses D'après la brochure ARVALIS, cette contribution pour la céréale d'hiver n'est que de 10 à 20 unités/ha selon le tableau suivant. Il n'y a pas de référence formalisée pour la fourniture à la culture de printemps. Cet effet n'a pas été prévu dans Fermieu. Fourniture d'azote à la céréale Fourniture d'azote à la culture de printemps Pois 10? Féverole - Lupin 20? Soja 10? Jachère annuelle de graminées 10? Jachère annuelle de légumineuses 20? Jachère pluri-annuelle 20? Apport d'azote par l'eau d'irrigation : Cette rubrique n'est à considérer que pour les cultures irriguées à partir de sources d'eau polluées par les nitrates (en général nappes alluviales). On a besoin de la quantité d'irrigation prévisionnelle et de la teneur en nitrates de l'eau, ce qui permet de calculer l'apport en azote minéral à la culture Apport d'azote minéral par les engrais organiques : Des travaux récents et la ré-interprétation de travaux anciens conduisent à revoir la notion d'effet direct et d'arrière effet pouvant aller jusqu'à 3-4 ans d'apports organiques au sol. Il y a une première phase de minéralisation (effet direct) dont la durée ne dépasse pas un an, mais on considère maintenant qu'il n'y a plus d'arrière-effet concernant l'azote. Au bout d'un an, les matières organiques contenus dans les effluents organiques apportés ont rejoint le stock d'humus stable du sol et se comporte de la même façon avec un taux de minéralisation de 2 à 3%. CRA Midi-Pyrénées 7 Doc/Fermieu/ba_rais_ferti_gc_prairie

8 Ainsi, les grilles de raisonnement sont simplifiées par la suppression des arrière-effets. Quant aux effets directs, les coefficients ont été revus. La brochure «Fertiliser avec les engrais de ferme - IE, ITAVI, ITCF, ITP » présente donc des coefficients d'équivalence engrais des différents types d'effluents ou apports organiques. Rappelons que ce coefficient permet de calculer la fraction d'azote minéral ou facilement minéralisable disponible pour la culture : il s'agit, dans un premier temps, de calculer la quantité d'azote total épandue (Quantité épandue x Teneur en N total). En multipliant cette quantité avec le coefficient d'équivalence engrais, on obtient la quantité d'azote minéral disponible pour la culture. Le tableau 3 présente le coefficient d'équivalence engrais des différents types d'apports organiques selon les types de cultures et la période d'apport : Coefficient d'équivalence Composts fumier bovins et ovins Fumier bovins (ovins, caprins, équins) Fumier porcs Lisiers bovins (2) Lisiers porcs, volailles (2), purin, fientes, fumier volailles Céréales hiver Maïs ou cultures de printemps Prairies (1) Automne Printemps Automne Printemps Automne Printemps (*) (*) (*) (*) (*) (*) (*) (*) 0.50 (1) Prairies : nous avons retenu les valeurs correspondant au climat océanique à déficit estival marqué. (2) Cas de lisiers injectés directement dans le sol : augmenter le coefficient d'équivalence proposé de 0,1. (*) Dans ces cases, la brochure 2001 ne mentionne aucune valeur car ces dates d'apports ne sont pas pratiquées ou pas conseillées. On reprend alors, par défaut, les valeurs de la brochure Les données nécessaires au calcul sont : La nature de l'effluent apporté : une liste vous est proposée avec une teneur standard en N total de cet effluent ; vous pouvez utiliser cette valeur standard ou la valeur de votre choix issue soit d'analyses, soit d'un référentiel local. Le tableau des teneurs standards en N, P, K des différents effluents est présenté page 13 (origine : brochure «Fertiliser avec les engrais de ferme» - IE ITAVI ITCF ITP 2001). La quantité apportée en T/ha ou m³/ha. La période d'apport : automne ou printemps. Le type de cultures en cours : cultures d'hiver (céréales), cultures de printemps (maïs) ou prairies. Ces renseignements permettent de définir le coefficient d'équivalence (alinéa 1, 3, 4) et la quantité d'azote minéral libéré disponible pour la culture. CRA Midi-Pyrénées 8 Doc/Fermieu/ba_rais_ferti_gc_prairie

9 Le tableau 1a présenté dans la plaquette 2002, donne plus directement un résultat de kgn disponible par tonne. Cela revient à dire que la valeur de la colonne 1a est la résultante d'une teneur standard en azote total et d'un coefficient qui serait fonction des différents fractions d'azote de l'effluent (azote minéral et azote minéralisable à l'exclusion de l'azote stable). Ce tableau de répartition des différentes fractions d'azote dans chaque type d'engrais de ferme figurent dans la brochure de Le coefficient d'équivalence mesuré dans les essais par l'azote absorbé par la culture serait constitué : de la fraction 1c (azote minéralisé pendant la montaison des céréales) ; d'une partie de la fraction 1b, celle qui n'a pas été lessivée et qui dépend donc de la pluie de chaque année. Quand les pluies sont importantes, le coefficient d'équivalence aurait la même valeur que le coefficient de la fraction 1c.. 4. Contribution des légumineuses en cas de prairies La contribution des légumineuses à l'alimentation azotée, d'une association graminées - légumineuses ou d'une prairie naturelle contenant des légumineuses, peut être évaluée à partir du taux de légumineuses de cette prairie et du rendement prévisionnel en tonne/ha de MS sur la base d'un coefficient de 30. Contribution N (kgn/ha) = Production visée (en T/ha MS) x Taux de légumineuses (en %) x 30 Il s'agit d'une simplification du tableau présenté dans la brochure 2001 «Fertiliser avec les engrais de ferme» - page Prise en compte des restitutions au pâturage Les restitutions d'azote par le pâturage peuvent être évaluées, pour chaque parcelle, par le nombre d'ugb pâturants et le nombre de jours complets (24 H) de pâturage en utilisant la formule suivante : 0.09 kgn x Nombre d'ugb x Nombre de jours complets de pâturage Il s'agit d'une simplification du tableau 5.1 de la brochure CRA Midi-Pyrénées 9 Doc/Fermieu/ba_rais_ferti_gc_prairie

10 Composition en N, P2O5, K2O des engrais de ferme (en kg/t de produit brut) : N total P2O5 K2O Composts Compost de fumier de bovins Compost de fumier d'ovins 11, Fumiers Fumiers de bovins : Très compacts Compact d'étable entravée Compact de pente paillée Mous de logettes Fumiers d'ovins 6, Fumiers de caprins 6,1 5,2 7 Fumiers de porcins : Litière accumulée Litière raclée Fumiers de volailles : Stockage au sec Autres conditions Lisiers Lisiers de bovins : Très dilué en système non couvert Dilué en système couvert Pur ou peu dilué en système couvert Plus ou moins pailleux Bovin à l'engrais Lisiers de porcs : A l'engrais Mixtes Lisiers de poules : 10% MS Fientes humides (25% MS) Fientes pré-séchées (40% MS) Fientes sèches (80% MS) Lisiers de canards : Liquides (< 10% MS) Peu liquides (> 15% MS) Purins 3 0,9 5,7 Lixiviats dilués 0,4 0,2 1,5 D'après la brochure «Fertiliser avec les engrais de ferme» - IE ITAVI ITP CRA Midi-Pyrénées 10 Doc/Fermieu/ba_rais_ferti_gc_prairie

11 Coefficients de besoins et de consommations d'azote et d'exportations de P2O5 et K2O selon les cultures et le devenir des résidus de récolte Liste des cultures Unité Besoins N (plan prévisionnel) Consommation N kgn/unité enfouis exportés enfouis Exportations N kgn/unité exportés Exportations P2O5 kgp2o5/unité enfouis exportés Exportations K2O kgk2o/unité Avoine q/ha 15% 2,5 2,8 2,5 1,9 2,5 0,8 1,1 0,7 2 Blé dur (*) q/ha 15% 3,6 3,9 3,6 2,1 2,9 1,2 1,8 0,6 1,8 Blé tendre (*) q/ha 15% 3 3,3 3 1,9 2,5 0,9 1,2 0,6 1,8 Colza q/ha 11% ,5 7 1,5 1.5 mini 1 1 mini Féverole q/ha 14% ,4-1,2 1.2 mini 1,4 1.4 mini Lupin q/ha 14% ,6-0,9 0.9 mini 1,7 1.7 mini Maïs ensilage T/ha MS 12,5 sans objet 12,5-12,5 sans objet 5,5 sans objet 12,5 Maïs grain précoce q/ha 15% 2,3 2,5 2,3 1,5 2,1 0,7 0.7 mini 0,5 0.5 mini Maïs grain tardif q/ha 15% 2,1 2,5 2,1 1,5 2,1 0,7 0.7 mini 0,5 0.5 mini Orge q/ha 15% 2,5 2,8 2,5 1,5 2,1 0,8 1,1 0,7 2 Pois q/ha 14% ,7 5 0,8 0.8 mini 1,1 0.8 mini Sorgho grain q/ha 15% 2,8 3,2 2,8 2-0,8 sans objet 0,5 sans objet Sorgho grain ensilage (CA31) T/ha MS ,5 sans objet 6,5 16,5 Sorgho fourrager T/ha MS 15 sans objet sans objet 6 sans objet 20 Seigle q/ha 15% 3 3,3 3 1,4 2 0,9 1,2 0,6 1,8 Soja q/ha 16% ,7 1,4 1.4 mini 1,7 1.7 mini Tournesol q/ha 11% 4,5 4 4,5 1,9 1,3 1.3 mini 0,8 0.8 mini Triticale q/ha 15% 3 3,3 3 1,9 2,5 0,9 1,2 0,6 1,8 Pâture intensive (3 à 4 semaines) T/ha MS 32 sans objet sans objet 8 sans objet 45 Pâture peu intensive (5 à 6 semaines) T/ha MS 25 sans objet sans objet 7 sans objet 33 Ensilage d'herbe (2 ensilages + pâture ou ensilage foin + pâture) enfouis T/ha MS 20 sans objet sans objet 6 sans objet 25 Foin de graminées T/ha MS 15 sans objet sans objet 6 sans objet 22 Foin de légumineuses (y compris luzerne) T/ha MS 0 sans objet 0-39 sans objet 11 sans objet 30 Prairies permanentes seulement pâturées T/ha MS 25 sans objet sans objet 7 sans objet 33 Prairies permanentes avec un foin T/ha MS 20 sans objet sans objet 6 sans objet 22 exportés (*) valeurs variables selon les variétés CRA Midi-Pyrénées 11 Doc/ba_rais_ferti_gc_prairie