Minéralisation des PO: acquisition de références. Christiane RAYNAL-LACROIX

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1 Minéralisation des PO: acquisition de références Christiane RAYNAL-LACROIX

2 Propriétés des MO Propriétés physiques structure du sol - circulation de l air et de l eau - enracinement - rétention en eau - diminue la sensibilité au compactage MO - augmente la stabilité structurale - facilité des travaux de culture - résistance à l érosion qualité des eaux Propriétés chimiques libération d éléments minéraux par minéralisation fourniture d N / immobilisation capacité de rétention des composés chimiques qualité des eaux contribution à la CEC (36%) puits de C Propriétés biologiques activité biologique du sol cycle du C, de N minéralisation des MO biodiversité développement de microorganismes antagonistes résistance à certaines maladies telluriques

3 Les MO, source d azote minéral pour les cultures L azote élément essentiel au développement des cultures, à l élaboration du rendement Défaut d azote des conséquences économiques directes pour le producteur Excès d azote des effets sur: le déroulement de la culture: risques de maladies physiologiques (ex: tip burn des laitues), de sensibilité accrue aux maladies cryptogamiques et aux ravageurs (ex: oïdium, puceron fraisier) la qualité des productions (teneur en NO3 des laitues, teneur en β carotène des carottes, aptitude à la conservation de la carotte, des laitues ) l environnement (qualité des eaux / Directive NO3, loi sur l eau)

4 Les MO, source d azote minéral pour les cultures Apports appropriés conditionnés à la connaissance de leur valeur nutritive: Quelle quantité d azote sera libérée? Quelle sera la dynamique de minéralisation? Des références à bâtir Des données pratiques à diffuser

5 Apports organiques Devenir des matières organiques et de l azote dans le sol Résidus de récolte PLANTE N2O N2 SOL MO non vivante humus Biomasse microbienne Volatilisation Absorption végétale Apports N NH4+ Minéralisation (1) Nitrification (1) Organisation (1) NO3- Dénitification (1) Lessivage (1) Processus biologiques agissant directement sur la disponibilité de l azote minéral du sol

6 Processus biologiques agissant sur la disponibilité en Nmin du sol Biomasse microbienne : moteur des transformations de l azote du sol Minéralisation : transformation de l azote organique présent dans la MO (endogène ou exogène) en N-NH4 Nitrification : évolution de N-NH4 en N-NO3 ph 6,9 à 9 ; T C ; aérobiose stricte Organisation ou immobilisation : transformation d N minéral en N organique Ex : C/N élevé faim d azote pour la culture Dénitrification : N-NO3 N gazeux (N2O, N2) apport organique récent; anaérobiose Minéralisation et organisation = 2 processus concurrents, simultanés Processus résultant observé : minéralisation ou organisation nette

7 Des origines diverses Les matières organiques Quelques rappels MO endogènes : humus, résidus de culture, engrais verts MO exogènes : produits de ferme, produits commerciaux.. Des compositions et des propriétés variées qui confèrent aux produits leur valeur agronomique en tant que : Engrais : apport d éléments fertilisants dont l azote Nutrition minérale des cultures Amendement organique : effet sur les propriétés physiques, biologiques et chimiques du sol 1er effet recherché : améliorer la structure du sol non neutre sur la dynamique de l N dans le sol

8 Etude de la minéralisation des MO Combinaisons sol climat produits organiques multiples Impossible d étudier tous les cas, ne serait ce que les plus représentés Transfert d acquis de la recherche fondamentale Approche terrain couplée à un outil de calcul de l N minéralisé (N total et en dynamique) : LIXIM Test d incubation : méthode de laboratoire en milieu contrôlé

9 La démarche Sol avec apports de produits organiques et témoins sans Essais apport au Tests champ incubation suivis de l N suivis de l N minéralisé minéralisé en conditions en situations réelles contrôlées de T et au champ d Humidité Dynamique de libération de l N dans les conditions de l essai Potentiel de minéralisation de l N et C pour des T et Hum données T et Hum Actifs sur les activités microbiennes du sol donc la vitesse de transformation de l N Dynamique de minéralisation en conditions de référence Exploitables dans d autres contextes climatiques que ceux où a été définie la courbe de minéralisation du PO.

10 Les résultats 15 PO utilisés en AB (projet Fertiagribio) Composition chimique Tests ISB, CBM (indicateurs de stabilité ou de biodégradabilité) Minéralisation de l N et du C via des incubations sur 3 mois (28 C Hcc pf2,8)

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13 Guanomag Orgaliz B+ Orgafor Cedabior Soies de porc Déchets verts + fumier bovin Déchets verts + fientes Déchets verts + fumier cheval Fumier neuf cheval Fumier cheval Compost fumier cheval 4 sem Fumier cheval composté 07/03/05 Vegor 70 Compost déchets verts + fientes Composition chimique N total (g/100 g produit sec) 14.3 Engrais organiques 1.8 % Amendements organiques 8.7 % 10.1 % 5 % 2.8 % 6,3 % 3,7 % 1,3% 49,6 % 21,1 % 7,9 % 4,2 % X% : pourcentage d N minéral Fumier volailles composté 20,8 % 34,7 % 9,2 % Source: Fertiagribio

14 Guanomag Orgafor Orgaliz B+ Cedabior Soies de porc Déchets verts + fumier bovin Déchets verts + fientes Déchets verts + fumier de cheval Fumier volailles composté Fumier cheval composté 07/03/05 Compost déchets verts + fientes Compost fumier cheval 4 sem Composition chimique C (g/100 g produit sec) Engrais organiques Amendements organiques Source: Fertiagribio Vegor 70 Fumier cheval neuf Fumier cheval

15 C/N - N et C minéralisés Relation entre le rapport C/N et le N minéralisé N minéralisé en % du N orga produit à 91 jours Soies de porcs Guanomag Orgafor Orgaliz B+ Cédabior Fumier de volaille composté DV + Fientes Fumier de cheval composté 7/03/05 Fumier de cheval neuf 0 5 Compost 10 DV + Fientes DV + Fumier de cheval DV + Fumier de bovin Vegor 70 Compost Fumier de cheval 4 sem Fumier de cheval -80 C/N Relation entre le rapport C/N et le C minéralisé C minéralisé en % du C orga produit à 91 jours Soies de porcs Guanomag Orgafor Orgaliz B+ Cédabior Fumier de volaille composté Compost DV + Fientes DV + Fumier de bovin Vegor 70 Fumier de cheval Fumier de cheval neuf DV + Fientes Compost Fumier de cheval 4 sem DV + Fumier de cheval Fumier de cheval composté 7/03/ C/N Source: Fertiagribio

16 Minéralisation de l azote des engrais et amendements organiques - (% N ORGAFOR cedabior apporté) orgaliz b+ guanomag soies de porc dv + fientes fumier cheval dv + fumier cheval fumier volailles composté compost fumier cheval 4 semaines fumier cheval neuf fumier cheval composté 07/03/2005 compost dv + fientes dv + fumier de bovin vegor Jours à 28 C Source: Fertiagribio

17 Minéralisation de l azote organique des produits Fertilisants organiques 30 Amendements organiques % N org apporté % du N org apporté Conc.vin.better Dér.pdtion levure Comp.avi et vég Guano + far.de pl. soies de porc Comp. dv + fientes Comp.dv + fum.chev Comp.fum.chev 4 sem. Comp.fum.chev 2 mois Comp. dv + fumier de bovin Fum. Cheval Fum. poulet ind.sur pail.frais Fum.chev.frais Comp.fum.poulet ind.sur pail.6 mois Comp.fum + tourteaux Source: Fertiagribio

18 Minéralisation du carbone organique des produits ORGAFOR cedabior orgaliz b+ guanomag soies de porc dv + fientes fumier cheval dv + fumier cheval fumier volailles composté compost fumier cheval 4 semaines fumier cheval neuf fumier cheval composté 07/03/2005 compost dv + fientes dv + fumier de bovin vegor Source: Fertiagribio

19 Minéralisation du carbone organique des produits Fertilisants organiques Amendements organiques % C org apporté Conc.vin.better Dér.pdtion levure Comp.avi et vég Guano + far.de pl. soies de porc Comp. dv + fientes Comp.dv + fum.chev Comp.fum.chev 4 sem. Comp.fum.chev 2 mois Comp. dv + fumier de bovin Fum. Cheval Fum. poulet ind.sur pail.frais Fum.chev.frais Comp.fum.poulet ind.sur pail.6 mois Comp.fum + tourteaux Source: Fertiagribio

20 Les résultats (suite) Seigle, radis fourrager cultivés en tant que CIPAN (collaboration Ctifl CA 30) Composition chimique Minéralisation de l N et du C via des incubations sur 3 mois (28 C, Hcc)

21 Caractérisation chimique des produits Déterminations Seigle Radis En % PO brut En % MS En % PO brut En % MS MS Carbone organique Azote total N ammoniacal N nitrique N organique (calculé) C/N

22 Minéralisation du seigle et du radis fourrager Evolution du taux de minéralisation de l'azote des engrais verts seigle et radis % du N organique Seigle 120 kg N minéralisé en 15 jours à 28 C pour un enfouissement de 25.1 t MS /ha Radis 75 kg N minéralisé en 15 jours à 28 C pour un enfouissement de 7.4 t MS /ha Jour seigle radis Seigle : 30% N minéralisé en 15 jours puis 20% supplémentaires entre 15 et 91 jours. Radis : prés de 40% N minéralisé en 15 jours puis 10 % supplémentaires entre 15 et 91 jours.

23 Résultats des tests d incubation Evolution du taux de minéralisation du carbone des engrais verts seigle et radis % du C organique Jour seigle radis Seigle : 35% du C minéralisé en 7 jours puis 10% supplémentaires de 7 à 21 jours et 5% de 22 à 91j. Radis : 55% du C minéralisé en 7 jours puis 10 % supplémentaires de 7 à 21 jours et 5% de 22 à 91j

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25 Les résultats (suite) Essais au champ (engagés au Ctifl en 2004 avec le concours de l INRA Laon, l ACTA, Arvalis et IFV) Enregistrement climat (T et pluviométrie) Teneurs en N min sur plusieurs horizons de sol Caractéristiques physicochimiques des sols Des références sur la minéralisation de: MO endogène du sol Déchets verts Produits de ferme et du commerce

26 N minéralisé en % du N organique apporté Minéralisation de la MO endogène du sol, de 2 composts de déchet vert et d 1engrais organique kg N/ha kg N/ha Jours normalisés à 15 C N minéralisé en % du N organique appo kg/ha kg/ha kg/ha Jours normalisés à 15 C Témoin LIXIM ajusté Ctifl / 2005 Témoin LIXIM ajusté Ctifl CDV CFB FSV Dynamique de minéralisation de la MO endogène du sol Témoin 2004/2005 : 0,24 kg/ha/j N 15 C Témoin 2006 : 0,96 kg/ha/j N 15 C (prairie de 3 ans retournée) Dynamique de minéralisation des produits : composts déchets verts (CDV), fumier bovin (CFB) et fientes de volailles (FSV) CDV : 0,07 kg/ha/j N 15 C CFB : 0,14 kg/ha/j N 15 C FSV : kg/ha/j N 15 C

27 Comparaison des dynamiques de minéralisation de deux composts de déchets verts a dynamique de minéralisation en labo (incubations) de deux compost ctionnement biochimique des deux composts de déchets verts étu % N minéralisé en % du N organique apporté Jours normalisés à 15 C 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%

28 Minéralisation d un engrais organique: le Tourteau de Neem N minéralisé en % N organique apporté % 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% Composition biochimique du Tourteau de Neem Jours 0%

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30 Diagnostic de la fertilité biologique des sols : concepts méthodes applications une nouvelle génération d analyse Par Xavier SALDUCCI

31 1 : La Fertilité Biologique des sols et l analyse biologique Qu est ce que la fertilité biologique?...

32 Quelques fonctions des organismes du sol Liants fongiques Vers de terre et porosité Photo : Callot Photo : Callot Recyclage de la matière organique Protection et symbiose Photo : Callot

33 L activité biologique structure et entretien le sol, nourrit la plante Stabilisation et structuration des sols Porosité et aération des sols Recyclage des matières organiques et nutrition des plantes Contrôle des populations pathogènes = FERTILITE BIOLOGIQUE DU SOL

34 un seul paramètre pour apprécier la diversité des MO et le fonctionnement biologique du sol : le rapport C/N.

35 2 : La Fertilité Biologique des sols et l analyse biologique Quels outils de diagnostic biologique?...

36 Comment mesurer la fertilité biologique des sols? Fonctionnement biologique du sol = voiture le carburant : MO(s) sol = MO libre + MO liée le moteur : la biomasse microbienne la transmission : les activités microbiennes

37 1) Caractérisation des MO du sol : Fractionnement granulométrique (Balesdent et al, 1991; Feller, 1994)

38 Séchage des fractions de MO MO libre > 50 µm MO liée < 50 µm

39 1) Caractérisation des MO du sol par Fractionnement granulométrique (Feller, 1994) Fraction µm MOPg : MO particulaire grossière à MO libre Fraction µm MO «active» / 3 à 15 ans MOPf : MO particulaire fine C/N Fraction < 50 µm MOH : MO humifiée MO liée MO «stable» > 50 ans C/N

40 Intérêts agronomiques du fractionnement de la Matière Organique : MO libre (MO «active» / 3 à 15 ans) intervient dans : la fertilité biologique du sol : nutrition de la faune et microflore du sol, la nutrition des plantes (N-P) la stabilité à court terme (1 à 2 ans), La résistance au tassement MO liée (MO «stable» / humifiée > 50 ans) intervient dans : les propriétés structurantes et de stabilisation des sols à long terme les propriétés d échanges (CEC humiques)

41 2) Mesure de la Biomasse Microbienne par fumigation / extraction (FD ISO /1997) Fumigation au chloroforme

42 Dosage de la Biomasse Microbienne par le COT mètre (dosage C soluble)

43 Mesure de la biomasse microbienne (BM) : Résultats : BM : mgc/kg terre sèche; quantité absolue : 200 à 400 mgc/kg = 700 à 1400 kg Cmicrobien / ha BM / Corg. en % : qualité du fonctionnement 0 à 5% Intérêts agronomiques de la mesure : mesure directe de la quantité de vie du sol : est ce que mon sol est vivant?, apprécier les potentialités de minéralisation du sol, apprécier la réserve potentielle en éléments fertilisants stockés dans la biomasse microbienne mesure de l impact des pratiques culturales sur la fertilité biologique du sol : quantité et qualité des restitutions organiques, fertilisation et chaulage, état structural du sol (compaction / décompaction), impact des produits phytosanitaires (cuivre...)

44 3) Mesure de la quantité de MO minéralisable : méthode par incubation contrôlée (Cminéralisable et Nminéralisable) Incubation en conditions contrôlées (T = 28 C, H = CRE)

45 Mesure de la quantité de MO minéralisable : Résultats : Cm28 : mgc-co2 / kg terre séche / 28 jours ; quantité de carbone fermentescible (= énergie) disponible, Cm28% : coefficient de minéralisation de la MO en % de Corg. ; biodisponibilité du Corg. Nm28 : mgn(no3+nh4) / kg terre sèche / 28 jours ; quantité d azote minéralisable (= disponible pour la plante), Nm28% : coefficient de phytodisponibilité de l azote du sol. Intérêts agronomiques de la mesure : quantifier la teneur en matière organique facilement minéralisable ( = réserves énergétiques de la microflore et fertilisantes pour la plante), mesurer l activité de la MO (MO active / pas active), estimer le potentiel de fourniture d azote du sol (Nminéral provenant de l activité microbienne), caractériser le fonctionnement de la nitrification (NH4/NO3).

46 Fonctionnement biologique du sol et cycle de la matière organique Amendements et engrais organiques, Résidus de culture Fractions granulométriques de MO COMPARTIMENT TRANSFORMATEUR ACTIVITES BIOLOGIQUES MO facilement minéralisable MO lentement décomposable BIOMASSE MICROBIENNE => Nouvelles structures cellulaires =>Energie Enzymatiques (FDA Hydrolases) Respiratoires (C-CO2) Minéralisation de l azote (Norg. Nmin) Humification

47 3 : La Fertilité Biologique des sols et l analyse biologique Quelques exemples d applications...

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49 Biomasse microbienne : source d éléments fertilisants pour la culture : P2O5 (Brookes, 2001) La vitesse de renouvellement du P2O5 dans la biomasse microbienne a été estimée à 2.5 / an en GB. Soit un flux moyen du phosphore de l ordre de 92 kg P2O5 / ha / an pour des sols cultivés et jusqu'à 320 kg P2O5 / ha / an pour des sols de prairie. Reste à déterminer la partie réellement disponible / assimilable par la plante, Fixée par le sol, Réutilisée par la biomasse microbienne, Perdue par lessivage / érosion

50 Pratiques culturales et disponibilité de l azote et du carbone : (Powlson et Brookes, 1987 / longue durée, 18 ans Brûlage de paille et disponibilité de l azote : essai longue durée (18 ans) de Studsgaard et Ronhave DK). Mesure en laboratoire / Incubation contrôlée (60j) Effet du brûlage de paille sur disponibilité de N 1,2 +58% +41% Brûlée Incorporée 1 N minéralisé (kg/ha/jour) 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Studsgaard Ronhave

51 Conclusion 1 : diagnostic des sols / préconisations Analyse Biologique de terre : gérer la MO et l azote : Potentialités biologiques du sol : est ce que mon sol est vivant? Gestion de la MO : qualité et quantité à apporter pour équilibrer le sol, Potentiel de fourniture en azote : fertilisations azotés Mesurer l impact des pratiques culturales sur la fertilité globale de son sol ;

52 Conclusion : comment conserver des sols biologiquements actifs? Nourrir le sol et ses habitants (par l apport de MO non compostés) : Restitutions des résidus de culture, Cultures intercalaires (engrais verts, CIPAN) Apports de matières organiques actives (Produits organiques non compostés, faible ISB : fumiers, lisiers.brf?) Protéger le sol et ses habitants : Limiter le travail du sol, Conserver la structure (limiter les passages / travailler en de bonnes conditions) Apport de produits organiques stabilisés (Compost BRF?) Chaulage du sol (produits crus ou cuits), limiter les phytosanitaires (fongicides en particulier)