Matières organiques du sol & des produits organiques

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Denise Aubé
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Matières organiques du sol & AS Laboratoire 10/ GRO-Systèmes / SA Copyright AG des produits organiques Sabine HOUOT, INRA Grignon Thierry MORVAN, INRA Rennes

1 Matières organiques du sol & AS Laboratoire 10/ GRO-Systèmes / SA Copyright AG des produits organiques Sabine HOUOT, INRA Grignon Thierry MORVAN, INRA Rennes Bernard NICOLARDOT, AGROSUP DIJON 29 septembre 2011, JDS CENTER, OULLINS (69) 20 octobre 2011, AR MILIN, CHATEAUBOURG (35) 8 décembre 2011, ARVALIS, BAZIEGE (31)

2 La matière organique dans les sols est indispensable pour assurer la production végétale + Environnement physique de la racine Nutrition des plantes Ancrage, eau, aération N,P,K, S, Ca.. oligoéléments + + Qualité sanitaire des plantes + - Pathogènes, antagonistes, auxiliaires Portance, vitesse de ressuyage du sol et a des fonctions environnementales importantes: Stockage de C; substitution engrais minéraux, maintien de la biodiversité ; rétention des polluants

3 La matière organique dans les sols en France: des stocks variables; des zones appauvries Arrouays et al., 2001 Copyright AGRO-Systèmes / SAS Laboratoire 10/ /2009. Toute reproduction même pa

4 Des sources de MOE très variées Résidus de cultures : quelques 100 e de kg à plusieurs tonnes par ha Produits résiduaires organiques (PRO): déchets organiques ayant subi des traitements ou non d origine urbaine, industrielle, agricole (boues, composts, effluents agro-industriels, effluents d élevage ) Source Quantités (10 6 t MB) Effluents d élevage 300 Boue, composts, digestats d origine urbaine 7 Effluents industriels 23

5 Des contenus en carbone organique très variables Teneur C organique Résidus de culture à maturité Cultures intermédiaires Boues STEP Composts (DV, Bio, OM ) Effluents d'élevage kg C/t m.s. Effluents agro-industriels 1-25 kg C/m 3 Source : Nicolardot et al., AgroSup Dijon

Une efficacité variable des PRO à augmenter les stocks de

teneurs en C variable en fonction des apports Besoin d

6 Une efficacité variable des PRO à augmenter les stocks de MO des sols: exemple de l essai Qualiagro Augmentation des teneurs en C variable en fonction des apports Besoin d outils pour évaluer l efficacité des apports et prévoir les évolutions de C C appliqué (t/ha. apport) Rendement en MO t Csol/tC apporté FUM OMR DVB BIO

Prévoir le devenir des matières organiques dans les sols Calcul du bilan humique avec le modèle

, 1999) Paramétrer le coefficient de décomposition des MOE (K 1 ') avec ISMO Résidus organiques

Carbone des résidus CO2 1 k 1 Le climat Minéralisation lente du Carbone du sol K 1.

7 Prévoir le devenir des matières organiques dans les sols Calcul du bilan humique avec le modèle AMG (Andriulo et al., 1999) Paramétrer le coefficient de décomposition des MOE (K 1 ') avec ISMO Résidus organiques Les pailles Les racines ISMO= k 1 Humification Le fumier Le compost Minéralisation rapide du Carbone des résidus CO2 1 k 1 Le climat Minéralisation lente du Carbone du sol K 1. m k C actif C stable Les principes du calcul: Ca = 33% Corg Le labour dc/dt = k 1.m k.ca k= à fonction teneur argile, calcaire, travail du sol Source : Houot et al., 2011 La texture

Une dégradabilité du carbone organique très variée 80 Source

contrôlées C-CO 2 (% appor rt) 100 80 70 60 50 40 30 20 10 0

20 40 60 80 100 120 Effet long terme Effet court terme (CO 2

8 Une dégradabilité du carbone organique très variée 80 Source : G. Lashermes, 2005 Incubations de sol en conditions contrôlées C-CO 2 (% appor rt) port) C minéralis sé (% ap OM Fum BioD Boue DV Effet long terme Effet court terme (CO 2 ) jours Dates (jours) Incorporation dans les MOS

CELLULOSE Augmentation relative de la LIGNINE 0 2

9 Reliée à l'évaluation de la composition biochimique des matières organiques Exemple du compostage Fractionnement avec la méthode Van Soest Dégradation rapide de la CELLULOSE Augmentation relative de la LIGNINE Semaines LIG CEL HEM SOL Source : S. Houot, INRA EGC

10 Evaluer la stabilité des matières organiques L'indice de stabilité des matières organiques (ISMO) % Corg apporté C minéralisé 60 C stable C restant au sol temps (années) % MO 100% 80% 60% 40% 20% 0% LIC CEL HEM SOL Analyse statistique de la relation entre C stable et fractions biochimiques ISMO = SOL 02CEL LIC - 23Mi 2.3 MinC3 Proportion de matière organique susceptible d entretenir t le stock de matière organique du sol Source : Lashermes et al., 2009

11 Valeurs d ISMO pour différents types de PRO BaseTYPO Boues Composts urbains Composts d effluents Digestats 6 Fumiers Lisiers + Fientes 14 Matiè res animales 6 Matières végétales Mulchs 57 Engrais 7 Autres 26 total Source : Houot et al.,

12 Utilisation d ISMO pour simuler l évolution de la MO dans l essai QualiAgro avec le modèle AMG Source : Jousseaume, 2011 Copyright AGRO-Systèmes / SAS Laboratoire 10/ /2009. Toute reproduction même pa

13 Comparaison K1 champ et ISMO ISMO des PRO épandus au champ ISMO moyens de classes de PRO Copyright AGRO-Systèmes / SAS Laboratoire 10/ /2009. Toute reproduction même pa

14 Lien entre MO et propriétés physiques des sols: ex de la stabilité de la structure Lien entre stocks de MO dans les sols, Sensibilité des sols à la battance risque de dégradation physique et d érosion des sols duction même par /2009. Toute reprod AS Laboratoire 10/ GRO-Systèmes / SA Copyright AG Stocks de MO dans les sols INRA Orléans Aléa érosif des sols

15 Lien entre MO et propriétés physiques des sols: ex de la stabilité de la structure dans l essai Qualiagro Effet positif des composts sur la stabilité de la structure Effet relatif croissant lié aux augmentations de MO des sols Efficacité variable des composts entre les années Variabilité de la stabilité inter annuelle (climat, culture ) 1,8 Effet relatif par rapport au témoin 1,6 1,4 1,2 DVB 1 OMG 0,8 BIO 0,6 FUM 0,4 0, (Annabi et al., 2011)

16 Devenir Les PRO source de l'azote d azote des pour MOE les dans cultures: le sol la disponibilité pour les plantes dépend de l évolution de l'azote des PRO après apport N organique NH 4 + NH 3 N 2 O N 2 Atmosphère Sol Minéralisation N organique Organisation Nappes phréatiques Volatilisation Dénitrification Nitrification NH + NO Organisation Lixiviation Source : B. Nicolardot

17 Des proportions variables de N minéral et organique dans les PRO N ammoniacal /2009. Toute reproduction même par (% N total) que Composition N N organi Lisier porc Lisier Fumier Fumier de Fumier de Fumier bovin volailles porc bovins bovins composté Source : T. Morvan, INRA Quimper Copyright AGRO-Systèmes / SAS Laboratoire 10/

18 Des contenus en N minéral et organique très variables dans les PRO Teneur N minéral NH 4+ essentiellement très variable Teneur N organique Résidus de culture à maturité 3-45 Cultures intermédiaires Boues STEP kg N / t m.s. Composts (DV, Bio, OM ) Effluents d'élevage Effluents agro-industriels kg N / m 3 Source : Nicolardot et al., AgroSup Dijon

19 Dans les sols, l'évolution de l'azote est liée au devenir du carbone organique CO 2 Minéralisation Matières organiques exogènes es Assimilation Humification Assimilation BIOMASSE MICROBIENNE Humification Assimilation MATIÈRE ORGANIQUE STABLE Minéralisation Organisation N MINERAL du SOL C N

Le devenir de l'azote en lien avec la disponibilité du carbone des MOE jours 0

Toute reproduction même par N minéral (mg/kg sol) -25 Organisation

20 Le devenir de l'azote en lien avec la disponibilité du carbone des MOE jours /2009. Toute reproduction même par N minéral (mg/kg sol) -25 Organisation Minéralisation nette nette Différence N minéral - N minéral (sol + produit) (sol témoin) Copyright AGRO-Systèmes / SAS Laboratoire 10/

21 Une forte variabilité de comportements Effluents délevage d'élevage (48) Boues STEP (15) Produits compostés (17) anique % N orga Jours (28 C) Jours (28 C) Jours (28 C) Sources : V. Parnaudeau, INRA Rennes; T. Morvan, INRA Quimper; S. Houot, INRA EGC anique % N org

22 Les modèles pour prévoir la minéralisation de l'azote des MOE Matière organique Fraîche C:N Fraction décomposable Cr 0 Fraction stable Modèle STICS Source : Lashermes, 2005 CO 2 CO 2 Biomasse K Y h Microbienne C:N N minéral 100% 80% 60% 40% 20% 0% N minéralisé Matière organique humifiée C:N (% apport) Effet long terme Valeur N court terme jours

23 La typologie : un outil pour classer et choisir les produits en fonction de leur disponibilité en azote OrgN en g/kg MS Fractions en g/kg g MO Classes de disponibilité d azote Minéralisation Plage de Classe à t=1an variation dazote 1 60 >40 Lashermes et al., [25 ; 40] 3 15 [10 ; 25] 4 10 [0 ; 15] 5 0 [-5 ; 5] 6-5 [-10 ; 0] engn/kgms

24 Exemple des classes 1 & 6 Engrais 43% Mulch 11% Mat An 7% Fumier 39% Fiente 14% Mat An 43% Boue 4% Compost Urb 21% Compost Efflu 18% Lashermes et al., 2010 Copyright AGRO-Systèmes / SAS Laboratoire 10/ /2009. Toute reproduction même par

provient du dernier apport en 2007 - BIO, DVB et FUM, N sup provient essentiellement des apports Augmentation progressive du CAU du N des PRO kg

25 Disponibilité du N apporté par les PRO: essai Qualiagro; modèle Pastis Apport moyen de N par épandage entre 1998 et 2009 N tot appliqué (kg/ha) DVB 341 OMR 223 FUM 310 BIO 284 7ème apport en 2007: Entre 2007 et 2009, 80 à 100 kg de N minéralisés en plus par rapport au témoin: - OMR: la moitié provient du dernier apport en BIO, DVB et FUM, N sup provient essentiellement des apports Augmentation progressive du CAU du N des PRO kg N/ha : Surplus de 120 minéralisation de N/témoin apports 60 antérieurs dernier apport antérieurs (Chalhoub, 2010) DVB OMR FUM BIO

26 Exemples de cinétiques de minéralisation de produits organiques prises en compte dans le logiciel Azofert kg N/ha kg N/ha Vinasses, 3 t/ha; 2.4% N dont 0.08 N minéral Fumier bovin pailleux 30 t/ha; 0.39 % N temps normalisé kg N / ha Fumier bovin déc.; 30 t/ha; 0.6 % N temps Source : J.M. Machet, INRA Laon temps

Minéralisation de l'azote provenant des MOS

Références régionales Réseau de parcelles

27 Minéralisation de l'azote provenant des MOS Calcul du terme Mh de la méthode du bilan prévisonnel Source : Machet et al., 1990 Calcul à partir du k 2 (bilan humique) Références régionales Réseau de parcelles sans fertilisation azotée (N0) Utilisation du traçage isotopique

28 Conclusions 1- Investissement important depuis 20 ans sur composition biochimique et minéralisation labo des MOE : - Sans équivalent au niveau international -Bien valorisé dans le cadre d une synthèse (ADEME) ISMO et typologie N, fondés sur effectif important donc a priori robustes 2- Pb de la relative faible valeur prédictive de la typo N, Et coût élevé des mesures de fractionnement Limitation (probable) de la généralisation de ces mesures Possible levée de ce verrou avec la SPIR (NIRS) Peltre et al., 2011

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