Les digestats: une réponse à la fertilité des sols dans les systèmes de culture?

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1 Les digestats: une réponse à la fertilité des sols dans les systèmes de culture? Séverine Piutti UMR 1121 UL/INRA Agronomie et Environnement Nancy-Colmar, Equipe Agriculture Durable Attert,, 9 décembre 2014

2 1- Contexte Aspect économique Forte volatilité du prix des matières premières Disparition des quotas laitiers en 2015 Verdissement de la PAC Changement climatique Aspect environnemental Ecophyto ème programme de la Directive Nitrate DCE et protection des captages Nécessité de développer de nouveaux modèles agricoles afin de maintenir voire d augmenter la production (rendement et qualité) des systèmes de production tout en réduisant la dépendance vis à vis des intrants=quelsmodèles(s)? Aspect sociétal Sécurité alimentaire Préservation de la biodiversité Préservation des ressources naturelles

3 1- Contexte Dépendance aux engrais Evolution de la teneur moyenne annuelle en nitrates (mg/l) des sources de Grimonviller (54) x7 x3,5 Tilman et al., 2002

4 1- Contexte Agriculture écologiquement intensive (Griffon 2007) Substituer à l utilisation des intrants chimiques de synthèse (engrais et produits phytosanitaires) l usage des processus et des fonctionnements naturels de l agroécosystème tout en maintenant un niveau de production agricole acceptable, voire supérieur sous tendu par le rôle de la biodiversité dans les écosystèmes, dont les multiples fonctions ou fonctionnalités permettent la mise à disposition de services et bénéfices(carpenter et al., 2009 ; de Groot et al., 2010). (d après de Groot et al., 2010)

5 1- Contexte Le service de fertilité des sols Processus Activités enzymatiques Fonction Décomposition / Minéralisation de MO Service Fertilité des sols Bénéfice Diminution des intrants chimiques La MO, pilier de la fertilité des sols Effecteur de l activité biologique Fertilité biologique Fertilité chimique Matière organique Disponibilité des éléments minéraux Fertilité physique Stabilité structurale

6 2- MO et fertilisation La MO d un point de vue Matière organique quantitatif qualitatif Méthodes de fractionnement qui vise à déterminer la taille et la réactivité des différentes fractions (Sohi et al., 2005; Von Lützow et al., 2007) Fractionnement granulométrique: - une fraction libre = MO présente entre les agrégats - une fraction intra-agrégat = grande proportion de composés microbiens, - une fraction résiduelle organo-minérale plus lourde. - + stabilité En France, entre 1990 et 2000, diminution du taux de MO des sols de 1,7 %

7 2- MO et fertilisation Impact de la fertilisation sur la MO des sols Matière organique quantitatif Traitement ph C organique (mg/g) N total (mg/g) C/N Essai sur 17 ans Zhang et al., 2012 Témoin NPK N + fumure organique Fumure organique 8,55 8,38 8,03 8,29 4,43 5,61 7,63 9,91 0,40 0,70 0,93 1,06 11,08 8,01 8,20 9,35 En 17 ans, augmentation de la teneur en C org des sols ( + 26% pour NPK à + 123% pour fumure) Teneur en N minéral (mg/kg) Essai sur 26 ans Zhengchao et al., 2013 Teneur en C organique (g/kg)

8 2- MO et fertilisation Matière organique qualitatif Essai sur 10 ans Perspectives agricoles, n 409 Mars 2014 Les fumiers ont un effet : - à long terme = enrichissement de la fraction stable de la MO (+10% pour FB) - à moyen terme = enrichissement de la fraction labile ( µm) (+30% pour FB) Essai sur 17 ans Paramètres Minéralisation (mg/kg/j) % pool N récalcitrant % pool N labile Témoin NPK N + fumure organique Fumure organique 0, , , , Zhang et al., 2012 Les engrais augmente la minéralisation de l azote organique des sols (entre 2,7 et 6 fois) Les formes minérales stimulent la dégradation de la fraction récalcitrante de N (34%) alors que la fumure organique stimule la dégradation de la fraction labile de N (90%)

9 3- Digestats et fertilisation, quelle problématique? MO MO MO fraiche (faible C/N) Déjections animales Résidus de culture Engrais verts Méthanisation Biogaz teneur en C/N org minéralisation N Déchets Digestat

10 3- Digestats et fertilisation, quelle problématique? MO MO MO fraiche (faible C/N) Déjections animales Résidus de culture Engrais verts Méthanisation Biogaz Déchets Digestat Renforce la teneur en C/N org des sols Quelles caractéristiques? Engrais minéral? Engrais organique? Quels arrière-effets sur la MO des sols?

11 3- Digestats et fertilisation, quelle problématique? Fraction solide Fraction liquide - Fraction solide: taux de matière sèche élevé (30 %) un amendement organique en contribuant positivement au bilan humique forte représentativité des fractions organiques récalcitrantes (ie. lignine) - Fraction liquide: taux de matière sèche très faible (< 5 %) forte teneur en azote minéral (ie. 1,8 g/l) engrais minéral susceptible d être apporté au plus proche des besoins des cultures (Liedl et al., 2006 ; Möller et Stinner, 2009).

12 3- Digestats et fertilisation, quelle problématique? Utilisation du digestat comme un engrais minéral? Quel impact sur l environnement? Quel positionnement? Quel impact sur le rendement? Quel impact sur la MO du sol?

13 3- Digestats et fertilisation, quelle problématique? Utilisation du digestat comme un engrais minéral? Quel impact sur le rendement? ph Total C (mg/g) Total N (mg/g) C/N NO3- (mg/g) NH4+ (mg/g) Ration Digestat liquide 7, ,1 0,31 6,5 8, ,1 0,51 20,4 Essai sur prairie Walsh et al., 2012 Masse sèche Ray-grass (g) Sol A Sol B Témoin (0 N) Ration Digestat liquide N (150 kg N /ha) NPK 0,51 2,27 3,96 2,98 4,33 0,95 2,34 5,05 3,91 4,50 La croissance et les rendements sont comparables entre des fertilisants NPK minéraux et le digestatliquide = disponibilité immédiate

14 3- Digestats et fertilisation, quelle problématique? Utilisation du digestat comme un engrais minéral? Essai en lysimètre Quel impact sur l environnement? Goberna et al., 2012 Essai sur prairie Lessivage N Walsh et al., 2012 Le digestatliquide appliquée sur prairie permet de limiter l APL / engrais minéral Sur sol non couvert, les quantités d APL sont au moins 2 fois plus importantes après épandage de digestatsque de fumier

15 3- Digestats et fertilisation, quelle problématique? Utilisation du digestat comme un engrais minéral? Quel impact sur l environnement? Emissions GES Pertes NH3 kg N/ha) Epandage à 80 kg NH4-N/ha Digestat Effluent bovin Effluent porcin Jours après épandage Ni et al., % de pertes par volatilisation Digestats Pas plus de dénitrification que les effluents bruts Johansen et al., 2013

16 3- Digestats et fertilisation, quelle problématique? Utilisation du digestat comme un engrais minéral? Quel impact la MO du sol? Nécessité d acquérir des données d expérimentation à plus long terme comme pour le cas des fumures organiques.la dynamique de la MO des sols est complexe et les pools évoluent sur des pas de temps qui vont de l année à plusieurs centaines d années

17 4- Conclusion

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