Ajustement de la fertilisation azotée des principales cultures JM Machet INRA Unité Agro-Impact Laon-Mons

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1 Ajustement de la fertilisation azotée des principales cultures JM Machet INRA Unité Agro-Impact Laon-Mons Séminaire scientifique «Objectif : basses fuites en nitrate»

2 Evolution des enjeux Demande croissante en matière de : * Productions de qualité (teneur en protéines des céréales, qualité technologique de la betterave à sucre, teneur en nitrate des légumes) * Protection de l environnement (réduction de la lixiviation des nitrates et des pertes gazeuses) Evolution des pratiques agricoles : * Augmentation et diversification des apports organiques * Réduction du travail du sol Nécessité d adapter le raisonnement et de mieux gérer la fertilisation N, ainsi que d en évaluer les impacts environnementaux

3 re sid u a l m in era l N (kg /h a ) Y ield (Q x /h a) N minéral dans le sol à la récolte et fertilisation du blé Machet, mineral N (0-90 cm) Yield Added fertiliser-n (kg/ha) 0 Evolution de l'azote provenant de l'engrais (marquage 15 N) et de l'azote provenant du sol Mary & Machet, 1988 kg N/ha Blé N minéral provenant de l'engrais Interculture Epandage d effluents N minéral provenant du sol Fév-85 Jun-85 Sep-85 Déc-85 Mar-86

4 Raisonnement de la fertilisation azotée : détermination de la dose d engrais Ajuster les apports d engrais minéraux ou organiques aux besoins de la culture pour atteindre un objectif de production donné en prenant en compte les autres fournitures d azote

5 Azobil Engrais Reliquat sortie hiver Table AZOBIL,ap.organiques Type d apport Besoins totaux = 250 Résidus du précédent Apports organiques Minéralisation de l humus Culture intermédiaire «Tableaux» Type de sol (argile, calcaire) Teneur en M.O. T moyenne Table AZOBIL, culture intermédiaire

6 L équation d efficience Pf = P0 + CAU * (X + Xa) Pf : N absorbé à la récolte P0 : N absorbé en l absence d apport d engrais CAU : Coefficient Apparent d Utilisation de l engrais X : N engrais Xa : N minéralisé des produits organiques Ch Rég Ag Lorraine PC Azote (Poitou-Charentes, Cher ) As Rel Ag Alsace

7 AzoFert Engrais Reliquat sortie hiver «modèles» Résidus du précédent Apports organiques Besoins totaux = 250 Minéralisation de l humus Culture intermédiaire

8 AzoFert : aspects agronomiques nouveaux Basé sur un bilan d azote minéral complet : tous les postes du bilan relatifs aux entrées et sorties N sont renseignés Approche par une dynamique temporelle des fournitures N par le sol et les différentes sources organiques (résidus de culture et cultures intermédiaires, produits organiques): intégration des données climatiques Prise en compte du devenir N des engrais avec : une estimation des pertes gazeuses (volatilisation d ammoniac) et de l organisation microbienne Adapté au plus grand nombre de cultures : pour lesquelles les besoins en N et le cycle de développement sont connus

9 Approche dynamique de l évolution des matières organiques du sol : utilisation du concept de temps normalisé (Andren & Paustian, 1987) Objectif : Prise en compte des variations de température (T) et d humidité (H) du sol par des fonctions décrivant les effets de la température f(t) et de l humidité g(h) sur les processus dépendant des activités microbiennes relatifs aux cycles du C et N dans le sol; Intérêts : - Simuler l effet du climat en utilisant des vitesses potentielles de transformation - Standardiser et extrapoler les références, généraliser à des contextes très variés - Comparer des vitesses de transformations pour différentes situations pédoclimatiques - Comparer les dynamiques mesurées au champ et au laboratoire température humidité f(t) g(h) 1.0 Exemple: Azofert (Machet et al., 2004) 0.2 Tref Tref+10 T C Hmin Hcc Jour normalisé = f(t)*g(h) référence = 15 C et Hcc

10 Approche dynamique de la fourniture N Données climatiques moyennes ************* Données climatiques réelles

11 Minéralisation nette de la matière organique humifiée La minéralisation de la matière organique humifiée dépend de : * pool N organique humifié * la texture du sol (teneurs en argile et calcaire) * la température et l humidité du sol * la politique de restitutions organiques : gestion des résidus de culture, fréquence des apports de produits organiques et type de produits, implantation de cultures intermédiaires

12 Décomposition des différentes sources organiques 40 N minéralisé Vinasse 40 N minéralisé Mesure N minéral sol Vinasse Récolte Moutarde Moutarde Jours «normalisés» juillet octobre janvier avril juillet -20 Résidus colza -20 Résidus colza Temps normalisé Temps réel

13 kg C/ha kgn/ha Minéralisation N de paille de blé 0,00-20, Cinétique de décomposition relative à l azote et au carbone d une paille de blé -40,00-60,00-80,00 Temps normalisé (jours) Minéralisation C de paille de blé Paramètres de simulation : 10 t/ha de paille teneur en N 0.5% C/N de , , , ,00 0, Temps normalisé (jours)

14 kg N/ha Cinétique de minéralisation N d une vinasse de sucrerie : Intégration dans AzoFert (Machet et al., 2006) Minéralisation N d une vinasse Caractéristiques de la vinasse : C : 16.2 % N : 2.4 % Nmin : 0.08 % Dose d apport : 3 t/ha 50,00 40,00 30,00 20,00 Date d apport Contribution en N pour la betterave (kg N/ha) 10,00 0, Temps normalisé (jours) 15 Août 6 15 Septembre 9 15 octobre Novembre Mars 48 N = 70 * ( * e (-0.86 * t) 0.49 * e ( * t))

15 Décomposition des matières organiques (C et N) Résidus de culture : pailles de céréales, de colza, cannes de mais, fânes de pois, de pommes de terre, verts de betteraves Cultures intermédiaires : crucifères, graminées, légumineuses Effluents d élevage : fumiers (bovins, ovins, porcins, chevaux, volailles ), lisiers (porcins, bovins ), fientes Effluents agro-industriels : sucrerie, distillerie, féculerie, amidonnerie, déshydratation de luzerne, laiterie, conserverie, cave viticole Effluents urbains : boues de stations d épuration, composts fraction fermentescible d ordures ménagères, composts de déchets verts...

16 Prise en compte de différents processus déterminant la disponibilité de N des engrais Volatilisation d ammoniac estimée à partir de : * caractéristiques du sol (ph, CEC) * la forme de l engrais (physique et chimique) * mode d apport (en surface, incorporation dans le sol) * l état de végétation de la culture à la date d apport de l engrais Organisation microbienne calculée à partir de : * la disponibilité en carbone (issu de la rhizodéposition, des résidus de culture et des produits organiques) * d un rapport N organisé / C décomposé fonction de la disponibilité en N du milieu

17 pertes N engrais (% apport) Les études en dynamique ont démontré une relation étroite entre utilisation de N apporté et vitesse de croissance au moment de l apport, et entre pertes d N engrais et utilisation par la plante N uptake efficiency % 60 Limaux et al., Lixières N2 20 Mons Crop growth rate Mirecourt N1 Mirecourt N Utilisation par la culture (% apport) Mons N1 Mons N2 Lix d1 Lix d2 Lix d3 Mir N2d1 Mir N2d2 Importance de l état du couvert au moment de l apport d azote, pour maximiser l utilisation et minimiser les pertes le sol ne constitue pas un «réservoir» pour l azote de l engrais La plante est «apte» à gagner la compétition pour l azote avec les autres mécanismes, si la synchronisation entre disponibilité et demande en N du peuplement est bonne

18 Un conseil de fertilisation N pour 40 cultures annuelles Céréales d hiver et de printemps : blé tendre, blé dur, orge, seigle, avoine, mais Cultures industrielles : betteraves, colza, lin, tournesol Pommes de terre : plant, primeur, consommation, fécule Cultures légumières : haricots, épinards, carottes, oignons, endive, betteraves rouges, brocolis

19 Pilotage de la fertilisation azotée Principe du pilotage : Calcul prévisionnel de la dose - Bilan azoté - Equation d efficience - Ajustement avec le reliquat N Diagnostic(s) de l état de nutrition azotée Pronostic (moteur agronomique) Outils de pilotage définis sur la base d une association «diagnostic de nutrition azotée règles de décision»

20 Caractériser l état azoté d une culture par l INN et la courbe de dilution critique %Ncrit Courbe critique : Si BM < 1.55 t/ha alors %Ncrit = 4.4 Si BM 1.55 t/ha alors %Ncrit = 5.35 MS (Justes et al., 1994) %Nobs BMobs Indice de nutrition azotée : INN = %Nobs / %Ncrit INN 1 l azote n est pas limitant de la croissance du blé INN < 1 la culture est en carence azotée L intensité de la carence est d autant plus forte que l INN est faible Blé (Justes et al., 1994); Colza (Colnenne et al., 1999); Maïs (Plénet et Cruz, 1997); Pois (Ney et al., 1997); Pomme de terre (Duchenne et al., 1997); Betterave (Duval et al., 2003); etc.

21 blé tendre blé dur orge printemps brassicole maïs pomme terre colza tournesol fraisier melon Panorama Non exhaustif mais représentatif Type indicateur compartiment organe nom source outil de calcul prévisionnel dose N stratégie initiale croissance parties aériennes Réglette azote CETIOM méthode bilan (X) X couleur (jaunissement par rapport témoin) parties aériennes Héliotest CETIOM méthode bilan (X) 0 Bande Double Densité CRAL, Agro-Transfert méthode bilan (X) 0 JUBIL INRA-Arvalis méthode bilan (X) X-40 teneur NO3 jus pression base tige, pétiole RAMSES IN VIVO dose base (APM)(1) sans excès PILazo CTIFL méthode bilan (X) X transmittance limbe feuille (F1) HNTester Hydro Agri France - Arvalis méthode bilan (X) X-40 feuille (F2-F3) DIGITES IN VIVO méthode bilan (X) sans excès réflectance teneur chlorophylle canopée GPN AZF-Europe sols méthode bilan (X) X-40 Farmstar Astrium-Arvalis méthode bilan (X) X-40 fluorescence chlorophylienne activité chlorophylienne feuille SADEF D après F Laurent, Arvalis- Institut du Végétal

22 Avantages / inconvénients des différentes mesures de terrain INDICATEUR* sensibilité spécificité fidélité acquisition spatialisation CROISSANCE COULEUR TENEUR TRANSMITTANCE REFLECTANCE (++) +++ FLUORESCENCE à ++ - à ++ D après F Laurent, Arvalis- Institut du Végétal

23 Les outils existant et à venir à la disposition des agriculteurs Récolte précédent Effluent organique Semis 1 er apport N 2 ème apport N 3 ème apport N Récolte Mesures terrain Reliquat azoté 2 x densité Images satellite Jubil, N Tester, GPN NFV RE Carnet de plaine Plateformes Web (distributeurs, instituts ) DAEG, DEAC Reliquat Virtuel AzoFert AzoFert AzoFert ou clone Bases de données nationales Outils agriculteur Diagnostic Méthode du bilan Ajustement de la dose Synthèse des Reliquats Jean-Luc Julien 2010

24 Références pour l ajustement de la fertilisation azotée des prairies Exploitation de la prairie : on ne recherche pas une production végétale maximale mais la satisfaction des besoins d un troupeau, en quantité et qualité, au cours du temps Qualité Quantité produite / j Stock Duru & Julien, 1995

25 Objectif de production et besoins en N Approche globale à partir de la valorisation moyenne par les animaux de l herbe de l exploitation à l échelle de l année : à partir des objectifs de production animale (lait, viande), du choix de ration alimentaire (part du maïs et des concentrés) et de l ingestion pour estimer la quantité d herbe «objectif» sur la sole prairiale Approche parcellaire par les niveaux de production accessible à l échelle de l année ou de la saison : connaissance des conditions pédoclimatiques locales, utilisation d un référentiel régional bâti par expertise (chargement UGB/ha et quantité de N) Approche parcellaire basée sur l ingestion des animaux à l échelle de la saison de pâturage : approche essentiellement utilisée pour des systèmes très pâturant (chargement UGB/ha, hauteur d herbe), avec un calcul des objectifs de stockage à effectuer par ailleurs Détermination des exportations d azote : Nexp = MS * %N avec MS : objectif de production en tms/ha %N : teneur en azote de l herbe %N = 4.8 * (MS) -0.32

26 Fournitures en N Actuellement : Fourniture d azote minéral par le sol : approche à partir de réseaux de parcelles «témoins 0N tournant» avec une variabilité mesurée de 70 à 250 kg/ha/an Prise en compte de l effet direct des engrais de ferme Utilisation de l équation d efficience avec CAU pour le calcul de la fertilisation azotée Des améliorations envisageables : Introduction de «modèles» dynamiques pour estimer la contribution du sol et des différentes sources organiques En particulier, prise en compte du turn-over lié aux résidus végétaux retournant au sol Intégration des processus déterminant la disponibilité de N des engrais (volatilisation d ammoniac, organisation microbienne) Amélioration de la contribution de la fixation symbiotique à l alimentation azotée dans le cadre des associations graminées-légumineuses

27 Conclusions (1) Le raisonnement de la fertilisation azotée est une condition nécessaire, mais pas suffisante pour limiter le transfert des nitrates vers les eaux L introduction de «modèles» dynamiques permet aux nouveaux OAD pour la fertilisation (ex.: AzoFert ), d être plus précis, plus conformes aux connaissances acquises, et de prendre en compte la diversité des situations agropédoclimatiques L utilisation d outils plus précis nécessite une attention particulière à la qualité des données d entrée La diversité des sources organiques (qualité, dynamique de décomposition), la nature (forme solide ou liquide) et la gestion (apport en surface ou incorporation dans le sol) sont prises en compte

28 Conclusions (2) L introduction de nouveaux termes (comme les pertes gazeuses) permet d évaluer les risques environnementaux liés à l utilisation d une dose et d une forme d engrais dans une situation donnée Pour les plantes récoltées en grains, les objectifs de production doivent être évalués précisément pour déterminer les besoins en N, et l utilisation des outils de pilotage est très complémentaire du bilan Les stratégies de fertilisation : fractionnement des apports, dates d apport, formes des engrais sont à appliquer pour une valorisation maximale des apports

29 Merci de votre attention Séminaire scientifique «Objectif : basses fuites en nitrate»