Fertilisation et amendements

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1 Collection dirigée par Madeleine ASDRUBAL Ingénieur d agronomie ENESAD Fertilisation et amendements dossier d autoformation Domaine technologique et professionnel Educagri éditions, 2006

2 Fertilisation et amendements dossier d autoformation Conception et rédaction : Expertise et conseils : Mise à jour 2006: Avec le concours financier : Couverture, PAO, illustrations: Photographies de couverture : Sylvie DEBLAY (ENESAD) avec la collaboration de C. CHARONNAT (ENESAD) François DENYS (CFPPA de Carpentras), Jean-Claude FRESSE (ENESAD), Karim RIMAN (Agro Sud Consultants), Jean-Louis ROCHE (CFPPA de Carpentras) Jean-Michel THOMAS (ENESAD) du ministère de l Agriculture et de la Pêche (Direction générale de l Enseignement et de la Recherche) Françoise PRÉVOST ET Frédéric BLANDIN Joseph de la BOUERE, Françoise PRÉVOST symboles utilisés : remarque attention! pour en savoir plus recherche d informations propositions vrai faux exercez-vous corrigé autoévaluation 1-de 10 à de 12 à plus de 15 Aux termes du Code de la propriété intellectuelle, toute reproduction ou représentation, intégrale ou partielle, de la présente publication, faite par quelque procédé que ce soit (reprographie, microfilmage, scannérisation, numérisation ) sans le consentement de l auteur ou de ses ayants droit ou ayants cause est illicite et constitue une contrefaçon sanctionnée par les articles L et suivants du Code de la propriété intellectuelle. L autorisation d effectuer des reproductions par reprographie doit être obtenue auprès du Centre français d exploitation du droit de copie (CFC) 20 rue des Grands-Augustins Paris Tél : / Fax : Educagri éditions, 2 e édition 2006 ISBN ISSN : X Educagri éditions BP DIJON Cedex Tél / Fax editions@educagri.fr

3 Guide de l utilisateur C e document est un dossier d autoformation conçu pour étudier le raisonnement de la fertilisation des cultures et celui de l amendement des sols. Son utilisation doit vous permettre d atteindre l objectif suivant : «être capable d exposer les principes des amendements des sols et de la fertilisation des cultures». Il s agit d un objectif du brevet professionnel option responsable d exploitation agricole (BP REA) et, plus précisément, de l objectif 124 A de l UC 1 du domaine technologique et professionnel. Cet objectif concerne d autres formations initiales ou continues ; c est pourquoi vous pouvez être amené(e) à utiliser ce dossier dans le cadre d autres parcours de formation que ceux préparant au BP REA. Organisation du dossier Ce dossier comprend sept séquences : séquence séquence séquence séquence séquence séquence Les éléments minéraux dans la plante et dans le sol Les principes de la fertilisation et des amendements Les engrais et les amendements La fertilisation azotée La fertilisation phosphatée et potassique Les amendements minéraux basiques

4 guide de l utilisateur 4 Chaque séquence comporte des apports de connaissances et des exercices, une rubrique «En résumé» reprend à la fin les notions importantes à retenir. À l issue des six séquences, un test, qui vous permettra d autoévaluer vos apprentissages, vous est proposé. Vous trouverez les définitions des principaux termes introduits dans ce dossier dans le glossaire en fin de volume. Enfin, une bibliographie vous propose des références de documents à utiliser en complément de ce dossier ou pour en approfondir certains aspects. Consignes de travail Les séquences sont proposées dans l ordre où elles doivent être réalisées. Du fait de formations antérieures ou de votre expérience professionnelle, vous maîtrisez peut-être déjà tout ou partie des connaissances abordées dans ce dossier. Dans ce cas, pour vous en assurer, réalisez le test d autoévaluation proposé en fin de dossier page 106. À vous de construire votre parcours individualisé d utilisation! Vous pouvez utiliser ce dossier chez vous ou au centre de formation. Dans ce dernier cas, vous pourrez bénéficier de l appui d un formateur et accéder à d autres documents. En complément de ce dossier, des activités peuvent vous être proposées par un formateur : réalisation et interprétation d analyses de terre, de bilans, de plans de fumure... Il existe également des documents photographiques et des vidéos. Demandez au formateur de vous les procurer. Avant d aborder ce document, un certain nombre de notions concernant la matière organique végétale, son élaboration, la croissance et le développement des végétaux, le sol et ses propriétés doivent vous être familières. Comme pour les autres thèmes du domaine technologique et professionnel, des notions de base en chimie sont également nécessaires. Ce dossier vous appartient, vous pouvez l annoter et y noter vos réponses aux exercices et au test d autoévaluation. Vous disposez maintenant de toutes les informations et consignes nécessaires à l utilisation de ce dossier d autoformation.

5 Sommaire Guide de l utilisateur 3 Séquence 1 Les éléments minéraux dans la plante et dans le sol 7 1 Les minéraux dans la plante 8 2 Les minéraux dans le sol 11 En résumé 14 Corrigés 15 Séquence 2 Les principes de la fertilisation et des amendements 16 1 Fertilité et fertilisation 17 2 Les lois d action des éléments fertilisants 20 3 La fertilisation raisonnée 25 4 L appréciation des sols 26 En résumé 29 Corrigés 30 Séquence 3 Les engrais et les amendements 31 1 Définitions 32 2 Les engrais 33 3 Les amendements 44 En résumé 52 Corrigés 53 Séquence 4 La fertilisation azotée 55 1 Fertilisation azotée et environnement 56 2 Bilan global de l exploitation 61 3 Bilan azoté et calcul de la fumure 62 En résumé 75 Corrigés 76

6 sommaire 6 Séquence 5 La fertilisation phosphatée et potassique 80 1 Les règles de fertilisation phosphatée et potassique 80 2 Calcul de la fertilisation phosphatée 88 3 Calcul de la fertilisation potassique 92 En résumé 97 Corrigés 98 Séquence 6 Les amendements minéraux basiques 99 1 Pourquoi utilise-t-on des amendements minéraux? Les bases du raisonnement des apports d amendements minéraux 103 En résumé 105 Autoévaluation 106 Glossaire 126 Bibliographie 129

7 séquence 1 Les éléments minéraux dans la plante et dans le sol Dans cette séquence, après un rappel sur les besoins nutritifs des végétaux, vous découvrirez le comportement des éléments minéraux dans le sol. Elle est organisée de la façon suivante : 1 Les minéraux dans la plante 8 2 Les minéraux dans le sol L azote dans le sol Le phosphore dans le sol Le potassium dans le sol 13 En résumé 14 Vous trouverez les corrigés des exercices à partir de la page 15. Les définitions des principaux termes introduits dans cette séquence sont réunies dans le glossaire en fin de volume (à partir de la page 126).

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9 les éléments minéraux dans la plante et dans le sol 9 2. Citez les principaux éléments prélevés par la plante dans le sol et dans l air (indiquez leur symbole chimique). 3. Sous quelles formes chimiques trouve-t-on ces éléments dans la plante? Reportez-vous au corrigé page 15 Composition élémentaire moyenne des plantes vertes Éléments Teneur moyenne (% MS) oxygène (O) 42 à 44 carbone (C) 40 à 45 hydrogène (H) 6 à 7 azote (N) 1 à 3 calcium (Ca) 0,5 à 3,5 potassium (K) 0,1 à 3 phosphore (P) 0,05 à 1 soufre (S) 0,1 à 0,5 silicium (Si) 0,2 à 3 sodium (Na) 0,02 à 1,5 magnésium (Mg) 0,03 à 0,08 fer (Fe) 0,004 à 1,3 autres éléments (Cl, Mn, Cu, Zn, Al, Mo...) traces Les éléments majeurs : carbone, oxygène, hydrogène, azote, calcium, potassium, phosphore, soufre, magnésium, etc., sont les plus abondants dans la matière végétale. Les uns (C, H, O, N, P, S) sont présents dans les molécules organiques de la plante (glucides, lipides, protéines) et dans l eau, les autres dans des sels minéraux. Des oligoéléments (fer, cuivre, zinc, manganèse, molybdène, etc.), présents en très faibles quantités, sont néanmoins indispensables aux plantes car ils jouent un rôle dans des processus vitaux.

10 les éléments minéraux dans la plante et dans le sol 10 Remarque : La composition des végétaux en éléments minéraux peut varier en fonction de l espèce, de l âge et de la nature des organes et, enfin, de la composition du sol et de facteurs externes (aération, température). Pour certains atomes, leur remplacement ne paraît pas avoir d effet majeur. Les plantes tirent normalement du sol l eau et les minéraux dont elles ont besoin. Elles absorbent ces éléments sous forme d ions (NO - 3, K +, HPO 2-4, Ca 2+...). Leurs besoins sont variables mais, dans tous les cas, des déficiences ou des excès en certains minéraux se traduisent par des baisses de croissance et de productivité, des baisses de qualité (changements de la composition des végétaux) et/ou des symptômes caractéristiques. C est le cas des chloroses, qui peuvent provenir d un manque en certains éléments majeurs (azote, phosphore, soufre, fer), de l indisponibilité d un élément à cause de la trop grande abondance d un autre (ex. : K et Mg) ou encore d une activité biologique du sol trop réduite. Les éléments qui limitent le plus la croissance et donc le rendement des cultures sont l azote, le phosphore et le potassium.

11 2 Les minéraux dans le sol les éléments minéraux dans la plante et dans le sol 11 Le sol contient toujours des éléments minéraux en abondance mais ceuxci ne sont pas totalement disponibles pour les plantes car ils peuvent être liés à des degrés variables aux roches ou à l argile. Le phosphore, par exemple, peut se trouver sous plusieurs formes plus ou moins liées au sol. Seule la fraction des réserves qui peut passer dans la solution du sol est susceptible d être utilisée par les plantes au cours d un cycle de culture. On appelle cette fraction la réserve biodisponible du sol. Remarque : Le rôle des différents éléments minéraux, les mécanismes d absorption par les plantes et les caractéristiques du sol (propriétés physiques, propriétés chimiques et propriétés biologiques) ne sont pas abordés dans ce dossier. Pour étudier ces aspects, vous pouvez vous reporter au cédérom 10 en agronomie, F. Desvages et B. Prats, Educagri éditions, L azote dans le sol L azote du sol se trouve dans les résidus végétaux et dans les déjections animales, dans les matières organiques en décomposition, dans l humus, dans la biomasse microbienne et dans la solution du sol. Il est sous trois formes différentes : azote gazeux N 2 dans l air du sol, azote minéral : ions nitrates NO - 3 et quelques ions nitrites NO - 2 dans la solution du sol, ions ammonium NH + 4 fixés sur le complexe argilohumique (CAH), et, surtout, azote organique (98 à 99 % de l azote total) dans les molécules constitutives de la matière organique du sol. De toutes ces formes, seuls les ions nitrates NO - 3 sont directement assimilables par les plantes. Sous certaines conditions, les ions ammonium NH + 4 peuvent cependant être absorbés faiblement.

12 les éléments minéraux dans la plante et dans le sol 12 L azote organique est transformé en azote minéral grâce à l action de bactéries du sol. Cette minéralisation se déroule en deux principales étapes, l ammonification (N organique NH + 4 ) et la nitrification (NH + 4 NO - 3 ). L azote ammoniacal (NH + 4 ) est une forme transitoire de l azote minéral. Il est en général rapidement transformé en nitrates. La vitesse et l importance de ces transformations dépendent essentiellement du type de sol et des conditions climatiques : elles sont plus rapides et plus importantes dans les sols sableux que dans les sols argileux et la chaleur et l humidité leur sont favorables. Proportions des différentes formes d azote selon l intensité de la minéralisation Minéralisation importante ph légèrement alcalin, ressuyage correct, taux de matière organique (MO) correct, essentiellement NO - 3, NH + 4 rare Minéralisation plus limitée sols plus ou moins battants, ph légèrement acide, surtout NO 3 -, un peu NH 4 + Minéralisation moyenne mauvais ressuyage, autant de NH 4 + que de NO 3 - et irrégulière Faible minéralisation 1.en sols lourds ou acides NH + 4 > NO en sols calcaires NO 3 - > NH 4 + S il est immédiatement disponible pour la nutrition végétale, l azote nitrique est très peu retenu par le complexe argilo-humique. Il peut être lessivé et entraîné dans la nappe phréatique ou, dans une moindre mesure, volatilisé dans l atmosphère sous forme d ammoniac (NH 3 ) ou d azote gazeux (N 2 ) sous l action de bactéries spécifiques. À certaines époques de l année, et suivant la quantité de carbone facilement assimilable (résidus végétaux et/ou produits organiques incorporés au sol), une partie de l azote minéral peut être assimilée par des microorganismes du sol. Ce phénomène constitue une organisation de l azote minéral sous forme de biomasse microbienne.

13 les éléments minéraux dans la plante et dans le sol Le phosphore dans le sol Dans les sols agricoles cultivés depuis longtemps, un tiers du phosphore est associé à la matière organique et les deux tiers restants sont sous forme minérale. Directement ou non, les formes minérales peuvent être retenues à la surface de nombreuses particules : argiles, matières organiques et surtout oxydes et hydroxydes de fer et d aluminium. En sols calcaires, les phosphates calciques évoluent vers des formes de moins en moins solubles. En définitive, moins de 0,1 % du phosphore total est libre dans la solution du sol sous forme d ions phosphates (H 2 PO - 4 et HPO 2-4 ). Même si on apporte des engrais, la plus grande part du phosphore absorbé par les plantes (de 75 à 100%) provient du phosphore biodisponible du sol. Celui-ci est constitué des ions présents dans la solution du sol et d une fraction très mobile d ions adsorbés sur la phase solide du sol. La réalimentation du pool de phosphore disponible par les ions adsorbés et retenus plus énergétiquement est lente (de plusieurs semaines à plus d un an). L assimilation du phosphore des engrais par les plantes dépend de la quantité apportée, de sa forme chimique, des caractéristiques du sol et de la plante cultivée et, enfin, du temps de contact entre le sol et l engrais. Ainsi, pour une durée de contact d un à deux mois, l engrais le plus soluble est utilisé à 15 % et ce coefficient d utilisation peut tomber à moins de 1 % pour des engrais à faible solubilité. Les pertes en phosphore dans l environnement sont en général faibles. Elles proviennent surtout du ruissellement et un peu du lessivage dans les sols sableux très légers. 2.3 Le potassium dans le sol Le potassium (K) est un élément abondant dans la nature car toutes les roches en contiennent. Les roches cristallines en sont plus riches que les roches sédimentaires (0,4 à 6 % contre 0,2 à 2,5 %). Les minéraux argileux sont la principale source de potassium pour les plantes. Le potassium biodisponible pour les végétaux, couramment estimé par la mesure du potassium échangeable, est constitué des ions de la solution du

14 les éléments minéraux dans la plante et dans le sol 14 sol et de ceux adsorbés par les charges négatives de la capacité d échange cationique du sol. La réalimentation du pool de potassium biodisponible se fait par altération du potassium inclus dans les réseaux cristallins des minéraux ou par libération de celui inclus entre les feuillets de certaines argiles (montmorillonites et illites). Les pertes en potassium dans l environnement sont faibles. Elles proviennent du ruissellement et un peu du lessivage, surtout en sols sableux. Remarque : Dans tous les cas, même s ils sont apportés sous une forme soluble, les engrais phosphatés et potassiques ne sont jamais utilisés en totalité par les cultures. Cellesci ne prélèvent en moyenne que 0 à 30 % des apports. Le reste est fixé dans le sol sous des formes plus ou moins disponibles. En résumé Les plantes prélèvent dans la solution du sol les éléments minéraux et l eau nécessaires à leur croissance. L azote du sol existe sous trois formes: gazeux dans l air du sol (N 2 ), minéral (NO - 3 et NH + 4 ) et, surtout, organique dans la matière organique du sol. Seuls les ions nitrates (NO - 3 ) sont directement assimilables par les plantes et sont libres dans la solution du sol. Le phosphore du sol est lié à la matière organique ou à la fraction minérale du sol. Seule une infime partie se trouve sous forme d ions dans la solution du sol. Le potassium du sol est lié aux argiles ou libre sous forme d ions K + dans la solution du sol. Seuls les minéraux libres dans la solution du sol et ceux faiblement adsorbés sur la phase solide du sol peuvent être absorbés par les plantes. Ils forment la réserve biodisponible du sol.

15 les éléments minéraux dans la plante et dans le sol Corrigés Il s agit de la photosynthèse. 2. Le carbone (C), l oxygène (O), l hydrogène (H), l azote (N), le phosphore (P), le potassium (K), le calcium (Ca), le magnésium (Mg), le soufre (S), les oligoéléments. 3. Ils sont intégrés dans des molécules organiques (glucides, lipides, protéines) ou sous forme d ions circulant dans la sève. Corrigé de l exercice 1

16 séquence 2 Les principes de la fertilisation et des amendements Dans cette séquence, vous allez découvrir les principes agronomiques de l entretien et de l amélioration des capacités nutritives du sol. Vous verrez également les principes du raisonnement de la fertilisation et les critères d appréciation des sols. Elle est organisée de la façon suivante : 1 Fertilité et fertilisation 17 2 Les lois d action des éléments fertilisants Loi des restitutions Interactions et loi des facteurs limitants Loi des accroissements moins que proportionnels 23 3 La fertilisation raisonnée 25 4 L appréciation des sols 26 En résumé 29 Vous trouverez les corrigés des exercices à partir de la page 30. Les définitions des principaux termes introduits dans cette séquence sont réunies dans le glossaire en fin de volume (à partir de la page 126).

17 1 Fertilité et fertilisation les principes de la fertilisation et des amendements 17 Pourquoi fertilise-t-on? Lorsqu un sol est correctement pourvu en éléments minéraux, est-il nécessaire de fertiliser? Les sols renferment des quantités importantes d éléments dont la fraction mobilisable assure la nutrition minérale des végétaux. Cependant, les réserves naturelles d un sol ne permettent de pratiquer qu une agriculture extensive. En effet, à cause des prélèvements des végétaux, ces réserves ne peuvent que diminuer. Les pratiques des agriculteurs, en particulier l utilisation d engrais et d amendements, permettent de corriger les déficiences naturelles du sol, de maintenir une teneur correcte des principaux éléments, d éviter l épuisement du sol et d améliorer la productivité des cultures. Une fertilisation équilibrée améliore également la résistance des cultures aux maladies, aux ravageurs et à la concurrence avec les mauvaises herbes. Cependant, compte tenu de son coût et de son impact sur la qualité des produits et surtout sur l environnement (pollution par les nitrates notamment), la conduite de la fertilisation doit être raisonnée le plus finement possible, à partir du bilan des éléments nutritifs dans le sol. Remarque : Dans le langage courant, on emploie indifféremment les termes fumure et fertilisation. Si on veut être plus précis, la fumure est l ensemble des apports de matières fertilisantes fournies au sol ou aux cultures (c est-à-dire des quantités de produits). La fertilisation est l ensemble des actions destinées à améliorer la fertilité des sols, parmi lesquelles l apport de matières fertilisantes (fumure) est la principale.

18 les principes de la fertilisation et des amendements 18 Bilan des éléments nutritifs dans le sol La fertilité d un sol peut être définie comme sa capacité à fournir des récoltes abondantes et de bonne qualité. Elle se décline en trois composantes essentielles : une composante chimique qui correspond à l aptitude du sol à fournir des éléments nutritifs en quantités suffisantes à l élaboration du rendement ; une composante physique liée à la création et au maintien d un état physique adapté au système de culture ; une composante biologique consécutive de l influence des êtres vivants utiles ou non à la production végétale. Le climat, les caractéristiques permanentes des sols et les pratiques des agriculteurs interviennent sur chacune des composantes de la fertilité des sols. La fertilité chimique des sols résulte tant de processus physico-chimiques que biologiques. La fraction organique du sol, en évolution permanente, permet la libération progressive et continue d éléments nutritifs pour les plantes (grâce à la minéralisation) et de substances énergétiques qui stimulent l activité biologique (microorganismes, champignons...). Elle joue aussi un rôle sur la structure du sol (formation des agrégats, aération, teneur en eau...).

19 les principes de la fertilisation et des amendements 19 L activité des êtres vivants du sol, notamment celle des microorganismes, contribue à modifier les caractéristiques physico-chimiques des sols (structure, ph). Elle permet le recyclage des éléments minéraux (cycle des éléments), la décomposition et la minéralisation de la matière organique, la formation de l humus. Il existe aussi de nombreuses interactions bénéfiques entre les êtres vivants du sol et les plantes : mycorhizes, bactéries libres fixatrices d azote, bactéries symbiotiques des légumineuses. De plus, certains microorganismes semblent capables de stimuler la croissance et le développement des plantes tandis que d autres les protègent des agents pathogènes. On voit donc l importance de gérer le stock de matière organique des sols. L acidification progressive des sols sous l influence des processus naturels, de la production des plantes et des pratiques culturales amène à gérer également le statut acido-basique des sols. L usage d amendements minéraux basiques permet de maintenir le ph à un niveau compatible avec une biodisponibilité satisfaisante des éléments minéraux et un état optimal de la composante physique de la fertilité.

20 2 Les lois d action des éléments fertilisants Les principes de la fertilisation minérale reposent en partie sur trois lois fondamentales qui décrivent notamment les effets de l apport d éléments fertilisants aux cultures. 2.1 Loi des restitutions Le sol perd les éléments minéraux qui sont prélevés par les plantes et exportés dans les récoltes. Ces éléments peuvent aussi disparaître par érosion et par lessivage ou être bloqués à plus ou moins long terme. Pendant sa croissance, la plante prélève des éléments minéraux essentiellement dans la solution du sol. Les prélèvements totaux correspondent à la quantité maximale contenue dans la plante, au moment où elle en renferme le plus. Les exportations, c est-à-dire les quantités soustraites au cycle des éléments par les récoltes, sont en général inférieures aux prélèvements car les plantes restituent des éléments en fin de cycle de végétation, en particulier par les résidus de récolte (racines, tiges...). En fertilisation raisonnée, la mesure des exportations sert de base pour les calculs de fumure en phosphore et potassium, celle du prélèvement maximal est utilisée pour le raisonnement de la fertilisation azotée. Prélèvements et exportations de quelques cultures (en kg/ha) Blé 88 q Maïs 76 q Colza 28 q Betterave 85 t N P 2 O 5 K 2 O N P 2 O 5 K 2 O N P 2 O 5 K 2 O N P 2 O 5 K 2 O Prélèvement maximal Prélèvement à la récolte Exportations (grains ou racines) Prélèvement journalier maxi. 1,62 0,84 6 4,4 1,2 10 3,6 1,7 8 5, Source : Les courbes d absorption des éléments minéraux, SCPA-DGER (1992). Le prélèvement maximal désigne la quantité contenue au moment où la culture en renferme le plus. Le prélévement à la récolte désigne la quantité contenue au moment de la récolte.

21 les principes de la fertilisation et des amendements 21 Le prélèvement total en K est très supérieur au prélèvement à la récolte car les plantes restituent beaucoup d éléments en fin de cycle de végétation. L importance des restitutions après la récolte (prélèvement à la récolte exportations) dépend surtout de la destination des résidus de récolte et des organes récoltés (grains, racines, plante entière, etc.). Étudiez le tableau précédent et répondez aux questions. 1. Pour quel élément constatez-vous la plus grande différence entre prélèvements à la récolte et exportations? Pourquoi? exercice 1 2. Si on admet que les résidus de récolte restituent l ensemble des éléments minéraux qu ils contiennent, calculez le montant des restitutions en N, P et K provenant des résidus de récolte du colza. Reportez-vous au corrigé page 30 Au niveau de la parcelle, il y a des pertes en éléments minéraux dues à plusieurs mécanismes : le lessivage peut être important pour l azote, le magnésium, le soufre et le calcium. Il est plus faible pour le potassium et quasiment nul pour le phosphore. Le lessivage est très variable selon le climat, la nature du sol (important en sol sableux et faible en sol argileux), la nature des engrais utilisés et les couverts végétaux. Presque inexistant dans les prairies, il est élevé dans les sols nus ; le phosphore peut être rétrogradé plus ou moins fortement selon les sols sous forme de composés très peu solubles tels des phosphates de fer et d aluminium en milieu acide et des phosphates calciques en milieu calcaire ; les plantes peuvent aussi faire une consommation supérieure à leurs besoins de certains éléments (N et plus rarement K). D autres mécanismes, à l inverse, peuvent compenser en partie ces pertes. C est le cas de la fourniture d azote par des bactéries (azotobacter, rhizobium) ou de la libération progressive des réserves du sol, solubilisées grâce à l activité biologique.

22 les principes de la fertilisation et des amendements 22 La loi des restitutions peut être énoncée ainsi : pour éviter l épuisement des sols cultivés, les exportations d éléments minéraux doivent être compensées par des restitutions. Dans la pratique, il est préférable de substituer la notion d avance à celle de restitution. La fertilisation doit donc apporter suffisamment d éléments minéraux pour compenser ceux qui sont soustraits au sol par l enlèvement des récoltes (grains, racines ou plantes entières) et par les pertes subies dans l environnement (lessivage...). 2.2 Interactions et loi des facteurs limitants L action d un élément minéral peut être modifiée par la présence ou l absence d un ou plusieurs autres éléments. L effet de ces interactions peut être positif ou négatif. Par exemple, la présence d ions chlorures ou d ions nitrates facilite l absorption des ions potassium et calcium et la présence d ions magnésium celle des ions phosphates. À l inverse, un excès de calcium peut gêner l absorption du potassium, du magnésium ou du fer, provoquant des chloroses. De plus, l insuffisance ou l excès d un élément peut limiter la croissance des végétaux. En fait, cette loi d interaction met en évidence l interdépendance entre les différents éléments nutritifs. De plus, ces interactions existent entre tous les facteurs et conditions de la production : N et désherbage, fertilisation et structure du sol Un élément minéral peut être limitant à l expression du potentiel de production d une culture aussi bien d ailleurs qu un état structural dégradé (tassement par exemple).

23 les principes de la fertilisation et des amendements 23 Effets de l interaction entre l azote et le phosphore sur le rendement d une culture 60 kg/ha de N 120 kg/ha de N 50 kg/ha de P q 67 q 100 kg/ha de P q 75 q Ce tableau donne les rendements d une culture pour différentes combinaisons de doses d engrais azoté et phosphaté. Il y a une interaction positive entre l action de l azote et celle du phosphore. Par rapport au témoin 60 N-50 P 2 O 5 : l effet de l augmentation de la dose d azote est de = + 12 q, l effet de l augmentation de la dose de phosphore est de = + 3 q, l effet de l augmentation des doses des 2 éléments est de = + 20 q, c est-à-dire plus que la somme des effets de l application séparée des mêmes doses (12 + 3). Parmi les exemples les plus courants d interactions, on peut citer la carence en magnésium due à un excès de potassium, la carence en zinc due à un excès de phosphore, la carence en manganèse après un chaulage ou encore la carence en potassium par un excès de calcium et de magnésium. 2.3 Loi des accroissements moins que proportionnels Si on augmente les apports d un élément déficitaire, on constate dans un premier temps une augmentation du rendement. Dans un deuxième temps, cet effet se ralentit puis cesse : l apport croissant d engrais n augmente plus le rendement. Au-delà, l effet peut même être négatif et le rendement peut baisser (à cause de phénomènes de toxicité, de la sensibilité à la verse et aux maladies ou encore des retards de maturité). Cette loi peut être résumée ainsi : à une augmentation croissante de fertilisants correspond une augmentation de rendement de plus en plus faible.

24 les principes de la fertilisation et des amendements 24 Évolution du rendement en fonction des apports d engrais azotés exercice 2 1. Dans cet exemple, quelle est la dose d azote permettant un rendement maximum? Reportez-vous 2. Qu est-ce qu un rendement optimum et pourquoi est-il différent du rendement maximum? au corrigé page 30 Fertilisation et qualité des produits Pour en savoir plus La qualité d un produit agricole correspond à plusieurs critères: qualité apparente (aspect, conservation), qualité technologique (valeur boulangère, teneur en sucre, teneur en fécule...), qualité gustative (goût, odeur, appétence) et qualité nutritive (teneur en minéraux, vitamines, protéines...). La fertilisation peut jouer un rôle sur la qualité des produits. Par exemple, la fertilisation potassique tend à augmenter la teneur en sucre de la betterave mais un excès de fertilisation azotée peut diminuer l extractabilité du sucre. Cette même fertilisation potassique améliore la tenue à la cuisson de la pomme de terre mais peut diminuer la farinosité de la chair. Une fertilisation azotée adaptée augmente la teneur en protéines du blé et sa valeur boulangère. L orge de brasserie, à l inverse, doit être pauvre en protéines, la fertilisation azotée ne doit pas être excessive. Une fertilisation optimale, grâce à un bon équilibre entre les éléments apportés, cherche à assurer à la fois un rendement élevé et une bonne qualité de la récolte, dans le respect de l environnement.

25 les principes de la fertilisation et des amendements 3 La fertilisation raisonnée 25 La fertilisation repose sur les lois d actions des éléments fertilisants qui viennent d être décrites, mais aussi sur des facteurs économiques et humains. Parmi ces facteurs, plusieurs jouent un rôle sur les pratiques des agriculteurs et notamment sur la fertilisation: la politique agricole commune (PAC) et les prix, qui conditionnent le choix du niveau d intensification et, enfin, la protection de l environnement. En conséquence, plus que jamais, l agriculteur doit définir précisément ses objectifs de production et ses itinéraires techniques, et prendre en compte la nature du sol et des cultures, ainsi que les ressources organiques disponibles (effluents d élevage, boues...). Le raisonnement de la fertilisation comporte deux étapes indispensables : le diagnostic, principalement à partir des analyses de terre, et la préconisation. Remarque : La fertilisation azotée est contestée à cause de l augmentation de la teneur en nitrates dans les nappes phréatiques et, en conséquence, dans l eau potable. C est également le premier poste consommateur d énergie en grandes cultures (50 % des dépenses énergétiques pour le blé). Il est donc indispensable de maîtriser cette fertilisation pour l ajuster strictement aux besoins. C est particulièrement flagrant dans le cas de production de biocarburant où la quantité d énergie consommée par la culture ne doit pas être supérieure à celle qu elle est susceptible de produire!

26 4 L appréciation des sols On a vu que la nutrition des plantes dépend en partie des caractéristiques du sol : richesse en éléments minéraux, facteurs physiques et physicochimiques. Une terre riche en phosphore, par exemple, mais compacte, fournit aux cultures moins de phosphore qu une terre pauvre mais meuble, où les racines se développent bien. Les premiers indicateurs de fertilité d un sol sont le rendement et la qualité de la récolte obtenue. Différentes méthodes permettent aussi d apprécier cette fertilité : l examen du profil cultural (état physique et biologique), l analyse de terre (analyse physique et analyse chimique) et l analyse chimique de végétaux (analyses de feuilles ou de pétioles). Ces méthodes peuvent être complétées par des tests biologiques et par l étude de la végétation (plantes cultivées, plantes indicatrices). Grâce à elles, on peut expliquer certaines déficiences de rendement, orienter le choix des cultures ou des porte-greffes (notamment en viticulture, en arboriculture et en sylviculture), prescrire le travail du sol et les amendements et, surtout, donner des conseils de fertilisation. L analyse de terre est le principal outil d appréciation des sols. Elle comporte deux parties : l analyse physique, qui détermine la composition granulométrique, la teneur en calcaire (total et actif) et la teneur en matières organiques ; l analyse chimique, qui détermine le ph, la teneur en azote, en anhydride phosphorique (P 2 O 5 ) extractible, en oxyde de potassium (K 2 O) échangeable, en magnésie (MgO) échangeable, la capacité d échange en cations (CEC) et, éventuellement, en oligoéléments.

27 les principes de la fertilisation et des amendements 27 Principales déterminations de l analyse de terre Détermination Caractéristiques Référence Granulométrie Répartition des particules minérales de la terre fine (<2 mm) du plus fin NF X au plus grossier: argiles, limons fins et grossiers, sables fins et grossiers Matière organique Calcaire ph CEC À partir du carbone organique. La mesure de l azote total permet le calcul du rapport Carbone/Azote (C/N) Réparti dans les différentes fractions granulométriques; la mesure du calcaire actif est utile pour certaines cultures pérennes Mesure du ph d une suspension de sol dans l eau ou le chlorure de potassium Estimation de la réserve en cations (Ca, K, Mg, Na) du complexe argilohumique NF ISO NF ISO NF ISO NF Cations échangeables Offre alimentaire de ces éléments NF X Phosphore Offre alimentaire de cet élément ci-dessous Oligoéléments Classiquement le cuivre, le zinc et le manganèse sont déterminés mais aussi le bore NF X NF X Azote minéral Utile pour calculer la fertilisation azotée par la méthode des bilans NF ISO Remarques : Dans le cas du phosphore, le choix de la méthode d extraction (Dyer : NF X , Joret-Hébert : NF X ou Olsen : NF ISO 11263) dépend du ph du sol. Les résultats obtenus sont sensiblement différents et l interprétation doit donc tenir compte de la méthode utilisée. Pour qu une analyse de terre soit fiable, l échantillon de terre doit être représentatif et avoir été prélevé en respectant certaines modalités. Il est recommandé de s adresser aux laboratoires d analyse des sols agréés par le ministère de l Agriculture et/ou accrédités COFRAC. C est une garantie de fidélité des résultats et de respect des références analytiques utilisées. L interprétation de l analyse est délicate. Une connaissance approfondie des sols de la région et du climat est nécessaire pour éviter les erreurs d interprétation et les mauvais conseils. C est pourquoi les normes d interprétation des analyses de terre doivent être comparées à des valeurs de référence (ou valeurs souhaitables) établies pour les sols de chaque région naturelle. Ces références sont utilisées par les techniciens pour donner des conseils de fumure aux agriculteurs, en fonction des cultures implantées.

28 les principes de la fertilisation et des amendements 28 Exemple d analyse de terre Refus à 2 mm 4 % NF X /11/92 ANALYSE DE LA TERRE FINE Granulométrie Sable grossier 5,6 % NF X /09/03 Sable fin 3,6 % Limon grossier 4,0 % Limon fin 25,8 % Argile 61,0 % Texture d argile - Humidité pondérale 3,1 % NF ISO /08/94 - Calcaire total (CaCO 3 ) 15,3 % NF ISO /06/95 Riche - Calcaire actif (CaCO 3 ) (Méth. Drouineau) 3,7 % NF X /09/02 - ph H 2 O 8,14 NF ISO /11/94 alcalin - ph KCI 7,25 NF ISO /11/94 - Carbone organique (C) 20,7 g/kg NF ISO /09/98 - Matière organique (Cx1,758) 36,4 g/kg soit 3,64 % faible Azote total (N) 1,78 g/kg NF ISO /06/95 Rapport C/N 11,6 normal - Phosphore J-Hebert (P 2 O 5 ) 0,185 g/kg NF X /12/99 assez pauvre Cations échangeables - Potassium (K 2 O) 0,749 g/kg soit 1,59 cmol+/kg NF X /09/02 riche - Magnésium (MgO) 0,126 g/kg soit 0,62 cmol+/kg NF X /09/02 correct - Calcium (CaO) 13,776 g/kg soit 49,18 cmol+/kg NF X /09/02 - Capacité d échange en cations (CEC) 24,1 cmol+/kg NF X /12/99 élevé Oligoéléments - Cuivre (Cu) 68,2 mg/kg NF X /05/03 très élevé - Zinc (Zn) 5,6 mg/kg NF X /05/03 élevé - Manganèse (Mn) 4,3 mg/kg NF X /05/03 faible - Bore (B) (Méth. azométhine) 0,56 mg/kg NF X /12/99 normal Observations : Résultats exprimés sur la terre fine non corrigée de l humidité résiduelle Commentaires associés aux résultats d analyses hors champ d accréditation. Source : D après le laboratoire départemental de Côte d Or (2004). Remarque : La mesure de la CEC (et des cations échangeables) est exprimée, conformément à la norme en cmol+/kg. Les valeurs numériques correspondent aux anciennes unités soit des meq/100 g. Faites vérifier vos informations par un formateur Recherche d informations Procurez-vous les résultats de plusieurs analyses de terre et les références d interprétation régionales de la région naturelle où vous projetez de vous installer. Vous trouverez ces références en vous adressant à la chambre d agriculture de votre département. Exercez-vous à interpréter les analyses en fonction des références.

29 les principes de la fertilisation et des amendements 29 En résumé Le fertilité d un sol correspond à sa capacité à fournir des récoltes abondantes et de bonne qualité. Elle dépend de nombreux facteurs naturels ou résultant des pratiques agricoles. La fertilisation et les amendements font partie des moyens permettant de préserver ou d améliorer cette fertilité. Les principes de la fertilisation reposent sur des lois décrivant l action des éléments fertilisants sur les cultures : les exportations doivent être compensées par des avances aux cultures, l action d un élément minéral peut être modifiée par la présence ou l absence d un autre facteur de production, au-delà d un certain seuil, un apport croissant d engrais n augmente plus le rendement. La fertilisation raisonnée tient compte de ces trois lois et intègre également le contexte économique et environnemental. Elle comporte deux phases : un diagnostic et des préconisations. Le diagnostic est effectué à partir des analyses de terre dont l interprétation permet de donner des conseils de fertilisation.

30 les principes de la fertilisation et des amendements 30 Corrigés Corrigé de l exercice 1 Corrigé de l exercice 2 1. Il s agit du potassium (K). Les parties aériennes des végétaux contiennent beaucoup de K, qui retourne au sol si les résidus de récolte sont enfouis. 2. N = 74 kg/ha ; P 2 O 5 = 29 kg/ha ; K 2 O = 184 kg/ha 1. La dose qui correspond au rendement maximal est de 80 kg d azote par hectare. 2. Le rendement optimum est déterminé en tenant compte des coûts de production de la culture. À partir d un certain seuil (la dose optimale), chaque kilo d azote supplémentaire apporte un gain de rendement de plus en plus faible. Un calcul économique permet de constater que l augmentation de rendement obtenue par ces apports d engrais supplémentaires coûte plus qu elle ne rapporte. Ce seuil dépend du prix de l engrais utilisé.

31 séquence 3 Les engrais et les amendements Dans cette séquence, vous allez découvrir les engrais et les amendements les plus couramment utilisés en agriculture, leurs principales caractéristiques et les critères qui permettent de les choisir. 1 Définitions 32 2 Les engrais Caractéristiques des engrais minéraux Principaux engrais azotés Principaux engrais phosphatés Principaux engrais potassiques Choisir un engrais Autres engrais minéraux Engrais organiques 42 3 Les amendements Amendements minéraux Amendements organiques 48 En résumé 52 Vous trouverez les corrigés des exercices à partir de la page 53. Les définitions des principaux termes introduits dans cette séquence sont réunies dans le glossaire en fin de volume (à partir de la page 126).

32 1 Définitions Pour améliorer ou préserver la fertilité des sols de son exploitation, l agriculteur peut utiliser des matières fertilisantes : les engrais et les amendements. Les engrais sont des produits de nature minérale ou organique que l on apporte au sol pour fournir aux végétaux des éléments minéraux plus ou moins rapidement disponibles. Les principaux engrais apportent de l azote, du phosphore et du potassium. Ces trois éléments sont appelés éléments fertilisants majeurs. Les amendements sont des produits de nature minérale ou organique que l on apporte au sol pour en modifier les caractéristiques physico-chimiques, c est-à-dire essentiellement la structure (mode d assemblage des constituants du sol) et le ph. Les principaux amendements minéraux apportent du calcium et du magnésium et les amendements organiques des matières organiques destinées à entretenir ou à enrichir le stock d humus du sol. Remarque : La distinction entre engrais et amendements n est pas toujours très nette car certains amendements contiennent d importantes quantités d éléments nutritifs.

33 les engrais et les amendements 2 Les engrais Caractéristiques des engrais minéraux Les engrais minéraux sont classés selon le nombre d éléments fertilisants majeurs (N, P, K) apportés : les engrais simples apportent un seul de ces trois éléments; ils peuvent contenir en plus certains éléments secondaires (Ca, S, oligoéléments...); les engrais composés contiennent deux ou trois de ces éléments: ce sont des engrais binaires (NP, NK, PK) ou ternaires (NPK). Ils sont formés du mélange d engrais simples (engrais de mélange, ex. : scories potassiques) ou sont obtenus en faisant réagir des matières premières entre elles (engrais complexes, ex. : nitrate de potassium). L étiquette d un engrais commercialisé doit indiquer obligatoirement : l identification du produit et la référence à la réglementation, la dénomination du type, les teneurs déclarées, la répartition des formes d azote (N total, N nitrique, N ammoniacal, N cyanamidé, N uréique, N organique), la solubilité pour le phosphore et le potassium, la finesse de mouture pour les engrais contenant des phosphates naturels ou des scories Thomas, éventuellement, la teneur en éléments secondaires. Tous les engrais commercialisés doivent être conformes à la norme européenne (Réglement CE 2003/2003) ou à celle fixée par la législation française (NF U42-001). Les engrais se présentent sous forme solide (en granulés, cristallisés, concassés, en perles, en poudre), en solution (solutions azotées, solutions binaires ou ternaires) ou sous forme de gaz liquéfié (ammoniac anhydre).

34 les engrais et les amendements 34 Attention! L unité de mesure utilisée dans les calculs de fertilisation est l unité fertilisante. Par convention, on considère que l unité fertilisante correspondant à l élément phosphore est l oxyde de phosphore P 2 O 5, que celle correspondant à l élément potassium est l oxyde de potassium K 2 O et que celle correspondant à l élément azote est l azote N. En réalité, ces formes chimiques n existent pas dans le sol mais, par convention, les formulations d engrais ainsi que le calcul des apports et des exportations se font dans ces unités. Par exemple, dans un engrais de formule : 0 représente le pourcentage en masse de l élément N, 12 représente le pourcentage en masse de l oxyde de phosphore (anhydride phosphorique) P 2 O 5, soit 12 kg de P 2 O 5 pour 100 kg de produit, 18 représente le pourcentage en masse de l oxyde de potassium K 2 O, soit 18 kg de K 2 O pour 100 kg de produit. Les anciennes appellations «acide phosphorique» et «potasse» ne sont plus autorisées. Remarque : L Union européenne (2003) recommande d exprimer les teneurs en éléments minéraux des engrais sous forme d éléments : phosphore (P) = 0,436 anhydride phosphorique (P 2 O 5 ) potassium (K) = 0,830 oxyde de potassium (K 2 O) calcium (Ca) = 0,715 oxyde de calcium (CaO) magnésium (Mg) = 0,603 oxyde de magnésium (MgO) sodium (Na) = 0,742 oxyde de sodium (Na 2 O) soufre (S) = 0,400 anhydride sulfurique (SO 3 )

35 les engrais et les amendements Principaux engrais azotés Les roches ne contiennent pas d azote. Tous les engrais azotés minéraux commercialisés sont donc des produits de synthèse, fabriqués à partir de l azote gazeux de l atmosphère. Leur fabrication est très coûteuse en énergie et leur prix est élevé. Ils sont classés en plusieurs catégories selon la forme chimique de l azote qu ils contiennent. Catégories d engrais azotés et principaux engrais Engrais Teneur en N Teneur en éléments Remarques secondaires Engrais nitriques action rapide nitrate de soude NaNO 3 16 % 36,5 Na 2 O nitrate de chaux Ca(NO 3 ) 2 15,5% 34 CaO nitrate de chaux et de magnésium 15 % 46% CaO et 8% MgO Engrais ammoniacaux action progressive sulfate d ammoniaque (NH 4 ) 2 SO 4 21% 61% SO 3 acidifiant ammoniac anhydre NH 3 82% gaz liquéfié Engrais ammoniacaux-nitriques les plus utilisés ammonitrates NH 4 NO 3, différents dosages 27 % et 33,5% moitié NO - 3, moitié NH + 4 sulfonitrate d ammoniaque 25 à 28 % 20 à 35% SO 3 éventuellement 8 % MgO Engrais amidiques NH + 4 dans le sol urée (N uréique) 46 % intéressant en sols cyanamide calcique (N cyanamidique) 18 à 21% 60 à 70% CaO acides ou lourds NB : Les engrais indiqués en italiques sont les plus couramment utilisés.

36 les engrais et les amendements Principaux engrais phosphatés Les engrais phosphatés sont fabriqués à partir de phosphates naturels (mines) ou de sous-produits de la sidérurgie. Ils sont classés en fonction de leur solubilité. Principaux engrais phosphatés (des plus solubles aux moins solubles) Superphosphates de chaux normal : 16 à 24 % de P 2 O 5 (22 à 30 % de SO 3, 38 à 50 % de sulfate de calcium) concentré : 25 à 37 % de P 2 O 5 (12 à 22 % de SO 3, 21 à 37 % de sulfate de calcium) triple: >38% de P 2 O 5 (2 à 12% de SO 3, 3 à 20% de sulfate de calcium) pas d action sur le ph Phosphates d ammonium monoammonique et diammonique engrais binaires : N et P, plusieurs teneurs ( , , , ) Phosphate bicalcique 38 % de P 2 O 5 Phosphal 30 à 35 % de P 2 O 5 à éviter en sols acides, usage limité aux sols basiques Scories de déphosphoration ou scories Thomas > 12 % de P 2 O 5, 45 à 50 % de CaO action amendante, également riches en oligoéléments. Ce produit disparaît progressivement Phosphates naturels de 25 à 33 % de P 2 O 5, 30 à 55 % de CaO à réserver aux sols acides

37 les engrais et les amendements Principaux engrais potassiques Les principaux engrais potassiques sont fabriqués à partir de deux roches, la sylvinite et la kiesérite, extraites des mines de potasse et de magnésium. Les plus couramment employés sont le chlorure de potassium (KCl), le sulfate de potassium (K 2 SO 4 ), le patentkali (sulfate double de potassium et de magnésium) et le nitrate de potassium (KNO 3, engrais binaire). 2.5 Choisir un engrais Pour fertiliser efficacement, il faut apporter les éléments minéraux en quantité suffisante et au meilleur moment, comme vous le verrez dans les séquences suivantes, mais aussi faire un épandage correct et utiliser des engrais de bonne qualité. Les principaux éléments de choix d un engrais sont sa composition chimique et la forme sous laquelle il se présente (granulé, en poudre, en solution). Les deux principales formes chimiques de l azote contenu dans les engrais minéraux sont les nitrates (NO - 3 ) et l azote ammoniacal (NH + 4 ). Les nitrates sont directement utilisables par les plantes tandis que l azote ammoniacal doit être nitrifié pour être utilisé, des pertes pouvant se produire lors de cette transformation. La pomme de terre préfère les sols acides et le colza consomme beaucoup de soufre. 1. En tenant compte de ces particularités, choisissez dans le tableau page 35 un engrais azoté qui puisse convenir à ces deux cultures. exercice 1 2. Dans quel cas ne faut-il cependant pas employer cet engrais? Reportez-vous au corrigé page 53

38 les engrais et les amendements 38 L engrais phosphaté le plus efficace est celui qui libère le plus rapidement le phosphore dans la solution du sol. Cette caractéristique dépend surtout de la solubilité : plus un engrais phosphaté est soluble, plus le phosphore est disponible pour les plantes et plus il est efficace. Les produits commercialisés vont des phosphates solubles aux phosphates insolubles, une solubilité décroissante correspondant à une efficacité moindre. Pour choisir l engrais le mieux adapté, il est donc très important de pouvoir identifier les formes sous lesquelles le phosphore de l engrais se trouve. En général, la seule indication dont on dispose concerne le réactif utilisé pour mesurer la solubilité. Il faut donc savoir l interpréter. Identification des formes de phosphore contenu dans les engrais phosphatés Si vous lisez sur l étiquette «solubilité dans...» : Le phosphore est sous forme de: Citrate d ammonium neutre et eau Citrate d ammonium alcalin (Petermann) Citrate d ammonium alcalin (Joulie) Acide citrique Acide formique Acide fort phosphate d ammonium ou superphosphate phosphate bicalcique phosphate aluminocalcique (phosphal) scories phosphates naturels tendres phosphates naturels durs, purs ou en mélange (ne pas utiliser) NB : Les engrais du tableau sont présentés dans un ordre de solubilité décroissant. Le choix de l engrais s effectue en tenant du compte du ph du sol. Les phosphates solubles dans l eau et le phosphate bicalcique sont utilisables dans tous les sols, tandis que les scories et les phosphates naturels tendres doivent être réservés aux sols légèrement ou très acides.