Analyse des impacts des pratiques de fertilisation raisonnée : étude de cas-types modélisés sous PerfAgroP3. 31 janvier 2017
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- Nadine Guérard
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1 Analyse des impacts des pratiques de fertilisation raisonnée : étude de modélisés sous PerfAgroP3 31 janvier 2017
2 OBJECTIFS DE L ETUDE Analyse chiffrée des impacts de changements de pratiques liées à la fertilisation sur les performances techniques, économiques et environnementales du système de production agricole. L étude s appuie sur la modélisation de représentatifs des systèmes grandes cultures et polyculture-élevages dans les principaux bassins de production français (métropole), et sur l outil de modélisation PerfAgroP3 développé par le Céréopa. Effet des pratiques de fertilisation raisonnée sur les performances des systèmes de production? Etude de 3 cas types d exploitations agricoles modélisés sous PerfAGroP3 Voir annexe biblio jointe
3 CHOIX DES CAS-TYPES Système grandes cultures : céréales et oléagineux, sols argilocalcaires Système grandes cultures : céréales, sols acides Système polycultureélevage : lait et cultures de vente 170 ha en céréales et oléagineux Rotation dominante colza-bléorge d hiver (3 ans) Potentiel de production moyen (sols argilo-calcaires vallonnés, ex. Aube) SAU = 130 ha en céréales Rotation dominante : maïs, blé, orge d hiver Potentiel de production moyen Sols acides ex. cas-type région Centre SAU = 380 ha en céréales, oléagineux, cultures fourragères (luzerne et prairies) 150 vaches laitières (1,5 millions de litres / an) à haut niveau de productivité ex. cas-type IDF 3
4 LES PRATIQUES TESTEES Système grandes cultures : céréales et oléagineux, sols argilocalcaires Système grandes cultures : céréales, sols acides Système polycultureélevage : lait et cultures de vente Choix de forme d engrais azotés moins volatiles Pilotage de la fertilisation Fumier composté Diversification et allongement de la rotation Choix de forme d engrais azotés moins volatiles A m e n d e m e n t s minéraux-basiques Dépôt du lisier par pendillards Couverture fosse à lisier Fertilisation localisée sur maïs & colza 4
5 CAS-TYPE 1 : SITUATION DE REFERENCE 1 Système grandes cultures : céréales et oléagineux, sols argilo-calcaires Description du système de production (situation de référence) : SAU = 170 ha en céréales et oléagineux Rota9on dominante colza- blé- orge d hiver (3 ans) Poten9el de produc9on moyen (sols argilo- calcaires vallonnés, ex. Aube) Intercultures sur 100% surfaces (ZV), TCS en céréales 1,5 UMO familiale ha de SAU 57 Escourgeon Colza Blé de colza ou féverole Cultures rendeme nt Prix payé prod. Apports N Apport s P Appor ts K Colza 3,5 T/ha 375 /T Blé tendre 88 qx/ha 173 /T Orge d H 80 qx/ha 160 /T
6 CAS-TYPE 1 : SITUATION DE REFERENCE 1 Système grandes cultures : céréales et oléagineux, sols argilo-calcaires Description du système de production (situation de référence) : RESULTATS TECHNICO- ECONOMIQUES Produit brut hors aides : K Charges opérahonnelles :.77 K Marge PerfAgro (PB Charges opé Charges méca) :..127 K Marges brutes cultures : blé 88 /T; orge 70 /T; colza = 140 /T Volume engrais achetés (tonnes) engrais Composé NP Composé NPK Solution azotée Prix achat 327 /T 434 /T 264 /T Produit Brut Achats intrants Achats engrais Charges méca 13 Composé NP soufre Solution azotée Composé NPK 6
7 CAS-TYPE 1 : SITUATION DE REFERENCE 1 Système grandes cultures : céréales et oléagineux, sols argilo-calcaires Description du système de production (situation de référence) : RESULTATS ENERGIE, GES et NH3 Global exploitahon : ConsommaHons d énergie : GJ Energie directe (= consommée à la ferme).40% (dont machines 37%) Energie indirecte (= des intrants achetés).60% (dont engrais 54%) Emissions de GES : 428 T éq. CO 2 GES direct (= émis à la ferme). 68% (dont épandage 50%) GES Indirect = des intrants achetés). 32% (dont engrais 30%) Emissions NH3 : kg NH3 Par kg de produit : Culture Consos Energie PP3 Emissions GES PP3 Colza 5,9 MJ/kg 0,67 kg CO2e/kg Blé 2,1 MJ/kg 0,31 kg CO2e/kg Orge H 2,5 MJ/kg 0,30 kg CO2e/kg
8 CAS-TYPE 1 : SITUATION DE REFERENCE 1 Système grandes cultures : céréales et oléagineux, sols argilo-calcaires Description du système de production (situation de référence) : PERFORMANCE NOURRICIERE Globale exploitahon : 3266 personnes nourries par an (contenu en énergie valorisable en alimenta3on humaine) 5474 personnes nourries par an (contenu en protéines valorisable en alimenta3on humaine) ENERGIE BRUTE GJ d énergie brute (des cultures de ventes) pour GJ d énergie non renouvelable consommée en amont
9 CAS-TYPE 1 : HYPOTHESES DES SCENARIOS 1 Système grandes cultures : céréales et oléagineux, sols argilo-calcaires Choix des scénarios Scénario 3 : utilisation de composts Colza -blé-orge (rendement 100) Situation de référence Colza -blé-orge (rendement 100) Scénario 1 : choix d intrants azotés - volatiles Colza -blé-orge (rendement 103) Scénario 2 : pilotage de la fertilisation sur blé Colza -blé-orge (rendement 104) Apports de compost de fumier de volaille sur colza Apports azotés en solution Apports azotés en ammonitrate Apports azotés en ammonitrate + Pilotage de l azote sur blé 9
10 CAS-TYPE 1 : HYPOTHESES DES SCENARIOS 1 Système grandes cultures : céréales et oléagineux, sols argilo-calcaires Scénario 1 : apports d azote en ammonitrate Hypothèses: Substitution de 100% de la solution azotée par de l ammonitrate 33,5% Scénario 1 : choix d intrants azotés - volatiles Colza -blé-orge (rendement 103) Apports azotés en ammonitrate Performance technique : Ammo 33,5 : 335 kg d N/tonne Gain d efficacité azote sur les cultures : +2.6 qx/ha en blé, +2.3 qx/ha en colza, qx/ha en orge Coût économique : Prix d achat de l azote + 15% en ammo vs. solution azotée Facteurs d impacts Energie/GES/NH3 : Engrais NRJ sortie usine GES Sortie usine GES Au champ NH3 Au champ Sol Azotée 46,1 MJ/kg N 3,57 kg CO2e/kg N 6,86 kg CO2e/kg N 0,125 kg NH3/kg N Ammo 33 41,8 MJ/kg d N 3,52 kg CO2e/kg N 5,62 kg CO2e/kg N 0,037 kg NH3/kg N 10
11 Résultats Construction des CAS-TYPE 1 : HYPOTHESES DES SCENARIOS 1 Système grandes cultures : céréales et oléagineux, sols argilo-calcaires Scénario 2 : ammonitrate et pilotage de la fertilisation sur blé Scénario 2 : pilotage de la fertilisation sur blé Colza -blé-orge (rendement 104) ammonitrate + Pilotage de l azote sur blé Hypothèses: Substitution de 100% de la solution azotée par de l ammonitrate 33,5% + Pilotage de la fertilisation azotée sur blé (d après état nutritionnel) Performance technique : Gain d efficacité azote sur les cultures : +3.8 qx/ha en blé, +2.3 qx/ha en colza, qx/ha en orge Coût économique : 11 Exprimé en /kg d azote (en +) Coût de l outil de pilotage : 10 à 20 /ha Facteurs d impacts Energie/GES : Mêmes hypothèses scénario 1
12 CAS-TYPE 1 : HYPOTHESES DES SCENARIOS 1 Système grandes cultures : céréales et oléagineux, sols argilo-calcaires Scénario 3 : Apports de fumier de volaille composté Scénario 3 : utilisation de composts Colza -blé-orge (rendement 100) Apports de compost de fumier de volaille sur colza Hypothèses: Apport de fumier de volaille composté (provenance : Belgique) avant semis du colza avec incorporation au sol en substitution de l engrais NP au printemps Performance technique : Mêmes hypothèses scénario de référence Coût économique : Prix d achat fumier de volaille = 45 /tonne Facteurs d impacts Energie/GES : Engrais NRJ sortie usine GES Sortie usine GES Au champ NH3 Au champ Composé NP 50,6 MJ/kg N 5,07 kg CO2e/kg N 5,64 kg CO2e/kg N 0,037 kg NH3/kg N Fumier comp 3,4 MJ/kg N 0,24 kg CO2e/kg N 5,69 kg CO2e/kg N 0,160 kg NH3/kg N 12
13 CAS-TYPE 1 : RESULTATS DES SCENARIOS 1 Système grandes cultures : céréales et oléagineux, sols argilo-calcaires Evolution des performances (en base 100 vs. situation de référence) Critères de performance : Scénario 1 : choix d intrants azotés volatiles (ammo) Marge globale exploitation Consommations d énergie / unité de production Bilan de GES / unité de production -7% (blé) -12% (blé) Scénario 2 : Ammo + pilotage de la fertilisation sur blé Scénario 3 : utilisation de fumier de volaille sur colza + 7% +8% -5% -8% (blé) -13% (blé) -34% (colza) -28% (colza) Emissions totales NH3 exploitation -60% -60% +20% Performance nourricière exploitation +4% +5% +0% 13
14 CAS-TYPE 2 : SITUATION DE REFERENCE 2 Système grandes cultures : céréales, sols acides Description du système de production (situation de référence) : SAU = 130 ha en céréales Rota9on dominante : maïs, blé, orge d hiver Poten9el de produc9on moyen (sols acides, ex. Sud région Centre) Mélange d espèces en couverts devant cultures de printemps, labour 1 UMO familiale ha de SAU 43 Maïs grain Escourgeon Blé Cultures rendeme nt Maïs grain Blé tendre Prix payé prod. Apports N Apport s P Appor ts K 90 qx/ha 150 /T qx/ha 173 /T Orge d H 70 qx/ha 160 /T
15 CAS-TYPE 2 : SITUATION DE REFERENCE 2 Système grandes cultures : céréales, sols acides Description du système de production (situation de référence) : RESULTATS TECHNICO- ECONOMIQUES Produit brut hors aides : K Charges opérahonnelles :.55 K Marge PerfAgro (PB Charges opé Charges méca) : 78 K Marges brutes cultures : blé 116 /T; orge 100 /T; maïs grain = 106 /T Produit Brut Achats intrants Achats engrais Charges méca 51 1 Volume engrais achetés (tonnes) 15 8 Composé NP soufre Solution azotée engrais Prix achat Composé NP 327 /T Composé NPK 434 /T Solution azotée 264 /T Composé NPK Chlorure de K 15
16 CAS-TYPE 2 : SITUATION DE REFERENCE 2 Système grandes cultures : céréales, sols acides Description du système de production (situation de référence) : RESULTATS ENERGIE, GES et NH3 Globale exploitahon : ConsommaHons d énergie : GJ Energie directe (= consommée à la ferme).40% (dont machines 37%) Energie indirecte (= des intrants achetés).60% (dont engrais 54%) Emissions de GES : 298 T éq. CO 2 GES direct (= émis à la ferme). 68% (dont épandage 50%) GES Indirect = des intrants achetés). 32% (dont engrais 30%) Emissions NH3 des engrais : kg NH3 Par tonne de produit : Culture Consommations Energie PP3 Emissions de GES PP3 Maïs 1,4 MJ/kg 0,21 kg CO2e/kg Blé 2,3 MJ/kg 0,31 kg CO2e/kg Orge H 2,6 MJ/kg 0,30 kg CO2e/kg
17 CAS-TYPE 2 : SITUATION DE REFERENCE 2 Système grandes cultures : céréales, sols acides Description du système de production (situation de référence) : PERFORMANCE NOURRICIERE Globale exploitahon : personnes nourries par an (contenu en énergie valorisable en alimenta3on humaine) personnes nourries par an (contenu en protéines valorisable en alimenta3on humaine) ENERGIE BRUTE GJ d énergie brute (des cultures de ventes) pour GJ d énergie non renouvelable consommée en amont 17
18 CAS-TYPE 2 : SITUATION DE REFERENCE 2 Système grandes cultures : céréales, sols acides Choix des scénarios Scénario 3 : Apports d amendements minéraux-basiques Maïs-blé-orge (rendement 105) Apports azotés en solution Situation de référence Scénario 1 : Diversification et allongement de la rotation Maïs-blé-orge (rendement 100) Apports azotés en solution Blé-orge-pois-blé-orge et blé-orge-maïs (rendement 100) Apports azotés en solution Scénario 2 : Diversification et allongement de la rotation et intrants azotés -volatiles Blé-orge-pois-blé-orge et blé-orge-maïs (rendement 100) + Apports azotés en ammonitrate Apports d amendements minéraux basiques 18
19 CAS-TYPE 2 : HYPOTHESES DES SCENARIOS 2 Système grandes cultures : céréales, sols acides Scénario 1 : allongement et diversification de la rotation Scénario 1 : Diversification et allongement de la rotation Blé-orge-pois-blé-orge et blé-orge-maïs (rendement 100) Hypothèses: Introduction de pois dans la rotation rallongée à 5 ans (+ 21 ha). Performance technique : Rendement pois : 40 qh/ha Culture du pois sans fertilisation azotée et baisse de 30% des apports azotés sur blé suivant pois Coût économique : Prix payé producteur 165 /T Pas d aide (protéagineux) dans le scénario Apports azotés en solution 19
20 CAS-TYPE 2 : HYPOTHESES DES SCENARIOS 2 Système grandes cultures : céréales, sols acides Scénario 2 : allongement/diversification de la rotation et ammonitrate Hypothèses: Substitution de 100% de la solution azotée par de l ammonitrate 33,5% Scénario 2 : Diversification et allongement de la rotation et intrants azotés -volatiles Blé-orge-pois-blé-orge et blé-orge-maïs (rendement 100) + Apports azotés en ammonitrate Performance technique : Ammo 33,5 : 335 kg d N/tonne Gain d efficacité azote sur les cultures : +2,6 qx/ha en blé, +2.3 qx/ha en colza, qx/ha en orge Coût économique : Prix d achat de l azote + 15% en ammo vs. solution azotée Facteurs d impacts Energie/GES/NH3 : Engrais NRJ sortie usine GES Sortie usine GES Au champ NH3 Au champ Sol Azotée 46,1 MJ/kg N 3,57 kg CO2e/kg N 6,86 kg CO2e/kg N 0,125 kg NH3/kg N Ammo 33 41,8 MJ/kg d N 3,52 kg CO2e/kg N 5,62 kg CO2e/kg N 0,037 kg NH3/kg N 20
21 CAS-TYPE 2 : HYPOTHESES DES SCENARIOS 2 Système grandes cultures : céréales, sols acides Scénario 3 : apports d amendements minéraux-basiques Hypothèses: Redressement en un seul apport pour 3 ans par 3 tonnes de chaux à 92 de Valeur neutralisante soit 2760 VN/ha pour atteindre un ph optimum de 6.7 Scénario 3 : Apports d amendements minéraux-basiques Maïs-blé-orge (rendement 105) Performance technique : + 5% de rendement pour chacune des 3 cultures Coût économique : Cout total prestation 500 /ha Facteurs d impacts Energie/GES/NH3 : Coût NRJ 45 GJ/tonne (achat + épandage) Coût GES 1 t GJ/tonne (achat + épandage) Coût NH3 = 0 Apports azotés en solution 21
22 CAS-TYPE 2 : RESULTATS DES SCENARIOS 2 Système grandes cultures : céréales, sols acides Evolution des performances (en base 100 vs. situation de référence) Critères de performance : Marge globale exploitation Scénario 1 : Diversification et allongement de la rotation Scénario 2 : Diversification et allongement de la rotation et intrants azotés -volatiles Scénario 3 : Apports d amendements minéraux-basiques - 9% -8% +4% Consommations d énergie / unité de production Emissions de GES / unité de production -10% (blé) -26% (blé) -17% (blé) -35% (blé) -5% (blé) -16% (blé) Emissions totales NH3 exploitation -24% -75% +0% Performance nourricière exploitation -5% -3% 22 +5%
23 CAS-TYPE 3 : SITUATION DE REFERENCE 3 Système polyculture-élevage : lait et cultures de vente Description du système de production (situation de référence) : SAU = 380 ha en céréales, oléagineux, cultures fourragères (luzerne et prairies) Rota9ons dominantes : blé / orge / mais (3 ans) et luzerne / blé / orge / colza (10-12 ans) Poten9el de produc9on des cultures variable. (limons profonds, ex. IDF) : Intercultures sur 100% surfaces (ZV), TCS en céréales, pilotage précis des apports fer9 et phyto 56,7 56,7 20,0 54,0 10,0 Zone 1 : 210 ha Zone 2 : 170 ha 20,0 Zone 3 : 40 ha 48,0 Orge de printemps Blé de maïs 56,7 Maïs ensilage Blé de colza ou féverole Colza 48,0 Escourgeon Luzerne 10,0 Prairie temporaires PPP Prairie temporaires FPP Prairie permanente FPP 23
24 Résultats Construction des CAS-TYPE 3 : SITUATION DE REFERENCE 3 Système polyculture-élevage : lait et cultures de vente Description du système de production (situation de référence) : 150 vaches lai9ères (1,5 millions de litres / an) à haut niveau de produc9vité Ra9on VL : maïs, luzerne (foin, ensilage), coproduits, céréales Effluents (lisiers + fumier) 100% valorisé in situ Fosse à lisier couverte (méthanisa9on passive) 4 UMO 1,0 2,0 3,0 0,4 1,0 Ra9on VL (en kg MS) 14,0 3,0 Blé CA tanné 3 Ensilage maïs Ensilage luzerne Orge Pulpes Sel+urée Effluents Teneur N Teneur P Teneur K Qté épandue Fumier bov. 5 2, tonnes Lisier bov. 4 1, tonnes Effluent pâture tonnes 24
25 CAS-TYPE 3 : SITUATION DE REFERENCE 3 Système polyculture-élevage : lait et cultures de vente Description du système de production (situation de référence) : RESULTATS TECHNICO- ECONOMIQUES Produit brut hors aides : K Charges opérahonnelles :.230 K Charges aliments : K Charges engrais :...50 K Charges cultures autres : K Marge PerfAgro (PB Charges opé Charges structure): 300 K Marges brutes cultures : blé 98 /T; orge 60 /T; colza = 120 /T Marge brute lait = 180 /1000 L 25
26 CAS-TYPE 3 : SITUATION DE REFERENCE 3 Système polyculture-élevage : lait et cultures de vente Description du système de production (situation de référence) : RESULTATS ENERGIE, GES et NH3 Globale exploitahon : ConsommaHons Energie : GJ Energie directe (= consommée à la ferme).. 36% (énergie élevage 20%) Energie indirecte (= des intrants achetés):.64% (engrais 20%, aliments 20%) Emissions GES : T éq. CO 2 GES direct (= émis à la ferme).. 83% (méthane vache 30%) GES Indirect (= des intrants achetés). 17% (engrais 11%) Emissions NH3 : kg NH3 NH3 des engrais achetés. 22% NH3 des effluents (au bâhment, stockage, épandage). 78% Par kg/l de produit : Produit Consommation Energie PP3 Emissions de GES PP3 Lait 4 MJ/L 1 kg CO2e/L Blé 1,4 MJ/kg 0,20 kg CO2e/kg
27 CAS-TYPE 3 : HYPOTHESES DES SCENARIOS 3 Système polyculture-élevage : lait et cultures de vente Choix des scénarios Scénario 3 : fertilisation PK localisée sur maïs et colza Blé-orge-maïs et luzerne/ blé/colza/ orge (rendement 100) Situation de référence Blé-orge-maïs et luzerne/blé/colza/ orge (rendement 100) Scénario 1 : Dépôt du lisier par pendillards Blé-orge-maïs et luzerne/blé/colza/ orge (rendement 100) Scénario 2 : Fosse à lisier couverte + pendillards Blé-orge-maïs et luzerne/blé/colza/ orge (rendement 100) starter microgranulé localisé dans la ligne de semis en maïs et colza Apports azotés en solution et effluents orga (lisier + fumier) Apports azotés en solution et effluents orga (lisier + fumier) Lisier déposé pendillards Apports azotés en solution et effluents orga (lisier + fumier) Lisier déposé pendillards + Fosse à lisier couverte 27
28 CAS-TYPE 3 : HYPOTHESES DES SCENARIOS 3 Système polyculture-élevage : lait et cultures de vente Choix des scénarios Scénario 1 : Dépôt du lisier par pendillards Hypothèses: Abattement de 40% du facteur d émission NH 3 associé à l épandage des lisiers Scénario 2 : Fosse à lisier couverte + pendillards Hypothèses: Abattement de 80% du facteur d émission NH 3 associé au stockage des lisiers 28
29 CAS-TYPE 3 : HYPOTHESES DES SCENARIOS 3 Système polyculture-élevage : lait et cultures de vente Choix des scénarios Scénario 3 : fertilisation PK localisée sur maïs et colza Hypothèses: Substitution de 100% d un engrais NP d importation (phosphate d ammoniac ) par un starter microgranulé localisé dans la ligne de semis en maïs et colza. Coût économique : +21 /ha de surcoût engrais Facteurs d émissions NH3 : 0,10 kg NH3/kg N en phosphate d ammoniac Nul en microgranulé 29
30 RESULTATS DES SCENARIOS 3 Système polyculture-élevage : lait et cultures de vente Evolution des performances (en base 100 vs. situation de référence) Critères de performance : Scénario 1 : Injection du lisier par pendillards Scénario 2 : Fosse à lisier couverte + pendillards Scénario 3 : fertilisation PK localisée sur maïs et colza Marge globale exploitation 0 % 0% -1 Bilan Energie / unité de production Bilan GES / unité de production 0% (lait) -1% (lait) 0% (lait) -4% (lait) -1% (lait) 0% (lait) Emissions totales NH3 exploitation -10% -21% -4% Performance nourricière exploitation 0 % 0% 30 0%
31 SYNTHESE GENERALE 1 Performance environnementale - 5% / + 30% GES NH3 +10% / + 60% +10% / + 10% GES - 5% / - 20% Performance économique NH3 Les pratiques de fertilisation raisonnée, mises en œuvre dans les 2 premiers modèles permettent de réduire le coût environnemental des produits de -10% à 30% sur les critères Energie/GES tout en améliorant la performance économique globale du système de production.
32 SYNTHESE GENERALE 2 Performance environnementale -10% / + 75% NH3-10% / + 20% GES +5% / + 10% Performance économique Sur le critère ammoniac, le recours à des intrants organiques peut générer un risque d émissions accrues qui doit être géré par une incorporation immédiate du fumier. La sécurisation de la marge économique est un enjeu fort sur les pratiques type «pois» et «achat d effluents organiques».
33 SYNTHESE GENERALE 3 Performance environnementale (NH3 seulement) +0% / + 20% +0% / + 10% +0% / + 5% Performance économique Pour le cas-type bovins lait, les pratiques d abattement mises en œuvre permettent de réduire les émissions de NH3 de -5 à -20%, pour une marge économique globale système maintenue.
34 SYNTHESE GENERALE ü Pour chaque système de production, il existe des pratiques de fertilisation raisonnée permettant d améliorer à la fois la performance économique et environnementale. ü L intérêt des pratiques dépend du type de système de production (contraintes pédoclimatiques) et du contexte économique (prix de marché, niveau d aide, etc.)
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