Travail du sol et minéralisation du carbone et de l azote : Les enseignements du dispositif de longue durée de Boigneville Bernard NICOLARDOT 1, Bruno MARY 1, François LAURENT 2, Jérôme LABREUCHE 2 1 Unité d'agronomie de Laon-Reims-Mons, nicolard@reims.inra.fr; mary@laon.inra.fr 2 Service Conduites et Systèmes de Culture, f.laurent@arvalisinstitutduvegetal.fr; j.labreuche@arvalisinstitutduvegetal.fr 8 ème rencontres de la fertilisation raisonnée et de l analyse de terre, Blois, 2-21 novembre 27
Introduction Le travail du sol a des effets sur les propriétés physiques, chimiques et biologiques : o Propriétés physiques (densité, porosité, structure...) o Propriétés chimiques et biologiques (localisation des restitutions, présence ou pas d un mulch...) qui ont des conséquences sur le fonctionnement du sol : o Transferts (solutés, gaz et chaleur) o Activités biologiques (nature, intensité, localisation) Objectifs : Effets du travail du sol sur les cycles C et N o Stockage et localisation des MOS o Flux de GES (CO 2 et N 2 O) o Fourniture du sol en azote
Les dispositifs expérimentaux à Boigneville (91) Sol brun calcique profond dérivé d un loess sur cailloux Limon argileux en surface Essai Nitrates-Environnment (1991) Pois/Blé/Orge de printemps; 1 sole / Couverture hivernale : Sol Nu/CIPAN Essai Travail du Sol (197) Rotation Blé/Maïs; 2 soles /Travail superficiel/ Maïs irrigué en 97 et à partir de 2
Travail du sol et stockage du carbone dans le sol Boigneville (91) avec restitution des pailles 5 Modèle AMG (Andriulo et al., 1998) 1- k1 CO 2 stock C (t C ha -1 ) 45 4 35 TCSL (39 t ha -1 ) 3 197 1975 198 1985 199 1995 2 (Thévenet G., Mary B., Wylleman R., 22) Résidus Organiques m MO fraîche TCSL K1 (an -1 ).22.29.135 Active Ca Stable K (an -1 ).44.34.18 Un stockage de carbone dans toutes les modalités Stockage plus marqué en TCSL et semis direct et décroissant avec le temps : 12 à 3 kg/ha/an sur 8 ans; 19 à 27 kg/ha/an sur 2 ans; 1 kg/ha/an sur 28 ans k1 MO humifiée (Fraction active = 33 % C du sol) k
Travail du sol et localisation du carbone dans le sol Stock C (t C ha -1 ) 8 12 16 2 24-5 profondeur (cm) -1-15 -2-25 197 1998 197 1998-3 Boigneville (91) avec restitution des pailles (Mary B., INRA Laon) ph Org C % MS -2 cm 6. 1.2-5 cm 4.8 2.33 5-2 cm 6..9 Org N % MS.11.19.9 Biomasse microbienne % C 1.5 1.5 1.5 (Oorts K., 26) Différentiation des horizons en fonction de la profondeur Stockage C plus important en surface pour le semis direct Déstockage C en profondeur pour le semis direct
Stock de carbone du sol (t C / ha) 3 25 2 15 1 5 Travail du sol et nature des MO du sol (Oorts K., 26) Résidus libres MO particulaire MO associée 2/3 des différences de stocks C entre et lié à résidus libres et MOP Minéralisation N (mg N kg -1 sol) 9 75 6 45 3 15 Horizon -5 cm 5 µm 25 µm 2 mm Horizon 5-2 cm 5 µm 25 µm 2 mm 25 5 75 1 125 15 175 jours à 15 C : protection physique MO > dans l horizon 5-2 cm : protection MO horizon -5 cm autre que physique
Travail du sol et fourniture du sol en azote (Oorts K., 26) 12 kg N minéral ha -1 1 8 6 4 2 Boigneville (197, restitution des pailles, horizon -12 cm 8/23 1/23 12/23 2/24 4/24 Pas de différences entre modalités de travail du sol Pas de différences avec ou sans CIPAN
Travail du sol et émissions de CO 2 6 Semis maïs Récolte blé 5 kg CO 2 -C ha -1 jour -1 4 3 2 1 5/23 7/23 9/23 11/23 1/24 3/24 6 5 4 kg C blé / ha kg C maïs / ha Parcelles 212, 215 (maïs/sol sans plantes) Parcelles 223, 224: Interculture blé/maïs (sol maintenu nu) kg C / ha 3 2 (Oorts K., 26) 1 Pas de différence d émissions d avril à juillet 23 Emissions > pour semis direct août à novembre 23 Pour la totalité de la période de mesure (331 jours) : = 316 ± 269; = 464 ± 138 kg C ha -1 CT CT CT NT NT NT juil nov avr juil nov avr
Travail du sol et émissions de CO 2 kg CO 2 -C ha -1 jour -1 6 5 4 3 2 1 Semis maïs Récolte blé 5/23 7/23 9/23 11/23 1/24 3/24 Parcelles 212, 215 (maïs/sol sans plantes) (Oorts K., 26) Parcelles 223, 224: Interculture blé/maïs (sol maintenu nu) Modèles Pastis (Garnier et al., 23; Lafolie, 1993) & Pastis-Mulch (Findeling et al., 24) Flux CO 2 cumulé (kg C ha -1 ) Flux CO 2 cumulé (kg C ha -1 ) 6 5 4 3 2 1 6 5 4 3 2 1 Minéralisation de la MO endogène du sol 12/23 1/24 2/24 3/24 4/24 Minéralisation des résidus de culture 12/23 1/24 2/24 3/24 4/24 Emissions liées à la décomposition des MOS comparables Différences d émissions d août 23 à avril 24 liées à la décomposition du mulch de résidu présent dans le semis direct
Travail du sol et émissions de N 2 O 2. 1. Semis maïs Récolte blé g N 2 O-N ha -1 heure -1.8.6.4.2. 5/23 7/23 9/23 11/23 1/24 3/24 Parcelles 212, 215 (maïs) Parcelles 223, 224: Interculture blé/maïs (sol maintenu nu) (Oorts K., 26) Emissions faibles mais plus élevées pour le semis direct =.8 ±.15; = 1.32 ±.52 kg N 2 O-N ha -1 an -1 N 2 O émis la plupart du temps au cours de la nitrification
Travail du sol et émissions de GES kg CO 2 ha -1 an -1 TCSL Conduite des cultures -234-2223 -247 Stockage cultures 11133 11169 1189 Stockage sol 363 751 685 Emissions N 2 O -374-615 -615 Emissions CH 4 Bilan GES 8782 982 9112 (Labreuche et al., 27) Bilan positif TCSL et par rapport au labour
Conclusions o Le bilan GES est amélioré par la réduction du travail du sol o Stockage de C 1 kg C ha -1 an -1 pour une période de 3 ans o Les émissions de N 2 O sont plus élevées lors de la réduction du travail du sol o Le stockage de C est partiellement neutralisé par les émissions de N 2 o La fourniture d azote par le sol est comparable entre les différentes modalités de travail du sol o Le carbone du sol stocké suite à la réduction du travail du sol est rapidement dégradé lors du retour au labour