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Analyse des données issues d'un réseau expérimental de systèmes de production cidricoles agroécologiques en vue de leur évaluation et de leur compréhension aspect trophique( Télécharger le fichier original )par Morgane FOURNIER AgroParisTech - Ingénieur agronome 2015 |
A. Matériel et méthodeBibliographie : Diverses sources sont explorées dont les articles scientifiques, la documentation technique (livre, compte-rendu d'expérimentations, fiches techniques), les avis d'experts, les revues spécifiques. Schéma conceptuel : Le schéma suit une représentation par compartiment, ne prenant pas en compte la temporalité. La méthode proposée par Lamanda et al [2012] est adaptée à un schéma qualitatif. Aucune relation n'est quantifiée. 1-Définition de la question : quels sont les facteurs et les processus du système sol-pommier-parcelle qui déterminent rendement et croissance ? Quelles étapes de l'itinéraire techniques déterminent ces facteurs et ces processus ?
B. Schéma conceptuelA chaque variable ou à chaque processus est attribué un numéro qui permet de retrouver les explications correspondantes dans le texte qui suit le schéma. Pour les besoins du mémoire, les explications présentées ci-dessous ne sont que partielles. Elles visent à décrire une partie des processus influençant le rendement et à rendre compte de la complexité du système étudié, ainsi qu'à justifier le choix de certains indicateurs. MORGANE FOURNIER
Figure 5: Schéma conceptuel : Pommier : nutrition hydro-minérale et relation au rendement 18 MEMOIRE DE FIN D'ETUDE - AGROPARISTECH 19 MORGANE FOURNIER MEMOIRE DE FIN D'ETUDE - AGROPARISTECH Les variables de sortie : rendements et vigueur (figure 5)
Rendement
Le même raisonnement peut être tenu pour la croissance, pour laquelle l'accroissement de l'année n (en pourcentage) est calculé comme suit: Accroissement = Circonférence (n) - Circonférence (n - 1) Circonférence (n) La formation du fruit : de la floraison au grossissement du fruit (figure 5) (8) FLEURS : les fleurs sont nécessairement issues de boutons floraux (par opposition aux bourgeons à bois). Parmi les douze stades floraux (figure 7, p20), les principaux sont le débourrement (stade C), la floraison (stade F2) et la nouaison (stade I). En cas de déficience en azote, une application d'azote foliaire à l'automne (réserve) ou avant floraison (longévité de l'ovule) peut améliorer la floraison. (7) POLLINISATEURS ET ANTHONOMES : les anthonomes (Anthonomus pomorum (L.)) sont des charançons qui pondent dans les bourgeons floraux et les détruisent [Giraud et al 1996]. (6) COULURE, POLLINISATION, NOUAISON : La coulure est définie comme une chute excessive de boutons floraux [Marceron 2012]. Une taille prématuré ou trop importante, des pluies trop fortes et trop fréquentes qui « lavent le pollen », des pollinisateurs peu actif à cause d'un temps froid et humide ou enfin un traitement à la bouillie bordelaise [Girard 2004, Marceron 2012] peuvent entrainer de la coulure. La pollinisation, via le nombre de pépins viables, détermine le bon développement du fruit [Jean-Charles CARDON, Roberts et al 2000]. Les pollinisateurs ne sont pas un problème en verger cidricole. Cependant sur certaines parcelles venteuses, il peut y avoir défaut de pollinisation [Jean-Charles CARDON 2015]. La nouaison est l'étape à partir de formation du petit fruit.
Figure 6: Schéma conceptuel : Pommier : nutrition hydro-minérale et relation au rendement 20 MORGANE FOURNIER MEMOIRE DE FIN D'ETUDE - AGROPARISTECH
Figure 7: Stades floraux du pommier [Minost C. vu sur
www7.inra.fr,
consulté le 13/08/2015] 21 MORGANE FOURNIER MEMOIRE DE FIN D'ETUDE - AGROPARISTECH (4) DIVISION CELLULLAIRE, CHUTE PHYSIOLOGIQUE et GROSSISSEMENT (ou phase de remplissage) : après pollinisation, plusieurs étapes jouent sur le poids du fruit et le nombre de fruit : - la phase de division cellulaire - les chutes de fruits : en juin et septembre [Trillot et al 2002]. En juin, on distingue les chutes de nouaison des chutes physiologiques. Les chutes de nouaison sont dues à un mauvais bouton floral (carence l'année précédente, attaque de ravageurs) ou à une mauvaise pollinisation [Pascale GUILLERMIN 2015]. Les chutes physiologiques peuvent être expliquées soit par une cause hormonale via l'équilibre auxine/éthylène [Roberts et al. 2000], soit par une cause nutritionnelle (théorie soutenue par Lakso). Le nombre de pépins, déterminé entre autre par la pollinisation joue sur le ratio hormonal [Eccher et al 2008]. Talamini do Amarante et al (2008) et Rousseau et Gasparatos (2009) [cités dans Marceron 2012] montrent que les traitements couvrants en AB, en réduisant l'activité photosynthétique, augmentent la chute physiologique. Enfin, il semble qu'il y ait un ratio optimal nombre de feuille de rosette/ nombre de fruits définis pour chaque variété. - la phase de grossissement est essentiellement influencée par la disponibilité en eau [Nicolas BOUSSEAU, Jean-Charles CARDON]. La capacité à compenser un faible nombre de fruits par des fruits plus gros dépend de chaque variété. La formation de la fleur : l'induction florale (figure 7)
MORGANE FOURNIER
Figure 8: Schéma conceptuel : Pommier : nutrition hydro-minérale et relation au rendement 22 MEMOIRE DE FIN D'ETUDE - AGROPARISTECH 23 MORGANE FOURNIER MEMOIRE DE FIN D'ETUDE - AGROPARISTECH Etat nutritionnel de l'arbre (figure 8)
(17) NECROSE FOLIAIRE : la surface foliaire est diminuée par la nécrose foliaire. Elle peut être due soit à l'application de produits phytosanitaires ou de fertilisation foliaire en mauvaises conditions, soit à des ravageurs (maladies fongiques, insectes comme le puceron (16)). De manière générale, les conditions de phytotoxicité en application foliaire sont fonction de la formulation, du climat (température, ensoleillement) et de l'état hydrique des feuilles [Fernandez et Ebert]. Pour certains produits comme l'argile, ces conditions ne sont pas clairement connues [Tamm et al 2004]. (19) FERTILISATION FOLIAIRE : la fertilisation foliaire n'est utilisée que pour corriger les carences, en cas de sols bloquants ou secs par exemple (potassium [Jean-Charles CARDON 2015]). L'urée peut être appliquée au printemps où elle restera dans les feuilles où elle a été appliquée, ou en automne où elle servira aux réserves suite à la phase de sénescence et de remobilisation. Au printemps des effets sur le rendement et sur la mise à fruit ont été noté dès une concentration de 1% [application au pinceau Khemira et a! 1999, Miège 1956] pour une seule application. A l'automne, plus la pulvérisation à lieu tôt après la récolte, plus l'efficience d'absorption est haute. Cet azote se retrouve au printemps suivant dans les bourgeons [Khemira et a! 1999]. De manière générale, l'azote reste dans les feuilles jusqu'à la phase de sénescence, unique phase du cycle annuel où il existe un efflux net d'azote depuis les feuilles vers le reste de l'arbre lors de la remobilisation (Sanchez et Righetti 1990]. MORGANE FOURNIER
Figure 9: Schéma conceptuel : Pommier : nutrition hydro-minérale et relation au rendement 24 MEMOIRE DE FIN D'ETUDE - AGROPARISTECH 25 MORGANE FOURNIER MEMOIRE DE FIN D'ETUDE - AGROPARISTECH Les racines : absorption hydro-minérale (figure 9)
(24) INFILTRATION : l'infiltration dépend de plusieurs facteurs : - la couverture du sol. Bâche plastique [Garcin et al 2012] et bâche tissée empêche l'infiltration verticale. Au printemps le sol sera plus frais plus longtemps sous bâche plastique comparé à un enherbement ou au désherbage mécanique. Mais en plein été le sol sera plus sec. Au bout de trois ans, le sol reste sec sous bâche : il ne se réhumecte plus [Garcin et al 2012]. - l'infiltrométrie : capacité du sol à laisser l'eau s'infiltrer, souvent associée à la porosité [Garcin et al 2012]. - la formation d'une croûte de battance, courante en sol limoneux pauvre en matière organique.
Figure 11: Cycle de l'azote (vu sur fertilisation-edu.fr) 26 MORGANE FOURNIER Figure 10: Schéma conceptuel : Pommier : nutrition hydro-minérale et relation au rendement MEMOIRE DE FIN D'ETUDE - AGROPARISTECH
Figure 12: Chaine de réactions de la nitrification (vu sur le site de la Potassium Nitrate Association) 27 MORGANE FOURNIER MEMOIRE DE FIN D'ETUDE - AGROPARISTECH Le sol : milieu nourricier complexe (figure 10) (28) MINERAUX dans le SOL : le stock de minéraux. Les éléments P et K se gèrent de manière pluriannuelle étant donné qu'ils sont peu mobiles. Par contre l'azote comme le magnésium se gèrent à la saison, au moyen de reliquats pour l'azote. AZOTE Il est courant de faire trois reliquats dans l'année afin d'estimer la disponibilité de l'azote : - sortie hiver, pour l'azote disponible pour la reprise de végétation. Fait en mars ; - F2 (floraison) + 60jours , pour l'azote servant à la croissance végétative et à la formation des bourgeons de l'année suivante. Fait en juillet ; - avant récolte, pour l'azote mis en réserve. Fait en septembre-octobre. L'azote est disponible sous forme insoluble (inclus dans des molécules organiques comme l'humus ou les racines en décomposition) ou soluble. On distingue trois formes solubles : nitrate (NO3-), ammoniac (NH4 +). La première est lessivable mais rapidement assimilable par la plante. La deuxième se fixe sur le complexe argilo-humique, ce qui retient le cation mais n'est pas directement assimilable par la plante. Cette forme aurait un effet négatif sur l'assimilation des nitrates lorsqu'elle est présente en grande quantité [Van't Riet et al 1968, Rice et Tiedje 1986, cités dans Kende 2010]. L'urée (CO(NH2)2), appliquée dans le sol, est hydrolysée en dioxyde de carbone et ammonium. Cette dissociation a un effet acidifiant sur le sol. On remarquera que des études récentes tendent à conclure que les plantes seraient capables d'absorber l'ammonium comme tel. L'ammonium est transformé par les bactéries nitrifiantes en nitrates, plus assimilable par les plantes (figure 11 et 12). Cette réaction est ralentie en cas de sol acide (pH<5.5) ; de manque d'oxygène (sol très humide par exemple) ; de manque de matière organique ou de matière organique à fort C/N [Van Niel et al 1993 cité dans Kende 2010]; faible température du sol [vu sur le site de la Potassium Nitrate Association]. La nitrification a un effet acidifiant sur le sol. (27) CARACTERISTIQUES PHYSICO-CHIMIQUES du SOL : Caractéristiques chimiques : la répartition des classes granulométriques ainsi que la teneur en matières organiques déterminent la capacité d'échange cationique (CEC) exprimée en milliéquivalent/kg de sol [Breisch 2012]. La CEC exprime la capacité du sol à stocker les cations dont K, Mg et Ca. Elle peut être mesurée par plusieurs méthodes dont la plus utilisée aujourd'hui est la méthode Olsen. Sa mesure est complétée du calcul du taux de saturation (S/T), qui vaut le ratio acides faibles/acide forts. C'est-à-dire qu'on cherche à estimer le pourcentage de cations « utiles » (Mg2+, K+, Ca2+ et aussi Na+) qui sont stockés sur la CEC. Ce taux peut dépasser 100%, lorsque la solution du sol est saturée en calcaire [CA Tarn et Garonne 2010]. La disponibilité de ces cations est gouvernée par la quantité relative de chaque cation par rapport aux autres. C'est pourquoi il est recommandé de considérer le taux de saturation de la CEC dans ces différents cations plutôt que la teneur dans le sol [CA Tarn et Garonne 2010]. Enfin, il est difficile d'établir des ratios optimums : il semblerait que les carences induites par antagonisme aient surtout lieu en sol à faible CEC [Wortmann 2014]. De plus la CEC effective est étroitement lié au pH. De plus, le pH joue sur la disponibilité de multiples oligo-éléments : Mn, Mg, Fe [ wiki.laboratoire.lca.fr]. Caractéristiques physiques : principalement représentée par la texture du sol, déterminée par le triptyque argile/limon/sable. La teneur en argile ainsi que leur classe, en jouant un rôle sur le complexe argilo-humique, conditionne l'équilibre chimique du sol : un sol argileux ou humifère aura une forte CEC. Au contraire un sol sableux aura une faible CEC. Le complexe argilo-humique (CAH) est constitué par l'argile et l'humus reliés par des cations [Breisch 2012]. C'est pourquoi le calcium a un rôle prépondérant dans la stabilité structurale d'un sol car il joue comme liant dans le CAH. On distingue différentes formes de calcaire [Prosensol]: - le calcaire actif échangeable. Il est soluble, adsorbé sur le complexe argilo-humique. Il se solubilise rapidement et participe au pouvoir tampon du sol [LANO 2015] - le calcaire total du sol qui regroupe le calcaire actif ainsi que le calcaire sous forme non soluble. Ce calcaire joue le rôle de réserve et sa valeur reste assez stable dans le temps [LANO 2015]. MORGANE FOURNIER
Figure 13: Schéma conceptuel : Pommier : nutrition hydro-minérale et relation au rendement 28 MEMOIRE DE FIN D'ETUDE - AGROPARISTECH 29 MORGANE FOURNIER MEMOIRE DE FIN D'ETUDE - AGROPARISTECH (26) MISE à DISPOSITION de MINERAUX par le SOL : les minéraux sont présents sous plusieurs formes dans le sol, dont certaines assimilables. Potassium et phosphore sont facilement bloqués dans le sol : ils sont peu mobiles. Au contraire azote, calcium et magnésium sont très mobiles et peuvent être lessivés. Améliorer la disponibilité d'un élément ne signifie pas nécessairement augmenter sa teneur dans le sol [CA Tarn et Garonne 2010 ; Gazeau 2012]. Cette disponibilité des minéraux est fonction de leur équilibre. Par exemple magnésium, potassium et calcium sont des éléments antagonistes, aussi bien au niveau du sol que de l'arbre [Jean-Charles CARDON et Pascale GUILLERMIN 2015]. . La disponibilité de ces cations est gouvernée par la quantité relative de chaque cation par rapport aux autres [Ca Tarn et Garonne 2010]. Cette approche en pourcentage de la CEC s'oppose à l'approche quantitative qui ne considère que les teneurs dans le sol. Par exemple le potassium présent en grande quantité limite la disponibilité de Mg et Ca. Cet antagonisme est plus fort en sol sableux à faible CEC qu'en sol limoneux ou argilo-limoneux. Potassium et magnésium ont deux niveaux d'antagonismes : - au niveau de la CEC - au niveau de l'absorption racinaire (cf transporteurs racinaires) [Pascale GUILLERMIN] De même une forte fertilisation azotée (74kgN/ha contre 50kgN/ha sous forme uréique en sol sableux) peut réduire la concentration foliaire en potassium [Fallahi 2000]. Par exemple en cas de carence en potassium, il est conseillé d'améliorer la CEC avant de fertiliser en potassium, afin d'éviter les blocages [CA Tarn et Garonne 2010]. Dans le cas du phosphore, les phosphates d'origine organique sont considérés comme soluble et plus facilement assimilables par la plante [Gazeau 2012]. Le pH est aussi un des facteurs les plus importants dans la gestion de la disponibilité. Par exemple en sol acide, le manganèse est plus disponible. C'est d'ailleurs en sol fortement acide (pH de 4.3) que les cas de toxicité au manganèse sont observés [Grasmanis et Leeper 1966]. C'est pourquoi la fertirrigation à l'urée, qui acidifie le sol, favorise la disponibilité du manganèse [Belton et Goth 1992]. L'aluminium réagit de la même manière. Le sol est un milieu vivant, capable de fournir des nutriments via le processus de minéralisation (figure 13) (29) MINERALISATION (des matières organiques du sol) : les fournitures du sol en azote issues de la minéralisation peuvent s'étaler de 40 à 150 uN/ha/an suivant le type de sol, la teneur en matières organiques et les conditions de température et d'humidité [CA Tarn et Garonne 2010]. Le pic de minéralisation a lieu en avril-ami, suivant les conditions météo [Nathalie CORROYER 2015, Baralon 2011]. Remarquons que les apports par minéralisation ne sont pas uniquement azotés. Raynal-Lacroix [2011] chiffre l'apport de la biomasse microbienne entre 92 et 320 kg P2O5/ha/an. Le calcaire (particulièrement le calcaire actif) et le magnésium protègent la matière organique, qui est donc moins accessible aux organismes minéralisateurs. Des carences en phosphore et en nitrate peuvent aussi limiter l'activité microbienne [Info CTIFL n179, p38-44]. Certains signalent l'effet néfaste des fertilisants minéraux en phosphore sur l' activité microbienne [Bruno CORROYER 2015]. Lors d'un apport de matières organiques fraîches, le taux de minéralisation des matières organiques du sol augmente subitement [Löhnis 1926, Broadbent 1947, Broadbent et Bartholomew 1948, Bingeman et al 1953, Bingeman et Nakashima 1974, Sørensen 1978, Wu et al 1993 cités dans Fontaine et al 2003]: ce processus a été dénommée priming effect par Bingeman et al [1953]. L'hypothèse la plus couramment avancée est que l'énergie (carbone) étant le facteur limitant de la minéralisation [Smith et Paul 1990], l'apport de matières organiques fraîches stimulent l'activité des communautés microbienne [Löhnis 1926, Broadbent 1947, Bingeman et al 1953, Sørensen 1978]. Fontaine et al [2003] précisent en émettant l'hypothèse que cet apport ne modifie pas l'activité individuelle de chaque microorganisme, mais modifie l'écosystème microbien, ce qui amène à plus de minéralisation. Il est important de considérer la dynamique de minéralisation, afin de connaitre les périodes de disponibilité pour les mettre en rapport avec les périodes de besoin. MORGANE FOURNIER
Figure 14: Schéma conceptuel : Pommier : nutrition hydro-minérale et relation au rendement 30 MEMOIRE DE FIN D'ETUDE - AGROPARISTECH 31 MORGANE FOURNIER MEMOIRE DE FIN D'ETUDE - AGROPARISTECH (30) MATIERES ORGANIQUES (MO) DU SOL : Le taux optimal dépend : - de la teneur en argile [CA Tarn et Garonne 2010] - de la biomasse microbienne [Breisch 2012] MOtot = carbone organique tot x 1.72 L'importance du taux de matière organique sur la CEC en sol faiblement argileux (10-12%) a été chiffrée à 2.5-3 meq/1 g de carbone du sol par Decoopman et al [2004]. De même, les matières organiques du sol sont responsables de la stabilité des agrégats et influent donc sur la battance, l'infiltration. Un sol enrichi en matières organiques augmente ses capacités de stockage hydrique [Leclerc 2001]. CLASSIFICATION Deux types de matières organiques peuvent être distingués suivant leur granulométrie [Baralon 2011, Breisch 2012, Leclerc 2001] : - matières organiques facilement utilisables (MOF) ou labiles dont le diamètre est compris en 2000 et 50 rim. Dans cette catégorie on distingue la matière organique libre rapide dont le turn-over est de 2-3 ans, et la matière organique libre liée situées dans les micro-agrégats qui les protègent, dont le turn-over est de 30ans. - matières organiques liées qui forme l'humus stable dont le diamètre est inférieur à 50rim. Ce pool peut être de nouveau scindé en une matière organique active ou humus vrai et la matière organique 3F qui correspond aux chaînes latérales de l'humus vrai. L'humus constitue une réserve d'azote car lors de l'humification, l'azote est incorporé dans les molécules longues et complexes de l'humus [Breisch 2012]. C'est cette diversité de matières organiques qui amènent Decoopman [2004] à conseiller une gestion de la matière organique comme une dynamique du carbone plutôt que comme un stock. La qualité des différents pools de matière organique s'évalue entre autre par le rapport C/N qui indique la facilité de minéralisation. Choisir le type d'amendement permet d'augmenter tel ou tel pool de matière organique. Il y a une interaction entre le produit apporté et le sol quant aux produits de sa dégradation : Breisch [2012], en étudiant les effets de différentes couvertures du rang sur le sol, observe deux résultats différents sur deux parcelles. Sur la première, très sableuse, la modalité avec apport de mulch de paille se distingue par un rapport MO libre/MO liée très élevé de la matière organique du sol. Sur la deuxième, moins sableuse, c'est plutôt la modalité avec mulch de compost qui a un ratio très élevé. MESURE Elle est mesurée selon un protocole normalisé (NF ISO 14235) qui suit ces étapes [vu sur wiki.laboratoirelca.fr] :
Attention cette méthode ne peut pas être utilisée en présence de composé réducteur (Cl- ou Fe2+). EVOLUTION Le taux de matières organiques d'un sol évolue très lentement : Schubetzer et al [2007] ont étudié l'impact des techniques culturales sans labour. Ils avancent une augmentation moyenne de 1% en 30 ans pour une parcelle en grandes cultures, avec des extrêmes de 0.5% à 2.4%. Il est donc difficile d'avoir une échelle de valeur, d'autant que ces valeurs sont disponibles en grandes cultures. MORGANE FOURNIER
Figure 15: hydro-minérale Schéma et conceptuel relation : au Pommier rendement: nutrition 32 MEMOIRE DE FIN D'ETUDE - AGROPARISTECH 33 MORGANE FOURNIER MEMOIRE DE FIN D'ETUDE - AGROPARISTECH (30) VIE DU SOL : La vie du sol se décompose en plusieurs compartiments : les arthropodes du sol, les lombriciens, et la biomasse microbienne. La vie du sol qui se développe dans la rhizosphère se nourrit en partie des exsudats racinaires. Ces exsudats (en quantité et qualité) varient très rapidement en fonction des ressources disponibles pour l'arbre et des chaines de synthèse associées [Trolldenier 1975]. Par exemple un défaut en potasse entraine une concentration d'acides aminés à l'abord des racines plus élevée [Trolldenier 1971 cité dans Trolldenier 1975]. Or ces acides aminés, substrats de la vie du sol (microbe et champignons), affectent directement la composition de l'écosystème rhizosphérique. Dans ces mêmes travaux Trolldenier [1971] étudie l'influence de l'alimentation potassique sur les communautés microbiennes de la rhizosphère de blé : il observe un effet différent des apports potassiques selon les communautés microbiennes. Enfin l'influence de la fumure dépend aussi de la forme de l'élément : par exemple Trolldenier [1973] constate sur riz que l'apport d'azote sous forme ammoniacale favorise plus la biomasse microbienne que l'apport sous forme de nitrate. Il associe cette différence à l'effet réducteur des apports ammoniacaux. Il reste donc difficile d'associer précisément fumure et effet rhizosphérique car de plus, beaucoup de résultats contradictoires coexistent [Trolldenier 1975]. La compréhension de ce compartiment reste très complexe, et bien souvent l'opposition de systèmes de culture ne se retrouve pas au niveau de la vie du sol. Jamar et al [2009] ont comparé le sol au niveau du rang sur deux parcelles pendant sept ans: l'une parcelle en conventionnel (désherbage chimique) et l'autre en agriculture biologique (rang enherbé). Les différences d'activité microbienne sont très variables. La seule différence significative et stable dans le temps est le nombre de vers de terre (toutes catégories). BIOMASSE MICROBIENNE De manière générale, l'activité microbienne varie en fonction de [Ancelin et al 2007] : - la quantité et de la qualité des restitutions organiques - du type de sol (pH, CEC, MO totale) et de son degré de compaction - des modifications de fertilisation - des variations qualitatives (activités microbiennes, type de microflore) et quantitatives de la biomasse microbienne. Par exemple Trom et Humfeld (1932, cité dans Trolldenier 1975] signale que « le nombre des champignons dans la rhizosphère de maïs a été le plus élevé dans les sols les plus acides et les plus alcalins [...] et que le développement des bactéries a été le plus intense dans des sols légèrement acides ou neutres ». La mesure du compartiment microbien peut se faire par [Nicolardot] : - dosage de la biomasse microbienne (très sensible) ; - mesure de l'activité enzymatique ou activité microbienne (IAM) [Ancelin et al 2007] ; - mesure du carbone et de l'azote minéralisé. La première donne accès à la respiration spécifique. Nicolardot souligne qu'il n'y a pas de relation entre la biomasse microbienne et la respiration mesurée. La deuxième peut être extrapolée pour avoir accès à la fourniture d'azote. Mais le résultat est à prendre avec précaution ; - fraction granulométrique (différents pools de matières organiques). Le pool de matière organique labile est corrélé à la biomasse microbienne ; Les tests d'activité enzymatique permettent de visualiser le potentiel de dégradation des substrats organiques du sol par certains enzymes, eux-mêmes produits par les micro-organismes du sol. Il introduit donc une notion d'efficacité biologique ou de qualité de la biomasse microbienne. L'évolution de la biomasse microbienne met du temps à être visible suite à une modification de l'entretien du sol. Breisch [2012] avance une durée de trois ans dans l'expérimentation présentée où il y a eu apport de mulch (paille ou compost) en plein en verger. Ce sont la quantité et la qualité des apports de matières organiques qui déterminent la biomasse de vie microbienne [Cong Tu et al 2006]. Remarquons l'effet négatif du cuivre en grande quantité sur les lombriciens. MORGANE FOURNIER MEMOIRE DE FIN D'ETUDE - AGROPARISTECH
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Tableau 4: Effet des apports azotés en fonction de la saison
Tableau 5: Moyennes et écarts-types des coefficients d'équivalence ammonitrate des produits étudiés sur 25 essais FB : fumiers de bovins, CFB : fumiers de bovins
compostés, FP : fumiers de porcins, CFP : fumiers de 35 MORGANE FOURNIER MEMOIRE DE FIN D'ETUDE - AGROPARISTECH Fertilisation : Apport - pertes - minéralisation (figure 16) L'effet des apports de produits fertilisants dépend de deux processus : la minéralisation (si produit organique) et la solubilisation du produit, qui sont dépendants de la composition (chimique), de la forme (physique), du sol ; les pertes. Un même apport aura des effets différents suivant le sol, son activité biologique entre autre, le climat et aussi la période d'apport qui détermine les besoins de l'arbre (tableaux 3 et 4). (33) FERTILISATION AU SOL : La période d'apport déterminera le rôle de l'engrais, ainsi que la part absorbée (tableau 4). Sur prunier, il a été démontré que l'efficience d'absorption est proportionnelle à la masse de feuille encore sur l'arbre pendant la période de chute [Weinbaum et al 1978, Therios et al 1979]. Nous nous concentrons sur les engrais et amendements organiques. Un engrais est caractérisé par une mise à disposition rapide des minéraux (type vinasse, fiente de poules, guano...) alors qu'un amendement (fumier, compost) a un rapport C/N plus élevé et demande plus de temps pour libérer de l'azote notamment. Parfois la minéralisation d'un amendement organique immobilise de l'azote. Les produits organiques ont deux effets (figure 17 p36) [ arvalis-infos.fr (2-3-4)]: - à court terme (part minérale et fraction rapidement minéralisable) ; - à long terme (minéralisation de la fraction plus stable et contribution au stock de matières organiques stables du sol (humification)). Cet effet de fourniture d'azote est visible après plus d'une dizaine d'années d'apports stables. Minéralisation des produits organiques : on cherche à connaitre la part qui sera disponible dans l'année sous forme minérale, et donc disponible pour le pommier. C'est le coefficient d'équivalence engrais minéral qui exprime l'apport d'unité de l'élément considéré en comparaison d'un engrais classique comme l'ammonitrate ou le superphosphate. Ce coefficient dépend de la culture (peu calculé pour cultures pérennes), de la période d'apport ainsi que du mode d'enfouissement [ arvalis-infos.fr (1)]. De plus ce coefficient peut être influencé par le sol et son activité [David Rossignol cité dans E.T. 2008]. Par exemple David Rossignol, céréalier, signale qu'il ne peut pas utiliser de compost trop mur sur ses sols car il ne dispose pas d'assez d'azote au printemps et la vie microbienne de son sol est trop faible pour dégrader une matière organique si stable. Il signale qu'un fumier peut perdre 50% de sa valeur fertilisante. Entre deux produits d'une même espèce, comme deux fumiers de bovins, la concentration en éléments nutritifs est très variable : facteur 5 pour l'azote, facteur 8 pour les phosphates, facteur 7 pour la potasse. De même leur libération en 2ème année après apport est aussi très variable : le taux de minéralisation de l'azote d'un fumier de bovins varie de 4 à 12 % [Cüsick et al 2006 cité sur arvalis-info.fr (3)]. De plus Chapelle [2012] souligne l'interrelation entre éléments pour leur absorption et leur assimilation. Nous soulignerons de plus la variabilité des coefficients d'équivalent engrais minéral (voir tableau 5). Le modèle Lixim, présenté par Raynal-Lacroix et al [2006] estime la fourniture d'azote par le sol. Ce modèle, en simulant l'évaporation, le drainage de l'eau et le lessivage des nitrates sous la dernière de couche de sol considérée, estime la fourniture d'azote en dynamique. Il fonctionne selon un temps normalisé où des jours à température te humidité différente sont convertis en jours identiques pour ces deux paramètres. Les variables d'entrée sont l'humidité, les quantités de nitrates et d'ammoniac, pour chaque couche de sol déterminées. S'appuyant sur ce modèle, les fournitures d'azote par minéralisation de différents amendement et engrais organique ont été étudiées sur deux sites différents. En conclusion, du fumier de bovin peut libérer de l'azote dès les premiers jours d'apport pour atteindre une fourniture totale de 30kgN/ha sur une parcelle. Au contraire sur l'autre parcelle le même fumier ne libère de l'azote qu'après plus de 100jours normalisés à 15°C pour une fourniture totale inférieure. De plus la hiérarchie entre les différents amendements varie selon la parcelle. 36 MORGANE FOURNIER MEMOIRE DE FIN D'ETUDE - AGROPARISTECH
Figure 17 : Devenir des différentes fractions de
l'azote contenues dans les PRO
Figure 17bis: Evolution au cours du temps de la minéralisation, exprimée en % de l'azote organique selon 3 grands groupes de PRO [ arvalis-infos.fr (1)]. « Minéralisation rapide : 30 à 80 % de l'azote organique apporté est minéralisé au cours des premiers mois voire des premières semaines après l'apport. [...] ; Minéralisation intermédiaire : la plus grande partie de la minéralisation de l'azote organique se produit au cours de la campagne suivant l'apport et représente entre 20 et 40 % de l'azote organique apporté. [...] ; Minéralisation lente : ils libèrent tout au plus 10 à 15 % de leur azote organique au cours de la première année suivant leur épandage. » 37 MORGANE FOURNIER MEMOIRE DE FIN D'ETUDE - AGROPARISTECH De plus peu de travaux existent sur la vitesse au champ de libération des éléments minéraux, qui est capitale pour comprendre l'usage qu'on peut faire d'un engrais organique. Arvalis distingue trois grandes catégories selon la dynamique de minéralisation de l'azote (figure 17bis). De manière générale, un amendement organique (type fumier ou compost) apporte plus stablement dans la saison [Trocme 1964]. Chapelle [2012] compare trois apports azotés différents (au 15mars) à un témoin sans apports. Les trois apports apportent la même quantité d'azote minéralisable dans l'année : 9T/ha de fumier bovin, 2T/ha de vinasse et 400kg/ha de Derome (guano+farine deplume+tourteux végétaux). Sur une parcelle il semble que les engrais augmentent le taux de floraison (différence non significative). Sur l'autre parcelle des différences significatives confirment la tendance. Au-delà de la teneur en azote et de sa vitesse de minéralisation, les engrais et amendements organiques sont des apports complets puisqu'issus de matériaux vivants et donc complexes chimiquement. Par exemple le fumier contient 4g/T de Bore [Vez 1993]. Lors d'un apport d'amendement, la fourniture en magnésium, potassium et phosphore peuvent être comptabilisé sur plusieurs années [Vez 1993]. De plus Arvalis [ arvalis-infos.fr (2)] signale que l'apport de produits organiques neutralise le pH. Certes l'apport de soufre et d'azote organique pourrait avoir tednance à acidifier le sol. Mais l'effet des bases, ainsi que l'apport de matières organiques, compense cet effet et y est même supérieur. Humification des engrais organiques : au-delà de la fourniture par minéralisation directe, l'apport de matières organiques a un impact sur les caractéristiques physico-chimique du sol via le processus d'humification. L'apport régulier de produits organiques peut augmenter le taux de matières organiques. La relation est loin d'être linéaire puisqu'elle résulte de l'équilibre minéralisation/humification. Chaque produit organique est caractérisé par le coefficient isohumique K1, qui est un indice de stabilité. Il peut être estimé par l'ISB (Indice de Stabilité Biologique) ou l'ISMO (Indice de Stabilité de la Matière Organique). En sol limoneux, Decoopman et al [2004] ont démontré que l'apport d'amendements organiques (fumier jeune de bovin, compost de déchets verts avec fumier de volaille, compost de déchets verts, compost de lisier de porc sur paille, compost urbain) avait des effets bénéfiques en quatre ans sur : - la stabilité structurale du sol en augmentant le nombre d'agrégats les plus gros (> 500ìm). Ils signalent que l'effet d'un amendement sur la stabilité du sol n'est pas reflété par son coefficient isohumique K1 ; - la teneur en eau du sol évaluée à trois potentiels de succion (pF) différents ; - la porosité hormis pour le compost de lisier de porc sur paille qui n'a eu d'effet que sur la macro-porosité (6mm) ; - la CEC proportionnellement à son K1. Les apports ont été de 10-15 fois la dose agronomique soit l'équivalent de 5kgC/m2. En arboriculture, les résidus de taille peuvent être considérer puisque d'après Bouvier [2012] les résidus broyés peuvent apporter entre 250 et 500 kg humus/an, et de la potasse en quantité non négligeable. AMENDEMENT CALCIQUE On distingue deux formes d'amendements calciques selon leur processus de fabrication. Les carbonates non transformé peuvent être apportés directement au sol. Ces mêmes carbonates thermolysés (passés au four) donnent la chaux, plus réactive que les carbonates purs. La chaux se présente sous forme vive (forme oxyde de calcium CaO), très réactive, ou éteinte/aérienne, lorsqu'elle a réagi avec de l'eau (forma hydroxyde de calcium (Ca(OH)2). En agriculture la chaux dolomitique ou magnésienne est utilisée lorsque l'apport en magnésium est recherché. MORGANE FOURNIER MEMOIRE DE FIN D'ETUDE - AGROPARISTECH
Figure 18: Schéma et conceptuel relation : au Pommier rendement: nutrition hyd ro-m inérale 38 pH
Tableau 6: calcul du coefficient de volatilisation [CORPEN 2006]. Vmax est caractéristique de l'engrais 39 MORGANE FOURNIER MEMOIRE DE FIN D'ETUDE - AGROPARISTECH (32) PERTES (de fertilisants) : lixiviation, lessivage et volatilisation sont les trois phénomènes qui peuvent expliquer les pertes d'éléments mobiles. Les éléments mobiles sont les nitrates (NO3-), l'oxyde de magnésium (MgO), le bore [Soing 2004, Wortmann 2014]. Les sols sableux ou acides (fixation moins bonne des cations sur le complexe argilo-humique) sont plus propices au lessivage [Vez 1993]. Le phénomène de volatilisation peut être responsable d'une perte de plus de 50% de l'azote apporté [CORPEN 2006]. En cidriculture, les engrais sont apportés en surface, ce qui augmente les risques de volatilisation. Ce phénomène est fonction du sol (pH et CEC), du type d'engrais (minéral ou organique, la forme et la vitesse maximum de minéralisation notée Vmax) (tableau 6). Par exemple l'engrais apporté sous forme d'ammoniac est très volatile. Par exemple Bishop [2011] signale une perte de 10 à 20% pour l'urée, qui peut aller jusque 65%. Benoit [2012] remarque que mettre en contact de la chaux et du fumier entraine des pertes d'azote. Couverture du rang et de l'interrang (figure 18) (23) COMPETITION RACINAIRE : compétition pour les nutriments et l'eau, ou compétition pour le volume racinaire. Elle détermine le volume exploré par l'arbre, et donc la réserve d'eau et de minéraux qui lui est accessible. (34) ENTRETIEN DU SOL : en verger cidricole l'interrang est systématiquement couvert. Le type de couvert végétal peut varier mais peu d'études ont été menées sur les conséquences. Par contre la couverture du rang a fait l'objet de beaucoup d'études qui vise à caractériser l'effet concurrentiel. Néanmoins certaines extrapolations peuvent être faites. Dans toute étude la temporalité est à prendre en compte : quand l'azote est-il libéré par minéralisation ? quelle est la période de croissance préférentielle et donc de concurrence (hydrique et azotée) du couvert vivant? [Larrieu 2009] De manière générale, un rang enherbé concurrence l'arbre (azote et eau) et induit une vigueur moins grande ainsi que de moins bon rendement [Merwin and Stiles 1994, Spring 2001 , Polverigiani et al 2004 , Larrieu 2009 ]. Cette « perte » est d'autant plus grande que l'objectif de rendement est grand [Gontier et al 2011]. Néanmoins cette concurrence est moins dommageable lorsque l'arbre grandit [Baralon 2011]. La concurrence azotée est moindre si le sol est en capacité de fournir de l'azote [Larriau 2009], a une bonne réserve hydrique [Evrard et Gigleux 2004 ] ou lorsque le couvert est une légumineuse. Afin de stabiliser la fourniture d'azote à l'équilibre offre/demande en présence de couvert, Serre [1989] conseille de fertiliser plus dans les premières années d'enherbement afin de constituer le stock d'humus et d'atteindre l'équilibre de minéralisation. Lors de l'étude de la compétition luzerne/dactyle, Cruz et Lemaire [1986] conclue qu'en situation de disponibilité azotée, la luzerne elle devient concurrente pour l'azote [Cruz et Lemaire 1986] : quelle extrapolation faire sur la concurrence pommier/luzerne ? Le trèfle souterrain ainsi que le trèfle blanc apportent de l'azote lorsqu'ils sont mulchés en situation favorable à la minéralisation [Merwin and Stiles 1994 , Larrieu 2009, Parveaud 2010]. Dans tout couvert, le C/N est un bon indicateur de la capacité à se décomposer et donc à fournir de l'azote [Sanchez et al 2007]. Un mulch (paille ou foin) ou un couvert végétal mulché améliore la teneur en phosphore dans le sol et parfois la teneur foliaire [Serre 1989, Merwin and Stiles 1994, Spring 2001, Garcin et al 2012]. Le même phénomène est observé pour le potassium [Merwin and Stiles 1994, Serre 1989]. Peu d'impact sur le magnésium dans le sol mais par contre une faible amélioration de la teneur foliaire en magnésium peut être observée [Merwin and Stiles 1994]. Enfin le couvert influence l'infiltrométrie et la pénétrométrie. Les résultats obtenus en 9ème feuille sur pommier à couteau sont : couvert > BRF > désherbage mécanique [Baralon 2011]. En sol asphyxiant, l'enherbement améliore la structure du sol et sa porosité [Serre 1989]. Le détail est disponible dans la double page suivante. 40 MORGANE FOURNIER MEMOIRE DE FIN D'ETUDE - AGROPARISTECH
Tableau 7: Résumé des effets de différents types de couverts du rang 41 MORGANE FOURNIER MEMOIRE DE FIN D'ETUDE - AGROPARISTECH Légende du tableau 7:
MORGANE FOURNIER 42 MEMOIRE DE FIN D'ETUDE - AGROPARISTECH 43 MORGANE FOURNIER MEMOIRE DE FIN D'ETUDE - AGROPARISTECH
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