Les Essentiels d'ARVALIS - Fertilisation : quels sont les effets azote des produits résiduaires organiques à long terme

L’estimation des effets long terme azote liés à des apports répétés de PRO nécessite la mise en œuvre d’essais de longue durée (>10 ans) avec des mesures spécifiques de stock de carbone et d’azote organique, ainsi que des mesures portant sur la minéralisation d’azote. Les quelques essais de longue durée conduits en France et synthétisés à l’occasion d’un projet CASDAR (2007 à 2011) précisent les effets d’apport répétés de produits organiques sur le statut organique des sols et l’impact sur la minéralisation

Les références expérimentales ARVALIS

Quelques rares références étrangères valorisables sous nos climats tempérés

Les références valorisables sous nos climats tempérés font appel aux essais de Rothamstead (Angleterre) et Askov (Danemark) initiés il y a plus d’un siècle, qui mettent en évidence un accroissement des teneurs en C et N avec des apports de PRO par rapport à une fertilisation minérale (Christensen, 1988). S’appuyant sur l’évolution des teneurs en C des sols de l’essai de Rothamstead comparant des apports de fumier de bovins à une fertilisation minérale depuis 1850, Mary et Guérif (1994) ont étayé l’hypothèse d’une influence « quantitative » mais aussi « qualitative » des apports de PRO sur l’activité minéralisatrice, via une augmentation de la proportion de la matière organique active du sol dans un sol recevant du fumier. Ce processus est relativement lent dans les conditions habituelles de la pratique agricole. Ces quelques essais de très longue durée apportent des informations importantes sur l’évolution du statut organique du sol et permettent de voir vers quelle situation d’équilibre évoluent ces systèmes.

Des essais longue durée conduits en France par plusieurs organismes

Un projet CASDAR conduit entre 2007 et 2009 par 9 organismes partenaires a permis de valoriser les résultats d’essais longue durée et de quantifier les effets d’apports répétés de produits organiques sur le statut organique des sols et d’en estimer le supplément d’activité minéralisatrice. Les produits sont essentiellement ceux issus d’élevage. Les essais analysés sont ceux conduits par la Chambre Régionale Agriculture de Bretagne (Crecom (22), Trévarez (29), Kerguehennec (56), Kerlavic (29), Lecousse (35)), l’INRA (Champ-Noël(35), Feucherolles (78) et Colmar (68)), IDELE et Chambre d’agriculture 44 (Derval (44), ARVALIS (La Jaillière (44), Le Rheu (35), St Hilaire en Woëvre (55)) et ARVALIS/SUACI des Bordes (Jeu Les Bois (36).

Bilan des effets azote des fumiers et fumiers compostés de bovins :

• Les apports répétés de produits bovins ont entrainé une augmentation significative des teneurs en C et N organique des sols pour la majorité des essais, comparativement à la fertilisation minérale. Quelques essais font exception notamment ceux où les doses d’apport sont faibles. Cette augmentation des teneurs en C et N organique est corrélée à la dose d’apport avec une certaine variabilité entre sites pour un même type de produit organique. En moyenne, on observe un stockage de 330 kg N/ha en 10 ans pour un apport de 100 kg N/ha/an (environ 20 t/ha/an de fumier de bovins).
• Si les apports répétés de PRO conduisent systématiquement à un stockage de C et N organique par rapport à une fertilisation minérale seule, ils ne conduisent pas dans tous les cas à une augmentation du stock dans le temps, car l’évolution de ce stock ne dépend pas que des apports de PRO mais du bilan humique de la parcelle. Ainsi, dans ces essais où le plus souvent les résidus de récolte étaient exportés et où le stock de C organique diminue au cours de la période de suivi en présence d’une fertilisation minérale seule, de tels apports ont permis un maintien ou une augmentation de ce stock.

Figure 1 : Effet d’apports répétés de fumier de bovins bruts et ou compostés, sur le supplément de stockage d’azote organique du sol, mesurés sur 7 essais, après 10 à 20 ans d’apports réguliers (annuels ou bisannuels) de PRO

• L’analyse de la répartition du carbone et de l’azote apporté par les PRO dans les différentes fractions granulométriques de la MO du sol des essais analysés montre que le stockage de MO résultant des apports de produits organiques se produit dans les fractions fines qui sont plus stables, ce qui suggère que les effets sur la minéralisation d’azote du sol vont s’exercer sur des temps longs.
• Le supplément de minéralisation annuel de l’azote attribué aux apports de produits organiques a été calculé par différence avec le traitement ayant reçu une fertilisation minérale pendant la durée des essais. Des valeurs positives de supplément de minéralisation sont calculées pour la majorité des essais et des traitements pour l’année ou les années qui suivent l’arrêt des apports (valeurs > à 25 kg N/ha/an environ). Les différences non significatives sont observées pour les situations d’apports à faibles doses (figure 2).
• En tendance, via la modification du statut organique du sol, un apport annuel de 20 à 25 t/ha de fumier de bovins pendant 10 ans induit un supplément de minéralisation de l’ordre de 40 kg N/ ha/an. Une moyenne qui dépend toutefois fortement du type de PRO et du contexte pédoclimatique.

Figure 2 : Supplément de minéralisation annuelle liée à des apports répétés de fumier de bovins par rapport à une fertilisation minérale azotée seule (essais organismes partenaires du projet CASDAR)

Les préconisations d'ARVALIS

• L’effet azote à long terme des produits organiques correspond à un changement significatif du statut organique du sol par rapport à une fertilisation minérale seule, perceptibles après au moins une décennie d’apports réguliers et qui conduit à un supplément de minéralisation. On a montré que ce supplément de minéralisation est proportionnel à la dose de carbone et d’azote organique apporté par les PRO mais il peut aussi fortement varier sous l’influence de facteurs tels que : type et composition du produit organique, dose apportée, mode et fréquence d’apport, type de sol, contexte agropédoclimatique…
• Toutefois les apports répétés de PRO, ne conduisent pas systématiquement à une augmentation du stock de carbone et d’azote organique dans le temps car d’autres facteurs que les apports de PRO influent sur le bilan humique (restitution des résidus, niveau de production).

Les effets long terme pris en compte de manière très variable dans les outils de calcul de fertilisation

Dans la méthode de calcul développée par le COMIFER qui a fait l’objet d’une actualisation en 2011, les effets long terme des PRO sont pris en compte et estimé à partir de la minéralisation du stock d’azote organique du sol modulé par un coefficient facteur système (FSyst). Ce coefficient est utilisé pour moduler la vitesse potentielle de minéralisation de l’azote du sol en fonction de la fréquence de restitution des apports organiques et de la gestion des résidus de culture. Des valeurs de FSyst sont proposées à dires d’experts, mais n’ont toutefois pas fait l’objet de validation à partir de données expérimentales. Attention, les effets long terme sont pris en compte de manière très variable dans les outils de calcul de fertilisation.
Malgré l’imperfection des outils de calcul, pour estimer les effets long terme d’apports répétés de produits organiques, ARVALIS recommande d’évaluer périodiquement la teneur en azote organique total du sol.