Jp destain b godden

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La matière organique - Source de la vie du sol - Source d’éléments minéraux Jean-Pierre Destain 1 - 2 Bernard Godden 3 - 4 _________________________________________________________ AGORA – Clermont (Oise – F) 15 janvier 2013 ___________________________________________________ 1. Centre wallon de Recherches agronomiques –www.cra.wallonie.be 2. Gembloux Agro Bio Tech – Université de Liège 3. Agra-Ost asbl - www.agraost.be 4. Université Libre de Bruxelles

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La matière organique- Source de la vie du sol- Source d’éléments minéraux

Jean-Pierre Destain 1 - 2

Bernard Godden 3 - 4

_________________________________________________________

AGORA – Clermont (Oise – F)15 janvier 2013

___________________________________________________1. Centre wallon de Recherches agronomiques –www.cra.wallonie.be2. Gembloux Agro Bio Tech – Université de Liège3. Agra-Ost asbl - www.agraost.be4. Université Libre de Bruxelles

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2

Plan de l’exposé1. La matière organique – Composante essentielle de la vie du sol.2. Les cycles du carbone et de l’azote – 2 cycles intimement liés.3. Effet des apports de matières organiques sur le taux d’humus et la

stabilité structurale (effet à long terme).4. La fourniture d’azote par les matières organiques : une dynamique

différente en fonction des caractéristiques de ces matières.5. Sur quelle quantité d’azote peut-on compter en cas d’apports de

matières organiques ?6. En pratique, comment ajuster la fumure minérale de complément ?7. Les cultures intercalaires pièges à nitrate, comment modifient-elles la

disponibilité en azote ?8. Les apports de P2O5 et K2O par les matières organiques, sont-ils

équivalents à ceux contenus dans les engrais minéraux ?9. Quelques mots sur la problématique environnementale.10. Conclusions.

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3

1. La matière organique du sol

- Chimiquement C, H, O, N (S, …)

Pondéralement Volumétriquement

1% air (atmosphère) 10% air (atmosphère)78% Minéral 50% Minéral19% eau 34% eau2% Matière organique 5% Matière organique

Sol

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4

Constitution de cette matière organique

Vivante Racines végétaux

Faune et microfaune(insectes, vers de terre →Nématodes protozoaires)

Microflore Champignons Algues Bactéries

MorteRésidus végétauxracinaires ou autres

HumusC/N = 10

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5

2. Carbone (C) et Azote (N),2 cycles intimement liés

Cycle du Carbone

Photosynthèse CO2 Respiration

CO2

Minéralisation

Organisation

Cycle de l’Azote

Fixateurs Engrais N2 Volatilisation

Libres Fixation Dénitrification symbiotique

Atmosphère

Végétation

SolMatière organique +

microflore

Atmosphère

Végétation

SolMatière organique +

microfloreNH4+ - NO3

C/N≈ 10

*La matière organique (MO)• Biomasse

Lessivage• MO labile• MO stable

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6

3. Evolution de la matière organique du sol (Effets à longs termes)

Sur le long terme HumificationK1MinéralisationK2Exemples Humus produit

Fumier K1 : 0,5 100 kg (par tonne) Paille K1 : 0,10 85 kg (par tonne)Verts de betterave K1 : 0,25 20 kg (par tonne)

Des composés transitoires sont formés en coursd’humidification, avec émission de CO2

Concerne l’humus du solvarie de 0,004 (terre calcaire)

0,025 (sol sableux)(sur un stock de +/- 30.000 kg C / ha dans la couche arable)

Sources : Schvartz et al, 2005

K1

K2

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⇛ Mise en expérimentation : 1959⇛ Type de sol limoneux

Argile < 2µ : 12%Limon 2-53 µ : 85%Sable > 53µ : 3%

⇛ Travail du sol : labour 0-25 cm

Expérimentation à long terme de GemblouxRégimes de restitution et d’apports organiques

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8

⇛ Rotation :

Quadriennale jusqu’en 1998 (betterave-céréale-

légumineuse-céréale)

Triennale depuis 1998 (betterave-blé d’hiver-orge

d’hiver)

⇛ Parcelle élémentaire : 60 et 70 X 10m

⇛ Nombre de traitements : 6

⇛ Nombre de répétitions : 6

⇛ Fumure azotée : bilan prévisionnel (AZOBIL – INRA-France)

depuis 1998

(situation moyenne)

⇛ Fumure P-K : bilan exportation – restitution adapté pour

chaque traitement.

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9

5 5

4

2

342

3

Lisier + sous produits des cultures et production d'engrais vert

4

5

6

23

65

11

6

2

Apport de fumier

Restitution uniquement des pailles

Restitution de tout les sous produits des récoltes et production d'engrais vert.

12 11 10 9 8 7

19 18 17

5 4 36

16 15 14 13

1

24 2223 21 20

31 30 2936 35 34 33

Les longs tours - 6 ha 09 - Essais permanents

Prairie de la zootechnie

Les fonds

4

28 27 26 2532

1

6

3

6

Apport de lisier3

Témoin: aucune restitution de matière organique 1

2

21

6

3 2

1

4

55

6

2 54

1

3

4

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10

Jusque 1998 Après 1998

Tr 1 Exportation des S/P 1 Exportation des S/P

Tr 2 Enfouissement des S/P + lisier 2

Enfouissement des S/P + lisier + CIPAN 4

Tr 3 Exportation des S/P maïs + Lisier Enfouissement des S/P + Lisier + CIPAN

Tr 4 Exportation des S/P maïs + fumier 3 Exportation des S/P + fumier

Tr 5 Enfouissement des pailles de céréales

Enfouissement des S/P

Tr 6 Enfouissement des S/P culture d’engrais verts 4

Enfouissement des S/P + CIPAN

1 S/P = sous-produits des récoltes (feuilles de betteraves et paille de céréales)2 lisier porcin 30000l/ha en tête de rotation3 fumier bovin : 30-40T/ha en tête de rotation4 vesces par la suite remplacée par la moutarde (CIPAN)

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11

Rendements observés au cours des 6 dernières années

(en valeur relative du traitement 1)

2002 2003 2004 2005 2006 2007 Moy

Nature culture

Orge hiver

Betterave

Blé hiver

Orge hiver

Betterave

Blé hiver

Tr1 100 100 100 100 100 100 100

Tr2 107 100 114 114 103 103 109

Tr3 96 107 109 109 103 103 106

Tr4 100 112 103 111 105 105 107

Tr5 95 103 107 98 104 104 103

Tr6 105 110 113 107 101 101 108

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12

Evolution du stock de carbone ( C ) dans la couche arable 1959 – 2010 (kg/ha/0-20 cm)

Gain ou perte Gain ou perte valeur relative

Traitement 1 - 1860 - 6,2 %Traitement 4 + 3690 + 11,2 %Traitement 6 + 2160 + 7,2 %

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13

Production humus 1959 - 2010

Traitement 4K1 90 kg/tonne fumier = 61.200 kg Humus

= 36.000 kg C

Mais minéralisation

Traitement 1*K2 = 1200

----------------------- x 0,8*** x 0,8(A** + 200) x 200

K2 = 0,012

Traitement 4*K2 = 1200

----------------------- x 0,8 x 1,2(A + 200) x 200 climat apport organique

K2 = 0,018

*Formule proposée par C Schvartz et al, 2005**A = taux argile exprimé en ‰ (ici 120)*** Facteur climatique

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14

Evolution des propriétés physiques du sol

30354045505560657075808590

1959 1967 1972 1977 1982 1987 1992

Agregats stables (%)

T1

T3

T4

T6

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15

4. La fourniture en azote des matières organiquesDevenir de l’azote des PRO dans le sol

Produit résiduaire organique

N organique NH4+

Plante

NH3 N2O N2

AIR

SOL Minéralisation Nitrification

Matières NH4+ NO3

-

Organiques du sol Organisation

EAU

Volatilisation

Dénitrification

Lixiviation

Journées COMIFER et Académie d’Agriculture, 17 mars 2009

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16

NT

(kg/T)

N - NH4+

(kg/T)

N-NH4+

/ NT

(%) C/N Action

Fumier composté 6.5 0.3 5 13 Lente

Fumier pailleux 6.5 0.6 9 14 Lente

Fumier mou 7.0 1.0 14 16 Lente

Fumier mou 6.2 1.8 29 15 Rapide

Lisier bovin 4.5 2.6 56 8 Rapide

Fientes volailles sur paille 33 11 30 11 rapide

Clé de classification des matières organiques en fonction de leur dynamique d'action

Caractéristiques de divers engrais de ferme

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17

Traitements des matières organiques (modifient le contenu et la disponibilité de l’azote)

- Stockage

- Compostage Compost (+ Plus N organique)

- Biométhanisation Digestat (+ Plus N-NH4+ ammoniacal)

- Stabilisation Boues résiduaires calcaires

à la chaux Ecumes de sucrerie …(valeur neutralisante)

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18

Caractéristiques de quelques autres matières résiduaires

N totalKg/tonne

C/N Action

Composts de déchets verts 1 7,38 15 Lente

Compost urbain 1 14,4 15 Lente

Boue de STEP liquide 1 2 – 4 4 – 5 Rapide

Boue chaulée 1 6 – 9 8 - 11 Rapide/lent

Ecume sucrerie 3 Lente

1 grande variabilité du produit

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19

5. Sur quelle quantité d’azote peut-on compter en cas d’apports de matières organiques ?

Expérimentations où on va mesurer le coefficient d’utilisation de l’azote qu’elles contiennent et comparer

avec celui d’un engrais minéral azoté (coefficient d’équivalence)

Coefficient apparent =

Coefficient équivalence =

Azote prélevé F – Azote prélevé témoin ON Azote apporté F

Rendement/unité N – MORendement/unité N – engrais minéral

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20

Sources Bouthier et al, 2009

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21

Coefficient d’utilisation apparent de l’azote apporté (CAU) par divers engrais de ferme (culture de maïs ensilage)

Fumier mou Fumier pailleux Fumier composté Lisier bovin*

Engrais minéral

Dose annuelle kg/ha

120 155 80 120 155 80 120 160 200 80 120

85 155

CAU% N appliqué

41 39 40 38 27 22 42 18 12 19 59 53 96 72

Godden et al, 2005

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22

Utilisation de l'azote des engrais de ferme par les cultures en fonction de la dose apportée en cultures

80 120 155 80 120 155 80 120 155 80 120 120 176Fumier mou Fumier pailleux Fumier composté Lisier Fumure

minérale

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Coefficient apparent d'utilisation de l'azote en cultures dans une rotation maïs, froment, betteraves, pommes de terre

%

Godden et al,

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23

Efficience de l’azote apporté par le lisier en prairie permanente (Elsenborn)

Destain et al, 2007

AnnéeTotal apporté sur

la saisonMS produite

(Kg N/ha)

Efficience de l’azote(kg MS/kg N

apporté)

Efficience relative

(lisier/engrais ) (%)

Lisier NH4 NO3 Lisier NH4 NO3 Lisier NH4 NO3

1994 190 200 6760 7709 36 38 95

1995 166 200 7942 8651 48 43 112

1996 214 200 7313 8134 34 41 83

1997 251 200 7597 9020 30 45 67

1998 206 200 6166 6892 30 34 88

1999 172 180 4786 6822 28 38 74

2000 206 200 8551 8287 41 41 100

mean(1994-2000)

7016±1252 7931±840 35±7 40±4 88±15

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24

Coefficient réel d’utilisation (15N) de l’azote du lisier en prairie permanente (en % N appliqué)

1ère coupe

2ème coupe

3ème coupe

Total

Dec 80N lisier 6.2 4.0 8.0 18.2

Jan 80N lisier 19.4 3.1 8.2 30.7

Feb 80N lisier 42.8 3.9 3.8 50.5

Mar 80N lisier 38 4.1 5.6 47.7

Apr 80N lisier 45 4.8 5.8 55.6

May 80N lisier 54 12.3 3.3 69.6

April 80N min 50.5 16.9 2.1 69.5

Mai 80N min 52.2 10.2 1.9 64.3

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25

Coefficients réels d’utilisation de l’azote contenu dans diverses matières organiques et comparaison avec ceux de l’engrais minéral

(Résultats obtenus avec l’isotope 13N)

Matières organiques Type de culture CRU (% N appliqué)

Compost fumier Céréales < 5Verts de betteraves Céréales 5Moutarde Betteraves 15 %Phacélie Betteraves 20 %Lisier Prairie 18 – 69 % (1)Nitrate ammoniaque Prairie 65 %Nitrate ammoniaque Céréales 70 – 80 %Nitrate ammoniaque Betteraves 50 – 65 %Nitrate ammoniaque Pomme de terre 50 %

Sources : Destain, Godden, Luxen et al 1979 2008(1) Application en décembre 18 %, application avril-mai : 69 %

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26

Estimation de fourniture moyenne du N à la culture suivante par diverses matières organiques

(AZOBIL – INRA-F)

Prédiction de l’N minéral produit au cours de la saison culturale suivante (betterave sucrière)

Automne Printemps Fumier bovin décomposé 21 30

30 TLisier porcin 12 60

30 m3

Fientes volaille pures 50 10010 T

Compost urbain 8 1010 T

A cela s’ajoute la richesse du profil en sortie hiver

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27

Contenu en azote minéral du sol en sortie d’hiver avant culture de betterave sucrière – Effets des apports de matières organiques.

Nature des apports organiques

Effectif Profondeur Moy Min Max Ecart type

Pas d’apport 526 0-30 cm30-60 cm60-90 cm0-90 cm

18.321.621.060.9

0.20.00.0

205.0145.097.3

14.516.715.8

Ecume de sucrerie 358 0-30 cm30-60 cm60-90 cm0-90 cm

18.122.021.361.4

3.05.01.0

45.6134.5116.5

8.214.415.3

Fumier bovin 926 0-30 cm30-60 cm60-90 cm0-90 cm

23.025.724.172.8

3.01.00.1

149.0213.3129.0

18.720.516.6

Lisier bovin 42 0-30 cm30-60 cm60-90 cm0-90 cm

23.321.520.865.6

4.42.62.0

82.380.4106.0

17.218.120.3

Fientes de volaille 276 0-30 cm30-60 cm60-90 cm0-90 cm

30.847.945.3124.0

7.03.07.0

88.0222.4167.0

17.543.433.8

Destain et al, 2006 (REQUASUD)

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28

6. En pratique

Profil N minéral + Logiciel d’estimation de la minéralisation

AZOBIL – AZOFERT (INRA – France)

Sources et puits de N minéral

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29

Pour fournir une recommandation de fumure fiable

il faut fournir au prescripteur (le laboratoire qui effectue les analyses) les renseignements nécessaires concernant la gestion des

parcelles (précédents culturaux, régimes d’apports de matières organiques,…)

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30

VALOR un logiciel pour l'optimalisation des engrais de ferme à l'échelle de l'exploitation et de la parcelleB. Godden1, P. Luxen1, R. Oger2, E. Martin3 et J.P. Destain4

1 Agra Ost2 CRA-W – Dpt Agriculture et Milieux naturels 3 CRA-W – Dpt Logistique4 CRA-W – Direction Générale

DGARNE

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31

Valor : objectifs et fonctionnement (1)

Déterminer les types d'engrais de ferme produits: quantités, compositions N, P, K  et leur valeur financière

60 Vaches laitières 5 mois en étable entièrement paillée

Tonnes N (kg) P2O5 (kg) K2O (kg) €

Fumier pailleux 407 2399 1220 2439 4887

Restitué au pâturage 3166 1295 1641 6102

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32

Valor : objectifs et fonctionnement (2)

- Estimer les restitutions directes au pâturage

- Calculer les besoins des cultures et des prairies en N, P et K

Page 33: Jp destain b godden

33

Valor : objectifs et fonctionnement  : (3)

- Etablir un plan de répartition optimal des engrais de

ferme (plan de fumure)

A partir des deux premières étapes le logiciel propose une

répartition optimale des engrais de ferme disponibles :

"Quel engrais de ferme sur quelle(s) prairie(s) ou

culture(s), à quelle dose et à quel moment?".

 

Valor intègre à la fois l'ensemble des contraintes et des

objectifs agronomiques et économiques.

Page 34: Jp destain b godden

34

Pour bien valoriser les matières organiques, il

faut Maîtriser les doses épandues (et tenir compte des contraintes

réglementaires de doses maximales p. ex)

Choisir la bonne destination (culture) en fonction du type de

matière et de la période d’application possible (MO – action lente

ou rapide)

Epandre avec du matériel correctement réglé

Pour les MO riches en ammoniac (lisier, fientes)

épandre par temps couvert (avant pluie)

Lorsqu’il y a peu de vent

Diluer et homogénéiser le produit (lisier)

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35

7. Les cultures intercalaires, pièges à nitrate (CIPAN), comment modifient-elles la disponibilité en azote ?

Type d’engrais vert Biomasse kg MS ha-1 Contenu en N kg N ha-1

Moutarde 3500 – 7000 70 – 170

Ray-grass 4500 – 6800 70 – 170

Phacélie 3500 – 6000 50 – 90

Vesces 4000 – 5000 120 – 170

Repousse céréales 2000 – 2500 40 - 50

Sources : Geypens et Honnay, 1995

Production de biomasse et contenu en N de divers engrais verts

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36

0

20

40

60

80

100

120

140

160

août septembre octobre novembre décembre janvier février mars avril

kg N/ha

Evolution du profil (0-150 cm) en azote minéral du sol de l'été au printemps (kg N/ha)

absence (sol nu) vesce moutarde phacélie

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37

Répartition de l’azote minéral dans le profil à l’enfouissement des engrais verts (fin novembre)

0 5 10 15 20 25 30 35

120-150

90-120

60-90

30-60

0-30

Phacélie

Kg N/ha

Pro

fon

deu

r (c

m)

0 5 10 15 20 25 30 35

120-150

90-120

60-90

30-60

0-30

Moutarde

Kg N/ha

Pro

fon

deu

r (c

m)

0 5 10 15 20 25 30 35

120-150

90-120

60-90

30-60

0-30

vesce

Kg N/ha

Pro

fon

deu

r (c

m)

0 5 10 15 20 25 30 35

120-150

90-120

60-90

30-60

0-30

Absence (sol nu)

Kg N/ha

Pro

fon

deu

r (c

m)

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38

Piégeage de l’azote par la CIPAN

Quantité de N disparue du profil du sol durant l’automne (mesure fin novembre)

(kgN/ha sur un profil de 150 cm)Après cultures de légumes (pois, épinard, haricot)

Moutarde 88-114Phacélie 78-106Ray grass 56-73Seigle 94Froment 35-40

Sources : Renard et al., 2007

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39

Influence du CIPAN sur le contenu en nitrate du profil du sol après l’hiver

Différence entre un sol nu - CIPAN(kgN/ha)

Après culture de légumesMoutarde -28 à -31Phacélie -44 à -54Ray grass -33 à -48Seigle -70

Sources : Renard et al., 2007

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40

Influence du CIPAN sur le contenu en nitrate du profil du sol après l’hiver

Campagne betterave – CIPAN ou sans (kgN/ha)Type de profil sortie hiver (février)

Lisier fin août Fientes de volaille fin août

Avec CIPAN

Sans Avec CIPAN

Sans

0-30 cm 22 16 27 29

30-60 cm 24 25 37 45

60-90 cm 20 32 30 99

Total 66 73 94 173

Sources : Destain et al., 2006

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41

Minéralisation de la CIPAN

Les caractéristiques déterminantes

Contenu en N (%MS)

C/N Lignine (%MS)

Cellulose (%MS)

Moutarde 1.63-2.82 8-27 1.7-4.2 15.8-23.8Phacélie 1.44 – 1.85 21-23 5.4-6.3 19.5-26.5Ray grass 1.65-1.76 20-25 1.2-2.6 17.2-21.3

Sources : IRSIA, 1995

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42

Minéralisation de la CIPAN

Taux de minéralisation de l’azote sur une saison et quantité d’azote prélevé par la culture suivante (ici la betterave)

(résultats d’expérimentations à l’aide de l’isotope lourd 15N)

Taux de minéralisation N prélevé par la betterave et provenant de la CIPAN

% N enfoui Kg N/ha

Moutarde 45-57 15-45

Phacélie 18-28 22-31

Ray grass 22-24 26-42Sources : IRSIA, 1995

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43

En pratiquecomment moduler le conseil de fumure?

Fourniture par la CIPAN – fourniture par la minéralisation naturelle du sol sans CIPAN(kgN/ha)

CIPAN Sol

Moutarde 15-45

83- 154Phacélie 22-31

Ray grass 26-42Valeurs obtenues dans des expérimentations avec l’isotope stable 15N

Sources : IRSIA, 1995

•Et si je n’enfouis pas la CIPAN?

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8. Les apports de P2O5 et K2O par les matières organiques sont-ils équivalents à ceux contenus dans les engrais minéraux ?

- Que nous enseignent les expérimentations à court terme ??

en général rien

- Que nous enseignent les expérimentations à long terme ?

politique de restitution des exportations

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- Début : 1967- Sols Aba moyennement pourvus en P (13 mg/100 g sol) et K (14 mg/100 g sol),

suivant méthode AL- Rotation triennale (Betterave ou pomme de terre, 2 céréales)- Restitution des 3 produits des récoltes

P2O5 3 niveaux P : O 60 kg P2O5 * 90 kg

K2O 3 niveaux K : O 93 kg K2O 140 kg

* par ha/par an

Essai – Niveaux fumure P - K du CRA-W

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- Niveau intermédiaire : Bilan ± 0

- Décrochage des rendements au niveau 0 : en 1982, 1983 pour K, en 2000 pour P

- Fourniture de P disponible et de K échangeable par la réserve du sol

- Enrichir un sol, c’est coûteux

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Enrichissement du stock de P et K de la couche arable par rapport à l’excédent de fumure

au niveau de fumure 90 kg P2O5 – 140 kg K2O

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Equivalence entre P2O5 et K2O contenus dans les MO et contenus dans les engrais

Cas de sols riches Besoins limités ou nuls

Cas de sols normaux Restitution des exportations

Cas de sols légèrement Restitution des exportationsdéficients

Cas de sols déficients Apports d’engrais minéraux

le plus souvent requis – MO

aussi utiles

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Teneurs moyennes en phosphore disponible et potassium échangeable des sols wallons en culture en 2008 (REQUASUD)

Région agricole P disponible 1

(mg/100 g sol sec)K échangeable 1

(mg/100 g sol sec)

Ardenne 4.2 20.8

Condroz 6.8 18.8

Famenne 5.4 21.1

Limoneuse 9.8 19.4

Sablo-limoneuse 10.6 19.3

(1) Méthode Acétate d’ammonium EDTA sol normal P = 5 K = 12-15

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Apports de P2O5 et K2O par diverses matières organiques (kg/tonne)

P2O5 K2O

Paille 3 15

Fumier bovin 2 7

Fumier composté 3.7 9

Lisier bovin 1.7 5.5

Lisier porcin 6 3

Ecumes sucrerie 9 -

Boue résiduaire liquide 2-3 0.9

Boue chaulée 6-10 1

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Valeurs des engrais de ferme en culture (Betteraves et maïs) Janvier 2012

Eléments Fumier de bovins

Fumier de bovins composté

Lisier de bovins

Lisier de porcs

Fumier de poules

Valeur vrac en ferme€/unité (*)

N total 5,9 x 0,45 = 2,655

3,053

6,1 x 0,55 = 3,355

3,858

4,4 x 0,6 = 2,64

3,036

6 x 0,6 = 3,6

4,140

26,7 x 0,6 = 16,02

18,423

Nitrate d’ammoniac (*)KAS 27% (*)

1,15P2O5

3 4 2 5 15 Phosphore soluble (**)

3,3 4,4 2,2 5,5 16,5 1,1K2O 6 10 5 4 18

3,4 5,7 2,9 2,3 10,3 0,6MgO 1,4 1,8 1 1 5

0,840 1,080 0,60 0,60 3 0,6CaO 2,5 4 2 3 60

0,250 0,4 0,2 ,03 6 0,10Na2O 0,8 0,9 0,7 1,1 2,9

0,240 0,270 0,210 0,330 0,870 0,30

Valeur totale /t 11,10 15,71 9,10 13,15 55,05

Fumier de bovin

5,9 x 0,45 = 3,0533,053

Coefficient d’efficacitéPar rapport à un engraischimique

2,655 x 1,15 = 3,053 €/tPour l’azote

5,9 kg d’azotePar tonne

(*) Urée : 0,7 €/unité (**) Phosphate naturel : 1,6 €/unité Azote liquide : 0,6 €/unité

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Matières organiques et risques d’enrichissement de l’environnement

Nitrate dans les eaux souterraines et de surfaceDirective nitrateDoses maximales d’épandage et périodes

Phosphate dans les eaux de surface et eaux côtières eutrophisation cas lisier porc