Atelier 1

Fiche Fertilisation

1. Qu’est-ce que la Fertilisation ?

Définition La fertilisation est très souvent perçue de manière réductrice comme « la fourniture de NPK exogène (synthétique/minéral) aux plantes ». Il s’agit d’une conception très étroite et insuffisante : ces trois éléments sont loin d’être suffisants pour une bonne croissance1, et le rôle du sol ne se limite pas celui d’un support inerte.

Du fait de cette association, le terme « fertilisation » est parfois remplacé par la « Gestion Intégrée des Nutriments » (GIN) : permettre l’adaptation de la nutrition des plantes et de la gestion de la fertilité du sol aux conditions locales, en exploitant les avantages de l’utilisation conjointe des sources de nutriments organiques, minérales et biologiques pour satisfaire les besoins concurrentiels de la production alimentaire et de la viabilité économiques, environnementale et sociale.

Les finalités de la GIN sont :

optimiser la production agricole

maximiser les interactions positives

maximiser les rendements nets

minimiser l’épuisement du sol

minimiser les pertes de nutriments et les dommages environnementaux

Il est admis que la clé de la GIN réside dans une gestion intelligente des diverses ressources : la finalité de GIROVAR.

Les nutriments… dans le sol Seize éléments sont essentiels pour le développement des plantes (C, H, O ; macronutriments : N, P, K, S, Ca, Mg ; micronutriments : B, Fe, Mn, Cu, Zn, Mo, Cl, Ni). Cette caractéristique a été démontrée en premier lieu pour N (depuis 1804) et en dernier lieu pour Ni (1987). D’autres éléments (Si, Co, …) sont bénéfiques pour certaines cultures à certains égards.

La Loi de Liebig de l’élément limitant stipule que la croissance de la plante est limitée par l’élément dont la réserve disponible est la plus limitée (par rapport aux besoins des plantes, fig. 1). Ce principe de base explique l’importance d’un apport d’engrais équilibré (voir 2. Engrais) par rapport aux besoins de la plante et à la fourniture du sol : apporter des éléments non limitants sans éliminer le facteur

Figure 1 Illustration de la loi de l'élément limitant

1 FAO, 2006 : Historiquement, on a conclu que l’apport de N sans fourniture simultanée de P et de K avait peu de sens. De la même manière, on constate aujourd’hui que cela a peu de sens, et devient même contreproductif, de fertiliser en NPK sans s’assurer d’une fourniture adéquate en tout autre nutriment limitant.

Atelier 1

Fiche Fertilisation limitant induit un gaspillage et de possibles effets nocifs (par perte ou accumulation).

Il est donc essentiel pour la GIN de considérer les propriétés du sol. Par rapport aux éléments nutritifs des plantes, les principales caractéristiques du sol peuvent être résumées comme suit :

• le sol contient d’importantes réserves de nutriments ;

• mais il n’y a qu’une très petite partie de cette réserve qui est « libérée » (et donc utilisée par la plante) pendant la croissance ;

• par conséquent, les quantités d’éléments en solution ne satisfont que brièvement les besoins des plantes (surtout P et micronutriments) ;

• des formes disponibles (adsorbées sur le sol ou rapidement minéralisées) alimentent en permanence cette solution ;

• des apports de matières exogènes ne modifient que temporairement les relations entre les fractions (non disponible, peu disponible, disponible, en solution…), la nature de l’équilibre entre elles restant intact dans le temps (par redistribution sur ces fractions de l’apport).

Les propriétés « levier » du sol Un ensemble de propriétés du sol détermine l’équilibre chimique entre les différentes formes sous lesquelles un nutriment est présent. Certaines d’entre elles peuvent être modifiées par l’apport de matière exogène. L’apport direct d’éléments nutritifs (engrais) vise l’augmentation des réserves pour l’ensemble des fractions. L’apport d’amendements cherche à augmenter la part présente sous formes disponible ou en solution.

Parmi les principales propriétés chimiques que l’on peut modifier (« amender »), on trouve l’acidité (mesuré par le pH) et la capacité du sol à retenir des éléments sous forme disponible « échangeable », (mesurée par la Capacité d’Echange Cationique ou CEC).

Figure 2 Disponibilité des nutriments en fonction du pH (plus large est la barre, plus forte est la disponibilité)

L’effet de l’acidité sur la disponibilité des nutriments varie en fonction des éléments (fig. 2). L’acidité « optimale » est ainsi le résultat d’un compromis, influencé par les propriétés et les réserves du sol et par les besoins des plantes. Elle se situe généralement dans la fourchette correspondant à une légère acidité (pH 6-7). Une acidité

Figure 3 Fourchette de teneurs en cations échangeables en fonction de la capacité d'échange (CEC).

Atelier 1

Fiche Fertilisation trop forte (pH < 5) non seulement limite fortement la disponibilité de plusieurs nutriments essentiels (notamment P), mais peut également induire une disponibilité trop élevé d’autres éléments devenant de ce fait toxiques (e.g. Al).

Les nutriments disponibles se trouvent en majeure partie plus ou moins solidement adsorbés sur les surfaces organiques et minérales du sol (fig. 3). Il peut être pertinent de modifier cette « capacité d’échange » du sol, soit pour l’augmenter (cas de sols sableux), soit pour amender ce « complexe d’échange » avec une capacité d’adsorption légère (cas de sols à fort teneur en oxydes).

Quel apport ? Il devient évident que le choix d’un éventuel apport nécessite au préalable l’évaluation de la fertilité du sol.

En dehors de la dimension chimique discutée ci-dessus, la fertilité du sol est influencée par ses propriétés physiques et biologiques. Aussi convient-il d’évaluer les propriétés liées à chacune de ces dimensions :

− chimique (e.g. acidité, teneur et fixation en nutriments, …)

− physiques (e.g. structure, capacité de rétention d’eau, …)

− biologique (e.g. activité microbienne, …)

Ce n’est qu’une fois établie cette connaissance que l’on peut objectivement privilégier la correction de tel ou tel facteur estimé limitant et chercher à formuler des apports adaptés. On distingue en général deux ensembles fonctionnels de fertilisant :

− l’engrais : fourniture d’éléments nutritifs afin d’augmenter le réservoir de nutriments disponibles ;

− l’amendement : apport de matière organique ou minérale visant la correction d’une propriété du sol.

2. L’Engrais : la gestion directe des nutriments

Les principales propriétés du trio « classique » d’éléments majeurs N, P et K seront discutées dans ce point. Il existe de fortes différences dans la nature de ces éléments qui conduisent à des devenirs divergents malgré un apport souvent simultané.

Les majeurs : N Présent dans le sol principalement sous forme organique, l’azote est fortement concentré dans la couche de surface. Sa présence est liée à, et son devenir régi par, l'activité biologique. Les formes inorganiques, assimilables par les plantes, représentent en général moins de 5% du total. Le N est très sensible au lessivage. Les pertes vers l’atmosphère sont généralement importantes. Dans le raisonnement de l’apport en N, il faut porter une attention particulière à la forme de l'apport (la molécule contenant l'élément N), au mode d'apport (épandage, enfouissement, etc.) et au calendrier d'apport.

Les majeurs : P

Atelier 1

Fiche Fertilisation Le phosphore réagit avec le sol lors de son apport et évolue vers des formes chimiques que la plante ne peut pas utiliser. Contrairement à l’azote très mobile, le phosphore est un des nutriments le plus indisponible et immobile. La plante ne réussit en général à assimiler que 15 à 20% du P minéral apporté. Très peu de P reste en solution, une grande partie étant solidement adsorbée sur le complexe organo-minéral du sol en l’espace de quelques heures (fig. 4) ! Une partie du P du sol est présente sous forme organique. Sa mise à disposition des plantes dépend de l’équilibre entre minéralisation et immobilisation. Seule la forme organique soluble peut être lessivée.

Figure 4 Représentation schématique des trois principales fractions de P dans le sol

Les majeurs : K 90-98% du potassium est généralement présent sous forme minérale, presque inaccessible pour les plantes. Le K soluble apporté au sol est en général très majoritairement adsorbé sur le complexe d’échange et reste ainsi relativement disponible, sans trop de risque de lessivage.

Raisonner « au mieux » l’apport d’engrais Théoriquement, il conviendrait donc de raisonner l’apport nutriment par nutriment, mais cela imposerait de grosses contraintes pour l’agriculteur. De plus, il y a de fortes incertitudes sur la mobilisation des réserves du sol ou de devenir des éléments apportés. Il reste cependant important de chercher à apporter un engrais équilibré, car le contraire engendre trois types de risque :

− L’épuisement progressif des réserves du sol ;

− La perte d’éléments apportés car non utilisés (et donc une faible efficience et un risque de pollution) ;

− Des problèmes liés à la consommation de luxe (pouvant rendre les cultures vulnérables à certains types de stress).

Pour déterminer les quantités à apporter, on cherche généralement à établir des bilans de type entrée – sortie, séparément pour N2 et P au moins. Cela inclut une estimation de la fourniture en NPK par le sol. La quantité d’engrais organique à apporter est, en fonction de sa composition, déterminée par le minimum de la dose calculé pour N, pour P, et pour K, un engrais minéral apportant le complément. Au delà de cette approche classique, il convient d’entretenir les réserves en autres éléments essentiels.

2 En utilisant l’équation du bilan prévisionnel :

Xa + X = Nf - Ne + Rf - Re - (Mhb + Mhp + Mha).t - Mr

apport plante reliquats humus résidus

Xa + X = Nf - Ne + Rf - Re - (Mhb + Mhp + Mha).t - Mr

apport plante reliquats humus résidus

Comme à la Réunion on ne connaît ni les reliquats ni l’humus, on utilise l’équation efficience de l’azote : Nf = N0 + CAUmm x Nmm + CAUmo x Vmo x Ntmo x CEAmo

besoin sol N utilisable engrais minéral

N utilisable MO

Coefficient équivalent engrais N

Nf = N0 + CAUmm x Nmm + CAUmo x Vmo x Ntmo x CEAmo

besoin sol N utilisable engrais minéral

N utilisable MO

Coefficient équivalent engrais N

Atelier 1

Fiche Fertilisation Ces fournitures en nutriments ne sont pas sans effet dans le système sol – plante. Elles engendrent des interactions dont quelques unes des plus importantes à considérer sont :

− L’irrigation modifie la concentration en nutriments dans la solution, et de ce fait la mobilisation des nutriments contenus dans d’autres réservoirs (et donc potentiellement leur épuisement). Très important également : l’irrigation réduit les fluctuations de l’activité biologique, ce qui résulte en une fourniture plus constante de nutriments du sol à partir de ses sources organiques (ainsi que leur épuisement plus rapide) ;

− Une fourniture adéquate en P promeut un bon développement racinaire, procurant de ce fait une meilleure résistance à la sécheresse et aux maladies ;

− Inversement, une surfertilisation en N provoque une croissance végétative disproportionnée des parties aériennes, donc une réduction de la résistance à la sécheresse, une augmentation de la sensibilité aux maladies et de l’attractivité des insectes ;

− L’apport d’engrais N(PK) synthétique tend à avoir un effet acidifiant sur le sol et réduit progressivement la réserve en matière organique du sol du fait d’une stimulation de l’activité microbienne (apports de nutriments) qui minéralise cette ressource ;

− Le N organique apporté peut être minéralisé, mais ensuite également immobilisé, l’équilibre entre libération et immobilisation dépendant en grande partie du C biodégradable.

3. La fertilisation organique : la fonction « engrais » Utiliser de matières organiques pour subvenir aux besoins nutritionnels des cultures présente des différences notables par rapport à l’utilisation d’engrais synthétique. Nous listons ci-dessous les principales différences, regroupés en deux groupes : « inconvénients » et « avantages ».

Les inconvénients (par rapport à l’engrais synthétique)

− La composition des matières est souvent variable et différente des besoins, surtout dans le cas d’une utilisation directe de matières premières (souvent N insuffisant par rapport au P) ;

− Les concentrations en nutriments sont souvent assez faibles et ceux-ci ne sont qu’en partie directement disponible ;

− La présence possible d’éléments non désirés, ce qui peut impliquer un suivi de leur composition et le cas échéant une estimation de leur devenir ;

− Une manipulation et une réglementation plus contraignante ;

− Un raisonnement moins facile de l’apport, notamment du fait des arrières effets que la minéralisation progressive de certaines matières entraîne, nécessitant l’ajustement des doses au cours du temps (fig. 5).

Atelier 1

Fiche Fertilisation

Figure 5 Exemples montrant comment la libéralisation résiduelle de nutriments contenus dans deux types de fertilisant organique résulte en une dose d'application déclinant (pour une fourniture annuelle de 150 kg N/ha de maïs). En haut : les doses de lisier (vaches litières) appliquées (à gauche) et l’accumulation progressive de P produit (à droite). En bas : idem pour du fumier composté.

Les avantages (par rapport à l’engrais synthétique)

− La libéralisation / solubilisation du N est potentiellement plus en phase avec les besoins des plantes. Il y aurait de ce fait moins besoin de fractionner les apports et moins de pertes (air et eau), et de ce fait une plus grande efficience si l’apport est bien raisonné ;

− La fertilisation organique représente un remplacement de N synthétique et de P, K minéral. Cela représente a priori une réduction de l’impact environnemental (épuisement de ressources, émissions de gaz à effet de serre) de la production agricole et une augmentation de sa durabilité (moindre dépendance de fluctuations globales) ;

− Un moindre besoin de chaulage « compensatoire » (provoqué par l’effet acidifiant de l’engrais) si l’apport est bien raisonné (aussi en termes qualitatifs) ;

− Un apport en P généralement moins soluble et de ce fait moins rapidement rendu indisponible aux plantes ;

− Un apport en nutriments autres que NPK (oligoéléments + Ca, Mg, S ; la canne à sucre est par exemple sensible aux déficiences en S et Mg ; sur certains sols la canne bénéficie d’apports en Si soluble, qui facilitent probablement aussi une libération du P du sol) ;

Atelier 1

Fiche Fertilisation

− L’effet stimulant (pas toujours) des substances humiques sur la croissance (racinaire surtout) ;

− Plus qu’un engrais, l’apport organique a un effet amendant conjoint. Cet effet peut a priori être ciblé et plus ou moins privilégiés (par rapport à la fonction engrais) selon les besoins si l’apport est bien raisonné.

4. La fertilisation organique : la fonction « amendement »

L’apport répété de quantités significatives de matière organique engendre des modifications directes et indirectes dans les propriétés physiques, biologiques et chimiques du sol qui affectent la fertilité et la productivité de multiples façons. Les principaux effets spécifiques pouvant être recherchés en fonction des situations sont listés ci-dessous. Attention, l’incertitude des effets à moyen terme lié au fonctionnement de complexe du sol nécessitera de surveiller ces effets dans le temps et d’ajuster les apports en fonction des observations.

− L’apport de matière organique peut permettre d’améliorer la structure du sol. Dans certains sols une telle amélioration engendre une amélioration de la capacité de rétention en eau, de l’aération, de la stabilité structurale et de la protection contre l’érosion ;

− Un apport en matière organique peut constituer un substrat (C) et/ou une niche favorisant la vie du sol. Cela peut avoir des effets très positifs en termes d’amélioration de l’exploration et de la mobilisation des réserves du sol et, à travers une augmentation de la biodiversité, un renforcement de la résistance du système sol - plante face aux maladies ;

− Plus directement, les apports de matière organique peuvent viser des influences sur les équilibres chimiques (voir 1. « Qu’est-ce que la Fertilisation ? ») :

• L’augmentation de la Capacité d’Echange (fig. 6) ;

• La mobilisation de nutriments à partir de réserves organiques ;

• La mobilisation de nutriments à partir de réserves minérales (par formation de complexes ou par modification du pH ou du potentiel redox) ;

• La réduction de la toxicité de Al (réputée plus effective sous la couche de surface que en cas d’application de chaux) ;

• Un gain en nutriments (à travers la fixation biologique de N2). Figure 6 Des cas d'étude montrant

l'augmentation de la capacité d'échange du sol induit par son enrichissement en matière organique. L'effet est notable dans la gamme de pH qui nous concerne (5 - 8).

Atelier 1

Fiche Fertilisation

Le cadre règlementaire des fertilisants organiques est résumé ci-dessus (fig. 7). La fertilisation organique peut se faire dans deux cadres principaux : soit le produit fertilisant est formellement reconnu comme tel, il respecte un cahier de charges qui lui est propre : les normes qui régissent ce cadre sont commentées dans la fiche 4 portant sur les « sources » ; soit, en l’absence d’une telle démarche volontariste de reconnaissance, le fertilisant, que ce soit des matières premières brutes, mélangées et/ou transformées, restent considérées comme étant des déchets.

Dans ce dernier cas de figure l’application au sol du fertilisant doit le plus souvent faire l’objet d’un plan d’épandage. La fertilisation dans le cadre du plan d’épandage est soumise à un certain nombre de contraintes spatiales (e.g. distances minimales à respecter par rapport aux cours d’eau, aux forages, à l’habitat ; critères de pente maximale de la parcelle, etc.), temporelles (e.g. pas d’épandage en période de forte pluie), et en termes de mode d’application (également fonction des cultures). Ces règles visent la maîtrise des risques et des nuisances environnementaux et sanitaires. Elles relèvent en général du bon sens, mais la définition de seuils absolus généraux pour l’utilisation d’un ensemble de matières très diverses dans des situations très diverses, nécessairement très conservatrice, peut parfois excessivement limiter cette utilisation (e.g. un seuil de distance par rapport aux habitations

5. Un mot sur la réglementation

Effluents et résidus organiques

Logique "produits" Logique "déchet"

- Normalisation -amendement organique -engrais organique -support de cultures - Homologation - APV/API

Production dans une ICPE de : Engrais du commerce Composts de déchets verts Composts d'ordures ménagères Composts de FFOM ...

Commercialisation/vente

Le producteur n'est responsabledu produit que jusqu'à sa mise

sur le marché

- Réglement Sanitaire

Départemental

Effluents d'élevage et d'IAA non soumis à la loi des ICPE

Epandage permis (plan d'épandagenon obligatoire)

- Réglementation sur les ICPE soumises à

autorisation ou déclaration

Boues et effluents des IAA et des élevages

Pland'épandage obligatoire

- Réglementation sur les boues de

step

Boues des stations d'épuration urbaines et des IAA soumises à autorisation

Pland'épandageobligatoire

Pland'épandage

interdit

Graisses et matières de vidange non traitéesEffluents et boues non conformes à la réglementation

Le producteur est responsable du produit et des incidences sur le milieu jusqu'à la destination finale

Procédures de mise à disposition des matières organiques (d'après Plumail D. et Ducottet S. Biomasse Normandie-Env. et Techn. -avril 2001)

Figure 7 Schéma du cadre réglementaire régissant la fertilisation à partir de résidus organiques.

Atelier 1

Fiche Fertilisation pour éviter des nuisances olfactives dans le cas d’une matière désodorisée en situation de fort « mitage » urbain).

Remarquons également la particularité du cadre « déchet » que les règles portant sur l’utilisation du fertilisant ne dépendent pas uniquement de la nature des matières premières, mais également des installations dont elles sont issues ! Ainsi les effluents d’élevages issus de petites exploitations ne sont pas soumis à un plan d’épandage. La fertilisation à l’aide d’effluents d’élevage et de l’industrie agro-alimentaire qui relèvent du Règlement Sanitaire Départemental (RSD) n’est pas soumise à une obligation de traçabilité (i.e. de suivi) et elle est juste censée « rester compatible avec une protection sanitaire et agronomique du milieu ». L’utilisation d’un fertilisant comprenant des résidus issus d’une installation classée pour la protection de l’environnement (ICPE) est régie par un plan d’épandage aux critères plus stricts, imposant notamment une traçabilité sur 5 ans et un calcul des apports afin de ne pas dépasser les besoins en azote. Le plan d’épandage d’une boue d’épuration doit en plus tenir compte, sans les dépasser, des besoins en phosphore. L’utilisation de ces boues est également soumise à des critères en termes de composition (teneurs en substances chimiques telles que ETM et CTO).

6. Les domaines de valorisation agronomique dans le cas du TCO

Ce rapide résumé de la théorie de la fertilisation montre qu’il convient de déterminer, pour chaque situation du territoire, le rôle fertilisant à privilégier pour les apports de matière organique. C’est en grande partie l’objectif de l’atelier participatif. En guise de base de discussion, le tableau ci-dessous croise les usages possibles avec ces situations qui

mat-culture), élevage bovin, les espaces verts et les particuliers. Ce document s’est limité à la fertilisation onctions engrais et amendement). Des usages supplémentaires peuvent jouer un rôle. A

entices et

comprennent outre la production végétale (considérée à travers les triplets sol-clil’(fpriori il semble pertinent de distinguer une fonction « aménagement » (lors de la mise en culture de terres à faible potentiel), une fonction « paillage » (protection contre advérosion, et réduction d’évaporation) et une fonction « litière » en élevage.

engrais amendement aménagement paillage litière CAN MPO CAN EPO PRA HPB MAR MPO MAR EPO Elevage bovin Espaces verts Particuliers