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Valeur agronomique des composts: les matières organiques et l’azote

Sabine Houot INRA-AgroParisTech Environnement et Grandes Cultures,

78850 Thiverval-Grignon

Usages et débouchés des composts - Marseille 18 Octobre 2012

Valorisation des MO d’origine résiduaire en agriculture( Produits résiduaires organiques : PRO)

justifiée par leur valeur agronomiqueamélioration de la fertilité/qualité des sols

• Fertilité chimique :– Valeur fertilisante (N,P)– Correction de pH

• Fertilité physique:– porosité– stabilité de la structure– rétention /disponibilité en eau

• Stimulation de l’activité microbienne

valeur environnementale :stockage C, substitution engrais

Valorisation des MO d’origine résiduaire en agriculture

Sous réservede leur innocuité• Inertes• Eléments Traces Métalliques (ETM)• MicroPolluants Organiques (MPO)• Pathogènes• Emission NH3, GES (N2O…)

maîtrise des autres contraintes• Odeurs • Fertilisation• Calendrier de travail


Le cas des composts

Amendements organiques

Entretenir, augmenter les teneurs, stocks de MO dans les sols.


Besoins des sols en matières organiques?

• Importance des zones où les sols sont appauvris en MO

• Sources classiques de MO : les effluents d’élevage

• Discordance géographique entre les zones à faible teneur en MO et celles à forte production d’effluents

Arrouays et al., 2001

• Adaptation de la gestion des PRO en fonction du contexte territorial• PRO d’origine urbaine et industrielle importants là où l’élevage a

disparu.• Quelle efficacité de ces matières organiques?• Quels outils pour piloter les apports?


Valeur agronomique des composts

Augmentation des teneurs et stocks de MO des solsStockage C: valeur environnementale Amélioration des propriétés des sols liées aux teneurs

en MO des sols: stabilité de la structure, disponibilitéN…


Valeur fertilisante N court terme?

Compost

dynamique court terme des MO

Biomasse microbienne

stocks :effets à long

terme

STOCK MO

Caractéristiques MO compost


Intérêt des essais longue durée: ex du site QualiAgro- 5 traitements orga: OMR, DVB, BIO, FUM et Témoin- 2 niveaux de fertilisation N- Epandage tous les 2 ans (Oct 1998, Sept 2000, 2002, 2004, 2006)- 4 tC/ha: 15 à 30 t MB/ha ou 10 à 20 t MS/ha- Succession blé – maïs: paille de blé exportées, résidus de maïs enfouis- Labour 29 cm

DV+B (2 passages) - 2006

0

10

20

30

40

50

axe

1

axe

2

t/ha

4 blocs de 10 parcelles (450 m2)

Néoluvisol: sol limoneux sur loess carbonaté, pH 6.9

Valeur amendante des produits résiduaires organiques: variation avec la nature des composts

• Augmentation des teneurs en C variable en fonction des apports• Besoin d’outils pour évaluer l’efficacité des apports et prévoir les évolutions de C

C appliqué Rendement en MO

(t/ha.application)

t Csol/tCépandue

FUM 3.8 0.5

OMR 3.3 0.3

DVB 3.8 0.6

BIO 3.2 0.6


0

10

20

30

40

C-CO2 (% C total)

0 50 100 150

Temps (jours)

Sol

DVB

OMG

• Même teneur en MO: 50%• Biodégradabilité résiduelle

évaluées au cours d ’incubations

• Indicateur normalisé (XPU 44-163)

Les analyses classiques sont insuffisantes

Exemple: 2 composts 35%

10%

Stabilité = contraire de biodégradabilité

Outils analytiques pour évaluer l’efficacité des PRO

OMR=MBT


01020304050607080

0 100 200 300 400

jours

C-C

O2

(% a

pp

ort

)

100

Effet court terme(CO2)

Effet long terme

Incubations de sol en conditions contrôlées

Incorporation dans les MOS

Dates (jours)0 20 40 60 80 100 120

C m

inér

alis

é (%

app

ort)

0

20

40

60

80

OM

BioDBoueDV

Fum

Une dégradabilité du carbone organique très variée…Source : G. Lashermes, 2005

En lien avec les caractéristiques biochimiques des PRO

XPU 44-162: Caractérisation biochimique par fractionnement Van SoestStabilisation MO au cours du compostage

0

5

10

15

20

25

0 10 20 30Tps (j)

%C min.T012s

Diminution de la biodégradabilité

0

20

40

60

80

100

0 12Semaines

% MO initiale SOL

HEMCELLIG

Dégradation hémicellulose, cellulose…

(Francou et al., 2008)

En lien avec les caractéristiques biochimiques des PRO

Stabilisation MO au cours du compostage

Dégradation cellulose, hémicellulose, augmentation relative lignine, fraction soluble

020406080

100120

T0 6 mois

% M

O

SOLHEMCELLIC

0

20

40

60

80

100

120

T0 T12

% M

O

s

(Francou et al., 2008)


plus ou moins rapide

0

10

20

30

40

50%C minéralisé

0 25 50 75 100Temps (jours)

Déchets Verts

6 mois4 mois3 moisTémoin

0

10

20

30

40

50%C minéralisé

0 25 50 75 100Temps (jours)

Ordures Ménagères

3 mois pour DV 6 mois pour OM

(Francou, 2003)

Stabilisation de la MO au cours du compostage

Proportion de matière organique susceptible d’entretenir le stock de matière organique du sol

ISMO = 44.5 + 0.5 SOL – 0.2 CEL + 0.7 LIC - 2.3 MinC3

temps (années)0 10 20 30 40

% Corg apporté

0

20

40

60

80

100

C restant au sol

C minéralisé

C stable

SOL

HEM

CEL

LIC

0%

20%

40%

60%

80%

100%

% M

O

Analyse statistique de la relation entre Cstable et fractions biochimiques

L'indice de stabilité des matières organiques (ISMO)

Outils analytiques pour évaluer l’efficacité des PROXPU 44-162: Caractérisation biochimique par fractionnement Van Soest

Source : Lashermes et al., 2009

Un modèle simple de calcul de bilan humique à la parcelle : AMG

Le climat

k

CO2

La texture

Le labour

Minéralisation lente du Carbone du sol

Les principes du calcul: Ca = 33% Corg

k= 0.02 à 0.06 fonction teneur argile, calcaire, travail du soldC/dt = k’1.m – k.Ca

C stable

C actif

K’1. m

Humification

1 – k’1

Résidus organiques

Les pailles

Les racines

Le fumierLe compost

Minéralisation rapidedu Carbone des résidus

ISMO= k’1

Calcul du bilan humique avec le modèle AMG (Andriulo et al., 1999)

Paramétrer le coefficient de décomposition des MOE (K1') avec ISMO

Ressources et Territoires

Utilisation d’ISMO pour simuler l’évolution de la MO dans l’essai QualiAgro avec le modèle AMG

Jousseaume, 2011

Validation d’ISMO comme indicateur du potentiel humique des PRO

ISMO des PRO épandus au champ

ISMO moyens de classes de PRO

Jousseaume, 2011

18

Valeurs d’ISMO pour différents types de PRO

BaseTYPO

273total

547027644146145726

BouesComposts urbainsComposts d’effluentsDigestatsFumiersLisiers + Fientes Matiè res animalesMatières végétalesMulchsEngraisAutres

440total

5719458648146177726

BouesComposts urbainsComposts d’effluentsDigestatsFumiersLisiers + Fientes Matiè res animalesMatières végétalesMulchsEngraisAutres

Lashermes et al., 2011





Compost




terme

STOCK MO



Lien entre stocks de MO dans les sols, risque de dégradation physique et

d’érosion des sols

Stocks de MO dans les solsStocks de MO dans les sols

SensibilitSensibilitéé des sols des sols àà la battancela battance

AlAlééa a éérosif des solsrosif des sols

Lien entre MO et propriétés physiques des sols: ex de la stabilité de la structure

INRA OrlINRA Orlééansans

Effet positif des composts sur la stabilité de la structureEffet relatif croissant lié aux augmentations de MO des sols

Efficacité variable des composts entre les années

(Annabi et al., 2011)

00,20,40,60,8

11,21,41,61,8

1999 2000 2002 2003 2004 2005 2007

DVBOMGBIOFUM

Effet relatif par rapport au témoin

Variabilité de la stabilité inter annuelle (climat, culture…)

Lien entre MO et propriétés physiques des sols: ex de la stabilité de la structure dans l’essai Qualiagro

2

0

50

100

150

200

250

300

350

aoû-05

oct-05

déc-05

fév-06

avr-06

juin-06

aoû-06

oct-06

déc-06

fév-07

avr-07

juin-07

aoû-07

oct-07

TNT0MSWGWS

a

ab

b

a

ab

bc

c

a

ab

b

a

abb

a

ab

b

ab

a

ab

b

ab

spreading spreading

Augmentation de l’activité biologique

Augmentation de la densité de vers (nombre/m2)

Augmentation de la porosité

OMR Témoin

(Capowiez et al., 2009)

ADEME





Valeur fertilisante N court terme?

Compost




terme

STOCK MO



Devenir de l'azote des MOE dans le sol

N2O

NO3-NH4

+

N2

N organique

NH3

Atmosphère

Organisation

Volatilisation

Minéralisation

Lixiviation

Dénitrification

Nitrification

Nappes phréatiques

Sol

NH4+N organique

Organisation

La disponibilité du N pour les plantes dépend de l’évolution de l'azote des PRO après apport

PRO

Source : B. Nicolardot

0102030405060708090

100

Lisier porc Lisierbovin

Fumiervolailles

Fumier deporc

Fumier debovins

Fumierbovins

composté

Com

posi

tion N

(%

N t

ota

l)

N o

rgan

iqu

e

N ammoniacal

Des proportions variables de N minéral et organique dans les PRO

Source : T. Morvan, INRA Quimper

<10% N-NH4 dans les composts

0

10

20

30

40

C-CO2 (% C total)

0 50 100 150

Temps (jours)

Sol

DVB

OMG

50

100

150

200N min (mg kg-1 sol)

0 50 100 150

Temps (jours)

DVB

Sol

OMG

XPU 44-163 : Minéralisation du N au cours d’incubations dans un sols en conditions contrôlées de laboratoire

Lien entre biodégradabilité du C et dynamique N

C/N: 10

C/N: 15

Outils analytiques pour évaluer la valeur fertilisante azotée des PRO

OMROMR

Minéralisation nette

Organisationnette

Indicateur de la valeur fertilisante azotée des PRO

Suivi minéralisation N au cours d’incubation (XPU 44 163)

(V. Parnaudeau, INRA Reims; T. Morvan, INRA Quimper; S. Houot, INRA EGC)

Effluents d'élevage (48)

Jours (28°C)0 10 20 30 40 50

% N

org

aniq

ue

-40

-20

0

20

40

60

Boues STEP (15)

Jours (28°C)0 50 100 150

Produits compostés (17)

Jours (28°C)0 20 40 60 80 100

% N

org

aniq

ue

-40

-20

0

20

40

60

Forte variabilité de comportement entre PROFaible minéralisation pour les composts

Les composts par rapport aux autres PRO dans les recommandations de périodes d’épandage

Butler et al., 2012Actualisation des connaissances permettant d'objectiver les variabilités des périodes recommandées pour l'épandage des fertilisants azotés en France

Simulations de 24 situations pédoclimatiques à travers la France

Quantités médianes de N disponible (N orga+N min) à 5 dates après apport au 1er Septembre (200 kg N apportés)

020406080

100120

DVB OMR FUM BIO

kg N

/ha apports

antérieursdernier apport

7ème apport en 2007:Entre 2007 et 2009, 80 à 100 kg de N minéralisés en plus par rapport au témoin:-OMR: la moitié provient du dernier apport en 2007-BIO, DVB et FUM, N sup provient essentiellement des apports antérieurs

Variabilité de la disponibilité du N des composts

N tot appliqué(kg/ha)

DVB 341

OMR 223

FUM 310

BIO 284

Apport moyen de N par épandage entre 1998 et 2009

Augmentation progressive du CAU du N des PRO

(Chalhoub, 2010)

2007-2009: Surplus de minéralisation de N/témoin

Essai Qualiagro, simulation Pastis

Limiter les pollutions liées à la valeur fertilisante azotée: Emissions gazeuses

Chambres à accumulation: N2O

Tunnel de ventilation NH3

flux cumulé

-50

0

50

100

150

200

250

300

350

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

jour après apport

flux

g N/

ha/j

UANDV+BFFOMOMRFumierTémoin

flux cumulé diminué du témoin

-50

0

50

100

150

200

250

300

350

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

jour après apport

flux

g N

/ha/

j

UANDV+BFFOMOMRFumier

Exemples de flux de N2O

UAN = 43.8 gN/ha = 0.04%DV+B = 325 gN/ha FFOM = -20.6 gN/ha OMR = 33.6 gN/ha Fumier = 183.2 gN/ha

DV+B>Fumier>UAN>OMR>FFOM

-Humidité sol limitante au départ pour OMR

-DV+B durée de production plus longue (15 jours)

<0,5% Nmin

Pertes en % de la dose apportée Fumier et OMR > FFOM et DV+B

Exemples de flux de volatilisation de NH3

(S. Génermont et al.,)

1. Les composts sont des amendements organiques

Entretien, voire augmentation des stocks de MO des sols

Amélioration de nombreuses propriétés du sol

Outil disponible pour prévoir l’efficacité des composts

2- Valeur fertilisante azotée:

Faible après un apport

Effet cumulatif en cas d’apport régulier: via augmentation MO du sol

3- Variabilité des effets

Liée aux caractéristiques de la MO des composts (procédé, type de déchets compostés)

Trouver le meilleur niveau de stabilité…

Conclusion

Merci de votre attention…


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