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Minéralisation des PO: acquisition de références

Christiane RAYNAL-LACROIX

Propriétés des MO

Propriétés physiques structure du sol

- circulation de l’air et de l’eau- enracinement

- rétention en eau - diminue la sensibilité au compactage - augmente la stabilité structurale - facilité des travaux de culture - résistance à l’érosion qualité des eaux

MO

Propriétés biologiques activité biologique du sol cycle du C, de N minéralisation des MO biodiversité développement de microorganismes antagonistes résistance à certaines maladies telluriques

Propriétés chimiques libération d’éléments minéraux par minéralisation fourniture d’N / immobilisation capacité de rétention des composés chimiques qualité des eaux contribution à la CEC (36%) puits de C

Les MO, source d’azote minéral pour les culturesL’azote

élément essentiel au développement des cultures, à l’élaboration du rendement

Défaut d’azote des conséquences économiques directes pour le producteur

Excès d’azote des effets sur:

le déroulement de la culture: risques de maladies physiologiques (ex: tip burn des laitues), de sensibilité accrue aux maladies cryptogamiques et aux ravageurs (ex: oïdium, puceron fraisier)

la qualité des productions (teneur en NO3 des laitues, teneur en β carotène des carottes, aptitude à la conservation de la carotte, des laitues…)

l’environnement (qualité des eaux / Directive NO3, loi sur l’eau)

Les MO, source d’azote minéral pour les cultures

Apports appropriés conditionnés à la connaissance de leur valeur nutritive:

Quelle quantité d’azote sera libérée? Quelle sera la dynamique de minéralisation?

Des références à bâtirDes données pratiques à diffuser

Devenir des matières organiques et de l’azote dans le sol

Dénitification(1)

(1) Processus biologiques agissant directement sur la disponibilité de l’azote minéral du sol

PLANTE

Résidus de récolte

SOL

MO nonvivante humus

Biomassemicrobienne

VolatilisationAbsorption

végétale

Apports N

N2ON2

Lessivage

NH4+ NO3-Minéralisation (1) Nitrification (1)

Organisation (1)

Apports organiques

Processus biologiques agissant sur la disponibilité en Nmin du sol

Biomasse microbienne : moteur des transformations de l’azote du sol

Minéralisation : transformation de l’azote organique présent dans la MO (endogène ou exogène) en N-NH4

Nitrification : évolution de N-NH4 en N-NO3

pH 6,9 à 9 ; T° 20 – 36°C ; aérobiose stricte

Organisation ou immobilisation : transformation d’N minéral en N organique

Ex : C/N élevé → faim d’azote pour la culture

Dénitrification : N-NO3 → N gazeux (N2O, N2)

apport organique récent; anaérobiose

Minéralisation et organisation = 2 processus concurrents, simultanés

Processus résultant observé : minéralisation ou organisation nette

Les matières organiquesQuelques rappels

Des origines diversesMO endogènes : humus, résidus de culture, engrais vertsMO exogènes : produits de ferme, produits commerciaux..

Des compositions et des propriétés variées qui confèrent aux produits leur valeur agronomique en tant que :Engrais : apport d’éléments fertilisants dont l’azote

Nutrition minérale des cultures

Amendement organique : effet sur les propriétés physiques, biologiques et chimiques du sol

1er effet recherché : améliorer la structure du sol non neutre sur la dynamique de l’N dans le sol

Etude de la minéralisation des MO

Combinaisons sol – climat – produits organiques multiples

Impossible d’étudier tous les cas, ne serait ce que les plus représentés

Transfert d’acquis de la recherche fondamentale

Approche terrain couplée à un outil de calcul de l’N minéralisé (N total et en dynamique) : LIXIM

Test d’incubation : méthode de laboratoire en milieu contrôlé

La démarcheSol avec apports de produits organiques et témoins sans apportEssais au

champ suivis de l’N minéraliséen situations réelles au champ

Tests incubationsuivis de l’N minéraliséen conditions contrôlées de T° et d’Humidité

Dynamique de libération de l’N dans les conditions de l’essai

Potentiel de minéralisation de l’N et C pour des T° et Hum données

T° et HumActifs sur les activités microbiennes du sol donc la vitesse de transformation de l’N

Dynamique de minéralisation en conditions de référenceExploitables dans d’autres contextes climatiques que ceux où a été définie la courbe de minéralisation du PO.

Les résultats

15 PO utilisés en AB (projet Fertiagribio)• Composition chimique• Tests ISB, CBM (indicateurs de stabilité ou de biodégradabilité)• Minéralisation de l’N et du C via des incubations sur 3 mois (28°C Hcc pF2,8)

Composition chimiqueN total (g/100 g produit sec)

012345678

Guanom

agOrg

aliz B

+

Orgafo

rCed

abior

Soies d

e porc

Déchets

verts

+ fumier

bovin

Déchets

verts

+ fientes

Déchets

verts

+ fumier

cheva

l Fumier

neuf c

heval

Fumier

cheva

l

Compost

fumier

cheva

l 4 se

m

Fumier

cheva

l com

posté 0

7/03/0

5

Vegor 7

0

Compost

déchets

verts

+ fientes

Fumier

volai

lles c

ompost

é

1.8 %

Engrais organiques

Amendements organiques

14.3

8.7 %

10.1 %

5 %

2.8 %

X% : pourcentage d’N minéral

6,3 % 3,7 % 1,3% 49,6 % 21,1 %7,9 %

4,2 %

9,2 %34,7 %

20,8 %

Source: Fertiagribio

Composition chimiqueC (g/100 g produit sec)

Engrais organiques

Amendements organiques

05

101520253035404550

Guanom

ag

Orgafo

rOrg

aliz B

+Ced

abior

Soies d

e porc

Déchets

verts

+ fumier

bovin

Déchets

verts

+ fientes

Déchets

verts

+ fumier

de ch

eval

Fumier

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Fumier

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l com

posté 0

7/03/0

5

Compost

déchets

verts

+ fientes

Compost

fumier

cheva

l 4 se

m

Vegor 7

0Fumier

chev

al neu

fFumier

chev

al


C/N - N et C minéralisésRelation entre le rapport C/N et le N minéralisé

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

0 5 10 15 20 25 30 35

C/N

N m

inéra

lisé e

n %

du

N o

rga

pro

du

it à

91 j

ou

rs

Soies de porcs

GuanomagOrgafor

DV + Fumier de chevalDV + Fumier de bovin

Compost DV + Fientes

DV + Fientes

Fumier de volaille composté

CédabiorOrgaliz B+

Fumier de cheval neuf

Compost Fumier de cheval 4 semVegor 70

Fumier de cheval composté 7/03/05

Fumier de cheval

Relation entre le rapport C/N et le C minéralisé

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 5 10 15 20 25 30 35

C/N

C m

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C o

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pro

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91 j

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Soies de porcs Orgafor

Guanomag

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Orgaliz B+

Fumier de volaille composté

Compost DV + FientesVegor 70

DV + Fumier de bovin

DV + Fientes

DV + Fumier de chevalFumier de cheval composté 7/03/05

Compost Fumier de cheval 4 sem

Fumier de cheval neuf

Fumier de cheval


Minéralisation de l’azote des engrais et amendements organiques - (% N

apporté) –

-70-60-50-40-30-20-10

01020304050

0 7 14 28 49 70 91

Jours à 28°C

ORGAFOR cedabior orgaliz b+guanomag soies de porc dv + fientesfumier cheval dv + fumier cheval fumier volailles compostécompost fumier cheval 4 semaines fumier cheval neuf fumier cheval composté 07/03/2005compost dv + fientes dv + fumier de bovin vegor 70


Minéralisation de l’azote organique des produits

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

0 7 14 28 49 70 91

% d

u N

org

app

orté

Comp. dv + fientes Fum. Cheval

Comp.dv + fum.chev Fum. poulet ind.sur pail.frais

Comp.fum.chev 4 sem. Fum.chev.frais

Comp.fum.chev 2 mois Comp.fum.poulet ind.sur pail.6 mois

Comp. dv + fumier de bovin Comp.fum + tourteaux

0

10

20

30

40

50

60

0 7 14 28 49 70 91

% N

org

app

orté

Conc.vin.betterDér.pdtion levureComp.avi et végGuano + far.de pl.soies de porc

Fertilisants organiques Amendements organiques


Minéralisation du carbone organique des produits

01020304050607080

0 1 3 7 14 21 28 49 70 91

ORGAFOR cedabior orgaliz b+guanomag soies de porc dv + fientesfumier cheval dv + fumier cheval fumier volailles compostécompost fumier cheval 4 semaines fumier cheval neuf fumier cheval composté 07/03/2005compost dv + fientes dv + fumier de bovin vegor 70


Minéralisation du carbone organique des produits

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 1 3 7 14 21 28 49 70 91

% C

org

app

orté

Conc.vin.betterDér.pdtion levureComp.avi et végGuano + far.de pl.soies de porc

0

10

20

30

40

50

60

70

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0 1 3 7 14 21 28 49 70 91

Comp. dv + fientes Fum. ChevalComp.dv + fum.chev Fum. poulet ind.sur pail.fraisComp.fum.chev 4 sem. Fum.chev.fraisComp.fum.chev 2 mois Comp.fum.poulet ind.sur pail.6 moisComp. dv + fumier de bovin Comp.fum + tourteaux

Fertilisants organiques Amendements organiques


Les résultats (suite)

Seigle, radis fourrager cultivés en tant que CIPAN (collaboration CtiflCA 30)

• Composition chimique• Minéralisation de l’N et du C via des incubations sur 3 mois (28°C, Hcc)

Caractérisation chimique des produits

Déterminations Seigle Radis

En % PO brut

En % MS

En % PO brut

En % MS

MSCarbone organiqueAzote totalN ammoniacalN nitriqueN organique (calculé)C/N

47.29.20.9

0.0290.1420.7312.6

19.51.9

0.0620.31.54

6.82.050.22

0.0070.0250.1910.8

30.13.230.10.372.76

Minéralisation du seigle et du radis fourragerEvolution du taux de minéralisation de l'azote des engrais verts seigle et radis

0

10

20

30

40

50

60

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Jour

% d

u N

org

aniq

ue

seigle radis

Seigle ≈ 120 kg N minéralisé en 15 jours à 28°C pour un enfouissement de 25.1 t MS /ha

Radis ≈ 75 kg N minéralisé en 15 jours à 28°C pour un enfouissement de 7.4 t MS /ha

Seigle : 30% N minéralisé en 15 jours puis 20% supplémentaires entre 15 et 91 jours.

Radis : prés de 40% N minéralisé en 15 jours puis 10 % supplémentaires entre 15 et 91 jours.

Résultats des tests d’incubation Evolution du taux de minéralisation du carbone des engrais verts seigle et radis

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Jour

% d

u C

org

aniq

ue

seigle radis

Seigle : 35% du C minéralisé en 7 jours puis 10% supplémentaires de 7 à 21 jours et 5% de 22 à 91j.

Radis : 55% du C minéralisé en 7 jours puis 10 % supplémentaires de 7 à 21 jours et 5% de 22 à 91j

Les résultats (suite)

Essais au champ (engagés au Ctifl en 2004 avec le concours de l’INRA Laon, l’ACTA, Arvalis et IFV)

• Enregistrement climat (T° et pluviométrie)• Teneurs en N min sur plusieurs horizons de sol• Caractéristiques physicochimiques des sols

Des références sur la minéralisation de:• MO endogène du sol• Déchets verts• Produits de ferme et du commerce

Minéralisation de la MO endogène du sol, de 2 composts de déchet vert et d’1engrais

organique

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

10.0

0 50 100 150 200

Jours normalisés à 15°C

N m

inér

alis

é en

% d

u N

org

aniq

ue a

ppor

té

Témoin LIXIM ajusté Ctifl 24 - 2004 / 2005 Témoin LIXIM ajusté Ctifl 24 - 2006 -

141 kg N/ha

48 kg N/ha

0

10

20

30

40

50

60

70

0 25 50 75 100 125 150 175 200

N m

inér

alis

é en

% d

u N

org

aniq

ue a

ppo

CDV CFB FSV

30 kg/ha

14 kg/ha


70- 80kg/ha

Dynamique de minéralisation de la MO endogène du sol

Témoin 2004/2005 : 0,24 kg/ha/J N 15°CTémoin 2006 : 0,96 kg/ha/J N 15°C (prairie de 3 ans retournée)

CDV : 0,07 kg/ha/J N 15°CCFB : 0,14 kg/ha/J N 15°CFSV : 0.93 – 1.06 kg/ha/J N 15°C

Dynamique de minéralisation des produits : composts déchets verts (CDV), fumier bovin (CFB) et fientes de volailles (FSV)

Comparaison des dynamiques de minéralisation de deux composts de déchets verts

0 2 4 6 8 10 120

2

4

6

8

10

12

a dynamique de minéralisation en labo (incubations) de deux compost


N minéralisé en % du N organique apporté

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

ctionnement biochimique des deux composts de déchets verts étu

Minéralisation d’un engrais organique: le Tourteau de Neem

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Composition biochimique du Tourteau de Neem

0 2 4 6 8 10 120

2

4

6

8

10

12

Jours

N m

inér

alis

é en

% N

org

aniq

ue a

ppor

té

Diagnostic de la fertilité biologique des sols :concepts – méthodes – applications

… une nouvelle génération d’analyse …

Par Xavier SALDUCCI

1 : La Fertilité Biologique des sols et l’analyse biologique

…Qu’est ce que la fertilité biologique ?...

Quelques fonctions des organismes du sol…Liants fongiques Vers de terre et porosité

Recyclage de la matière organique Protection et symbiose

Photo : Callot

Photo : Callot

Photo : Callot

L’activité biologique structure et entretien le sol, nourrit la plante…

• Stabilisation et structuration des sols• Porosité et aération des sols• Recyclage des matières organiques et nutrition des

plantes• Contrôle des populations pathogènes

= FERTILITE BIOLOGIQUE DU SOL

…un seul paramètre pour apprécier la diversité des MO et le fonctionnement biologique du sol :

le rapport C/N….


… Quels outils de diagnostic biologique?...

Comment mesurer la fertilité biologique des sols ?

Fonctionnement biologique du sol = voiture

– le carburant : MO(s) sol = MO libre + MO liée– le moteur : la biomasse microbienne– la transmission : les activités microbiennes

1) Caractérisation des MO du sol : Fractionnement granulométrique

(Balesdent et al, 1991; Feller, 1994)

Séchage des fractions de MOMO libre > 50 µm MO liée < 50 µm

1) Caractérisation des MO du sol par Fractionnement granulométrique (Feller, 1994)

Fraction 200-2000 µmMOPg : MO particulaire grossière

Fraction 50-200 µmMOPf : MO particulaire fine

Fraction < 50 µmMOH : MO humifiée

MO libre

MO liée

àMO «active» / 3 à 15 ans

MO «stable» > 50 ans

C/N

C/N

Intérêts agronomiques du fractionnement de la Matière Organique :

• MO libre (MO « active » / 3 à 15 ans) intervient dans :– la fertilité biologique du sol : nutrition de la faune et microflore du

sol,– la nutrition des plantes (N-P) – la stabilité à court terme (1 à 2 ans),– La résistance au tassement

• MO liée (MO « stable » / humifiée > 50 ans) intervient dans :– les propriétés structurantes et de stabilisation des sols à long

terme – les propriétés d’échanges (CEC humiques)

2) Mesure de la Biomasse Microbienne par fumigation / extraction (FD ISO 14240-2-12/1997)

Fumigation au chloroforme

Dosage de la Biomasse Microbienne par le COT mètre (dosage C soluble)

Mesure de la biomasse microbienne (BM) :

Résultats : – BM : mgC/kg terre sèche; quantité absolue :

• 200 à 400 mgC/kg = 700 à 1400 kg Cmicrobien / ha– BM / Corg. en % : qualité du fonctionnement

• 0 à 5%

Intérêts agronomiques de la mesure : • mesure directe de la quantité de vie du sol : est ce que mon sol est vivant ?, • apprécier les potentialités de minéralisation du sol,• apprécier la réserve potentielle en éléments fertilisants stockés dans la

biomasse microbienne• mesure de l’impact des pratiques culturales sur la fertilité biologique du sol :

– quantité et qualité des restitutions organiques,– fertilisation et chaulage,– état structural du sol (compaction / décompaction),– impact des produits phytosanitaires (cuivre...)

3) Mesure de la quantité de MO minéralisable : méthode par incubation contrôlée (Cminéralisable et Nminéralisable)

Incubation en conditions contrôlées (T° = 28°C, H° = CRE)

Mesure de la quantité de MO minéralisable :

Résultats : – Cm28 : mgC-CO2 / kg terre séche / 28 jours ; quantité de carbone

fermentescible (= énergie) disponible, – Cm28% : coefficient de minéralisation de la MO en % de Corg. ;

biodisponibilité du Corg.– Nm28 : mgN(NO3+NH4) / kg terre sèche / 28 jours ; quantité

d’azote minéralisable (= disponible pour la plante), – Nm28% : coefficient de phytodisponibilité de l’azote du sol.

Intérêts agronomiques de la mesure :• quantifier la teneur en matière organique facilement minéralisable ( =

réserves énergétiques de la microflore et fertilisantes pour la plante),• mesurer l’activité de la MO (MO active / pas active),• estimer le potentiel de fourniture d’azote du sol (Nminéral provenant de

l’activité microbienne),• caractériser le fonctionnement de la nitrification (NH4/NO3).

Fonctionnement biologique du sol et cycle de la matière organique

Amendements et engrais organiques,Résidus de culture…

BIOMASSE MICROBIENNE•=> Nouvelles structures cellulaires••=>Energie

MO facilement minéralisable

MO lentement décomposable

Fractions granulométriques

de MO

Enzymatiques(FDA Hydrolases)

Respiratoires(C-CO2)

Minéralisation de l’azote(Norg. Nmin)

Humification…

ACTIVITESBIOLOGIQUES

COMPARTIMENTTRANSFORMATEUR


… Quelques exemples d’applications...

Biomasse microbienne : source d’éléments fertilisants pour la culture : P2O5

(Brookes, 2001)

• La vitesse de renouvellement du P2O5 dans la biomasse microbienne a été estimée à 2.5 / an en GB.

• Soit un flux moyen du phosphore de l’ordre de 92 kg P2O5 / ha / an pour des sols cultivés et jusqu'à 320 kg P2O5 / ha / an pour des sols de prairie.

• Reste à déterminer la partie réellement disponible / assimilable par la plante,– Fixée par le sol,– Réutilisée par la biomasse microbienne,– Perdue par lessivage / érosion…

Pratiques culturales et disponibilité de l’azote et du carbone :

(Powlson et Brookes, 1987 / longue durée, 18 ans

Effet du brûlage de paille sur disponibilité de N

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

Studsgaard Ronhave

N m

inér

alisé

(kg/

ha/jo

ur)

BrûléeIncorporée+58%

+41%

Brûlage de paille et disponibilité de l’azote : essai longue durée (18 ans) de Studsgaard et Ronhave – DK). Mesure en laboratoire / Incubation contrôlée (60j)

Conclusion 1 : diagnostic des sols /préconisations

Analyse Biologique de terre : gérer la MO et l’azote :• Potentialités biologiques du sol : est ce que mon sol est vivant ?• Gestion de la MO : qualité et quantité à apporter pour équilibrer le

sol,• Potentiel de fourniture en azote : fertilisations azotés • Mesurer l’impact des pratiques culturales sur la fertilité globale

de son sol ;

Conclusion : comment conserver des sols biologiquements actifs ?

• Nourrir le sol et ses habitants (par l’apport de MO non compostés) :– Restitutions des résidus de culture,– Cultures intercalaires (engrais verts, CIPAN)– Apports de matières organiques actives (Produits organiques non

compostés, faible ISB : fumiers, lisiers….BRF ?)

• Protéger le sol et ses habitants :– Limiter le travail du sol, – Conserver la structure (limiter les passages / travailler en de bonnes

conditions)– Apport de produits organiques stabilisés (Compost…BRF ?)– Chaulage du sol (produits crus ou cuits),– limiter les phytosanitaires (fongicides en particulier)

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