matières orggqaniques du sol des produits organiques … · calcul du bilan humique avec le ......
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Matières organiques du solg q&
rtie
lle in
terd
ite des produits organiques
duct
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mêm
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r
Sabine HOUOT, INRA GrignonThi MORVAN INRA R
/200
9. T
oute
repr
od Thierry MORVAN, INRA RennesBernard NICOLARDOT, AGROSUP DIJON
AS
Labo
rato
ire 1
0/G
RO
-Sys
tèm
es /
SA©
Cop
yrig
ht A
G
29 septembre 2011, JDS CENTER, OULLINS (69)20 octobre 2011, AR’MILIN, CHATEAUBOURG (35)8 décembre 2011, ARVALIS, BAZIEGE (31)
La matière organique dans les sols est indispensable pour assurer la production végétale…
rtie
lle in
terd
ite
Environnement physique
duct
ion
mêm
e pa
r Environnement physique de la racineAncrage, eau, aération
Nutrition des plantesN,P,K, S, Ca.. oligoéléments
+ +
/200
9. T
oute
repr
od
Qualité sanitaire des plantesPathogènes, antagonistes, auxiliaires
+ -
AS
Labo
rato
ire 1
0/ Portance, vitesse de ressuyage du sol…+
… et a des fonctions environnementales importantes:
GR
O-S
ystè
mes
/ SA … et a des fonctions environnementales importantes:
Stockage de C; substitution engrais minéraux, maintien de la biodiversité ; rétention des polluants…
© C
opyr
ight
AG
La matière organique dans les sols en France: des stocks variables; des zones appauvries…
rtie
lle in
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itedu
ctio
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par
/200
9. T
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repr
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S La
bora
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10/
GR
O-S
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mes
/ SA
© C
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AG
Arrouays et al., 2001
Des sources de MOE très variées
• Résidus de cultures :quelques 100e de kg à plusieurs tonnes par haquelques 100 de kg à plusieurs tonnes par ha
• Produits résiduaires organiques (PRO): déchets organiques ayant subi des traitements ou
rtie
lle in
terd
ite
déchets organiques ayant subi des traitements ou non d’origine urbaine, industrielle, agricole (boues, composts effluents agro industriels effluents
duct
ion
mêm
e pa
r composts, effluents agro-industriels, effluents d’élevage…)
/200
9. T
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repr
od
Source Quantités (106 t MB)Effl t d’él 300
AS
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rato
ire 1
0/ Effluents d’élevage 300Boue, composts, digestats d’origine urbaine 7Effluents industriels 23
GR
O-S
ystè
mes
/ SA Effluents industriels 23
© C
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AG
Des contenus en carbone organique très variables
rtie
lle in
terd
ite
Résidus de culture à maturité 400-450
Teneur C organique
duct
ion
mêm
e pa
r Résidus de culture à maturité 400-450
Cultures intermédiaires 400-450
Boues STEP 120-520kg C/t m.s.
/200
9. T
oute
repr
od Boues STEP 120-520
Composts (DV, Bio, OM…) 250-410
Effluents d'élevage 100 450
AS
Labo
rato
ire 1
0/ Effluents d élevage 100-450
Effluents agro-industriels 1-25 kg C/m3
GR
O-S
ystè
mes
/ SA
© C
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AG
Source : Nicolardot et al., AgroSup Dijon
Une efficacité variable des PRO à augmenter les stocks de MO des sols: exemple de l’essai Qualiagro
• Augmentation des teneurs en C variable en fonction des apports• Besoin d’outils pour évaluer l’efficacité des apports et prévoir les é l ti d C
rtie
lle in
terd
ite
évolutions de C
duct
ion
mêm
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r
C appliqué
Rendementen MO
/200
9. T
oute
repr
od
(t/ha.apport)
t Csol/tC apporté
AS
Labo
rato
ire 1
0/ FUM 3.8 0.5
OMR 3.3 0.3
GR
O-S
ystè
mes
/ SA DVB 3.8 0.6
BIO 3.2 0.6
© C
opyr
ight
AG
Prévoir le devenir des matières organiques dans les sols
Calcul du bilan humique avec le modèle AMG (Andriulo et al., 1999)
Paramétrer le coefficient de décomposition des MOE (K1') avec ISMO
CO2Résidus Minéralisation rapide
Paramétrer le coefficient de décomposition des MOE (K1 ) avec ISMO
rtie
lle in
terd
ite
Le climat
CO2
Minéralisation lente f
1 – k’1organiques
Les pailles
du Carbone des résidus
duct
ion
mêm
e pa
r
k
du Carbone du sol
K’1. m
Humification
Les racines
/200
9. T
oute
repr
od
La texture
C stable
C actif
Le fumier
ISMO= k’1
AS
Labo
rato
ire 1
0/
Le labour
C stableLe compost
GR
O-S
ystè
mes
/ SA
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
opyr
ight
AG k 0.02 à 0.06 fonction teneur argile, calcaire, travail du sol
Source : Houot et al., 2011
80Une dégradabilité du carbone organique très variée
Source : G. Lashermes, 2005
port
)
60
Source : G. Lashermes, 2005
sé (%
ap
40
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ite
min
éral
is
20
OM
BioDFum
duct
ion
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r
Incubations de sol en conditions contrôlées
C m
0
BioDBoueDV
/200
9. T
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repr
od
rt)
100Dates (jours)
0 20 40 60 80 100 1200
AS
Labo
rato
ire 1
0/
50607080
(% a
pp
or 00
Effet long terme
GR
O-S
ystè
mes
/ SA
1020304050
C-C
O2
(
Effet court terme(CO2) Incorporation
dans les MOS
© C
opyr
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AG
010
0 100 200 300 400
jours
dans les MOS
Reliée à l'évaluation de la composition biochimique
èdes matières organiques
rtie
lle in
terd
ite
Exemple du compostage Fractionnement avec la méthode Van Soest
duct
ion
mêm
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r
Dégradation rapide 80
100
/200
9. T
oute
repr
od
ég adat o ap dede la CELLULOSE
40
60
AS
Labo
rato
ire 1
0/
Augmentation 20
40
GR
O-S
ystè
mes
/ SA relative de la
LIGNINE0
0 2 4 6 8 10 12
© C
opyr
ight
AG
Source : S. Houot, INRA EGC
Semaines LIG CEL HEM SOL
Evaluer la stabilité des matières organiques
L'indice de stabilité des matières organiques (ISMO)% Corg apporté
100
L indice de stabilité des matières organiques (ISMO)
60
80 C minéralisé
CEL
LIC
60%
80%
100%
rtie
lle in
terd
ite
20
40 C restant au solC stable
SOL
HEM
CEL
20%
40%
% M
O
duct
ion
mêm
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r
temps (années)0 10 20 30 40
0SOL
0%
/200
9. T
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odA
S La
bora
toire
10/
ISMO 44 5 0 5 SOL 0 2 CEL 0 7 LIC 2 3 Mi C3
Analyse statistique de la relation entre Cstable et fractions biochimiques
GR
O-S
ystè
mes
/ SA
Proportion de matière organique susceptible d’ t t i l t k d tiè i d l
ISMO = 44.5 + 0.5 SOL – 0.2 CEL + 0.7 LIC - 2.3 MinC3
© C
opyr
ight
AG d’entretenir le stock de matière organique du sol
Source : Lashermes et al., 2009
Valeurs d’ISMO pour différents types de PRO
BaseTYPO
rtie
lle in
terd
ite 547027
BouesComposts urbainsComposts d’effluents
5719458
BouesComposts urbainsComposts d’effluents
duct
ion
mêm
e pa
r
644146
DigestatsFumiersLisiers + Fientes Matiè res animales
648146
DigestatsFumiersLisiers + Fientes Matiè res animales
/200
9. T
oute
repr
od 6145726
Matiè res animalesMatières végétalesMulchsEngraisA t
6177726
Matiè res animalesMatières végétalesMulchsEngraisA t
AS
Labo
rato
ire 1
0/
273total
26Autres
440total
26Autres
GR
O-S
ystè
mes
/ SA
© C
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AG
11Source : Houot et al., 2011
Utilisation d’ISMO pour simuler l’évolution de laMO dans l’essai QualiAgro avec le modèle AMG
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par
/200
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10/
GR
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/ SA
© C
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AG
Source : Jousseaume, 2011
Comparaison K1 champ et ISMO
ISMO des PRO épandus au champépandus au champ
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par
/200
9. T
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10/
GR
O-S
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mes
/ SA
ISMO moyens de classes de PRO
© C
opyr
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AG classes de PRO
Lien entre MO et propriétés physiques des sols: ex de la stabilité de la structure
Lien entre stocks de MO dans les sols, Sensibilité des sols à la battanceSensibilité des sols à la battancerisque de dégradation physique et
d’érosion des sols
rtie
lle in
terd
ite
Stocks de MO dans les solsStocks de MO dans les sols
duct
ion
mêm
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r/2
009.
Tou
te re
prod
Aléa érosif des solsAléa érosif des sols
AS
Labo
rato
ire 1
0/G
RO
-Sys
tèm
es /
SA©
Cop
yrig
ht A
G
INRA OrléansINRA Orléans
Lien entre MO et propriétés physiques des sols: ex de la stabilité de la structure dans l’essai
Effet positif des composts sur la stabilité de la structure
Qualiagro
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
rtie
lle in
terd
ite
Efficacité variable des composts entre les années Variabilité de la stabilité inter annuelle (climat, culture…)
duct
ion
mêm
e pa
r
1,61,8 Effet relatif par rapport au témoin
/200
9. T
oute
repr
od
11,21,4
DVBOMG
AS
Labo
rato
ire 1
0/
0,40,60,8 BIO
FUM
GR
O-S
ystè
mes
/ SA
00,2
1999 2000 2002 2003 2004 2005 2007
© C
opyr
ight
AG
(Annabi et al., 2011)
Devenir de l'azote des MOE dans le solLes PRO source d’azote pour les cultures: la disponibilité pour les plantes dépend de l’évolution de l'azote des PRO après apport
N2O N2NH3
NH4+N organique
rtie
lle in
terd
ite
Atmosphère Volatilisation
duct
ion
mêm
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r
DénitrificationSol
/200
9. T
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repr
od
NO -NH +N organique
Minéralisation Nitrification
AS
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ire 1
0/ NO3-NH4
+N organique
OrganisationLixiviation
Organisation
GR
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mes
/ SA
Nappes phréatiques
© C
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AG
Source : B. Nicolardot
Des proportions variables de N minéral et organique dans les PRO
N ammoniacal
8090
100to
tal)
rtie
lle in
terd
ite
607080
(% N
t
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duct
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mêm
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r
304050
itio
n N
org
an
i
/200
9. T
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repr
od
102030
om
posi
N o
AS
Labo
rato
ire 1
0/
010
Lisier porc Lisierbovin
Fumiervolailles
Fumier deporc
Fumier debovins
Fumierbovins
Co
GR
O-S
ystè
mes
/ SA bovin volailles porc bovins bovins
composté
© C
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AG
Source : T. Morvan, INRA Quimper
Des contenus en N minéral et organique très variables dans les PRO
Teneur N minéral NH4+ essentiellement
très variable
rtie
lle in
terd
ite
Ré id d lt à t ité 3 45
Teneur N organique
très variable
duct
ion
mêm
e pa
r Résidus de culture à maturité 3-45
Cultures intermédiaires 14-47
B STEP 20 40 k N / t
/200
9. T
oute
repr
od Boues STEP 20-40 kg N / t m.s.
Composts (DV, Bio, OM…) 15-35
Effl t d'él 15 25
AS
Labo
rato
ire 1
0/ Effluents d'élevage 15-25
Effluents agro-industriels 0.1-0.5 kg N / m3
GR
O-S
ystè
mes
/ SA
© C
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AG
Source : Nicolardot et al., AgroSup Dijon
Dans les sols, l'évolution de l'azote est liée au devenir du carbone organique
CO2
Minéralisation
rtie
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terd
ite
Assimilation
duct
ion
mêm
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r
BIOMASSEMICROBIENNE
MATIÈREORGANIQUE
STABLEAssimilationHumification
Matières organiquesexogènes
/200
9. T
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repr
od STABLEAssimilation
Humification
e ogè es
AS
Labo
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ire 1
0/
OrganisationMinéralisation
GR
O-S
ystè
mes
/ SA
N MINERAL du SOL
© C
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AG
NC
Le devenir de l'azote en lien avec la disponibilité du carbone des MOE
jours
00 100 200 300 400
kg
so
l)
rtie
lle in
terd
ite
-10
-5
(m
g/
k
duct
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-15
min
éra
l
/200
9. T
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od
25
-20N m
AS
Labo
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ire 1
0/ -25
Minéralisation netteOrganisationnette
GR
O-S
ystè
mes
/ SA nette
Différence N minéral - N minéral (sol + produit) (sol témoin)
© C
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AG (sol + produit) (sol témoin)
Une forte variabilité de comportements
Effluents d'élevage (48) Boues STEP (15) Produits compostés (17)Effluents d élevage (48)
60
Boues STEP (15) Produits compostés (17)
60
rtie
lle in
terd
ite
aniq
ue
20
40
aniq
ue
20
40
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% N
org
a
0
20
% N
org
0
20
/200
9. T
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repr
od %
-40
-20
-40
-20
AS
Labo
rato
ire 1
0/
Jours (28°C)0 10 20 30 40 50
Jours (28°C)0 50 100 150
Jours (28°C)0 20 40 60 80 100
GR
O-S
ystè
mes
/ SA
Sources : V. Parnaudeau, INRA Rennes; T. Morvan, INRA Quimper; S. Houot, INRA EGC
© C
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AG
Les modèles pour prévoir la minéralisation de l'azote des MOE
Matière organique Fraîche CO2CO2
C:NBiomasse
Microbienne
C:N
Matière organique humifiée
C:N
K Y hFraction décomposable
Cr0
rtie
lle in
terd
ite
C:N C:N
N minéral
0
Fraction stable
duct
ion
mêm
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r
N minéralisé (% apport)
100%Modèle STICS
/200
9. T
oute
repr
od
80%
100%
Effet long terme
AS
Labo
rato
ire 1
0/
40%
60%
GR
O-S
ystè
mes
/ SA
20%
0%
Valeur N court terme
© C
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AG
Source : Lashermes, 2005
0%0 200 400jours
La typologie : un outil pour classer et choisir lesproduits en fonction de leur disponibilité enazote
Classes de disponibilité d’azote
Classe Minéralisation
à t=1anPlage de variation
1 60 > 40
rtie
lle in
terd
ite
d azote 1 60 > 40
2 30 [25 ; 40]
3 15 [10 ; 25]
4 10 [0 ; 15]
duct
ion
mêm
e pa
r 4 10 [0 ; 15]
5 0 [-5 ; 5]
6 -5 [-10 ; 0]
en g N / kg MS
/200
9. T
oute
repr
od en g N / kg MS
AS
Labo
rato
ire 1
0/G
RO
-Sys
tèm
es /
SA
OrgN en g/kg MSFractions en g/kg MO
© C
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AG
Lashermes et al., 2010
g g
Fiente14%
Exemple des classes 1 & 6
Engrais43%
rtie
lle in
terd
ite Mat An43%
duct
ion
mêm
e pa
r
Boue4% Compost
Mulch%
/200
9. T
oute
repr
od 4% Compost Urb21%Mat An
7%
11%
AS
Labo
rato
ire 1
0/G
RO
-Sys
tèm
es /
SA
Compost EffluFumier
© C
opyr
ight
AG 18%39%
Lashermes et al., 2010
Disponibilité du N apporté par les PRO: essai Qualiagro; modèle Pastis
Apport moyen de N par épandage entre 1998 et
Augmentation progressive du CAU du N des PRO
N tot appliqué(kg/ha)
2009
rtie
lle in
terd
ite DVB 341
OMR 223
FUM 310
duct
ion
mêm
e pa
r FUM 310
BIO 284
/200
9. T
oute
repr
od
100120
7ème apport en 2007:Entre 2007 et 2009, 80 à 100 kg de N minéralisés en plus par rapport
2007-2009: Surplus de minéralisation de N/témoin
AS
Labo
rato
ire 1
0/
6080
g N
/ha apports
antérieursdernier apport
N minéralisés en plus par rapport au témoin:- OMR: la moitié provient du dernier
apport en 2007
GR
O-S
ystè
mes
/ SA
02040kg
dernier apportapport en 2007- BIO, DVB et FUM, N sup provient
essentiellement des apports
© C
opyr
ight
AG 0
DVB OMR FUM BIOantérieurs (Chalhoub, 2010)
Exemples de cinétiques de minéralisation de produitsorganiques prises en compte dans le logiciel Azofert
Vinasses, 3 t/ha; 2.4% N dont 0.08 N minéral
40
50Fumier bovin pailleux 30 t/ha; 0.39 % N
20
20
30
40
kg N
/ha
-20
0
kg N
/ ha
rtie
lle in
terd
ite
0
10
0 100 200 300
-400 100 200 300
temps
duct
ion
mêm
e pa
r
temps normalisé
/200
9. T
oute
repr
od
Fumier bovin déc.; 30 t/ha; 0.6 % N100a
AS
Labo
rato
ire 1
0/
0
50
0 100 200 300
kg N
/ha
GR
O-S
ystè
mes
/ SA
0 100 200 300temps
© C
opyr
ight
AG
Source : J.M. Machet, INRA Laon
Minéralisation de l'azote provenant des MOSCalcul du terme Mh de la méthode du bilan prévisonnelp
• Références régionales• Références régionales• Réseau de parcelles
sans fertilisation
rtie
lle in
terd
ite
azotée (N0)• Utilisation du traçage
isotopique
duct
ion
mêm
e pa
r isotopique
/200
9. T
oute
repr
od
Source : Machet et al., 1990
AS
Labo
rato
ire 1
0/ Source : Machet et al., 1990
GR
O-S
ystè
mes
/ SA
© C
opyr
ight
AG
Calcul à partir du k2 (bilan humique)
Conclusions
1- Investissement important depuis 20 ans sur composition biochimique et minéralisation labo des MOE :
- Sans équivalent au niveau international
rtie
lle in
terd
ite
q
-Bien valorisé dans le cadre d’une synthèse (ADEME)
ISMO et typologie N fondés sur effectif important
duct
ion
mêm
e pa
r ISMO et typologie N, fondés sur effectif important
donc a priori robustes
/200
9. T
oute
repr
od
2- Pb de la relative faible valeur prédictive de la typo N,
Et coût élevé des mesures de fractionnement
AS
Labo
rato
ire 1
0/ Et coût élevé des mesures de fractionnement
Limitation (probable) de la généralisation de ces mesures
GR
O-S
ystè
mes
/ SA mesures
Possible levée de ce verrou avec la SPIR (NIRS)
© C
opyr
ight
AG
Peltre et al., 2011
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