Comment concilier récolte de la biomasse et fertilité des sols ?

Emmanuel CACOTResponsable CIAT Approvisionnement

FCBA Délégation Centre-Ouest87430 Verneuil-sur-Vienne

05 55 48 48 10 emmanuel.cacot@fcba.fr

Rencontres techniques « Sols et Forêts » - 21/11/2012

Introduction

• Thématique principale : intensification de la récolte liée notamment au bois énergie (raccourcissement des révolutions, récolte des menus bois…) et gestion de la fertilité des sols

• Présentation basée sur plusieurs études et recherches, récemment terminées et en cours => conseils de récolte basés sur les connaissances techniques et scientifiques actuelles

• Ne pas oublier la prise en compte de la biodiversité fortement liée au mode de gestion forestière et aux bois morts

Plan de la présentation

• Bref rappel historique sur la gestion des forêts

• Les techniques de récolte du bois énergie

• Biomasse et minéralomasse, deux notions bien distinctes

• Cycle biogéochimique

• Les conseils pratiques de prévention (dans l’état actuel des connaissances techniques et scientifiques)

Bref rappel historique

• Des sols forestiers globalement pauvres du fait de la gestion forestière très intensive jusqu’au début du XXe siècle :

– Bois = seule ressource énergétique jusqu’au XIXe siècle

– Pratiques du soutrage (récolte humus), du pâturage, de la récolte du sous-bois (pour la litière des animaux domestiques)…

• Faible pression sur la fertilité des sols depuis une cinquantaine d’années

Bref rappel historique

• Des forêts conservées globalement sur les sols les plus pauvres peu propices à l’agriculture

Quelques notions de vocabulaire

Tronc découpe 7 cm

Cime

Branches vivantes

Branche morte

Feuillage

Souche et racines

Bois fort

Arbre entier

Arbre complet

Les techniques actuelles de récolte du bois énergie : la récolte par arbres entiers

Système le plus utilisé

Ne laisse pas beaucoup de biomasse au sol

Les techniques actuelles de récolte du bois énergie : la récolte séparée des menus bois

ou

Système moins utilisé car moins efficient

Récolte de 40 à 70% des menus bois

Les techniques actuelles de récolte du bois énergie : la récolte des souches

En France, système utilisé essentiellement dans les Landes, dans les coupes rases

Biomasse et minéralomasse

• Biomasse : ensemble de la matière organique d'origine végétale ou animale présente dans un milieu naturel donné

• Minéralomasse : contenu en éléments minéraux de la biomasse (Azote N, Phosphore P, Potassium K, Calcium Ca, Magnésium Mg et autres oligoéléments)

• Les petits compartiments de la biomasse (brindilles, feuillage), les jeunes arbres et l’écorce sont plus concentrés en éléments minéraux que le tronc :

Douglas Feuillus Compartiment < 30 ans > 30 ans < 40 ans > 40 ans

Pin maritime

Biomasse 65-70 % 89 % 70-75 % 70-80 % 55-60 % Tronc découpe 7 cm Minéralomasse 25-40 % 55-65 % 35-50 % 30-50 % 20-50 %

Biomasse 20-25 % 8 % 20 % 15-30 % 10 % Branches + cimes Minéralomasse 33-50 % 20-25 % 40 % 40-50 % 10-60 %

Biomasse 7-8 % 3 % 2-7 %- 2-3 % < 1 % Feuilles Minéralomasse 20-35 % 20-25 % 10-25 % 20 % < 2 % Biomasse 25-30 % Souches Minéralomasse

NC NC NC NC 10-50 %

Exemple d’un bilan de minéralo-masse : Douglas, 38 ans (données en kg/ha)

Compartiments Biomasse N P K Ca Mg

Troncs découpe 7 cm 288 704 275,4 43,0 168,6 278,9 36,0

Cime 2 088 2,3 0,4 1,4 2,1 0,3

Branches 23 937 94,9 12,2 43,5 114,2 10,1

Feuillage 9 666 134,4 13,5 44,5 78,3 12,6

Arbre Entier(sans souches ni racines)

324 395 506,9 69,2 257,9 473,5 58,9

Sol de 0 à 40 cm 11 475,0 58,7 231,5 5 013,0 234,9

Sol de 40 à 100 cm 5 580,0 16,7 217,2 3 668,0 66,0

Total sol(éléments assimilables)

17 055,0 75,4 448,7 8 681,0 300,9

Exemple d’un bilan de minéralo-masse : Châtaignier, 25 ans (données en kg/ha)

Compartiments Biomasse N P K Ca Mg

Troncs découpe 7 cm 96,9 141,3 9,3 61,0 353,3 32,7

Cime 4,2 5,5 0,3 2,4 7,6 0,9

Branches 19,3 108,1 9,8 51,8 240,9 25,0

Feuillage 2,8 47,5 6,2 35,4 31,2 8,4

Arbres vivants (total) 123,2 302,4 25,7 150,6 632,9 67,0

Arbres morts 27,7 47,5 2,0 9,2 100,5 10,2

Biomasse aérienne totale (sans souches ni racines)

150,9 349,8 27,6 159,7 733,4 77,2

Sol de 0 à 75 cm 4 195,1 26,7 499,8 1780,4 125,5

Sol de 75 à 100 cm 1 218,8 13,9 183,3 2094,2 64,8

Total sol(éléments assimilables)

17 055,0 75,4 448,7 8 681,0 300,9

Récolte de l’arbre entier et exportation minérale

• Du fait des concentrations minérales dans les petits compartiments de la biomasse, l’exportation minérale est accrue par l’exploitation par arbre entier

• La récolte par arbre entier (troncs + menus bois)

= Une exportation de biomasse légèrement accrue

= Une exportation minérale 1,5 à 3 fois supérieure à une exploitation conventionnelle (bois fort)

• Est-ce que les sols forestiers peuvent supporter une telle intensification de la récolte, sans remettre en question leur fertilité chimique et donc leur productivité?

Réponse donnée par l’analyse du cycle biogéochimique

• Cycle biogéochimique : circulation permanente des éléments minéraux entre les compartiments de l’écosystème, les végétaux et les horizons prospectés par la végétation totale (incluant les différentes strates), les couches humifères localisées à la surface du sol et à nouveau le sol minéral

• Ce cycle se mesure à l’échelle spatiale soit de la parcelle, soit du bassin versant, et pour un pas de temps correspondant à un cycle végétatif complet (un an sous nos climats). Le bilan le plus important pour la gestion des écosystèmes forestiers est celui établi pour la révolution complète.

Représentation du cycle biogéochimique

Fractions participant au cycle (feuilles, bourgeons,

etc.)

1

Solutions des horizons holorganiques

4

Fractions ne participant pas au cycle

2

Radicelles

3

Horizons holorganiques

(L, H, F)

5

Solutions des horizons minéraux

6Complexe absorbant

Et

azote organique

7

0 Extérieur

Transferts

Immobilisation brute

Transport

Pluviolessivage

brut

Percolation

Drainage

Altération

Désorption des ions

Adsorption des ions

Minéralisation

Chute de litière

Prélèvement

Prélèvement

Décomposit

ion des r

adicelles

Fractions participant au cycle (feuilles, bourgeons,

etc.)

1

Solutions des horizons holorganiques

4

Fractions ne participant pas au cycle

2

Radicelles

3

Horizons holorganiques

(L, H, F)

5

Solutions des horizons minéraux

6Complexe absorbant

Et

azote organique

7

0 Extérieur

Transferts

Immobilisation brute

Transport

Pluviolessivage

brut

Percolation

Drainage

Altération

Désorption des ions

Adsorption des ions

Minéralisation

Chute de litière

Prélèvement

Prélèvement

Décomposit

ion des r

adicelles

Une méthode plus « simple » : l’analyse des bilans minéraux sur une révolution complète

• Bilan minéral =flux entrants – flux sortants

SolAltération

des minéraux du sol

(dépendant surtout des conditions du milieu)

Pertes par drainage

Pertes d’éléments par exportation de bois

Dépôts atmosphériques Flux entrant

Flux sortant

SolAltération

des minéraux du sol

(dépendant surtout des conditions du milieu)

Pertes par drainage

Pertes d’éléments par exportation de bois

Dépôts atmosphériques Flux entrant

Flux sortant

• Tout déséquilibre de ce bilan se rétablira au détriment de la productivité

• 3 éléments minéraux sont les plus susceptibles d’être en déficit : Ca, N, P

Une intensification de la récolte à raisonner suivant les sols

• La capacité des sols à supporter une intensification de la récolte dépend de la dynamique du cycle biogéochimique et de ses réserves

• Sensibilité d’un sol à l’intensification suivant différents paramètres (Augusto et al., 2000) :

Composition du sol VariableCatégorie de sol

Très sensible Intermédiaire Peu sensible

Composition de la roche mère (a)

(teneurs en % d’oxydes)Si

(Si + Al) / (Fe + Mg)(Na + Ca + Fe + Mg)

> 65≥ 10≤ 15

[65 ; 52[[10 ; 5[

]15 ; 25]

≤ 52≤ 5

> 25

CEC et taux de saturation du sol CEC (cmolc/kg)

Taux de saturation (%)

≤ 10≤ 20

]10 ; 25]]20 ; 70]

> 25> 70

Acidité du sol (b) pHeau ≤ 4,2 ]4,2 ; 5,0] > 5,0

Présence de carbonates Effervescence à l’acide (HCl)

Nulle Faible Notable à forte

Recyclage des nutriments Accumulation de litière (t/ha)

- - Mull< 5,0

Guide sur la récolte raisonnée des rémanents en forêt

• Guide publié en 2004 par l’ADEME

• Objectif : avoir un guide national simple d’utilisation

• Il existe des guides similaires dans d’autres pays en lien avec les systèmes de certification PEFC/FSC (USA, Canada, Suède, Finlande, Royaume-Uni, Autriche…)

Classification des solsS

Pôle sableux

L

Pôle limoneux

A

Pôle argileux

Calcaire actifPas d’effervescence de la terre fine à HCl dilué

Efferves-cence

pH horizon A< 4 ]4-4,5] ]4,5-5[ [5-5,5[ [5,5-6[ [6-6,5[ [6,5-7[ > 7

Humus Mor

Dysmoder

Moder DysmullOligo-mull Méso-

mull EumullMull calcique Mull carbonaté

S1 S2

L1 L2 L3

A1 A2K

Sensibilité forte Sensibilité moyenne Sensibilité faible

1

2

3

S/T

Récolte raisonnée par type de sol

Sols faiblement sensibles Sols moyennement sensibles Sols fortement sensibles

• Bonne richesse minérale

• Sol pouvant supporter une sylviculture relativement intensive

• Rester vigilant lors de la récolte des rémanents

• Pratiquer une seule récolte des rémanents dans la vie du peuplement

• Sols très pauvres

• Accompagner toute récolte de rémanents d’une fertilisation compensatoire au risque sinon de voir la production du peuplement forestier baisser

• Pas de fertilisation compensatoire nécessaire

• Au-delà d’une récolte des rémanents par révolution, fertiliser avec une quantité minérale égale aux exportations

• Fertiliser après récolte des rémanents avec une quantité égale à 1,5 fois les exportations

+ Conseils par essence et type de peuplement :• sur la durée minimale entre 2 récoltes de rémanents

• sur les quantités minérales éventuelles à rapporter en fertilisation

Conseils de récolte

• Laisser sécher les rémanents sur la parcelle 4 à 6 mois avant leur récolte ou récolter les rémanents de feuillus en hiver :– Les feuillages et les brindilles, très concentrés en éléments

minéraux, restent sur le sol de la parcelle

– Le PCI des rémanents est augmenté

– La proportion de « fines » dans les plaquettes, dont le taux de cendre est élevé, est réduit

• Selon la sensibilité du sol, récolter les rémanents jusqu’à 2 fois maximum dans la vie du peuplement, sans apport de fertilisants :– Les risques d’appauvrissement des sols et les autres

conséquences potentielles (sur la faune et flore) sont limités

Des conseils affinés par une modélisation sous Excel (projet FORGECO)

Paramètres de la parcelle Récapitulatifparcelle n° Bilan hydrique annuel (mm) Janvier Février Mars Avril Mai Juin Juillet Août Septembre Octobre Novembre Décembre

Contexte climatique Pluviométrie 55 50 52 48 69 48 52 45 49 58 60 54

Zone géographique : ETP 12 21 45 67 91 102 112 104 84 57 24 13

RUD 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Caractéristiques pédologiques Drainage 44 29 7 0 0 0 0 0 0 1 36 41

Type de sol :

Matériau parental : RUM (mm) 0

pH : pH: 4,0

Altération (kg/ha/an) Drainage μmol/L kg/ha/an Dépôts kg/ha/an HC SC

Epaisseur (cm) Texture Éléments grossiers (%) N 0,00 N 410 9,0 N 6 7,5

Horizon 1 : K 0,32 K 24 1,5 K 1,2 21

Horizon 2 : Ca 0,75 Ca 31 1,9 Ca 3,6 12,4

Horizon 3 : Mg 0,29 Mg 18 0,7 Mg 1,5 2,6

Horizon 4 :

Horizon 5 :

Horizon 6 : Traitement

Peuplement Peuplement

Traitement : Essence Taillis 100% Moyenne 30

Récolte 1

Récolte du feuillage

Non

Taillis simple

Chêne-LigérienPlacette dépôts Hauteur 28

Essence

Taillis

Rotation (ans)Potentialité

30

Hêtre-Nord-Est

EssenceAnnées depuis le début de

la révolutionIntensité

100% Non

Récolte des rémanents

Orléanais

Taillis simple

Podzosol

Sables et grès de l'Oligocène (type Fontainebleau)

Décrire la gestion

Calculer le bilan chimique

Paramètres avancés

Masquer les tables

4

Les limites du bilan minéral

=> Etre modeste dans les conclusions avancées

Grande variation :suivant le peuplement (feuillus/résineux) et au cours de la vie du peuplement (hauteur des arbres, évolution des apports)

SolAltération

des minéraux du sol

(dépendant surtout des conditions du milieu)

Pertes par drainage

Pertes d’éléments par exportation de bois

Dépôts atmosphériques Flux entrant

Flux sortant

SolAltération

des minéraux du sol

(dépendant surtout des conditions du milieu)

Pertes par drainage

Pertes d’éléments par exportation de bois

Dépôts atmosphériques Flux entrant

Flux sortant

Idem pour le drainage avec moins d’imprécision toutefois sur la quantification de ce flux

Pertes d’exploitation largement sous-estimées dans les étudesQuel suivi assurer sur une révolution forestière ?

Difficulté et imprécision sur la quantification de l’altérationQuelle profondeur de sol prendre en compte ?

En conclusion

• Des conseils de récolte des menus bois dans le guide ADEME :

– Précautionneux par rapport à la fertilité des sols (hors fertilisation)– Qui mériteraient d’être affinés régionalement en fonction des conditions

pédoclimatiques locales, des essences et des sylvicultures pratiquées– Déjà intégrés dans les études de ressource sur le bois énergie (

www.dispo-boisenergie.fr)

• Un besoin d’études complémentaires :– Avoir des méthodes plus précises pour quantifier les flux du cycle

biogéochimique– Mener un observatoire de peuplements et sylvicultures types (intégrant

différents scénarios d’intensification), à suivre dans le temps (> 10 ans)– Etudier les compensations minérales par apport de cendres des

chaudières bois (cf. Suède, Finlande)