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
Usages et débouchés des composts - Marseille 18 Octobre 2012
Le cas des composts
Amendements organiques
Entretenir, augmenter les teneurs, stocks de MO dans les sols.
Usages et débouchés des composts - Marseille 18 Octobre 2012
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?
Usages et débouchés des composts - Marseille 18 Octobre 2012
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…
Amendements organiques
Valeur fertilisante N court terme?
Compost
dynamique court terme des MO
Biomasse microbienne
stocks :effets à long
terme
STOCK MO
Caractéristiques MO compost
Arrouays et al., 2001
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
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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
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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)
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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
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…
Amendements organiques
Compost
dynamique court terme des MO
Biomasse microbienne
stocks :effets à long
terme
STOCK MO
Caractéristiques MO compost
Arrouays et al., 2001
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 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…
Amendements organiques
Valeur fertilisante N court terme?
Compost
dynamique court terme des MO
Biomasse microbienne
stocks :effets à long
terme
STOCK MO
Caractéristiques MO compost
Arrouays et al., 2001
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