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Article 1 : La fertilisation des sols et ses principes de base

Introduction


Pour accompagner au mieux la production maraîchère, il est nécessaire d’identifier les étapes d’un cycle cultural pour s’assurer que l’outil réponde aux besoins du producteur tout au long de sa production. La fertilisation représente ainsi une étape importante de cette production, à la fois dans l’obtention d’un produit de qualité et en termes de charge de travail du producteur.

La fertilisation d’un sol revient à maintenir ou augmenter sa fertilité pour placer les plantes cultivées dans les meilleures conditions d'alimentation (Dictionnaire Larousse). La fertilisation d’une culture, c’est lui apporter les éléments nutritifs qu’elle ne peut trouver par elle-même en quantité suffisante pour obtenir un développement optimal (rendement potentiel visé). Il faut cependant raisonner ces apports de fertilisants, autant d’un point de vue financier qu’environnemental. En effet, ça représente une part des charges liées à la production (de 6 à 30 % des charges opérationnelles en agriculture biologique (Bio Nouvelle-Aquitaine 2018, CA Auvergne-Rhône-Alpes 2016), et d’autre part, les éléments apportés sur une culture peuvent se disperser dans le milieu et venir impacter les écosystèmes et les cours d’eau. Il est nécessaire (il faut donc) de bien quantifier et positionner la nutrition à apporter aux cultures. On cherche à caractériser au mieux deux éléments : les besoins de la plante d’un côté, et de l’autre, la composition et le comportement des produits fertilisants à apporter en prenant en compte la capacité naturelle du sol à fournir ces éléments nutritifs.

D’un point de vue charge de travail, la fertilisation mobilise le producteur à plusieurs niveaux :

  • L’optimisation de la fertilisation pour trouver l’équilibre entre coût, travail, durabilité et performance
  • La réponse aux obligations réglementaires (traçabilité et obligations documentaires…)
  • Le suivi dans le temps de ses pratiques (mesures des actions, respect du cahier des charges...)

En fonction de la situation de l’exploitation, les obligations sont plus ou moins importantes (Zone Vulnérable aux Nitrates (ZVN), labels, justification des choix réalisés, PPF…).
Par conséquent, au vu de son paramétrage et du besoin de données de référence, la fertilisation demande une réflexion et une analyse poussée pour une mise en place optimale. L'outillage numérique peut aider les producteurs dans cette opération et faciliter sa mise en place avec la traçabilité adaptée au contexte de chaque producteur.

Elzeard est une application de planification et de conduite des cultures, utilisable sur tout le cycle de production. Son but est d'accompagner au quotidien les producteurs et de faciliter leur travail. Comment ? Par la personnalisation de l'exploitation à son contexte local et la fourniture de services tout au long du cycle de production, via une application Web sans besoin de gestion informatique et utilisable partout, des bureaux aux parcelles. Le suivi de la conduite des cultures est organisé autour des équipes et parcelles avec la collecte des données et en aval, des documents de traçabilité pourront être complétés et générés à partir des opérations réalisées.

Le sol, support et ressource pour les cultures

Avant toute chose, il faut comprendre de quelle manière fonctionne le système sol - plante. 
Le « sol » est à la fois le support sur lequel se développent les cultures, et à la fois une source de nutriments et d’eau pour de nombreux organismes. La liste des différents composants du sol peut être simplifiée comme il suit :

  • Les débris organiques (animaux, végétaux et microbiens) viennent se déposer en surface puis se mêler au reste de la terre ;
  • Une partie de la roche mère, sur laquelle le sol se forme, est altérée et mélangée aux débris organiques. Elle vient former, en proportions différentes en fonction de sa nature, les 3 éléments constitutifs de la terre : l’argile, le limon et le sable. Ils déterminent la nature et la structure du sol, qui influencent le développement des cultures et leur fertilisation ;
  • La pédofaune (faune permanente ou temporaire du sol : composée de petits insectes, vers de terre, bactéries, champignons, algues…) fait partie des composants du sol et a de nombreux rôles de décomposition et d’entretien de sa fertilité ;
  • Enfin, l’eau retenue par le sol, dans laquelle peuvent être présents de nombreux minéraux en solution.

Le schéma ci-dessous décrit plusieurs couches de sol, appelées “horizons”, aux propriétés différentes.

L’horizon le plus proche de la surface est également le plus intéressant en agriculture. Pédofaune, racines, ressources en eau et fertilité y sont les plus concentrés. C’est dans cet horizon que les agriculteurs viennent travailler en majorité, pour obtenir une structuration favorable au développement de leurs cultures. De plus, c’est dans celui-ci que va se stocker la plupart de la fertilisation apportée.

  • La nature du sol, autant que sa structure et sa fertilité, doivent constituer le point de base de la réflexion sur la fertilisation. On doit en effet évaluer le potentiel agronomique d’un sol, à savoir sa capacité à contribuer au bon développement d’une culture par sa nutrition. La nature du sol affecte sa structure, et un sol bien structuré favorise le développement racinaire et une bonne fertilité potentielle, permettant de réduire en partie les besoins en fertilisation.

  • Concernant la nature (ou texture) du sol, ses trois composants sont : l’argile, le limon et le sable. En fonction de la teneur et de l’organisation de ces trois éléments dans le sol, il existe différents types de sol présentant des caractéristiques différentes.


  • De par sa nature, mais aussi dû à l’activité biologique, la couverture du sol, et aux pratiques réalisées par le producteur ; le sol a une certaine structure.

Exemple : On peut obtenir un sol très homogène et peu structuré qui risque d’être asphyxiant et sensible aux évènements climatiques (fortes précipitations, alternance gel / dégel…) ; ou bien un sol très structuré qui aura une bonne résilience et favorisera le développement racinaire, et donc végétal.

  • Une bonne fertilité se traduit à la fois par des critères physiques (profondeur, structure), chimiques (quantités et formes des éléments nutritifs, carbone et eau) et biologiques (activité et biomasse de la pédofaune). Elle désigne la capacité d’un sol à produire durablement de récoltes de qualité (UNIFA). Elle est donc fonction de la nature et structure du sol, des facteurs environnementaux et des pratiques agronomiques.

Par exemple un sol sableux très peu structuré et drainant retiendra peu d’eau et de nutriments, ce qui augmente les risques de pollution du milieu, mais défavorise le développement des champignons pathogènes, au contraire d’un sol argileux structuré qui va davantage retenir l’eau et les nutriments. La fertilisation sur cette parcelle de sable se fera par petits apports réguliers, là où elle peut se faire en apports plus importants et espacés sur le sol argileux.

Pour connaître ces caractéristiques (nature, structure , fertilité), des analyses de sol et des tests au champ (carottage, profil de sol, test-bêche, tests chimiques…) sont nécessaires. Un échantillon de terre est prélevé et observé à l’œil nu dans un premier temps (étude de sa structure), puis envoyé à un laboratoire spécialisé pour l’analyse de ses constituants (étude de la nature), permettant également d'évaluer la quantité de nutriments déjà présents dans le sol, ainsi que sa capacité à retenir les nutriments apportés (étude de la fertilité).

Les paramètres de structure et de fertilité, contrairement à la nature du sol, vont évoluer au fil du temps en fonction de nombreux facteurs (climat, fertilisation, couverture du sol, travail du sol…). C’est pourquoi il est important de renouveler l’analyse d’une même parcelle au fil des années, afin d’y apporter une fertilisation toujours plus finement adaptée.


Matières organiques et minéralisation

Pour comprendre à quel niveau le producteur influence le développement de ses cultures, il faut maintenant s’intéresser aux ressources nutritives des végétaux.
Nous parlions plus tôt de débris organiques qui se déposent à la surface du sol : ils font partie de ce qu’on appelle les matières organiques (MO) du sol. Ce terme désigne l’ensemble des constituants organiques vivants ou morts, d’origine animale, végétale ou microbienne, transformés ou non, présents dans le sol (feuille morte, animaux, bactéries…).

Dans ces matières organiques, on retrouve 3 catégories :
  • Les MO vivantes, soit la totalité de la biomasse en activité du sol (racines, vers de terres, micro-organismes…)
  • Les MO fraîches, correspondant aux débris d’origine végétale, animale, fongique (champignon) et microbienne
  • Les MO stables, désignant des composés organiques stabilisés issus de l’évolution des matières précédentes

Cet amas de débris (MO fraîches), de taille assez grossière, vient former la couche surfacique du sol, appelée litière. Une succession d’organismes participe alors à sa décomposition, celle-ci voit ainsi la taille de ses fragments diminuer à chaque nouvelle étape de décomposition. C’est la pédofaune qui vient principalement réaliser cette étape de fragmentation des débris, avant que les bactéries, champignons, algues et autres ne prennent le relais.

Cette MO fraîche fragmentée a deux possibilités d’évolution (voir le schéma ci-dessous) :
  • Soit elle va être décomposée par les micro-organismes jusqu’à ce que ses divers composants soient libérés les uns des autres et forment une masse de nutriments relativement libres et disponibles pour les végétaux : c’est la fraction labile ou active. On appelle cette voie de transformation la minéralisation primaire.
  • Soit elle va être complexée, également sous l’action des micro-organismes, en une forme de MO stable : c’est l’humus. Ce processus est appelé humification.


Mais ces deux formes évoluées de la MO fraîche ne sont pas immuables et vont à leur tour évoluer l’une vers l’autre. C’est-à-dire que des minéraux, s’ils subissent une réorganisation, peuvent devenir de l’humus, et l’humus peut être minéralisé et décomposé en minéraux libres (alimentant la fraction labile) : c’est la minéralisation secondaire. A noter que cette minéralisation secondaire, contrairement à la minéralisation primaire, se déroule sur une échelle de temps beaucoup plus longue (les minéraux sont libérés petit à petit).

Pour résumer, le terme minéralisation signifie qu’une matière organique “complexe” et “organisée” (feuille morte, fumier…) est décomposée, et que ses différents composants se libèrent et alimentent la fraction labile. Cette fraction va constituer une des principales ressources énergétique et nutritive pour la pédofaune et les végétaux. En ce sens, il est important de connaître le comportement d’un produit fertilisant en termes de minéralisation afin d’en adapter l’utilisation sur une culture donnée.


Nutrition végétale et fertilisation

Les minéraux contenus dans les différentes fractions du sol (labile, stable) et participants à la nutrition des cultures sont présentés ci-dessous.

  • Le carbone C, élément majeur, a de multiples rôles structurels et métaboliques indispensables au développement végétal. Présent en quantité dans les matières organiques, il est peu limitant pour la croissance végétale.
  • Les 3 macro-éléments primaires : l’azote N, le phosphore P, et le potassium K. nécessaires aux cultures, sont souvent présents en quantité insuffisante dans les sols, et constituent les principaux composés des produits fertilisants. Ils participent à la pollution des sols et cours d’eau s’ils se dispersent dans le milieu (principalement l’azote et le phosphore), ce qui fait d’eux le point principal de vigilance quant au raisonnement de la fertilisation.
  • Enfin, on notera un besoin de certaines cultures en macro-éléments secondaires comme le calcium, le magnésium et le soufre ; ou bien en oligo-éléments : bore, manganèse, zinc, fer, cuivre et molybdène.

On ne parlera que de ceux-là car ce sont les principaux éléments utilisés par les cultures. La composition des matières fertilisantes varie énormément d’une matière à l’autre, et il en existe différentes sortes. Une matière fertilisante est, selon l’ANSES, “un produit dont l’emploi est destiné à assurer ou à améliorer la nutrition des végétaux, ainsi que les propriétés physiques, chimiques et biologiques des sols”. Il existe une classification des différentes matières fertilisantes, qui se divisent en deux premières catégories : les engrais et les amendements.

  • Engrais : ils apportent des éléments nutritifs à la plante spécifiquement (N, P, K, Ca, S…).
  • Amendements : servent à améliorer les propriétés (physiques, chimiques et biologiques) du sol, par l’apport de calcaire ou de matières organiques.

Il existe d’autre part, dans ces deux catégories principales, des produits d’origine organique et d’autres d’origine minérale. Les produits organiques sont le plus souvent issus des matières organiques fraîches ou compostées d’origine animale ou végétale, tandis que les produits minéraux sont extraits de gisements ou fabriqués via synthèse chimique. La différence d’utilisation entre ces deux dernières catégories réside principalement dans la forme de leurs constituants.

  • Un produit minéral contient des minéraux simples. Ces éléments sont donc soit immédiatement assimilables par la culture (à action rapide) soit ils ont subi un processus ralentissant leur minéralisation (enrobage, bio-inhibition…), entraînant une libération maîtrisée dans le temps peu importe la saison et la température du sol (à action lente). Ils permettent donc d’apporter une quantité connue de nutriments facilement assimilables par la culture. L’utilisation de ces fertilisants minéraux, notamment ceux à action rapide, demande une attention particulière pour deux raisons. La plante peut montrer des signes de toxicité face à une teneur trop importante en nutriment dans son environnement et leur forme très libre dans le sol entraîne un risque de fuite (entraînement par précipitations, volatilisation) depuis le milieu cultural vers les écosystèmes sensibles et les ressources en eau (pollution).

  • Un produit organique peut avoir plusieurs formes. Les nutriments des produits solides y sont présents sous forme de complexes, entraînant une libération lente et donc réduisant les risques de toxicité pour les cultures (phytotoxicité) et de pollution de l’environnement. Ils sont également riches en carbone organique, participant à la bonne santé du sol (structuration, alimentation de la pédofaune…). Les produits liquides sont en général très chargés en azote (guano de volailles, lisiers…) et sont sensibles au risque de phytotoxicité et de pollution par volatilisation. Ces minéraux sous forme organique sont libérés grâce à l’action de la microfaune, ce qui implique un effet de la saisonnalité sur leur biodisponibilité pour les cultures (peu minéralisés en hiver et fortement minéralisés en été, dû aux températures). Cette microfaune doit être présente en quantité suffisante pour minéraliser le produit, d’où l’importance d’avoir une biomasse et une biodiversité importantes dans le sol. De plus, les quantités de nutriments ne sont pas aussi bien contrôlées qu’avec des fertilisants minéraux, mais il semblerait qu’une fertilisation organique favorise une meilleure fertilité que ce soit la vie du sol et taux de matière organique (Réaliser des apports d'effluents organiques, GECO 2017-2021).

Les produits organo-minéraux sont un mélange entre deux produits de type minéral et organique. Leurs propriétés sont celles combinées des deux types de produits mentionnés ci-dessus.

Le rapport entre les teneurs de carbone C et d’azote N dans le produit est révélateur du comportement des éléments nutritifs et de leur utilisation par la culture. Plus ce rapport C/N est élevé, plus la teneur en carbone est importante par rapport à l’azote, et plus les micro-organismes chargés de la minéralisation du produit vont prendre du temps et devoir consommer l’azote de leur environnement pour dégrader le produit. Cela peut amener, si ce rapport est très élevé et la ressource en azote du sol faible, à une “faim d’azote” : c’est lorsque les micro-organismes consomment tout l’azote du sol, au profit de la dégradation du produit fertilisant et au détriment de la nutrition des cultures. Au contraire, un rapport C/N faible indiquera une quantité d’azote importante par rapport au carbone dans le produit, qui se traduira par une minéralisation rapide du produit par les micro-organismes. D’une manière générale, les produits ayant un C/N élevé auront tendance à former de l’humus, alors que ceux ayant un C/N faible passeront par la minéralisation primaire et alimenteront la pédofaune et les végétaux.

La fertilisation à base de produits ayant un C/N faible va donc se traduire par un apport ciblé de nutriments, que la culture va pouvoir utiliser au moment où elle en a le plus besoin, à condition que le traitement soit bien positionné dans le cycle de développement de la plante. La fertilisation à base de produits ayant un C/N élevé va plutôt servir d’apport de fond, dont la libération des minéraux se répartit sur le cycle cultural, voire sur une partie de la rotation. Elle ne concerne pas que la nutrition des plantes, étant également très importante pour l’entretien du sol : structuration, maintien de la biodiversité, ressource pour la pédofaune, maintien de la fertilité... Néanmoins, ces principes sont assez généraux et les mécanismes participant aux cycles biogéochimiques de ces éléments nutritifs peuvent être plus complexes et amener à des comportements différents de ceux expliqués ici.


Besoins des cultures

Toutes les cultures n’ont pas les mêmes besoins en termes de nutrition. Une variabilité existe en fonction des individus, familles, espèces… et les besoins sont à adapter au cycle cultural  en fonction de l’assimilation de la plante.

 Exemples : Une culture a un besoin total de 100 kg/ha d’azote répartis tout au long de son développement. On favorisera une fertilisation azotée en 4 passages à 25 kg/ha d’azote.

Un autre exemple, une autre culture a les mêmes besoins, mais principalement en début et en fin de période de maturation. Dans ce cas, on privilégiera 2 passages à 50 kg/ha d’azote à l’implantation et pendant la maturation.

De la même manière, les besoins en nutriments varient selon le cycle cultural. Une culture peut avoir une courbe de besoins en azote différente de la courbe de ses besoins en potassium. C’est notamment pour cette raison qu’une pollution risque d’être observée si la fertilisation intervient à un moment où la plante assimile peu de nutriments : ceux-ci risquent de ne pas être stockés dans le sol ou les végétaux.

La temporalité à l’échelle du cycle cultural a son importance, mais elle l’est également à l’échelle de plusieurs cultures. La rotation culturale ( succession des cultures sur la parcelle) a une grande importance dans le processus de fertilisation.

Il existe des cultures qui ont de forts besoins en nutrition minérale, mais certaines vont plutôt enrichir le sol : appelées légumineuses, elles font des symbioses avec des bactéries au niveau de leurs racines. Ces bactéries permettent la nutrition azotée de la plante via la captation de l’azote de l’air, à partir de laquelle la plante synthétise des sucres nécessaires au maintien de sa flore bactérienne symbiotique. Sur ces cultures, un apport azoté est donc inutile, voire nocif pour l’environnement. Physiologiquement parlant, les nutriments servent à la constitution de la plante, les parties récoltées du végétal ne verront donc pas leurs nutriments retourner à la parcelle, ce sont les “organes exportés”. En revanche, tous les résidus de cultures laissés sur place vont pouvoir redonner leurs nutriments dans le sol lors de leur décomposition. Utiliser ces légumineuses en couverts végétaux permet de ne pas laisser le sol nu (risques de déstructuration et de pollution liés aux précipitations) tout en enrichissant le sol en azote. Positionner des espèces intéressantes en termes de mobilisation des éléments du sol avant des cultures gourmandes en fertilisation permet donc de réduire la quantité d’intrants apportés à cette dernière.

Si ces espèces d’intérêt sont cultivées sur une parcelle et ne sont pas exportées, elles sont entièrement restituées au sol et sont appelées des engrais verts. Cette famille d’engrais vert est formée de légumineuses, riches en azote, mais aussi de céréales qui ont une capacité à explorer un grand volume de sol pour mobiliser les éléments nutritifs, et qui structurent le sol grâce à leur système racinaire. Certaines cultures, au contraire des légumineuses, ont de forts besoins en azote et peuvent être placées à des moments stratégiques de la rotation afin de capter l’azote résiduel de la parcelle et éviter les risques de pollution des cours d’eau, ce sont les couverts intermédiaires pièges à nitrates (CIPAN).

La rotation culturale nécessite donc une réflexion systémique du producteur par rapport à sa parcelle et à ses objectifs de production. Il doit avoir connaissance des comportements des cultures qu’il va mettre en place afin de savoir comment les ordonner dans le temps sur une même parcelle. Tous ces processus et contraintes alimentant la réflexion autour de la fertilisation démontrent à quel point celle-ci est délicate. Ici nous venons d’en étudier les facettes économiques, physiologiques et environnementales, à l’échelle de l’exploitation. En fonction des clients et de leurs exigences, ainsi que de ses propres choix en termes de production, la réflexion du producteur sur sa fertilisation va varier. A des échelles plus larges, il existe d’autres facteurs qui viennent influencer la gestion de la fertilisation.


Cet article introduit aux principes de base de la fertilisation, il permet de comprendre les mécanismes naturels sur lesquels se base le développement des plantes. Les cultures cherchent dans leur milieu de quoi croître et se multiplier. Afin d’obtenir des produits agricoles de qualité, il est donc important de se soucier de ce qu’on peut attendre du sol en termes de nutrition, afin d’estimer ce qui manquerait au végétal pour exprimer le potentiel de rendement attendu. Les facteurs intrinsèques à la parcelle et à la culture ne sont cependant pas les seuls qui doivent guider la fertilisation par le producteur. De nombreuses exigences sont appliquées sur les processus de production et les réglementations demandent une traçabilité rigoureuse des tâches effectuées sur le produit final commercialisé.

Nous verrons dans un prochain article quelles peuvent être ces contraintes externes, et comment l’accompagnement de la production par un outil numérique peut faciliter la réponse du producteur à ces exigences.

Sources :
2022-10-28 07:00 Articles