Carbone du sol et cycles biogéochimiques: Recommandations et applications pratiques Jean-Auguste...

Carbone du sol et cycles

biogéochimiques:Recommandations et

applications pratiques

Jean-Auguste Neyroud

[anc. Agroscope - ACW Changins]

Cycle du carbone

Végétaux

MinéralisationHumification

Débris

Humus

Amendements

Microorganismes

CO2

CO2

Activité biologique!

D'où vient le carbone organique du sol?

Le carbone est le principal constituant des

composés organiques (matière organique)

du sol[% Corg x 1.725 = % MO]

La matière organique se compose de:

- résidus végétaux et animaux

- corps microbiens

- humus proprement dit

Il est pratiquement impossible de sé-parer les divers composants de la MO

Combien de matière organique dans le sol?

1 hectare:

25 cm profondeur:

densité apparente: 1.3:

3% de matière organique:

EXEMPLE

2500 m3

3250 to. terre

100 to. matière organ.

Combien d'organismes vivants sous 1 ha de prairie à 3% mat. org.?

- bactéries: 600 millions/g 10 000 kg- champignons: 400'000/g 10 000 kg- unicellulaires: 400 kg- insectes divers: 600 kg- vers de terre: 4 000 kg

poids sec: 5 tonnes Poids frais:TOTAL 25 tonnes

Chaque organisme vivant a une FONCTION SPECIFIQUE

Quelques exemples:

Rhizobium: N2 (air) produit du Norg

Azotobacter: N2 (air) produit du Norg

Nitrosomonas: NH4+ transforme en NO2-

Nitrobacter: NO2- transforme en NO3

-

Mycorrhize: P rend P assimilable

MINERALISATION - HUMIFICATION

M.O. BRUTE PRODUITS PRODUITS

SUBSTRAT TRANSITOIRES PLUS STABLES

Minéraux CO2, H2O, NH3,

P, S, Fe,...

Hydrates de + énergie

carbone

Lignine

Protides

Substances

Graisses, résines,.. humiques

L'EQUATION DU BILAN HUMIQUEEN MILIEU AGRAIRE

Cn+1 – Cn = k1m - k2Cn

Bilan annuel = gains - pertes

C : carbone organique du sol aux années n et n+1

k1 : coefficient iso-humique de transformation du carbone des apports en carbone du sol

m : masse de carbone de l’apport annuelk2 : coefficient de minéralisation annuelle du carbone du sol en CO2

Coefficient iso-humique k1

Céréales 350 550 900 0.1

PRODUITkg/ha humus

formé par rac.+chaume

kg/ha humusformé par

part. aérien.

Total(kg/ha)

Coeff. k1

iso-humique

Humification

Coefficient iso-humique k1

PRODUIT kg/ha humus formé par

rac+chaume

kg/ha humus formé par

part. aérien.Total

(hg/ha)

Coeff. k1 iso-

humique

Céréale 350 550 900 0.1

Colza (pl. ent.) 550 550 1'100 0.2

Bett. (collets) 200 500 700 0.1

Engr. vert - 400 400 < 0.1

Pr. Temp. 800 800 1'600 < 0.1

Fumier (10 to)-bien décomp.-Pailleux

-

-

-

-

800 0.8

0.4 – 0.7

Bilan humiquecoefficient de minéralisation nette k2

Teneur minimale souhaitable du sol en humus (%):

Y = 0.53 + 0.065 * (%A)

Rôle du taux d’argile sur le coeff. k2 de minéralisation:

k2 = 1.6 – (0.012 * (%A)

Rôle de l'intensité du travail du sol:

= k2 corr. + 0.005 (% sarcl. sens.)

Rôle de la part de PT dans l'assolement:

= k2 corr. - 0.005 (%PT)

Correction pour pH >= 7.0:

= k2 corr. - 0.2 (X - 7.0)

Correction pour PT en place:

corr. k2 = - 0.2

Exemple pratique de calcul du Bilan Humique dans une ferme sans bétail

ASSOLEMENT: blé – orge – colza – blé – mais (5 ans, 23% arg.)

Pertes: 940 kg humus/ha*an 4700

- Teneur souhaitable en humus: 0.53 +0.065 x 23 = 2.025%- Quantité minimale souhaitable en humus: 3500 x 0.0205 = 70’870 kg / ha- Coeff. k2 avec 23% argile: 1.6 – 0.012 x 23 = 1.324 - Humus minéralisé par année: 70’870 kg x 0.01324 = 940 kg

Exemple pratique de calcul du Bilan humique dans une ferme sans bétail

ASSOLEMENT: blé – orge – colza – blé - mais

Pertes: 940 kg humus/ha*an 4700

Gains: - Blé (rac. + chaumes) 350

- Orge (rac. + chaumes) 350

- Colza (pl. entière enfouie) 1100

- Blé (rac. + chaumes) 350

- Maïs (pl. entière enfouie) 900 ………

3050 - 1650

Déficit à compenser: 1650 kg

Solution: Enfouir 2 pailles de céréales: 1100

Mettre en place un EV: 400 1500

BILAN EQUILIBRE (solde négatif négligeable)

Exemples pratiques de bilan humique (annuel, sur l’assolement! )

Surf. (ha)

% s. sens

% PT K2 net Bilan (kg/ha)

Appré-ciation

Remarques

35 0 0 1.15 - 345 tr. nég. FSB (pailles?)

31 39 0 1.45 - 227 négatif malgré pailles et EV

24 9 24 1.18 - 161 équil. Engr. vert enfoui

20 0 20 1.13 + 85 équil. -

16 16 31 1.26 + 275 positif -

30 28 22 1.15 + 278 positif pH élevé, minéralis.!

33 21 13 1.45 + 333 tr. pos. beaucoup de fumier

Bilan équilibré entre – 200 et + 200 kg/ha (incertitudes nombreuses!)

Bilans Humiques sur 6 procédés de fumure organique

après 18 ans (Agroscope-RAC)

1.3

1.5

1.8

2.0

2.3

2.5

TEMOIN E.Vert PAILLE FUMIER35t

FUMIER70t

LISIER

% H

UM

US

Initial calculé à N std à N réduit à N = 0

Teneur en Corg et activité biologique(Essai "ewiger Roggenbau", D)

Fumure

Teneur en C (%) % annuel de minéralisation (moy. 1929-53)

Mg CO2 par kg de terre (21 jours)

1878 1926 1958

Fumier annuel (12t) 1.24 1.64 1.69 4.4 943

NPK (40-56-90) 1.24 1.24 1.26 3.0 733

Pas d'engrais 1.24 1.15 1.14 1.0 534

La méthode du bilan humique ne donne satisfaction qu’enconditions standardisées, il n’enregistre pas les « détails »

Le taux de minéralisation s'établit de manière naturelle, ce qui freine l'accumulation du Corg dans le sol !

Que se passe-t-il lors du labour d'une prairie?

c

b

a

+/- 30 ans

prairie

Grandes cultures

% MO

a: aucune restitution

b: restitution périodique + travail réduit

c: effet des amendements organiques et de la réduction d’intensité du travail du sol

Effet de la fumure sur le taux d'humus, essai de Changins (PT avant 1963)

2.0

2.5

3.0

3.5

1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995

% HUMUS

ZERO FUMURE ORG.

PAILLES, COLLETS

FUMIER, PAILLEMAIS

Impossible de conser-ver le taux d'humus

de la prairie

Effet de la rompue sur le taux d'humus dans un essai de Changins

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995

% MATIEREORGANIQUE

LABOUR

TRAV. MIN.

PRAIRIE

Impossible de

conser-ver le taux

d'humus de la

prairie

C O N C L U S I O N S

- Le bilan humique fonctionne bien dans une exploitation

" traditionnelle "

- Le bilan humique contient beaucoup d'approximations,

mais c'est un outil utile à l'application pratique

- Le bilan humique n'est plus assez précis lors de:

* fumure azotée réduite

* apports importants de substrats organiques

* rendements différents des moyennes

- Pour améliorer le bilan humique, il faut mieux évaluer la

diversité des substrats et des modes de travail du sol

Le bilan humique montre les limites de l'option "puits de CO2"

Cas 1: Taux d'humus inférieur ou égal à la normale:

La fonction "puits de CO2" peut être activée et

permet de stocker du carbone dans le sol

Cas 2: Taux d'humus supérieur à la normale:

La fonction "puits de CO2" est peu efficace, car un

apport supplémentaire de substrat active la miné-

ralisation et ralentit l'accumulation du carbone

Le bilan humique montre les limites de l'option "puits de CO2"

Options envisageables pour mettre en œuvre le puits:- apprendre à gérer les masses de fertilisants N, P,..

contenues dans les substrats- allonger le temps de résidence du carbone dans le sol- protéger le carbone de la minéralisation- non-travail du sol ?- apprendre à se prémunir contre l'aspect réversible

du concept "puits"- maintenir élevé le niveau de formation professionnelle- poursuivre la recherche sur l'(élévation du pH, la spé-

ciation et la complexation du Corg,…)