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AgroParisTech Séminaire Agriculture Climat 21 Novembre 2011 - Benoît Gabrielle

Réduire les émissions de gaz à effet de serre des grandes cultures.

Benoît GABRIELLE1, Pierre CELLIER1, Pietro GOGLIO1, Caroline COLNENNE2, Thierry DORE2

1: UMR INRA AgroParisTech Environnement et grandes cultures, Grignon.2: UMR INRA AgroParisTech Agronomie, Grignon.

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Plan de l'exposé

Origines des émissions, mécanismes d'échanges de GES entre agro-écosystèmes et atmosphère

Effet des pratiques culturales, voies d'amélioration du bilan GES

Intérêt d'une approche systèmes de culture

Conclusion


L'agriculture, une source majeure de GES

IPCC, 2007

Déforestation

Ruminants et rizières ; engrais

azotés


CO2

Stockage de carbone

Émissions de N2O

Les couverts végétaux échangent desgaz à effet de serre avec l'atmosphère

Echanges de méthane


Pesticides, engrais,chaulage

Carburant

Machines

Extraction desMatières premières(minerais, énergie)

Le dernier terme du bilan GES : les émissions indirectes


Les émissions indirectes comptent pour la moitié des émissions totales

Système conventionnel

Carbone solEngrais NChaulageCarburantN2OCH4

Bilan GES d'un système maïs-soja-blé (Robertson et al., 2000)

Pouvoir de réchauffement: 1140 kg CO2 éq./ha


Origine des émissions de N2O et NO par les sols Les émissions de N2O et NO sont liées aux transformations

microbiennes de l’azote dans le sol : nitrification et dénitrification

Schéma « hole in the pipe »(Firestone et Davidson, 1989)

d’après Fowler et al.CEH Edinburgh

Conditions anaérobies

Conditions aérobies

Diapo: P. Cellier


Les émissions de N2O sont très variables...

Kaiser et al., 1998

Compilation d’émissions de différentes cultures, sites (symboles), et années climatiques en Allemagne.Enveloppe de la relation de Bouwmann (1994); IPCC

Émissions de N2O sur prairies (), céréales () et autres cultures () en Ecosse.(Skiba et Smith, 2000)

Bouwmann (1994); IPCC


Des effets croisés entre sols, climats & pratiques

Facteurs physiques: température, humidité, teneur en oxygène, gel-dégel; texture sol

Facteurs physico-chimiques: pH, potentiel redox, teneur en matière organique

Facteurs biologiques Facteurs influencés par les pratiques: matière

organique fraîche, azote minéral du sol, densité apparente, humidité du sol


Effet des pratiques agricoles

Deux types d’actions possibles :

Actions sur les conditions pédoclimatiques(température, humidité, pH, %MO)

Actions sur la disponibilité en azote

Fertilisation azotée

Choix des cultures(légumineuses)

Gestion des intercultures

Compaction

Travail du sol ± réduitChaulage

Irrigation / drainage

Gestion des résidus

AmendementSource : P. Cellier, P. Rochette


Le semis direct accroît les émissions de N2O mais seulement temporairement.

Effet de la durée de mise en TCSL sur l’accroissement des émissions de N2O (Nicolardot et Germon, 2007)

Différence d'émission Semis direct - Travail conventionnel

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 5 10 15 20 25 30 35

Antériorité de la différenciation (années)

kg

N-N

2O h

a-1


Les techniques culturales simplifiées cumulent des bénéfices directs et indirects

• Ensemble des émissions de GES (kg CO2/ha/an) en fonction des 3 modes de travail du sol sur le site de Boigneville

2351(100 %)

2087(88.8 %)

1978(84.1 %)

Bilan Emissions GES

11- 136- 70Emissions/stockage par

le sol

234022232047Emissions liées à la

conduite des cultures

LabourTravail SuperficielSemis Direct

• Une diminution des émissions de GES de 11 % en travail superficiel et de 16 % en semis direct (Labreuche et al, 2007)

Diapo: J.C. Germon


Pratiques culturales influant sur la disponibilité en azote

Fertilisation minérale: dose, fractionnement, effets des formes d’apport

Fertilisation organique

Effet des types de cultures (légumineuses)

Cultures intermédiaires

Gestion des résidus de récolte

… tout ce qui concourt à une meilleure efficience d'utilisation de l'azote


Bilan d'azote et émissions de N2O

Van Groeningen et al., 2010


Les inhibiteurs de nitrification peuvent réduire les émissions

P. Rochette, d'après Akiyama et al., 2010


Effets au niveau de rotations sur le bilan GES

Effets de l'incorporation des pailles (SW), de la suppression d'une culture intermédiaire (CC), d'une augmentation ou d'une baisse des doses d'azote (N+)/(N-), et du remplacement d'apports organiques par des engrais minéraux sur une rotation maïs/blé/orge à Grignon.


Effets au niveau de rotations sur le bilan GES

Effets de différents itinéraires techniques sur le bilan GES d'une rotation maïs/blé/orge à Grignon (Lehuger et al., 2011).

Modalités Emissions de GES (Ecart relatif / témoin)

Situation initiale 1950 t CO2 eq/ha/an(0 %)

Incorporation des pailles 1300 t CO2 eq/ha/an(- 33 %)

Suppression de la moutarde 1970 t CO2 eq/ha/an(+1 %)

Augmentation des doses d'azote (+50%) 2480 t CO2 eq/ha/an(+27 %)

Diminution des doses d'azote (-50%) 1500 t CO2 eq/ha/an(- 23 %)

Substitution de apports organiques par des apports minéraux

2880 t CO2 eq/ha/an(+47 %)


Principes:- Augmenter le stock de carbone du sol:

-avec des céréales (rendements élevés)-et en augmentant les apports de résidus (couverture continue

du sol) -Réduire les émissions de N2O par:

- l'introduction de légumineuses - la diminution des pertes de nitrates (cultures intermédiaires)

Itinéraires techniques:Travail réduit (cultures de printemps) ou semis direct (cultures d'hiver)Réduction des pertes azotées en pilotant les apports en fonction du climat Rotation (6 ans): Féverole-Colza+ CIPAN-Blé-Orge-CIPAN-Maïs-Triticale-CIPAN

Aborder les émissions de GES avec une approche systèmes de cultures: l'essai SIC (Colnenne, Doré)


Résultats pour les céréales d'hiver en 2010

Référence - 50% de GES

Orge Blé Orge Blé Triticale

Dose d'engrais (kgN ha -1) 70 120 80 80 0

Emissions (g N2O-N ha-1) 700 1125 1070 498 1777

Emissions de N2O mesurées (—) et simulées (●)


Conclusions ➢ Le bilan GES des cultures est fortement conditionné par l'évolution du carbone du sol (exposé C. Chenu), les émissions de N2O et la fertilisation azotée. ➢ Les émissions de N2O dépendent de facteurs physiques et micro-biologiques qui peuvent être influencés par les pratiques culturales.➢ Principales voies de réduction opérationnelles: réduction des intrants azotés, formes, dates des apports (donc choix des cultures et successions), techniques culturales simplifiées.➢ Une approche systèmes de cultures permet de combiner au mieux ces leviers, de façon cohérente (un objectif de réduction de 25 à 50% paraît envisageable).➢ Les mesures sont à mettre en place au cas par cas.


Bibliographie Rapports de l’International Panel on Climate

Change (www.ipcc.ch) Marché du carbone, quelle place pour l'agriculture,

CdC Climat (www.cdcclimat.com) Les sols, Dunod, 2006 (ch. 14) Références citées:

– AKIYAMA, H.; YAN, X. & YAGI, K. Evaluation of effectiveness of enhanced-efficiency fertilizers as mitigation options for N2O and NO emissions from agricultural soils: meta-analysis Global Change Biology, Blackwell Publishing Ltd, 2010, 16, 1837-1846

– Kaiser, E. A.; Kohrs, K.; Kucke, M.; Schnug, E.; Heinemeyer, O. & Munch, C. Nitrous oxide release from arable soil: importance of N fertilization, crops and temporal variation. Soil Biol. Biochem. 1998, 30, 1553-1563

– Lehuger, S.; Gabrielle, B.; Laville, P.; Lamboni, M.; Loubet, B. & Cellier, P. Predicting and mitigating the net greenhouse gas emissions of crop rotations in Western Europe Agricultural Forest Meteorology, 2011, in pres

– Robertson, G. P.; Paul, E. A. & Harwood, R. R. Greenhouse gases in intensive agriculture: Contributions of individual gases to the radiative forcing of the atmosphere Science, 2000, 289, 1922-1925

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