Matières organiques du solg q&

rtie

lle in

terd

ite des produits organiques

duct

ion

mêm

e pa

r

Sabine HOUOT, INRA GrignonThi MORVAN INRA R

/200

9. T

oute

repr

od Thierry MORVAN, INRA RennesBernard NICOLARDOT, AGROSUP DIJON

AS

Labo

rato

ire 1

0/G

RO

-Sys

tèm

es /

SA©

Cop

yrig

ht A

G

29 septembre 2011, JDS CENTER, OULLINS (69)20 octobre 2011, AR’MILIN, CHATEAUBOURG (35)8 décembre 2011, ARVALIS, BAZIEGE (31)

La matière organique dans les sols est indispensable pour assurer la production végétale…

rtie

lle in

terd

ite

Environnement physique

duct

ion

mêm

e pa

r Environnement physique de la racineAncrage, eau, aération

Nutrition des plantesN,P,K, S, Ca.. oligoéléments

+ +

/200

9. T

oute

repr

od

Qualité sanitaire des plantesPathogènes, antagonistes, auxiliaires

+ -

AS

Labo

rato

ire 1

0/ Portance, vitesse de ressuyage du sol…+

… et a des fonctions environnementales importantes:

GR

O-S

ystè

mes

/ SA … et a des fonctions environnementales importantes:

Stockage de C; substitution engrais minéraux, maintien de la biodiversité ; rétention des polluants…

© C

opyr

ight

AG

La matière organique dans les sols en France: des stocks variables; des zones appauvries…

rtie

lle in

terd

itedu

ctio

n m

ême

par

/200

9. T

oute

repr

odA

S La

bora

toire

10/

GR

O-S

ystè

mes

/ SA

© C

opyr

ight

AG

Arrouays et al., 2001

Des sources de MOE très variées

• Résidus de cultures :quelques 100e de kg à plusieurs tonnes par haquelques 100 de kg à plusieurs tonnes par ha

• Produits résiduaires organiques (PRO): déchets organiques ayant subi des traitements ou

rtie

lle in

terd

ite

déchets organiques ayant subi des traitements ou non d’origine urbaine, industrielle, agricole (boues, composts effluents agro industriels effluents

duct

ion

mêm

e pa

r composts, effluents agro-industriels, effluents d’élevage…)

/200

9. T

oute

repr

od

Source Quantités (106 t MB)Effl t d’él 300

AS

Labo

rato

ire 1

0/ Effluents d’élevage 300Boue, composts, digestats d’origine urbaine 7Effluents industriels 23

GR

O-S

ystè

mes

/ SA Effluents industriels 23

© C

opyr

ight

AG

Des contenus en carbone organique très variables

rtie

lle in

terd

ite

Résidus de culture à maturité 400-450

Teneur C organique

duct

ion

mêm

e pa

r Résidus de culture à maturité 400-450

Cultures intermédiaires 400-450

Boues STEP 120-520kg C/t m.s.

/200

9. T

oute

repr

od Boues STEP 120-520

Composts (DV, Bio, OM…) 250-410

Effluents d'élevage 100 450

AS

Labo

rato

ire 1

0/ Effluents d élevage 100-450

Effluents agro-industriels 1-25 kg C/m3

GR

O-S

ystè

mes

/ SA

© C

opyr

ight

AG

Source : Nicolardot et al., AgroSup Dijon

Une efficacité variable des PRO à augmenter les stocks de MO des sols: exemple de l’essai Qualiagro

• Augmentation des teneurs en C variable en fonction des apports• Besoin d’outils pour évaluer l’efficacité des apports et prévoir les é l ti d C

rtie

lle in

terd

ite

évolutions de C

duct

ion

mêm

e pa

r

C appliqué

Rendementen MO

/200

9. T

oute

repr

od

(t/ha.apport)

t Csol/tC apporté

AS

Labo

rato

ire 1

0/ FUM 3.8 0.5

OMR 3.3 0.3

GR

O-S

ystè

mes

/ SA DVB 3.8 0.6

BIO 3.2 0.6

© C

opyr

ight

AG

Prévoir le devenir des matières organiques dans les sols

Calcul du bilan humique avec le modèle AMG (Andriulo et al., 1999)

Paramétrer le coefficient de décomposition des MOE (K1') avec ISMO

CO2Résidus  Minéralisation rapide

Paramétrer le coefficient de décomposition des MOE (K1 ) avec ISMO

rtie

lle in

terd

ite

Le climat

CO2

Minéralisation lente f

1 – k’1organiques

Les pailles

du Carbone des résidus

duct

ion

mêm

e pa

r

k

du Carbone du sol

K’1. m

Humification

Les racines

/200

9. T

oute

repr

od

La texture

C stable

C actif

Le fumier

ISMO= k’1

AS

Labo

rato

ire 1

0/

Le labour

C stableLe compost

GR

O-S

ystè

mes

/ SA

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

opyr

ight

AG k 0.02 à 0.06 fonction teneur argile, calcaire, travail du sol

Source : Houot et al., 2011

80Une dégradabilité du carbone organique très variée

Source : G. Lashermes, 2005

port

)

60

Source : G. Lashermes, 2005

sé (%

ap

40

rtie

lle in

terd

ite

min

éral

is

20

OM

BioDFum

duct

ion

mêm

e pa

r

Incubations de sol en conditions contrôlées

C m

0

BioDBoueDV

/200

9. T

oute

repr

od

rt)

100Dates (jours)

0 20 40 60 80 100 1200

AS

Labo

rato

ire 1

0/

50607080

(% a

pp

or 00

Effet long terme

GR

O-S

ystè

mes

/ SA

1020304050

C-C

O2

(

Effet court terme(CO2) Incorporation

dans les MOS

© C

opyr

ight

AG

010

0 100 200 300 400

jours

dans les MOS

Reliée à l'évaluation de la composition biochimique

èdes matières organiques

rtie

lle in

terd

ite

Exemple du compostage Fractionnement avec la méthode Van Soest

duct

ion

mêm

e pa

r

Dégradation rapide 80

100

/200

9. T

oute

repr

od

ég adat o ap dede la CELLULOSE

40

60

AS

Labo

rato

ire 1

0/

Augmentation 20

40

GR

O-S

ystè

mes

/ SA relative de la

LIGNINE0

0 2 4 6 8 10 12

© C

opyr

ight

AG

Source : S. Houot, INRA EGC

Semaines LIG CEL HEM SOL

Evaluer la stabilité des matières organiques

L'indice de stabilité des matières organiques (ISMO)% Corg apporté

100

L indice de stabilité des matières organiques (ISMO)

60

80 C minéralisé

CEL

LIC

60%

80%

100%

rtie

lle in

terd

ite

20

40 C restant au solC stable

SOL

HEM

CEL

20%

40%

% M

O

duct

ion

mêm

e pa

r

temps (années)0 10 20 30 40

0SOL

0%

/200

9. T

oute

repr

odA

S La

bora

toire

10/

ISMO 44 5 0 5 SOL 0 2 CEL 0 7 LIC 2 3 Mi C3

Analyse statistique de la relation entre Cstable et fractions biochimiques

GR

O-S

ystè

mes

/ SA

Proportion de matière organique susceptible d’ t t i l t k d tiè i d l

ISMO = 44.5 + 0.5 SOL – 0.2 CEL + 0.7 LIC - 2.3 MinC3

© C

opyr

ight

AG d’entretenir le stock de matière organique du sol

Source : Lashermes et al., 2009

Valeurs d’ISMO pour différents types de PRO

BaseTYPO

rtie

lle in

terd

ite 547027

BouesComposts urbainsComposts d’effluents

5719458

BouesComposts urbainsComposts d’effluents

duct

ion

mêm

e pa

r

644146

DigestatsFumiersLisiers + Fientes Matiè res animales

648146

DigestatsFumiersLisiers + Fientes Matiè res animales

/200

9. T

oute

repr

od 6145726

Matiè res animalesMatières végétalesMulchsEngraisA t

6177726

Matiè res animalesMatières végétalesMulchsEngraisA t

AS

Labo

rato

ire 1

0/

273total

26Autres

440total

26Autres

GR

O-S

ystè

mes

/ SA

© C

opyr

ight

AG

11Source : Houot et al., 2011

Utilisation d’ISMO pour simuler l’évolution de laMO dans l’essai QualiAgro avec le modèle AMG

rtie

lle in

terd

itedu

ctio

n m

ême

par

/200

9. T

oute

repr

odA

S La

bora

toire

10/

GR

O-S

ystè

mes

/ SA

© C

opyr

ight

AG

Source : Jousseaume, 2011

Comparaison K1 champ et ISMO

ISMO des PRO épandus au champépandus au champ

rtie

lle in

terd

itedu

ctio

n m

ême

par

/200

9. T

oute

repr

odA

S La

bora

toire

10/

GR

O-S

ystè

mes

/ SA

ISMO moyens de classes de PRO

© C

opyr

ight

AG classes de PRO

Lien entre MO et propriétés physiques des sols: ex de la stabilité de la structure

Lien entre stocks de MO dans les sols, Sensibilité des sols à la battanceSensibilité des sols à la battancerisque de dégradation physique et

d’érosion des sols

rtie

lle in

terd

ite

Stocks de MO dans les solsStocks de MO dans les sols

duct

ion

mêm

e pa

r/2

009.

Tou

te re

prod

Aléa érosif des solsAléa érosif des sols

AS

Labo

rato

ire 1

0/G

RO

-Sys

tèm

es /

SA©

Cop

yrig

ht A

G

INRA OrléansINRA Orléans

Lien entre MO et propriétés physiques des sols: ex de la stabilité de la structure dans l’essai

Effet positif des composts sur la stabilité de la structure

Qualiagro

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

rtie

lle in

terd

ite

Efficacité variable des composts entre les années Variabilité de la stabilité inter annuelle (climat, culture…)

duct

ion

mêm

e pa

r

1,61,8 Effet relatif par rapport au témoin

/200

9. T

oute

repr

od

11,21,4

DVBOMG

AS

Labo

rato

ire 1

0/

0,40,60,8 BIO

FUM

GR

O-S

ystè

mes

/ SA

00,2

1999 2000 2002 2003 2004 2005 2007

© C

opyr

ight

AG

(Annabi et al., 2011)

Devenir de l'azote des MOE dans le solLes PRO source d’azote pour les cultures: la disponibilité pour les plantes dépend de l’évolution de l'azote des PRO après apport

N2O N2NH3

NH4+N organique

rtie

lle in

terd

ite

Atmosphère Volatilisation

duct

ion

mêm

e pa

r

DénitrificationSol

/200

9. T

oute

repr

od

NO -NH +N organique

Minéralisation Nitrification

AS

Labo

rato

ire 1

0/ NO3-NH4

+N organique

OrganisationLixiviation

Organisation

GR

O-S

ystè

mes

/ SA

Nappes phréatiques

© C

opyr

ight

AG

Source : B. Nicolardot

Des proportions variables de N minéral et organique dans les PRO

N ammoniacal

8090

100to

tal)

rtie

lle in

terd

ite

607080

(% N

t

qu

e

duct

ion

mêm

e pa

r

304050

itio

n N

org

an

i

/200

9. T

oute

repr

od

102030

om

posi

N o

AS

Labo

rato

ire 1

0/

010

Lisier porc Lisierbovin

Fumiervolailles

Fumier deporc

Fumier debovins

Fumierbovins

Co

GR

O-S

ystè

mes

/ SA bovin volailles porc bovins bovins

composté

© C

opyr

ight

AG

Source : T. Morvan, INRA Quimper

Des contenus en N minéral et organique très variables dans les PRO

Teneur N minéral NH4+ essentiellement

très variable

rtie

lle in

terd

ite

Ré id d lt à t ité 3 45

Teneur N organique

très variable

duct

ion

mêm

e pa

r Résidus de culture à maturité 3-45

Cultures intermédiaires 14-47

B STEP 20 40 k N / t

/200

9. T

oute

repr

od Boues STEP 20-40 kg N / t m.s.

Composts (DV, Bio, OM…) 15-35

Effl t d'él 15 25

AS

Labo

rato

ire 1

0/ Effluents d'élevage 15-25

Effluents agro-industriels 0.1-0.5 kg N / m3

GR

O-S

ystè

mes

/ SA

© C

opyr

ight

AG

Source : Nicolardot et al., AgroSup Dijon

Dans les sols, l'évolution de l'azote est liée au devenir du carbone organique

CO2

Minéralisation

rtie

lle in

terd

ite

Assimilation

duct

ion

mêm

e pa

r

BIOMASSEMICROBIENNE

MATIÈREORGANIQUE

STABLEAssimilationHumification

Matières organiquesexogènes

/200

9. T

oute

repr

od STABLEAssimilation

Humification

e ogè es

AS

Labo

rato

ire 1

0/

OrganisationMinéralisation

GR

O-S

ystè

mes

/ SA

N MINERAL du SOL

© C

opyr

ight

AG

NC

Le devenir de l'azote en lien avec la disponibilité du carbone des MOE

jours

00 100 200 300 400

kg

so

l)

rtie

lle in

terd

ite

-10

-5

(m

g/

k

duct

ion

mêm

e pa

r

-15

min

éra

l

/200

9. T

oute

repr

od

25

-20N m

AS

Labo

rato

ire 1

0/ -25

Minéralisation netteOrganisationnette

GR

O-S

ystè

mes

/ SA nette

Différence N minéral - N minéral (sol + produit) (sol témoin)

© C

opyr

ight

AG (sol + produit) (sol témoin)

Une forte variabilité de comportements

Effluents d'élevage (48) Boues STEP (15) Produits compostés (17)Effluents d élevage (48)

60

Boues STEP (15) Produits compostés (17)

60

rtie

lle in

terd

ite

aniq

ue

20

40

aniq

ue

20

40

duct

ion

mêm

e pa

r

% N

org

a

0

20

% N

org

0

20

/200

9. T

oute

repr

od %

-40

-20

-40

-20

AS

Labo

rato

ire 1

0/

Jours (28°C)0 10 20 30 40 50

Jours (28°C)0 50 100 150

Jours (28°C)0 20 40 60 80 100

GR

O-S

ystè

mes

/ SA

Sources : V. Parnaudeau, INRA Rennes; T. Morvan, INRA Quimper; S. Houot, INRA EGC

© C

opyr

ight

AG

Les modèles pour prévoir la minéralisation de l'azote des MOE

Matière organique Fraîche CO2CO2

C:NBiomasse

Microbienne

C:N

Matière organique humifiée

C:N

K Y hFraction décomposable

Cr0

rtie

lle in

terd

ite

C:N C:N

N minéral

0

Fraction stable

duct

ion

mêm

e pa

r

N minéralisé (% apport)

100%Modèle STICS

/200

9. T

oute

repr

od

80%

100%

Effet long terme

AS

Labo

rato

ire 1

0/

40%

60%

GR

O-S

ystè

mes

/ SA

20%

0%

Valeur N court terme

© C

opyr

ight

AG

Source : Lashermes, 2005

0%0 200 400jours

La typologie : un outil pour classer et choisir lesproduits en fonction de leur disponibilité enazote

Classes de disponibilité d’azote

Classe Minéralisation

à t=1anPlage de variation

1 60 > 40

rtie

lle in

terd

ite

d azote 1 60 > 40

2 30 [25 ; 40]

3 15 [10 ; 25]

4 10 [0 ; 15]

duct

ion

mêm

e pa

r 4 10 [0 ; 15]

5 0 [-5 ; 5]

6 -5 [-10 ; 0]

en g N / kg MS

/200

9. T

oute

repr

od en g N / kg MS

AS

Labo

rato

ire 1

0/G

RO

-Sys

tèm

es /

SA

OrgN en g/kg MSFractions en g/kg MO

© C

opyr

ight

AG

Lashermes et al., 2010

g g

Fiente14%

Exemple des classes 1 & 6

Engrais43%

rtie

lle in

terd

ite Mat An43%

duct

ion

mêm

e pa

r

Boue4% Compost

Mulch%

/200

9. T

oute

repr

od 4% Compost Urb21%Mat An

7%

11%

AS

Labo

rato

ire 1

0/G

RO

-Sys

tèm

es /

SA

Compost EffluFumier

© C

opyr

ight

AG 18%39%

Lashermes et al., 2010

Disponibilité du N apporté par les PRO: essai Qualiagro; modèle Pastis

Apport moyen de N par épandage entre 1998 et

Augmentation progressive du CAU du N des PRO

N tot appliqué(kg/ha)

2009

rtie

lle in

terd

ite DVB 341

OMR 223

FUM 310

duct

ion

mêm

e pa

r FUM 310

BIO 284

/200

9. T

oute

repr

od

100120

7ème apport en 2007:Entre 2007 et 2009, 80 à 100 kg de N minéralisés en plus par rapport

2007-2009: Surplus de minéralisation de N/témoin

AS

Labo

rato

ire 1

0/

6080

g N

/ha apports

antérieursdernier apport

N minéralisés en plus par rapport au témoin:- OMR: la moitié provient du dernier

apport en 2007

GR

O-S

ystè

mes

/ SA

02040kg

dernier apportapport en 2007- BIO, DVB et FUM, N sup provient

essentiellement des apports

© C

opyr

ight

AG 0

DVB OMR FUM BIOantérieurs (Chalhoub, 2010)

Exemples de cinétiques de minéralisation de produitsorganiques prises en compte dans le logiciel Azofert

Vinasses, 3 t/ha; 2.4% N dont 0.08 N minéral

40

50Fumier bovin pailleux 30 t/ha; 0.39 % N

20

20

30

40

kg N

/ha

-20

0

kg N

/ ha

rtie

lle in

terd

ite

0

10

0 100 200 300

-400 100 200 300

temps

duct

ion

mêm

e pa

r

temps normalisé

/200

9. T

oute

repr

od

Fumier bovin déc.; 30 t/ha; 0.6 % N100a

AS

Labo

rato

ire 1

0/

0

50

0 100 200 300

kg N

/ha

GR

O-S

ystè

mes

/ SA

0 100 200 300temps

© C

opyr

ight

AG

Source : J.M. Machet, INRA Laon

Minéralisation de l'azote provenant des MOSCalcul du terme Mh de la méthode du bilan prévisonnelp

• Références régionales• Références régionales• Réseau de parcelles

sans fertilisation

rtie

lle in

terd

ite

azotée (N0)• Utilisation du traçage

isotopique

duct

ion

mêm

e pa

r isotopique

/200

9. T

oute

repr

od

Source : Machet et al., 1990

AS

Labo

rato

ire 1

0/ Source : Machet et al., 1990

GR

O-S

ystè

mes

/ SA

© C

opyr

ight

AG

Calcul à partir du k2 (bilan humique)

Conclusions

1- Investissement important depuis 20 ans sur composition biochimique et minéralisation labo des MOE :

- Sans équivalent au niveau international

rtie

lle in

terd

ite

q

-Bien valorisé dans le cadre d’une synthèse (ADEME)

ISMO et typologie N fondés sur effectif important

duct

ion

mêm

e pa

r ISMO et typologie N, fondés sur effectif important

donc a priori robustes

/200

9. T

oute

repr

od

2- Pb de la relative faible valeur prédictive de la typo N,

Et coût élevé des mesures de fractionnement

AS

Labo

rato

ire 1

0/ Et coût élevé des mesures de fractionnement

Limitation (probable) de la généralisation de ces mesures

GR

O-S

ystè

mes

/ SA mesures

Possible levée de ce verrou avec la SPIR (NIRS)

© C

opyr

ight

AG

Peltre et al., 2011