15 septembre 2021
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Matière organique et fertilité des sols, la grande équation

Augmenter le carbone dans les sols relève à la fois de l'objectif agronomique et de l'enjeu climatique. D'un côté, on recherche une amélioration de la fertilité, de l'autre une séquestration du carbone. Mais de quoi parle-t-on exactement quand on évoque la matière organique ou l’humus ? Y a-t-il une teneur à cibler ? Existe-t-il d'autres indicateurs pour évaluer la fertilité d'un sol ? Comment estimer les entrées et les sorties de carbone ? Autant de questions qui ont été exposées lors du webinaire organisé par le Comifer dédié aux matières organiques.
Par Sabine Huet, Publié il y a 1 mois à 15h09
matière organique et fertilité des sols

Avant toute chose, soyons précis sur ce qu’est la matière organique (MO). Claire Chenu de l’Inrae AgroParisTech rappelle lors d’un webinaire du Comifer (1) que l’humus se compose de « tout ce q ui est ou a été vivant » : débris végétaux aériens et racinaires, PRO (2), organismes vivants, le tout en perpétuel renouvellement. « C’est un continuum de composés organiques en cours de biodégradation ».  Les matières organiques sont constituées pour moitié de carbone et pour moitié d’autres éléments (O, azote, H, P, S, K…). La biodégradation par l’activité biologique et la minéralisation libèrent ces éléments.

Le graal du carbone stabilisé

Au fil du temps, les micro-organismes du sol transforment le carbone issu des végétaux. « On considère que sur 100 kg de carbone, 60 à 80 kg seront minéralisés dans l’année, en CO2 libéré dans l’atmosphère. » Ils consomment aussi une partie du carbone pour fabriquer de nouveaux congénères. Collemboles, nématodes et autres micro-organismes se développent aux dépens de la biomasse végétale. Ces derniers relarguent dans le sol des exsudats microbiens. Au final, le carbone résiduel provient bien plus de produits microbiens (MO néoformée) que des végétaux et organismes vivants. S’opère alors un processus de stabilisation. Une partie des MO est protégée physiquement au sein de la microporosité du sol et une autre interagit avec les minéraux du sol (argiles, oxydes…). C’est le fameux complexe argilo-humique. Ces mécanismes expliquent les différents temps de présence du carbone dans les sols et la préservation à long terme des MO. Ainsi, on trouve entre les apports au sol et les flux de minéralisation, du carbone labile (présent un mois environ), du carbone lent (entre un et dix ans) et du carbone stable ou humifié (décennie au siècle).

Une teneur en Matière Organique idéale ?

Plus il y a de MO, plus l’écosystème sol fonctionne. Mais combien faut-il viser ? « On trouve souvent dans les manuels d’agronomie un objectif de 2 à 3%, or une de teneur en valeur absolue n’a pas de sens« , avance Pascal Boivin de la haute école spécialisée de Genève (HES). Les chercheurs suisses ont étudié le rapport entre le taux de MO et la qualité physique des sols, celle-ci se traduisant par une structure résistante et résiliente, et une bonne porosité (aération, drainage, RFU…). Ainsi 300 profils ont été évalués avec le test visuel VESS (3) et leur teneur en carbone quantifiée. Résultat, « c’est le rapport carbone/argile qui explique le mieux la variation de qualité des sols« .

Viser 17% de Matière Organique/argile

La limite entre les parcelles de bonne et de mauvaise qualité structurale se situe à 17% de MO/argile (4). « On s’aperçoit que le basculement entre les structures acceptables (note VESS < 3) et dégradées (note VESS > 3) se fait à 17%. » Ces résultats confirment ceux d’études antérieures anglaise et belge. Cela signifie que plus la teneur en argile d’un sol est élevée, plus il faut de MO pour atteindre la même qualité structurale. En moyenne dans le canton de Genève, le ratio MO/argile des parcelles testées en grandes cultures est de 10%. « On est en très gros déficit. » Celui des parcelles en polyculture élevage avec prairies dans le canton du Jura se situe à 12%. « Mieux, mais toujours déficitaire. » La posture adoptée dans le pays est de cibler 17%, ratio qui permet d’allier les objectifs agronomique et climatique. L’optimum étant de 24% pour une résistance et résilience maximale. « C’est possible, énormément d’exploitations atteignent 24%, quel que soit le système de cultures. » Les leviers d’amélioration sont connus. Une étude menée entre 1998 et 2014 en Suisse indique les couverts végétaux, le nombre d’espèces dans les couverts, la fumure organique. Elle montre aussi l’effet négatif du labour et du travail mécanique. Cette grille de lecture sert désormais de base pour le conseil aux agriculteurs suisses. « C’est un point de repère, on cesse de dire qu’il faut 2 ou 3%. On regarde la teneur en argile et celle en MO et on se fixe un objectif. En moyenne il faudra abandonner le labour conventionnel autour des 12% de MO/argile pour ne pas dégrader la situation. »

Le projet Microbioterre

Revenons en France. Le projet Microbioterre (2016-2020), s’est attaché à évaluer les indicateurs de fertilité. Objectif ? Les intégrer dans l’analyse de terre classique afin d’enrichir le diagnostic et le conseil. « La teneur en MO est un indicateur essentiel mais insuffisant pour réaliser du conseil sur la fertilité des sols », note Thibauld Deschamps d’Arvalis. Elle renferme en effet des composants très divers (microfaune, fumier, humus). « Il faut une caractérisation plus fine pour évaluer les déficits en tel ou tel type de MO et déceler un dysfonctionnement. » Première conclusion, les indicateurs liés à l’abondance microbienne (biomasse microbienne, ADN, ergostérol…), ceux relatifs à l’activité microbienne (protéase, arylamidase, glucosidase…) et enfin les indicateurs physico-chimiques (carbone et azote organique, fractionnement de ces deux éléments, potentiel de minéralisation…) sont fiables. Bonne nouvelle ! Encore faut-il les interpréter et pour cela disposer de référentiels. « Il faut pouvoir relier ces indicateurs aux fonctions du sol que sont le recyclage des nutriments, la transformation du carbone et la structure du sol. » Par exemple, la biomasse microbienne a un effet positif sur la formation d’agrégats (structure).

Ces travaux sont en cours.Idem au sujet d’une méta analyse qui fait la lumière sur les leviers capables de faire varier les indicateurs : apports de PRO, rotation, résidus, systèmes de cultures, couverts végétaux, etc. Le laboratoire Celesta-Lab quant à lui, établit une grille pour piloter la biologie du sol par les pratiques. « Certains types de produits organiques sont adaptés pour compenser le déficit d’un certain type de MO », affirme Thibaut Déplanche (5). Exemple, le compost agit sur la MO stable mais a peu d’effet sur l’amélioration de la biomasse microbienne. A l’inverse, si les couverts végétaux et les lisiers améliorent le carbone minéralisable, ils n’agissent pas sur la MO stable. (voir schéma)

Entrées et sorties de carbone dans les sols

C’est le modèle AMG (6) qui permet de réaliser le bilan humique d’une culture. Les entrées de carbone humifié sont calculées en tenant compte du carbone restitué par la culture (biomasse des résidus x teneur en C) et du taux d’humification de ces résidus lié au C/N. On note par exemple, peu d’entrées pour un maïs ensilage qui ne laisse que de maigres résidus et à l’inverse, beaucoup d’entrées pour un colza qui exporte peu de biomasse. Le taux d’humification est faible pour les pommes de terre, colza et céréales (C/N fort), plus élevé pour les légumes de plein champ, couvert d’interculture et légumineuses (C/N faible). Quant aux sorties de carbone (perte par minéralisation), elles sont estimées en fonction du pédo-climat (température, humidité, texture pH, C/N de la MO). « Seul le colza d’hiver, le maïs grain ou le blé d’hiver avec restitution des pailles apportent suffisamment de carbone pour compenser les pertes annuelles par minéralisation », observe Jean Christophe Mouny d’Agrotransfert. Pour les autres cultures, il faudra considérer l’interculture précédente pour a minima ne pas déstocker du carbone.

Compenser les pertes

Ce modèle AMG a été appliqué sur une parcelle du réseau Syppre (7) à Toulouse, en zone fortement érosive. Le système témoin (labour, rotation tournesol, blé dur) affiche des entrées de carbone humifié qui ne compensent jamais les pertes annuelles par minéralisation. La MO du sol se dégrade. En comparaison, dans le système de culture innovant (rotation de 8 ans, optimisation des couverts et CIVE, introduction de légumineuses, semis direct ou strip-till), les entrées contrebalancent ou dépassent les sorties quatre années sur huit. « Le gain de stock entre le système innovant et le témoin est 4 tCorg /ha« , précise Anne-Sophie Perrin de Terres Inovia. Autre avantage du système innovant, la teneur en carbone organique qui augmente surtout dans l’horizon de surface, permet de réduire la battance.

Certains produits organiques compensent le déficit en certains type de matière organique

Ce qu’il faut retenir :

• La matière organique (humus) est composée de tout ce qui est et a été vivant, en constant renouvellement.

• Le carbone labile, lent et stable ont des temps de résidence dans le sol respectivement court, intermédiaire et long.

• Un sol de bonne structure présente un ratio MO/argile supérieur ou égal à 17%.

• Les indicateurs liés à l’abondance microbienne, à l’activité microbienne et ceux physico-chimiques sont fiables.

• Certains produits organiques sont plus ou moins adaptés pour compenser le déficit en carbone minéralisable, en biomasse microbienne, en Matière organique labile ou en Matière Organique stable.

• Certaines cultures compensent les sorties de carbone par minéralisation par les entrées de carbone qu’elles génèrent. Pour les autres, il faudra compter l’interculture précédente en plus de la culture pour ne pas déstocker.

• Les systèmes de cultures innovants (travail du sol réduit, rotation longue, légumineuses, couverts végétaux) permettent de stocker le carbone et d’améliorer la MO (humus) stable du sol.

NOTES

(1) Comifer : Comité français d’étude et de développement de la fertilisation raisonnée

(2) PRO : produits résiduels organiques (effluents, boues…)

MO : matière organique

RFU : réserve facilement utilisable

(3) VESS : visual evaluation of soil structure. L’état structural est noté de 1 pour un sol d’excellente structure à 5 pour une structure dégradée.

(4) 17% de MO/argile correspond à 10% de carbone/argile

(5) Quatre type de déficit sont identifiés : carbone minéralisable, biomasse microbienne, MO labile, MO stable.

(6) Modèle AMG : du nom des auteurs Andriulo, Mary, Guérif de l’Inra de Laon

(7) Projet Syppre lancé en 2014 par Arvalis, Terres Inovia et l’ITB pour construire les systèmes de cultures avec des réseaux d’agriculteurs et d’acteurs locaux.