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Agriculture, alimentation, santé publique... soyons rationnels

Le rôle du fumier dans l'agriculture durable (2)

22 Mai 2018 , Rédigé par Seppi Publié dans #Agronomie, #Agriculture biologique

Le rôle du fumier dans l'agriculture durable (2)

 

Deuxième partie – Le fumier peut-il maintenir la matière organique du sol ?

 

Andrew McGuire*

 

 

 

 

 

 

Une fois que vous commencez à poser des questions, l'innocence a disparu. – Mary Astor

 

 

Ma première question sur le fumier, « le fumier peut-il fournir de l'azote et du phosphore à l'agriculture ? » a eu sa réponse ici. Mais le fumier, c'est plus que des éléments fertilisants. La plus grande partie du fumier est composée de matière organique, de carbone que les cultures fourragères de production primaire ont extrait de l'air et intégré dans des molécules organiques (d'où le nom « organique »). Lorsqu'elle est ajoutée au sol, une partie de cette masse de fumier finit en tant que matière organique du sol (MOS).

 

La matière organique constitue une petite partie du sol, mais elle est cruciale. Si nous pouvons maintenir le niveau de matière organique d'un sol, nous faisons beaucoup pour maintenir la santé et la fonction du sol. Le fumier peut-il le faire ? Le fumier peut-il maintenir les sols ?

 

Pour y répondre, nous devons calculer la quantité de fumier nécessaire pour maintenir la matière organique du sol, en supposant que des quantités plus élevées augmenteraient les teneurs en matière organique. Nous utiliserons les taux de production de fumier précédemment calculés, mais nous devons d'abord savoir combien de matière organique est perdue chaque année par le sol.

 

 

 

 

Quelle quantité de matière organique du sol est perdue chaque année ?

 

La matière organique se décompose au fil du temps du fait de l'activité biologique et de l'altération chimique. Une partie se décompose rapidement, d'autres se décomposent très lentement. Les principaux facteurs permettant de déterminer les taux de dégradation sont les niveaux de température, d'humidité et d'oxygène. Les sols chauds, s'ils sont humides et aérés, peuvent présenter des taux élevés de perte de matière organique. Les extrêmes – très chaud ou très froid, très sec ou très humide – ralentiront la décomposition. La texture du sol est aussi un facteur. Les sols sablonneux et bien drainés perdent un plus grand pourcentage de MOS chaque année, tandis que les sols argileux compacts en perdent moins. La gestion fait aussi la différence. Le travail du sol, en apportant de l'oxygène au sol, favorise la dégradation de la matière organique. En supposant que l'érosion ne pose pas de problème, les pertes annuelles de matière organique vont de 1 à 5 % de la MOS totale (Magdoff et Weil, 2004). Un sol argileux labouré peut perdre 2 % de sa matière organique chaque année alors qu'un sol limoneux-sableux peut en perdre 4 %. Les pertes réelles dépendront de la teneur en matière organique du sol. Voici les pertes annuelles pour un éventail de taux de perte et de teneur en SOM.

 

 

Tableau 1. Pertes annuelles de matière organique du sol par teneur et taux de perte, en livres de matière sèche par acre1 – multiplier par 1,12 pour avoir des kilogrammes/hectare (mais les chiffres donnés sont vraisemblablement arrondis).

Lignes :  % de perte de SOM ; colonnes : teneur en matière organique du sol.

 

1 pour une épaisseur de 6 pouces (24 cm), soit 2.000.000 livres/acre ou 2.240 tonnes.

2 Les teneurs en MO des sols peuvent être aussi basses dans les sables et certains sols de l'Ouest aride.

 

 

Quelle quantité de fumier épandu finit comme matière organique du sol ?

 

Le tableau ci-dessus nous montre ce qui doit être remplacé chaque année pour maintenir les taux de MOS. Cependant, lorsque nous apportons un amendement organique (une biomasse) comme le fumier au sol, tout ne finit pas en tant que matière organique du sol. Une grande partie de la biomasse est décomposée, consommée par les microbes du sol. Cette alimentation est une fonction vitale de l'ajout de biomasse au sol, mais pour notre objectif qui est ici de maintenir les teneurs en MOS, c'est une perte. La recherche montre que cette perte dépend du sol et du matériel impliqué. Dans les sols du PNW [des États du Nord-Ouest en bordure du Pacifique], près de Pendleton OR, Wuest et Reardon (2016) ont estimé les pertes à 50 à 100 % pour divers matériaux organiques. Le fumier a perdu en moyenne 79 %. Dans d'autres études, les pertes de fumier variaient entre 80 et 92 % (Gregorich et al., 1996 ; Triberti et al., 2008). Ainsi, pour maintenir la MOS, seulement 8 à 21 % du fumier épandu devient de la matière organique du sol.

 

 

 

 

Combien de fumier faut-il pour maintenir les taux de matière organique du sol ?

 

Maintenant, nous pouvons combiner tout cela pour calculer la quantité de fumier nécessaire pour maintenir les teneurs en MOS. Nous supposerons, avec optimisme, que 21 % de notre fumier épandu finit en tant que matière organique du sol (Wuest et Reardon, 2016).

 

Nous avons besoin de suffisamment de fumier pour que : apport de fumier x 0,21 = perte de MOS

 

Ou : apport de fumier = perte de MOS ÷ 0,21

 

En appliquant cette formule aux chiffres de perte de MOS du tableau 1 ci-dessus, nous obtenons ces taux d'application de fumier en tonnes de matière sèche par acre.

 

 

Tableau 2. Taux d'application de fumier requis pour remplacer les pertes annuelles de matière organique du sol, en short tons de matière sèche/acre – pour convertir en tonnes/hectare, multiplier par 2,24.

 

 

Ce sont des chiffres exprimés en matière sèche. Tenez compte de l'humidité – 33 % pour le fumier typique d'un parc d'engraissement de bovins –, et vous obtenez ceci :

 

 

Tableau 3. Taux d'application de fumier à 33 % d'humidité requis pour remplacer les pertes annuelles de matière organique du sol, en short tons/acre – pour convertir en tonnes/hectare, multiplier par 2,24.

 

 

C'est la quantité de fumier que nous devons apporter chaque année pour maintenir la matière organique du sol – la demande du sol en fumier. Il en faut plus pour l'augmenter. Comme vous pouvez le voir, il faut beaucoup de fumier, en particulier pour les sols avec des niveaux élevés de MOS.

 

Ces chiffres seront similaires pour les fumiers de bovins (engraissés sur sol) et de poulet. Multipliez par 2,2 pour le fumier de vaches laitières (à 72 % d'humidité) ou 2,8 pour les porcs (lisier à 91 % d'humidité).

 

Comparons maintenant ces apports avec les taux de production de fumier ou l'offre en fumier.

 

 

Combien faut-il d'hectares de culture pour produire le fumier nécessaire au maintien de la matière organique du sol ?

 

Si nous divisons les quantités de fumier nécessaires pour maintenir la MOS d'une unité de surface par les quantité de fumier produites par une unité de surface de culture fourragère (en utilisant la moyenne des meilleurs et des pires taux de production de fumier du poste précédent, 3,6 short tons/acre, ou 8 tonnes/ha, à 33 % humidité), nous obtenons le nombre d'acres ou d'hectares de fumier (à travers l'alimentation) qu'il faut pour maintenir la matière organique sur un acre ou un hectare de sol.

 

 

Tableau 4. Acres (ou hectares) de production de cultures [ma note : fourragères] nécessaires pour produire le fumier nécessaire pour maintenir les teneur en matière organique du sol d'un acre (ou hectare). Les chiffres en rouge signalent qu'il faut plus d'un acre (ou hectare) de production de fumier pour compenser la perte de matière organique d'un acre (ou hectare).

 

 

Ces chiffres sont-ils raisonnables ? J'ai trouvé quelques articles sur des recherches qui avaient fait des calculs similaires. Schlesinger (2000), utilisant des données à long terme provenant de parcelles de Sanborn dans le Missouri, a estimé que 3 acres (ou hectares) de terres cultivées étaient nécessaires pour fournir le fumier pour un acre (ou hectare) d'entretien de la MOS. Magdoff et Amadon (1980) ont estimé qu'une application annuelle de 44 tonnes de fumier humide par hectare était nécessaire pour maintenir 5,2 % de matière organique dans leurs conditions. En calculant à rebours, ils ont estimé que cette quantité de fumier serait produite grâce à l'ensilage de maïs de 2,5 hectares. Nos chiffres sont donc similaires.

 

Pouvons-nous maintenant dire si le fumier peut assurer la durabilité des sols ? Pas encore. Nous devons d'abord décider quels sols nous voulons maintenir avec le fumier.

 

 

Le fumier peut-il maintenir les sols qui l'ont produit ?

 

La situation idéale est celle où le fumier est recyclé dans le champ qui l'a produit, au taux où il a été produit, comme cela se passe dans un système de pâturage, mais avec les pertes supplémentaires dont nous avons parlé dans l'article précédent. Ici, nous pouvons considérer le fumier comme un résidu de récolte transformé. Les résidus de culture – les tiges, la paille, les feuilles, la balle, les épis, tout ce qui n'est pas récolté – sont la principale source de matière organique pour le sol. Parce que les teneurs en matière organique du sol reflètent l'équilibre de ce que nous ajoutons au sol et de ce qui est perdu (Buyanovsky et Wagner, 1998), nous voulons conserver autant de ce matériel que possible, y compris le fumier.

 

 

 

 

Pour cette situation, le tableau ci-dessus nous montre que le fumier, à lui seul, ne peut maintenir durablement le sol que dans les sols à faible MOS, 1-2 % ou moins, ou avec des taux de MOS plus élevés mais avec des taux de perte de 1 %. Ainsi, le fumier peut maintenir des sols que beaucoup considèrent comme ayant des niveaux insuffisants de matière organique (Loveland et Webb 2003) ou des sols qui ont des taux de perte très faibles. Étant donné que le travail du sol est le principal facteur de perte, cela pourrait marcher pour des systèmes dans lesquels le travail du sol est éliminé, comme les cultures pérennes ou les cultures annuelles sans labour.

 

Pour les combinaisons de teneur en MOS et de taux de perte dans la zone en rouge du tableau 4, le fumier ne peut pas maintenir le sol. Le fumier est une ressource renouvelable ; en faisant pousser des cultures et en nourrissant le bétail, nous pouvons le produire indéfiniment. Cependant, renouvelable ne signifie pas illimité. Lorsque nous utilisons du fumier au-delà de son taux de production – au-delà de la quantité de fumier produite à partir d'une culture fourragère qui a poussé sur le même sol – c'est au détriment des autres champs.

 

Voici un exemple :

 

Nous avons un champ avec 3 % de matière organique et un taux de perte de 3 %, et nous avons assez de fumier pour appliquer les 6,4 short tons de fumier par acre chaque année ou 14 tonnes/hectare (tableau 3) pour maintenir la teneur en matière organique à 3 %. Tout est durable au niveau du champ ; la matière organique du sol est maintenue avec toutes les fonctions du sol liées à la MOS. Cependant, au niveau supérieur, nous savons qu'il faut une production de près de 2 acres (ou hectares) (tableau 4) pour produire le fumier pour cet acre (ou hectare) de maintenance de la MOS. Cela signifie que pour chaque unité de surface dans laquelle le fumier maintient la matière organique du sol, il y a une unité équivalente qui ne recevra pas de fumier et où la matière organique du sol diminuera.

 

Pour les sols avec des teneurs en MOS supérieures ou des taux de perte supérieurs à 1 %, le fumier, à lui seul, ne maintiendra pas le sol. Mais le fumier n'est pas la seule source de MOS ; les résidus de culture peuvent aussi être une source importante de matière organique qui finit par de la MOS. Les cultures à résidus élevés comme le maïs-grain et le blé contribuent le plus, alors que les cultures à faibles résidus comme la plupart des légumes, celles dont tous les résidus sont exportés à la récolte, ou encore le maïs-ensilage et les autres ensilages et les foins n'ont qu'un effet limité sur la MOS, ou pas d'effet du tout. Par conséquent, la combinaison du fumier avec une culture à résidus élevés et un travail du sol minimal élargira la gamme de sols dont les taux de MOS sont maintenus, ce qui pousse la zone rouge du tableau 4 vers la droite.

 

Cette discussion a été fondée sur les taux de production, l'offre et la demande de fumier, mais passons maintenant au sujet de la répartition du fumier et de son effet sur les sols.

 

 

Le fumier importé peut-il maintenir les sols ?

 

La situation idéale ci-dessus n'est pas la norme. Parce que l'alimentation (grain sec et soja) est facile à transporter, mais que le fumier humide et lourd ne l'est pas, notre système de production actuel a tendance à laisser une concentration de fumier loin des champs qui l'ont produit.

 

 

 

 

Cette abondance apparente de fumier est la principale raison pour laquelle le fumier est considéré comme un intrant durable.

 

Tout d'abord, permettez-moi d'être clair : le fumier est bénéfique. Les sols recevant du fumier peuvent avoir des teneurs en matière organique et en nutriments plus élevées que les sols sans fumier. Encore mieux pour ceux qui peuvent le faire, l'épandage de fumier peut surmonter les effets néfastes du travail du sol et de la production de cultures à faibles quantités de résidus. Cependant, nous pouvons maintenant voir que maintenir les teneurs en MOS dans la plupart des situations exige des taux de fumure plus élevés que les taux de production. La concentration de fumier dans un endroit ne change pas cela. Même dans les endroits où le fumier est abondant et où on peut en appliquer suffisamment pour maintenir les sols, ce fumier importé est une perte pour les champs éloignés qui l'ont produit. Recourir au fumier importé maintient certains champs au détriment des autres ; nous déshabillons Pierre pour habiller Paul.

 

Les chercheurs qui ont porté un regard critique sur l'utilisation des amendements organiques importés ont conclu la même chose, et pas seulement pour le fumier, mais aussi pour le compost. Magdoff et Weil (2004) déclarent que « l'apport d'amendements organiques provenant d'ailleurs peut impliquer une dégradation du sol à partir duquel le C et les éléments fertilisants ont été récoltés à l'origine, ce qui rend la pratique douteuse d'un point de vue global ». Cette concentration, sur un champ, de fumier issu de nombreux champs n'est pas durable.

 

 

Le fumier est une ressource rare

 

Lorsqu'on est confronté à des tas de fumier et à une zone limitée pour l'épandre, il est facile d'oublier que le fumier est lié à la production agricole. Comme d'autres produits qui sont utilisés loin de leur source (par exemple les bois durs tropicaux, les fruits de mer), la véritable rareté ou abondance du fumier est difficile à percevoir.

 

Certains agriculteurs sont dans la position enviable d'avoir accès à beaucoup de fumier, ou de pouvoir payer pour le transporter sur leur exploitation. Leur situation unique ne change pas le fait qu'il n'y a pas assez de fumier pour tout le monde, et cela ne les rend pas non plus plus durables. Comme nous l'avons constaté, les quantités de fumier qui peuvent fournir des nutriments à une culture ou augmenter les taux de matière organique du sol ne sont souvent possibles qu'en raison de la dégradation de la fertilité ou de la MOS des autres champs. Il n'est pas possible pour tous les agriculteurs d'utiliser du fumier pour maintenir la fertilité ou le niveau de matière organique de leurs sols.

 

Que nous apprend cette constatation sur les comparaisons des systèmes d'exploitation, le stockage du carbone dans les sols pour l'atténuation du changement climatique et les systèmes de production animale ? Ce sont des questions pour mon prochain article.

 

 

Références

 

Buyanovsky, G.A., and G.H. Wagner. 1998. Carbon cycling in cultivated land and its global significance. Global Change Biology 4: 131–141.

 

Gregorich, E. G., B. C. Liang, B. H. Ellert, and C. F. Drury. 1996. “Fertilization Effects on Soil Organic Matter Turnover and Corn Residue C Storage.” Soil Science Society of America Journal 60 (2): 472–76. doi:10.2136/sssaj1996.03615995006000020019x.

 

Loveland, P., and J. Webb. 2003. “Is There a Critical Level of Organic Matter in the Agricultural Soils of Temperate Regions: A Review.” Soil & Tillage Research 70 (1): 1–18.

 

Magdoff, F. R., and J. F. Amadon. 1980. “Yield Trends and Soil Chemical Changes Resulting from N and Manure Application to Continuous Corn.” Agronomy Journal 72 (1): 161–64. doi:10.2134/agronj1980.00021962007200010031x.

 

Magdoff, F., and R. Weil. 2004. “Soil Organic Matter Management Strategies.” In Soil Organic Matter in Sustainable Agriculture. Advances in Agroecology. CRC Press.

 

Schlesinger, William H. 2000. “Carbon Sequestration in Soils: Some Cautions amidst Optimism.” Agriculture, Ecosystems & Environment 82 (1–3): 121–27. doi:10.1016/S0167-8809(00)00221-8.

 

 

Triberti, L., A. Nastri, G. Giordani, F. Comellini, G. Baldoni, and G. Toderi. 2008. Can mineral and organic fertilization help sequestrate carbon dioxide in cropland? Eur. J. Agron. 29:13–20. doi:10.1016/j.eja.2008.01.009

 

Wuest, Stewart B., and Catherine L. Reardon. 2016. “Surface and Root Inputs Produce Different Carbon/Phosphorus Ratios in Soil.” Soil Science Society of America Journal 80 (2): 463. doi:10.2136/sssaj2015.09.0334.

 

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Andrew McGuire | Agronome | Washington State University Center for Sustaining Agriculture and Natural Resources | @agronomistag

 

Andrew McGuire est un agronome travaillant sur les systèmes de culture irriguée du bassin du Columbia. Il se concentre actuellement sur l'aide aux agriculteurs pour la construction des sols, les économies d'argent et le maintien des rendements grâce à des systèmes de culture à haut rendement et aux cultures de couverture.

 

Cet article a paru à l'origine sur le blog du CSANRCSANR

 

Source : http://fafdl.org/blog/2018/02/07/can-manure-sustain-soil-organic-matter/

 

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