La fertilisation du sol permet de le préparer le mieux possible à la culture de végétaux. En effet, certains sols sont plus fertiles que d’autres naturellement. Or, même les sols riches en nutriments vont finir par s’appauvrir s’ils sont l’objet de culture intensive. Matières organiques, ou produits chimiques : il existe différentes pratiques pour apporter les éléments nécessaires à la terre pour une meilleure fertilisation.
Fondements de la fertilisation et gestion des nutriments
La fertilisation est un processus consistant à réaliser des apports en éléments minéraux nécessaires au développement des plantes, dans les cultures à petite et à grande échelle. La minéralisation est essentielle pour obtenir de meilleurs rendements et une meilleure qualité. Si les éléments minéraux et l’eau sont naturellement fournis par le sol, ils ne sont pas toujours insuffisants. La fertilisation consiste à apporter, selon les cultures et leurs besoins, de l’azote, du phosphore, du potassium, du magnésium, du calcium ou encore du soufre. Des oligo-éléments sont aussi nécessaires à l’image du fer, du bore, du cuivre, etc.
Le remplacement des nutriments est l'objectif fondamental de la fertilisation. Une mauvaise fertilisation dans le passé a suscité la controverse, mais le principe de base de la fertilisation est de reconstituer le sol. La fertilisation complète le sol existant avec des nutriments supplémentaires nécessaires. La fertilisation augmente judicieusement le rendement, la qualité (teneur en azote et digestibilité) et les bénéfices. Il existe trois méthodes de base pour reconstituer les nutriments retirés du sol. L'un des moyens consiste à recycler les nutriments, principalement via les déchets animaux. C'est une méthode cruciale lorsque l'on parle de pâturages. Une autre façon de reconstituer les sols est d'obtenir et d'appliquer de l'engrais. Et la troisième voie passe par l'action microbienne telle que la fixation de l'azote.
La dynamique des éléments NPK
Les principaux fertilisants sont l'azote (N), le phosphore (P) et le potassium (K), qui sont, parmi les principaux éléments nécessaires à la plante, ceux dont la disponibilité dans les sols cultivés pose généralement problème. On abrège leur composition par le symbole NPK. Les substances utiles aux plantes, contenues dans le sol ou aquatiques, sont engagées dans des combinaisons moléculaires sous forme de particules solides d'origines variées : minérale (argiles, carbonates, phosphates, potasse…), végétale (humus, résidus végétaux, déchets) ou apportées par l'homme (engrais).
Le sol contient ces éléments nutritifs sous forme d'ions dans sa phase liquide : c'est sous cette forme qu'ils sont majoritairement absorbés par les plantes. Le substrat, dans sa phase gazeuse, contient de l'azote moléculaire que certaines bactéries, vivant en symbiose avec certaines plantes, fixent et transforment en azote utilisable (assimilable). Des tests chimiques et biologiques permettent d'estimer la quantité d'éléments nutritifs sous forme minérale susceptible de participer à l'alimentation des plantes et qui constitue l'offre potentielle du sol. C'est la confrontation entre les besoins des plantes et cette offre qui permet de pratiquer rationnellement la fertilisation, c'est-à-dire l'apport d'engrais.
L'amendement organique comme levier de fertilité
En jardinage ou pour l’agriculture, le recours à l’amendement organique comme fertilisation dépend avant tout de la nature du sol. Les amendements organiques sont plus respectueux de l’environnement que les engrais chimiques. Les amendements organiques favorisent les apports nutritifs nécessaires aux plantes. Ils se forment à partir de déchets verts transformés en compost, de boues issues de l’épuration ou de fumiers d’animaux (bovins, ovins, etc.). L’amendement organique s’utilise en agriculture biologique selon sa composition. Il améliore la résistance des plantes et des sols en les enrichissant.
Cela apporte à la terre des oligo-éléments et minéraux nécessaires tels que l’azote, le potassium, etc. C’est le cas des engrais NPK. Ces engrais enrichissent également la terre en nitrate et en magnésium. Attention toutefois, un excès d’azote par exemple est néfaste pour les plantes. Même avec un engrais organique naturel, un bon dosage est plus que conseillé. L’amendement organique aura les effets de fertilisation suivants : sol plus facile à travailler ; augmentation des capacités de stockage ou de drainage de l’eau ; limitation des pertes en nutriments ; amélioration de la circulation de l’air ; ajout de calcaire ; apporter de l’humus au sol pour favoriser la rétention d’eau. La nutrition de la plante et du sol permet ainsi une meilleure production.
Pour la fertilisation par amendement organique, il existe trois techniques afin d’apporter les éléments nécessaires à vos cultures :
- Sol argileux : pour une terre plus aérée, drainante et facile à travailler, ajoutez du sable, fumier et compost.
- Sol sableux : pour une terre qui retient l’eau et les oligo-éléments, ajoutez de la terre argilocalcaire, du fumier et du compost.
- Sol acide : apportez du calcaire à la terre sous forme de chaux éteinte.
L'engrais : distinction entre action de fond et entretien
Le recours à la fertilisation par engrais d’entretien sera limité si le sol est bien préparé et enrichi avec un engrais de fond. Pour le jardinage, la fertilisation assure une bonne croissance pour vos plantes, ainsi qu’un bon fleurissement ou une bonne fructification. Pour l’agriculture, les engrais de fertilisation vont servir à augmenter le rendement. On fait la différence entre deux types d’engrais pour la fertilisation :
- Engrais de fond : action lente et progressive, préparant la terre.
- Engrais d’entretien : action rapide, soutenant la croissance des plantes.
L’engrais est une solution parfaite pour le développement de vos plantes. Il augmente la résistance de vos plantes grâce aux minéraux, aux oligo-éléments et autres éléments nutritifs contenus. Comme pour tous les apports pour vos cultures, il doit toutefois être parfaitement maîtrisé pour un apport en quantité suffisante. Cette quantité ne doit pas être excessive, cela nuirait à la croissance de vos cultures. L’engrais, au même titre que le fertilisant organique, peut être un engrais NPK. En revanche, s’il est chimique, il ne pourra pas être utilisé pour l’agriculture biologique.
Interactions biologiques et santé des sols
Le sol abrite une intense activité biologique marquée par une grande biodiversité des organismes qui y vivent et interagissent avec la croissance des plantes. La fertilité du sol résulte d’une action de l’homme par ses pratiques agricoles en interaction avec le climat. Les plantes laissent au sol après récolte des racines, des tiges et des feuilles qui constituent une source de matière organique (MO) pour les organismes vivants du sol qui s’en nourrissent. La MO est en partie décomposée puis minéralisée alors que l’autre partie est transformée en humus stable, constituant important de la fertilité du sol.
La MO constitue une nourriture pour la vie du sol. Elle favorise une structure motteuse et aérée et accroit la réserve utile en eau. Enfin la MO accroit la capacité d’échange cationique. Les engrais minéraux entraînent-ils une diminution du stock de MO des sols ? C’est une idée fausse largement répandue qui tient à la confusion avec le rôle du système de cultures. Un système qui ne restitue pas au sol assez de matière organique issue de la photosynthèse entraîne une diminution du stock de matières organiques. Les engrais contribuent à augmenter la production végétale mais il faut laisser au sol une part de résidus suffisante pour nourrir la vie du sol.
Les micro-organismes - SVT Collège
Défis environnementaux et sécurité alimentaire
La population mondiale va continuer de croître et devrait dépasser les 9,6 milliards de personnes en 2050 (ONU, 2013). La sécurité alimentaire est définie par une alimentation suffisante en quantité, sûre et suffisamment nutritive permettant une vie saine et active (FAO, 2009). Dans les cinquante dernières années, la population a plus que doublé et la production céréalière a triplé à 2,5 milliards de tonnes (FAO, 2016). Sans l’utilisation d’engrais azotés, la récolte mondiale n’atteindrait que 50% de ce niveau (Erisman et al, 2008).
L’agriculture biologique se présente comme une alternative, mais elle s’accompagne d’une baisse de productivité pour des cultures importantes comme blés, orges, colza et plus généralement de coûts de production plus élevés. L’azote constitue un facteur limitant important en agriculture biologique car les fertilisants organiques utilisés n’ont pas la même efficacité que les engrais azotés minéraux qui ne sont pas autorisés. C’est pourquoi l’exploration d’autres voies comme l’agriculture raisonnée ou l’agro-écologie est essentielle. Le raisonnement de la fertilisation a pour objectif de tirer parti du progrès continu apporté par l’amélioration des variétés en mettant l’accent sur l’efficacité de tous les apports d’éléments nutritifs.
Prévention des risques et protection des ressources en eau
La qualité des eaux doit être protégée pour ses nombreux usages (eau potable, eaux de baignade, milieux naturels). L’azote et le phosphore sont les principaux éléments nutritifs qui contrôlent la prolifération des plantes aquatiques et des algues. En excès dans les eaux de surface, ils sont à l’origine de l’eutrophisation. L’azote, le phosphore ainsi que les autres éléments nutritifs sont présents dans nos eaux usées et dans les effluents d’élevage ainsi que dans toute matière d’origine organique et dans les engrais apportés au sol.
L’azote apporté au sol, quel que soit son origine, va être en partie transformé en nitrate qui circule avec l’eau du sol. Le nitrate est la forme d’azote que les plantes préfèrent, elles l’absorbent rapidement lorsqu’elles sont en croissance active. Lorsque la quantité d’azote minéral dépasse la capacité d’absorption de la culture, il y a un risque d’entraînement en profondeur avec l’eau du sol. Le phosphore est fortement retenu par le sol. Seulement 0,1% du phosphore total d’un sol se trouve à l’état dissous dans la solution du sol. L’eau en excès qui s’infiltre vers les nappes n’entraîne que très peu de phosphore. L’érosion, par contre, arrache des particules de terre sur lesquelles du phosphore est fixé.
Qualité de l'air et émissions ammoniacales
Améliorer la qualité de l’air est reconnu comme un enjeu de santé publique. L’agriculture est en partie à l’origine de la pollution aux particules fines. Cependant, il existe des marges de progrès importantes pour limiter l’émission de poussières ou particules primaires et pour réduire la volatilisation. Les particules contribuent à l’aggravation des pathologies respiratoires et des maladies cardiaques. Les plus fines (PM 10 et PM 2.5) atteignent les bronches et les alvéoles pulmonaires.
Le travail du sol, les opérations de récolte et les élevages sont les sources principales d’émissions de poussières en agriculture. Pour l’éviter, les engrais granulés sont tamisés, dépoussiérés et dans certains cas traités avec un anti-poussière avant d’être livrés aux agriculteurs. L’agriculture contribue peu à l’émission des NOx et du SO2 qui sont produits par le trafic routier et le chauffage urbain, mais elle est à l’origine de 97% de l’ammoniac émis. La réduction des pertes dues à la volatilisation entraîne une amélioration de l’efficacité des apports azotés d’origine organique ou minérale.
Stratégies pour une fertilisation raisonnée
Un des principes de base de l’agriculture biologique est de « nourrir le sol pour nourrir la plante ». Il est primordial que le sol soit en bon état pour que les racines des plantes se développent et explorent un volume maximal de sol. Il est connu qu’un sol en bon état fournit, par l’entremise de la minéralisation de la matière organique, plus de la moitié de l’azote nécessaire aux plantes et la majeure partie du phosphore, même en culture conventionnelle.
Dans des cultures irriguées, avec des conditions idéales de température, un taux de matière organique élevé et une bonne activité microbiologique des sols, la minéralisation peut parfois combler les besoins en azote de la culture sans aucun apport de fertilisant. Toutefois, ces conditions idéales se rencontrent rarement, particulièrement dans un climat nordique où la saison est courte et le démarrage de l’activité biologique souvent ralenti par le froid. Il demeure alors nécessaire d’apporter du fumier, du compost ou d’autres sources d’éléments nutritifs pour atteindre un rendement optimal. On doit donc aussi nourrir la plante, pas seulement le sol.
Pour fertiliser en connaissance de cause, il faut analyser l'état des sols et connaître les besoins des espèces cultivées. Avec une fumure organique, l’azote se libère progressivement. La fertilisation de base étant sous forme organique, les fumures précédentes exercent un arrière-effet (effet fertilisant pendant plus d’une année suivant l’application). Cet arrière-effet est très difficile à chiffrer car il dépend de la texture et de l’état des sols ainsi que des pratiques culturales. Les calculs proposés sont théoriques. Il n’est donc pas toujours nécessaire de combler tous les besoins en azote, en phosphore et en potassium. De plus, les systèmes culturaux qui intègrent des engrais verts dans la rotation devraient prendre en compte les nutriments mis en disponibilité par l’engrais vert et ajuster les apports en fertilisants en conséquence. Ce sont donc l’expérience, la connaissance du sol et des amendements utilisés ainsi que l’observation des plantes qui permettent de raffiner et d’ajuster la fertilisation.
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