« Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transfère ». Cet adage scientifique fondamental résume parfaitement la complexité de la nutrition végétale et le rôle crucial des nutriments dans le développement des cultures. Pour comprendre comment les végétaux se nourrissent et pourquoi l'apport d'engrais est devenu une nécessité dans les systèmes agricoles, il convient d'analyser la nature même des plantes et les flux de matières qui régissent leur croissance.
Les besoins fondamentaux des plantes
Comme tous les êtres vivants, les plantes sont constituées de matière dite « organique ». Quatre atomes (éléments chimiques) forment l’essentiel de cette matière organique : le carbone (C), l’hydrogène (H), l’oxygène (O) et l’azote (N). On retrouve également en plus petites quantités le phosphore (P) et le soufre (S). D’autres éléments comme le potassium (K) ou le calcium (Ca) ne sont pas intégrés dans les molécules organiques mais sont importants, sous forme ionique, pour l’équilibre et le bon fonctionnement des milieux intra et extracellulaires.
Enfin, certains éléments métalliques comme le magnésium (Mg) ou le fer (Fe) sont indispensables à la synthèse ou à l’activité de plusieurs pigments, enzymes et autres molécules. Tous ces éléments à partir desquels les êtres vivants assurent leur nutrition sont appelés des nutriments.
Championnes de l’autonomie, les plantes sont capables de récupérer tous leurs nutriments sous forme minérale (non liés à d’autres atomes de carbone) et de fabriquer elles-mêmes leur propre matière organique. Ce type de nutrition s’appelle l’autotrophie, il est spécifique aux végétaux et à certains microorganismes. Par opposition, les organismes hétérotrophes (comme les animaux) ne sont pas autonomes et se nourrissent de matière organique déjà formée.
Une étape essentielle de l’autotrophie des plantes est la photosynthèse, réaction chimique au cours de laquelle elles utilisent l’énergie du soleil pour synthétiser des sucres à partir de dioxyde de carbone (CO2) atmosphérique et d’eau (H2O) prélevée dans le sol. Contrairement à ce que l’on pourrait penser, l’essentiel de la masse (sèche) des plantes provient donc du CO2 qu’elles ont absorbé. De la pâquerette au séquoia, toutes sont de l’air, solidifié par l’énergie solaire.
La photosynthèse permet aux plantes d’assimiler les trois principaux nutriments : carbone, oxygène et hydrogène. Tous les autres, elles les prélèvent dans le sol sous forme d’ions dissous, ce sont les sels minéraux.
Nutriments et fertilité d’un sol
Un sol est d’autant plus fertile qu’il possède des nutriments en quantités suffisantes et sous des formes minérales assimilables par les plantes. Lorsqu’elles poussent, ces dernières prélèvent les nutriments dont elles ont besoin dans le sol et par conséquent l’appauvrissent. Inversement, lorsque les plantes meurent, la matière organique subit un processus de décomposition et de minéralisation permettant aux nutriments de retourner au sol et d’être à nouveau disponibles. Il s’agit donc d’un processus cyclique de recyclage des nutriments.
Ce cycle est toutefois ouvert et un sol peut gagner ou perdre des nutriments, permettant à plus ou moins de plantes de s’y installer. Par exemple, les eaux de pluie peuvent s’infiltrer dans le sol et emporter avec elles certains nutriments vers les nappes et les cours d’eau, on appelle ça le lessivage (ou drainage). Certains sols y sont plus sensibles que d’autres. Inversement, l’altération des particules de roches du sol - on parle aussi de solubilisation - libère des nutriments : la calcite donne du calcium, les apatites du phosphore, les minéraux silicatés du potassium, du sodium, du calcium, du fer, du magnésium… C’est un processus très lent comparé au rythme de croissance des végétaux. Il dépend des conditions climatiques, de l’activité des organismes du sol et de la nature de la roche mère : les terrains calcaires sont généralement pauvres en fer et en magnésium, les terrains alluviaux riches en de nombreux nutriments, etc.
Pour l’azote, très peu présent dans les roches, il existe un mécanisme spécifique. Cet élément est en fait abondant dans l’atmosphère sous forme de diazote (N2, 78 % de l’air que l’on respire) et certaines bactéries sont capables de transformer ce gaz en ammoniac (NH3) puis d’incorporer cet azote dans leurs molécules organiques. On appelle ce mécanisme « fixation biologique de l’azote » ou diazotrophie. Les bactéries fixatrices d’azote le font soit de manière autonome dans le sol, soit en association avec les plantes de la famille des légumineuses (Fabacées) au sein d’organes symbiotiques spécialisés. Cette fixation microbienne de l’azote atmosphérique est fondamentale étant donnée l’importance de l’azote dans la constitution des êtres vivants.
Agriculture et export des nutriments
Prenons maintenant le cas particulier d’une parcelle agricole, par exemple un champ de blé d’un hectare. Lors de sa croissance, le blé prélève des nutriments dans le sol et les utilise pour construire ses différents organes : grains, feuilles, chaume, racines. Lorsqu’on récolte les grains de blé, on exporte les nutriments qui s’y étaient accumulés. Pour un rendement de 5 tonnes à l’hectare, et un grain contenant 2,5 % d’azote, 0,33 % de phosphore et 0,51 % de potassium, cela correspond à un export total de 125 kg d’azote, 17 kg de phosphore et 26 kg de potassium.
Or ces grains de blé sont consommés ailleurs que sur la parcelle, il n’y a donc pas de recyclage et les nutriments sont perdus pour l’agrosystème. On voit donc que, sans nouvel apport de nutriments au champ, le sol s’épuise et l’activité agricole est rapidement compromise. Renouveler la fertilité des sols cultivés est un point incontournable, quelque soit le système agricole en place.
Comment fonctionne le cycle des nutriments? (VOSTFR)
Différentes méthodes de renouvellement de la fertilité ont été utilisées au cours de l’histoire : laisser l’écosystème se reconstituer pendant un temps suffisamment long (systèmes sur abattis-brûlis), profiter des apports des crues dans les zones régulièrement inondées, cultiver des légumineuses permettant de fixer l’azote atmosphérique… Mais la technique qui a connu le plus de succès est l’utilisation d’engrais.
Typologie et fonctionnement des engrais
On utilise ici le mot engrais pour toute matière extérieure apportée au sol en vue de fournir aux plantes des nutriments. Cette matière peut être sous forme organique, autrement dit dériver d’êtres vivants. Il s’agit par exemple d’excréments animaux mélangés (fumier) ou non (lisier, guano) à des matières végétales (paille, feuilles), de sous-produits animaux issus d’abattoirs (farine de sang, de plumes, poudre d’os ou de corne…), de sous-produits de l’agroindustrie (vinasse de betterave, mélasse), de matières issues de méthaniseurs (digestat) ou de stations d’épuration (boues), de matières végétales (déchets alimentaires, déchets verts, sciure et copeaux de bois, algues…).
Les engrais organiques contiennent - mais en des proportions très variables - l’ensemble des nutriments nécessaires à la croissance des plantes, cependant, ceux-ci ne sont pas immédiatement disponibles. La matière organique doit d’abord subir une étape de minéralisation pour que les nutriments soient libérés sous forme de sels minéraux et puissent être assimilés par les plantes. Cette minéralisation se fait naturellement lorsque la matière organique est consommée par les organismes du sol (bactéries, champignons, vers de terre, animaux microscopiques…). Elle est plus ou moins longue selon le type d’engrais, l’activité biologique des sols et les conditions climatiques locales.
À l’inverse des engrais organiques, on peut apporter des nutriments se trouvant déjà sous forme minérale. On parle alors d’engrais minéraux. Ceux-ci ont l’avantage d’être plus concentrés et directement assimilables par les plantes. Ils sont en revanche efficaces seulement sur un temps court car les sels minéraux ainsi apportés sont facilement lessivables. Les engrais minéraux modernes sont souvent des mélanges des trois nutriments les plus importants : azote, phosphore et potassium (engrais « NPK »).
L’industrie chimique intervient surtout dans la production des engrais azotés, passant par la synthèse de l’ammoniac à partir de l’azote de l’air, moyennant un apport important d’énergie, fournie par le gaz naturel, principalement le méthane. De l’ammoniac sont dérivés l’urée et le nitrate. Elle intervient également dans la fabrication des engrais complexes, qui sont constitués de sels résultant de la réaction d’une base avec un acide. Les engrais composés peuvent être de simples mélanges, parfois réalisés par les distributeurs, coopératives ou négociants. On distingue les engrais simples, ne contenant qu’un seul élément nutritif, et les engrais composés, qui peuvent en contenir deux ou trois.
Pratiques de fertilisation et gestion des nutriments
L’appellation des engrais minéraux est normalisée, par la référence à leurs trois composants principaux: NPK. Les engrais simples peuvent être azotés, phosphatés ou potassiques. Les engrais binaires sont notés NP ou PK ou NK, les ternaires NPK. Ces lettres sont généralement suivies de chiffres, représentant la proportion respective de ces éléments. L’apport azoté est exprimé en azote N et est apporté sous forme de nitrate (NO3-), d’ammonium (NH4+) ou d’urée (CO(NH2)2).
En France, avant la révolution verte, l’essentiel des apports en azote se faisait grâce aux bactéries symbiotiques des légumineuses. En 2013, ce mode de fertilisation ne représente plus qu’un peu moins de 20 % de la fertilisation azotée globale. La part des engrais minéraux s’élève quant à elle à 75 %. Notons au passage que cette fertilisation azotée est peu efficace puisque la moitié seulement des nutriments est récupérée sous forme de nourriture, le reste étant lessivé ou dénitrifié. La fertilisation azotée, quelque soit son origine, est par ailleurs la principale source d’émission de gaz à effet de serre de l’agriculture avec le méthane produit par les ruminants.
Les oligoéléments, quant à eux, sont en général présents dans le sol ou sont présents sous forme d’impuretés dans les engrais. Ils s’appellent ainsi car ils se trouvent en très petites quantités dans l’organisme, mais jouent un rôle complémentaire indispensable. Sur les engrais, vous verrez des chiffres sous la forme 4-1-8 : cela indique la proportion de N, P et K. Par exemple, pendant la floraison, la plante a de forts besoins en phosphore pour la croissance de ses fruits. En revanche, le taux d’azote doit être très faible.
Il est crucial de noter qu'un excès d’engrais ou d’oligoéléments ne fera en aucun cas du bien à votre plante, mais pourrait au contraire causer des dommages irréversibles au niveau de son réseau racinaire. En hydroponie, le support n’apporte rien : la plante dépend exclusivement de ce que contient le réservoir. Les engrais minéraux y sont des mélanges de sels solubles (nitrates, sulfates, phosphates, chlorures, etc.) formulés pour donner rapidement des éléments assimilables. Les avantages sont une solubilité immédiate, une composition connue et un stockage simple. Les inconvénients résident dans le moindre apport de matière organique et le risque de précipitation si on mélange mal les sels.
En agriculture biologique, il est interdit d’utiliser les engrais minéraux composés obtenus par la transformation chimique industrielle. Il faut également noter que, en agriculture biologique, les engrais azotés minéraux sont interdits. Lorsqu’il s’agit d’utiliser un engrais minéral sur ses cultures, le grand principe est d’apporter le bon dosage au bon moment. L’azote est réputé pour agir plus efficacement à la période du printemps, lors des premières levées des végétaux. L’épandage des engrais minéraux se fait dans la matinée ou la soirée. Il est fortement déconseillé de faire ses apports en pleine journée, pendant les périodes de fortes chaleurs ou de gel.
tags: #composition #sels #mineraux #engrais