Engrais Minéral Complémentaire du Fumier Bovin : Optimiser la Fertilisation et la Santé des Sols

Dans les exploitations de polyculture-élevage, comme dans celles céréalières situées à proximité, les produits résiduaires organiques (PRO) constituent une source importante de fertilisants. L'intégration de ces PRO dans les stratégies de fertilisation est une pratique ancestrale qui prend aujourd'hui tout son sens dans une agriculture durable, visant à optimiser l'utilisation des ressources et à réduire l'empreinte environnementale. Le fumier bovin, en particulier, est reconnu pour ses multiples bienfaits sur la qualité et la fertilité des sols. Cependant, pour une nutrition végétale équilibrée et des rendements optimaux, une complémentation par des engrais minéraux est souvent nécessaire. Cette approche combinée permet de maximiser les avantages des matières organiques tout en assurant un apport précis et immédiat des nutriments essentiels.

Les Vertus du Fumier Bovin : Un Amendement Organique Essentiel

Le fumier de vache est un amendement organique de référence, permettant d'enrichir durablement la terre du jardin et des cultures. Cette matière organique améliore la structure du sol, favorise la rétention d'eau et nourrit la vie microbienne, des facteurs cruciaux pour la santé globale des écosystèmes agricoles. Les sols lourds deviennent plus aérés et perméables sous l'action du fumier, tandis que les sols légers gagnent en capacité de rétention d’eau. Le fumier de vache contient naturellement les trois éléments nutritifs principaux : l’azote pour la croissance des feuilles, le phosphore pour le développement racinaire et le potassium pour la floraison. Il transforme progressivement la structure du sol, participant ainsi à l'amélioration de la fertilité physique. Il est vivement recommandé de privilégier un fumier issu d’élevages extensifs ou biologiques pour garantir la qualité de l’amendement, minimisant ainsi les apports de substances indésirables dans le sol.

Composition et Valeur Fertilisante des PRO

Pour établir un plan de fumure intégrant l'épandage des PRO, il est indispensable de connaître leurs valeurs fertilisantes. Celles-ci reposent sur leur composition (teneurs en azote, en phosphore, en potassium) et des coefficients d'équivalence engrais minéral. Des valeurs moyennes de composition des principaux types de PRO ont été mises à jour en 2019. Par exemple, le fumier bovin très compact de litière accumulée ou compostage peut contenir 5 kg d'azote total, 3,2 kg de P2O5 et 7 kg de K2O par tonne de produit brut. Les lisiers de porcs à l'engrais affichent des teneurs de 5,6 kg d'azote total, 3,3 kg de P2O5 et 4,8 kg de K2O par tonne.

Le potassium (K) des PRO se trouve dans les urines et les litières. Sa solubilité est analogue à celle des engrais potassiques, ce qui le rend rapidement et en totalité disponible pour les cultures. Le phosphore (P) se trouve en majorité sous des formes minérales plus ou moins solubles, mais aussi sous des formes organiques très diverses, comme par exemple les phospholipides et les phytates. Elles doivent être minéralisées pour que le phosphore puisse être utilisé par les plantes. Les expérimentations menées par l’Inra de Bordeaux de 1998 à 2000 sur plus de 70 produits organiques montrent que la disponibilité à court terme du phosphore des PRO est au moins égale à 50 % de celle du superphosphate. À long terme, la disponibilité du phosphore des PRO serait identique ou supérieure à celle des minéraux solubles.

Quant à la mise à disposition de l’azote des PRO, elle est très variable selon la part d’azote minéral qu’ils contiennent et les formes d’azote organique présentes. La part d’azote minéral se présente essentiellement sous forme ammoniacale et est immédiatement disponible pour les plantes. L’azote organique doit être au préalable minéralisé. Pour tous les PRO, on distingue une phase de minéralisation plus rapide de l’azote organique au cours des 12 mois suivant l’apport, en lien avec une fraction organique plus facilement dégradable par l’activité biologique du sol, et une phase de minéralisation plus lente, à une vitesse du même ordre de grandeur que celle de la matière organique du sol. L’effet azote du PRO sur la culture réceptrice est lié à la fraction d’azote minéral qu'il contient, et à la part de l’azote organique minéralisée au cours du cycle cultural.

Plusieurs comportements sont distingués quant à la phase de minéralisation plus rapide de l’azote organique. L’azote organique des PRO type fientes ou fumiers de volailles ou vinasses se minéralise rapidement. 30 à 80 % de l’azote organique apporté est minéralisé au cours des premiers mois voire des premières semaines. Ces produits doivent donc être apportés peu de temps avant les périodes d’absorption des cultures. Les PRO type fumiers de bovins ont un rythme de minéralisation intermédiaire. Entre 20 et 40 % de l’azote organique apporté se minéralise progressivement au cours de la campagne suivant l’apport. Enfin, les PRO type composts de déchets verts ou de fumiers de bovins qui ont subi une phase de maturation longue (> 12 mois) se minéralisent très lentement. Seuls 10 à 15 % de leur azote organique est libéré au cours de la première année. Ces produits sont principalement utilisés pour entretenir le stock de carbone organique du sol et non comme fertilisants azotés.

Stratégies d'Apport et Complémentation Minérale

L’épandage du fumier frais s’effectue idéalement à l’automne, après les récoltes. Cette période permet une décomposition naturelle pendant l’hiver, évitant ainsi les risques de brûlure des racines et de contamination par des germes pathogènes. Un fumier composté pendant au moins six mois devient utilisable au printemps. Ce compost de fumier libère ses nutriments progressivement et peut être incorporé directement dans le sol avant les plantations. Le fumier composté convient particulièrement aux légumes gourmands tels que les tomates, les courges, les choux et les pommes de terre.

Les conditions d'épandage déterminent la valorisation des engrais de ferme. Par exemple, un lisier de porcs qui contient 60 % d'azote sous forme minérale, rapidement minéralisable, est à épandre au plus près de la période d'absorption par les plantes. Ce sera donc au printemps sur prairies, fin février sur blé et au plus près du semis sur maïs, voire au stade 6-8 feuilles avec du matériel adapté. Le lisier, à forte teneur en azote ammoniacal, doit être enfoui au plus vite ou être épandu par pendillards pour limiter la volatilisation. Pour les engrais de ferme comme le fumier ou le compost dont l'azote est majoritairement sous forme organique, l'apport doit être fait suffisamment tôt. Ainsi la minéralisation libère l'azote davantage au moment où la plante l'absorbe. Par exemple, l'épandage de fumier de bovins en mars avant semis de maïs est une bonne pratique. En cas d'épandage entre culture dérobée et maïs, l'apport de fumier est trop tardif.

Le raisonnement des apports en phosphore et potassium est réalisé de manière à ce que ces éléments ne soient pas limitants pour les rendements, en utilisant la méthode COMIFER qui tient compte des éléments issus des PRO. Un apport de soufre sous forme Kieserite a eu lieu sur blé sur toutes les modalités (40 U/ha de SO3 et 20 U/ha de MgO). Aucun oligo-élément n’a été apporté durant les cinq années de l’étude.

Pour chaque élément fertilisant, le coefficient d’équivalence engrais minéral (Keq) exprime l’efficacité de l’engrais organique par rapport à un engrais minéral de référence tel que l’ammonitrate ou le superphosphate. Le Keq est d’autant plus élevé que le PRO contient de l’azote minéral et de l’azote organique rapidement minéralisable. Il dépend aussi de la culture réceptrice, de la période d’apport, et s’il est enfoui ou non. En pratique, il faut multiplier la dose totale d’élément fertilisant apportée par le coefficient d’équivalence engrais minéral pour obtenir la fourniture réelle en éléments fertilisants à la culture.

Le coefficient d’équivalence pour le potassium est égal à 1 quel que soit le type de produit. Pour le calcul de la fertilisation phosphatée de la culture réceptrice, le Keq n’est à prendre en compte que dans le cas où l’apport de phosphore est nécessaire, c'est-à-dire lorsque la teneur en P2O5 de l’analyse de terre la plus récente de la parcelle est inférieure au seuil Timpasse. Cette teneur est définie dans la méthode COMIFER. Au-dessus de cette valeur, pour laquelle l'absence de fumure sur la culture en place n’entraîne pas de chute de rendement économiquement significative, la prise en compte des Keq pour le phosphore est inutile. Après un an de présence dans le sol, le phosphore des matières organiques a le même effet sur l'enrichissement du sol que les engrais phosphatés solubles dans l'eau.

Source : Institut de l’Elevage Pays de la Loire, 2003 ; ITP, Pascale LEVASSEUR, 2005 ; ITAVI, Claude AUBERT, 2005 ; Ademe, 1998 ; Ademe, 2001

Légende : FB : fumiers de bovins, CFB : fumiers de bovins compostés, FP : fumiers de porcins, CFP : fumiers de porcins compostés, FV : fumiers de volailles, CFV : fumiers de volailles compostés, LP : lisiers de porcins. Source : Projet Casdar 2007-2011

Étude de Cas : L'Expérimentation d'Arvalis à Jeu-les-Bois

Arvalis étudie depuis 1998 les effets des produits résiduaires organiques (PRO) à la ferme expérimentale de Jeu-les-Bois (36) en sol sablo-limoneux, à faible potentiel, humide mais drainé (réserve en eau utile de 50 mm à 120 mm). De 1999 à 2008, une expérimentation a évalué l’efficacité azotée de quatre types d’engrais de ferme : fumier brut de bovins, fumier composté de bovins, fumier de volailles et lisier de porcs. En 2011, l’essai a été réorienté pour analyser, pendant cinq ans, l’intérêt technique et économique par rapport à une fertilisation minérale seule d’une fertilisation organique avec ces mêmes PRO, complétée par une fertilisation NPK minérale. Dans tous les cas, la dose de fertilisation azotée minérale, était ajustée pour viser des objectifs de rendements correspondant au potentiel de la région pour ce type de sol. Outre la valeur fertilisante, les effets des apports répétés de ces PRO de 1999 à 2015 sur les propriétés physiques, chimiques et biologiques du sol ont été mesurés au cours du printemps 2016 et comparés aux références déjà établies.

Après trois années (2007 à 2010) sans aucun apport de PRO ou de fertilisant minéral, mises à profit pour effectuer un premier bilan de fertilité, l’essai implanté en 2011 a été conduit en rotation maïs-blé avec labour, représentative d’un système de culture conventionnel de la région. L’itinéraire technique a été identique pour toutes les modalités, hors fertilisation minérale ou organique. L’implantation de l’essai a été conçue afin de poursuivre les apports du même type de PRO et de la fertilisation minérale seule, sur les mêmes parcelles que celles du protocole de 1999-2008.

Huit modalités ont ainsi été étudiées dont une recevant uniquement une fertilisation minérale. Les PRO ont été testés à différentes doses d’azote total et fréquences d’apports (annuel ou bisannuel). Chaque année ou un an sur deux, l’objectif était de fournir 100 ou 200 kg/ha d’azote selon le type de PRO. Les apports de PRO ont été complétés par de la fertilisation minérale en ammonitrate dont la dose a été calculée par la méthode du bilan. Tous les produits organiques ont été analysés chaque année.

Les fumiers de bovins bruts ou compostés ont été apportés tous les ans ou tous les deux ans, avant le maïs, et juste avant le labour. Le lisier de porcs (porcs à l’engraissement ou lisiers de truies) a été épandu au début du printemps sur le blé ou avant le labour pour le maïs (apports annuels ou bisannuels). La modalité en fumier de volailles (poulets de chairs en bâtiments sur litière de paille broyée) a reçu des apports tous les deux ans sur maïs avant le labour. La dose d’azote minérale a ainsi pu être réduite de 20 à 60 kg N/ha sur le blé et de 40 à 90 kg N/ha sur maïs.

Impact sur l'Activité Biologique du Sol

Les apports de fumiers de bovins bruts ou compostés ont conduit à des taux de matière organique du sol (MO), mesurés au printemps 2016, plus élevés par rapport à la fertilisation minérale seule, alors que ceux en fumier de volaille et lisiers de porc n’ont pas eu d’effet significatif. Concernant la granulométrie de la MO, les fumiers de bovin et leurs composts font apparaître un pourcentage du stock d’azote du sol plus élevé dans la fraction 50-200 µm que les autres modalités, fraction de la MO dite « grossière », plus réactive et donc plus impliquée dans la fourniture d’azote ; ce qui se traduit par un potentiel de minéralisation du carbone organique, mesuré en laboratoire, significativement plus élevé.

Les comptages indiquent de plus grandes quantités de vers de terre dans les modalités avec apports organiques et qui augmentent avec les doses de MO apportées par les PRO. Une tendance à la hausse du nombre d’espèces de vers de terre a également été constatée. D’autre part, les analyses réalisées en laboratoire montrent une augmentation de l’abondance microbienne (biomasse microbienne par fumigation), en proportion de l’augmentation de la matière organique.

Sur le plan de fertilité physique, il n’a pas été mis en évidence de différence significative de l’état structural entre les modalités organiques et la modalité minérale. Avec l’augmentation du nombre de vers de terre, il était attendu une augmentation de la porosité. Le bon état structural de la parcelle de l’essai, observé au printemps 2016 n’a pas permis d’extérioriser les effets des PRO. Ce bon état cultural résulte de conditions favorables au cours de la campagne qui a précédé ainsi que d’un bon enracinement du blé qui a sans doute limité la prise en masse du sol pendant l’hiver.

Les analyses chimiques du sol montrent que les apports de PRO font évoluer favorablement certains paramètres comme la teneur du sol en cuivre, bore et zinc disponibles (méthode EDTA). Par ailleurs, les pHeau mesurés confirment que les apports de PRO ne provoquent pas d’acidification des sols lorsqu’ils sont bien gérés. Enfin, les teneurs en phosphore Olsen et en potassium et magnésium échangeables attestent que les apports de PRO conduisent à un bilan de fertilisation (apports par la fertilisation diminués des exportations par les récoltes) identique à des biodisponibilités comparables de ces éléments. Toutefois, les effets sont variables entre les produits, selon leur composition et les doses apportées.

Efficacité Économique et Environnementale de la Fertilisation Mixte

L’analyse des résultats économiques de la période 2011-2015 se base sur les différences de rendements, les économies d’intrants (engrais minéraux azotés et phospho-potassiques) induites par les apports des PRO et les coûts associés à l’apport des PRO. Aucune différence significative, avec les apports minéraux seuls, n’a été observée entre les rendements des maïs fourrages récoltés en 2011, 2013 et 2015. De même en blé, aucune différence significative n’a été observée entre les rendements, ni entre les teneurs en protéines, quelle que soit la modalité ou l’année.

Les coûts ont été calculés à l’échelle d’une rotation maïs-blé puis ramenés à l’année. Toutes les modalités en produits organiques réduisent les charges de fertilisation par rapport à la modalité minérale pure. Ces économies ont très largement compensé les surcoûts liés aux manipulations d’épandage des produits organiques et au retournement pour le compost. Il est possible, avec de telles stratégies, de limiter les coûts de fertilisation jusqu’à environ 103 €/ha/an sur une rotation maïs-blé.

Sur le plan environnemental, les apports organiques n’ont pas augmenté le reliquat d’azote minéral postrécolte, mesuré chaque année, indicateur partiel du risque de lixiviation d’azote nitrique au cours de l’hiver suivant. Ces résultats, obtenus à Jeu-les-Bois, peuvent être très variables selon les situations (éloignement des parcelles, matériel utilisé, organisation). Toutefois, ils montrent que lorsque la fertilisation minérale complémentaire est bien raisonnée, les PRO peuvent être intégrés à part entière dans les stratégies de fertilisation. Ils réduisent les apports d’engrais minéraux sans provoquer de baisse de rendement, ou de protéines pour le blé, et ne dégradent pas le risque lié à la pollution nitrique des aquifères.

Il est à noter que ces calculs considèrent que les engrais de ferme sont produits par l’exploitant. Les prix des intrants sont les prix moyens de l’année 2015 (source Arvalis). Les coûts du matériel et de la main-d’œuvre sont issus du barème d’entraide 2014-2015. Les coûts relatifs aux engrais de ferme et à leur épandage ont été calculés à partir du lieu de stockage et ne prennent pas en compte les autres manipulations, comme le curage des bâtiments.

Au-delà du Fumier Bovin : Diversité des Amendements Organiques

Outre le fumier de vache, d'autres types de fumiers et PRO offrent des avantages spécifiques. Le fumier de cheval, plus léger et aéré, convient aux sols lourds et froids. Sa décomposition rapide en fait un excellent activateur de compost. Le fumier de mouton ou de chèvre apporte une forte concentration en potasse. Ces fumiers secs se décomposent rapidement et conviennent aux cultures après des légumes gourmands. Les granules de fumier de vache offrent une solution hygiénisée et facile à épandre. Ce conditionnement élimine les mauvaises herbes, parasites et germes tout en conservant les propriétés nutritives du fumier. Il peut s’avérer utile de choisir les granules pour les jardins urbains ou les cultures en pot. Cet engrais organique naturel convient aux arbres fruitiers, plantes ornementales et légumes du potager.

L’utilisation du fumier nécessite le respect de certaines règles. Les légumes racines comme les oignons, ails et échalotes préfèrent les sols non fumés récemment. Un excès de fumier peut provoquer un déséquilibre nutritionnel et favoriser les maladies cryptogamiques. Le stockage du fumier frais doit respecter certaines normes : tas aéré, retourné régulièrement et protégé de la pluie pour éviter le lessivage des nutriments.

Le fumier de vache améliore la qualité du sol sur le long terme, tandis que les engrais minéraux apportent une nutrition rapide et ciblée. Une analyse du sol aide à déterminer les besoins nutritionnels et à adapter les apports. Un outil existe pour estimer simplement la composition des produits organiques en azote, phosphore, potassium et magnésium. Il indique, pour chaque élément, si le plan de fertilisation organique prévu est insuffisant, à l’équilibre ou en excès par rapports aux besoins théoriques prévisionnels.

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