Les sols cultivés renferment des réserves de phosphore (P) et de potassium (K) qui sont souvent importantes, mais dont la totalité n'est pas immédiatement disponible pour les plantes. Ces éléments sont présents dans le sol sous une multitude de formes diverses. Dans le volume de terre où les racines puisent le P et le K, la solution du sol est continuellement réalimentée par diffusion à partir de la phase solide. Cependant, lorsque le sol ne parvient pas à réalimenter suffisamment vite la solution en raison d’une trop faible disponibilité de ces éléments, l’apport d’engrais devient indispensable pour répondre aux besoins des cultures.
L'Importance du Potassium pour les Cultures
Le potassium est un élément nutritif essentiel pour le développement des plantes, jouant un rôle crucial dans plusieurs fonctions physiologiques. Sa disponibilité influence directement la santé et la productivité des cultures.
Exigence des Espèces Cultivées envers le Potassium
Les espèces cultivées affichent des sensibilités distinctes à la carence en P et/ou K, ce qui se manifeste par des pertes de production d'autant plus élevées que l'espèce est sensible. Cette caractéristique des espèces, qui est liée à la nature de leur système radiculaire ou au rôle du P et du K dans l'élaboration de leur production, est exprimée par la notion d’exigence. Le classement des principales espèces est établi sur la base d'essais de longue durée menés en France. La sensibilité de l'espèce à une alimentation déficiente, en l'absence d'apport prolongé d'un élément, est mesurée par la perte de rendement par rapport aux traitements correctement fertilisés.
Rôle du Potassium dans la Physiologie Végétale
Le potassium participe aux transferts d'eau et à la fabrication des protéines, et est également un facteur de qualité des glucides et de leur transport vers les organes de réserve. Il contribue à la résistance au froid et intervient dans de nombreux processus enzymatiques, la régulation osmotique et la synthèse des protéines.
Diagnostic de la Disponibilité du Potassium dans le Sol
L'analyse de terre est un outil commun et indispensable pour raisonner les apports de ces trois éléments (P, K, Mg). Elle évalue les teneurs assimilables (P) ou échangeables (K, Mg) sur une profondeur généralement de 0-25 cm.
Interprétation des Analyses de Terre
Les teneurs du sol en P et K, fournies par l'analyse de terre, constituent des indicateurs de leur niveau de disponibilité dans le sol. L'analyse mesure la teneur de l'élément extractible, dite assimilable pour le phosphore ou échangeable pour le potassium et le magnésium, en référence à des réactifs chimiques standardisés. L'interprétation de la teneur exige un référentiel agronomique qui établit expérimentalement des seuils pour un type de sol dans une région donnée. Un seuil bas est appelé teneur Trenf pour « renforcé ». Ces deux seuils définissent ainsi trois classes correspondant à des stratégies d'apport différentes.
Facteurs Influant sur la Biodisponibilité du Potassium
Le passé récent de fertilisation complète le diagnostic sur la biodisponibilité, caractéristique d’une espèce chimique présente dans le sol lui conférant la possibilité d’être absorbée par une culture. Un apport de fertilisant élève d'abord la teneur en élément "assimilable" de l'élément, puis une baisse de la biodisponibilité se produit au cours des mois et des années qui suivent. La récolte des pailles et, plus généralement, des résidus du précédent diminue la biodisponibilité.
Diagnostic de la Fertilisation Potassique des Prairies
L’analyse d’herbe au printemps permet de diagnostiquer l’état de nutrition phosphatée ou potassique de la prairie. Plus pertinente que l’analyse de terre, elle rend compte non seulement de la disponibilité de ces éléments dans le sol, mais également de l’aptitude de la plante à les prélever. Concrètement, cette analyse peut être réalisée sur prairies permanentes ou sur prairies temporaires implantées depuis au moins deux ans.
La Méthode COMIFER pour la Fertilisation Raisonnée
Le Comité français d'études et de développement de la Fertilisation raisonnée, ou COMIFER, est une référence en France pour les stratégies de fertilisation.
Stratégie de Fertilisation selon le COMIFER
La stratégie de fertilisation pour le phosphore P et le potassium K est définie par le COMIFER. La récolte de 4 tonnes de paille de blé exporte 7 kg de P2O5 et 60 kg de K2O/ha. Cette exportation diminue d'autant la biodisponibilité de ces éléments après récolte. C'est pourquoi le COMIFER recommande d'augmenter la quantité de fertilisant apportée à la culture suivante lorsque la teneur du sol est inférieure au seuil Timp. En Europe, d'autres méthodes de raisonnement sont appliquées. Elles reposent également sur les teneurs des éléments mesurées par l'analyse de terre. De façon simplifiée, les stratégies de fertilisation tendent à faire converger la teneur du sol en un élément vers un objectif d'entretien et à s'y maintenir.
Bilan Entrées-Sorties (Bilans Culturaux F-E)
Le bilan Entrées-Sorties peut être calculé a posteriori sur une succession de cultures par élément P2O5, K2O et MgO. On le définit aussi par le terme de « bilans culturaux F-E » où F représente le total des apports d'un élément par les fertilisants minéraux et organiques, et E représente le total des exportations des cultures successives, y compris de leurs résidus quand ils sont récoltés. Un solde négatif (< -5kg/ha/an) traduit une diminution probable des réserves et de la biodisponibilité du fertilisant dans le sol.
Types de Fertilisation Potassique
La fertilisation combine les apports d'un large nombre de produits d'origines organique et minérale. Ils contiennent des éléments nutritifs P, K et Mg qui doivent être comptabilisés dans l'apport à une culture.
Fertilisation Organique
Les teneurs moyennes en éléments nutritifs dans des tableaux de synthèse ne constituent qu'une indication, car la variabilité de la composition de ces fertilisants est large. La composition d'un fertilisant organique brut en éléments nutritifs N, P, K, Mg peut difficilement être modifiée. Elle ne correspond pas toujours au calcul des besoins réalisé élément par élément sur une culture. Certains produits à teneur en phosphore élevée comparée aux autres éléments azote et potassium (fientes déshydratées, engrais solide NP issu de lisier, boues de station d'épuration et composts de boues) suffisent à apporter la quantité de phosphore nécessaire. La quantité à apporter de ces produits est calculée en fonction du besoin en phosphore. Autre exemple, l'apport d'engrais organiques à teneur en potassium élevée comparée à leur teneur en azote ou en phosphore (vinasses de betterave ou viticoles) tient compte en premier lieu de la quantité de potassium. Dans tous les cas, il est nécessaire de disposer de résultats d'analyse de chaque produit organique utilisé ou de les exiger dans les transactions et les échanges.
Les résultats sont exprimés en teneur totale de P2O5, K2O et MgO pour les engrais comme pour les amendements organiques. Cependant, la disponibilité de ces éléments peut être inférieure à celle des principaux engrais minéraux de référence si l'on raisonne à l'échelle de la culture réceptrice. Le coefficient d'équivalence engrais du phosphore mesuré dans des essais en comparaison à un superphosphate minéral est de 0,70 pour les fumiers de bovin, de 0,85 pour les fientes et fumiers de volaille et de 0,95 pour les lisiers de porc. Il a tendance à diminuer suite au compostage, procédé biologique de dégradation naturelle des matières organiques et de leur valorisation, par des micro-organismes, en présence d'humidité et d'oxygène. Le produit fini possède une valeur fertilisante. Le coefficient d'équivalence engrais du potassium et du magnésium est voisin de 1.0, car ces éléments redeviennent rapidement disponibles après incorporation des apports au sol.
Fertilisation Minérale
Les engrais minéraux offrent un large choix de formules. Ils existent des engrais « simples » n'apportant qu'un seul élément (engrais simples phosphatés, potassiques et magnésiens) et des engrais composés contenant deux ou plusieurs éléments dans une formule qui peut varier en fonction des besoins locaux reconnus (engrais composés PK, PKMg, NPK…). La teneur en phosphore total est complétée par la teneur en P2O5 soluble dans l'eau ou d'autres réactifs indiquant leur efficacité possible selon le pH, notation qui rend compte de la concentration en ions H+ du milieu et désigne ainsi le caractère très acide (pH 4 à 5,5), acide (5,5 à 6,8), neutre (6,8 à 7,2) ou alcalin (supérieur à 7,2) d’un sol, du sol notamment.
Les engrais simples potassiques sont des sels solubles dans l'eau. Parmi eux, on trouve :
- Le chlorure de potassium, obtenu par des procédés physiques, est un sel pratiquement pur dosant environ 60% d'oxyde de potassium. Il convient à tous les sols et à la plupart des cultures.
- Le sulfate de potassium, dosant 50% d'oxyde de potassium, est obtenu par action de l'acide sulfurique sur le chlorure de potassium ou par échange d'ions entre sulfate de magnésium (kiesérite) et chlorure de potassium. Il contient 43% de SO3, d'où son intérêt pour les plantes exigeantes en soufre comme le colza, et moins de 3% de chlore : de ce fait, il est qualifié d'«engrais pauvre en chlore». Il s'impose pour le tabac, sensible à la présence de chlore. Il est aussi recommandé pour le haricot, le pois, le lin, les vignes à vins fins, les cultures florales.
- Les sels bruts de potassium, obtenus à partir des minerais. Ils contiennent généralement d'autres sels sous forme de chlorures ou de sulfates de magnésium et de calcium. Ils sont plus faiblement dosés en % de K2O.
- Le Hartsalz, un mélange de sylvinite et de kiesérite (espèce hydratée de sulfate de magnésium).
- La Kaïnite, polyhalite, carnallite, associations de différents sels de potassium, de magnésium et de calcium sous forme de sulfate et/ou de chlorure.
La forme carbonate de magnésium est présente dans la dolomie, roche essentiellement constituée de carbonate de magnésium et de calcium, et dans d'autres amendements minéraux basiques carbonatés contenant du magnésium. Elle est à réserver aux sols acides et sa vitesse d'action est plutôt lente du fait de sa faible solubilité. La forme oxyde de magnésium faiblement soluble se retrouve dans certains engrais et dans la chaux magnésienne. Les formes sulfates de magnésium solubles dans l'eau diffèrent selon leur procédé de production (voie chimique ou extraction minière) et leur degré d'hydratation (kiésérite mono-hydratée et epsomite hepta-hydratée).
L'importance nutritionnelle du phosphore (P) et du potassium (K)
Fertilisation Potassique en Agriculture Biologique
L'agriculture biologique a mis en place une certification de ses productions agricoles par organisme tiers indépendant sous contrôle public. Le mode production de l'agriculture biologique est encadré par le règlement (CE) n° 834/2007 et son règlement (CE) n° 889/2008 qui porte sur ses modalités d'application.
Principes et Produits Autorisés
Le raisonnement de la fertilisation n'est pas différent en agriculture biologique et la méthode COMIFER peut s'appliquer aux éléments P et K. Par contre, le choix des fertilisants est encadré par le règlement européen. L'agriculture biologique utilise de façon privilégiée des composts, fumiers et plus généralement des amendements organiques pour améliorer la teneur en matière organique du sol. Ces produits apportent de l'azote organique et du phosphore, du potassium, du magnésium et du soufre. Sont autorisés également certains engrais organiques (fientes déshydratées, vinasse de betterave ou viticole, farines de plume ou de viande…) ainsi que des engrais minéraux (phosphate naturel, sel brut de potasse, oligo-éléments…) et des amendements minéraux basiques issus de la roche calcaire ou du maërl ou de la craie.
Le phosphate naturel tendre, le phosphate alumino-calcique et les scories de déphosphoration sont les seuls engrais phosphatés minéraux autorisés. Le sel brut de potasse, la vinasse et les extraits de vinasse ainsi que le sulfate de potassium résultant d'une extraction physique à partir d'un sel brut sont utilisables directement ou en matière première dans des engrais composés. Le carbonate de magnésium présent dans la dolomie et dans d'autres amendements minéraux calco-magnésiens est utilisable mais pas la chaux magnésienne qui subit une cuisson. Enfin, la kiesérite d'origine naturelle est utilisable mais pas le sulfate de magnésium obtenu par réaction chimique.
Mentions Légales et Preuves de Conformité
La seule mention autorisée sur les fertilisants est celle d'un engrais ou d'un amendement « utilisable en agriculture biologique conformément au règlement (CE) n°834/2007 ». Elle peut figurer sur la facture et sur le document d'accompagnement du produit livré en vrac, qui désigne des marchandises qui ne sont pas emballées ou arrimées et aussi le mode de distribution dans lequel le produit n'est pas conditionné, ou sur l'étiquette. Le fournisseur doit prouver que la composition du produit est conforme à l'annexe I du règlement (CE) n° 889/2008.
Modalités d'Application de la Fertilisation
Les engrais organiques ou les amendements organiques sont généralement apportés avant l'implantation de la culture principale. Leur épandage est souvent suivi d'une incorporation au sol. Les engrais minéraux permettent plus de souplesse. Juste avant le semis des cultures de printemps, l'épandage d'un engrais granulé est généralement suivi d'une incorporation au sol avec les dernières préparations du semis.
Fractionnement et Localisation des Apports
D'autres modalités d'apport permettent de fractionner les apports et de les rapprocher des périodes de besoins des plantes : solutions nutritives pour la ferti-irrigation, apport des engrais dans l'eau d'irrigation généralement via une pompe doseuse, aussi appelée « fertigation » ou « irrigation fertilisante ». Les engrais entièrement solubles sont utilisables en nutrition foliaire, une voie plus directe d'alimentation de la plante. La date d'apport en végétation dépend de l'élément apporté et de l'objectif retenu. Cependant, cette voie ne peut avoir qu'un rôle secondaire, car le feuillage a une capacité d'absorption faible d'éléments minéraux solubles et ne peut en aucun cas remplacer les racines pour des éléments comme le phosphore, le potassium et le magnésium. Le phosphore surtout, mais aussi le potassium et le magnésium dans une moindre mesure, sont des éléments peu mobiles dans le sol. L'apport de l'engrais dans ou à proximité de la ligne de semis de la culture améliore l'efficience de la fertilisation, particulièrement pour les éléments les moins mobiles comme le phosphore qui sont mieux interceptés par les racines.
Cas Spécifique des Prairies
Lorsqu’il est nécessaire, l’apport doit être réalisé en même temps que l’apport d’azote pour le premier cycle. C’est la période la plus critique pour la nutrition P et K des plantes prairiales : l’essentiel du système racinaire, en grande partie réduit par la sénescence des racines au cours de la période hivernale, se reconstruit. Les prairies valorisent très bien les apports d’engrais de ferme.
Gestion des Résidus de Récolte
Lorsque le sol ne peut réalimenter suffisamment vite la solution en raison d’une trop faible disponibilité de ces éléments, l’apport d’engrais est nécessaire pour satisfaire les besoins des plantes.
Restitution du Potassium par les Résidus
Lorsqu'une espèce est cultivée pour ses graines (blé, maïs, colza, tournesol…), l'essentiel du phosphore prélevé par la culture est présent dans le grain et donc exporté. En revanche, la majorité du potassium (80 à 90 %) est présente dans les tiges et les feuilles, sous une forme très soluble. Au cours des premières phases de décomposition des résidus, ce potassium est libéré sous une forme identique à celle d'un engrais potassique. La restitution des résidus de récolte du précédent équivaut donc à un apport important de K2O. Un blé de 80 q restitue plus de 100 unités K2O/ha par les pailles et chaumes. La récolte des pailles et plus généralement des résidus du précédent diminue la biodisponibilité. La récolte de 4 tonnes de paille de blé exporte 7 kg de P2O5 et 60 kg de K2O/ha. Cette exportation diminue d'autant la biodisponibilité de ces éléments après récolte.
Ressources Mondiales et Marché des Engrais Potassiques
Les ressources mondiales de sels de potassium atteindraient 250 milliards de tonnes exprimées en K2O (USGS 2014) et l'avenir de cette ressource est jugé peu préoccupant. Ces sels sont extraits en profondeur à partir de gisements déposés dans des mers chaudes et peu profondes. Ils se trouvent aussi en concentration suffisante pour être exploités dans la Mer Morte (côté Israélien et coté Jordanien), dans le Grand Lac Salé dans l'Utah aux USA ainsi que dans des dépôts salins accumulés dans des régions désertiques (Chili, Chine…). On peut imaginer qu'on puisse un jour extraire le chlorure de potassium des océans en utilisant efficacement l'énergie solaire dans des bassins d'évaporation.
Production et Demande
La production estimée en 2013 atteint 34.6 millions de tonnes de K2O (USGS 2014). Le marché mondial des engrais potassiques repose sur un petit nombre de producteurs. Huit acteurs dont trois canadiens, un russe, un biélorusse, un allemand, un israélien également propriétaire de mines en Espagne et au Royaume Uni et un jordanien fournissent la presque totalité des exportations. Du côté de la demande, quatre ou cinq grands pays importateurs (Chine, Inde, Brésil, USA, Indonésie…) influent directement sur les prix. L'Allemagne dispose d'environ cinquante ans de réserves dans plusieurs mines. L'Union Européenne a une capacité de production suffisante pour assurer les besoins de son agriculture.
Études et Références
De nombreuses études ont contribué à l'amélioration des pratiques de fertilisation potassique. Par exemple, l’évolution des rendements, de la valeur nutritive des herbages et de la composition botanique d’une prairie à fromental recevant différentes quantités d’engrais azotés ou potassiques a été suivie durant 11 ans. Le rendement a diminué de manière similaire dans les parcelles ne recevant pas d’azote (N) et dans celles ne recevant pas de potassium (K). Une perte de rendement a été observée à partir d’une fertilisation en K compensant moins de 40 % du prélèvement par la récolte. La disponibilité en K dans le sol a nettement diminué dans tous les traitements durant l’essai. Plus la fertilisation en K était élevée et plus la teneur en K du fourrage était haute alors que la teneur en magnésium était plus faible. À la fin de l’essai, les parcelles sans fertilisation N avaient une proportion en graminées, légumineuses et autres plantes de 65 %, 16 % et 19 % alors que dans celles sans fumure K ces proportions étaient de 73 %, 3 % et 24 %. Malgré ces différences, tous les traitements présentaient les mêmes espèces végétales et des proportions similaires de plantes typiques des prairies à fromental.
Des références importantes incluent :
- Knoden D., Lambert R., Nihoul P., Stilmant D., Pochet P., Crémer S., Luxen P., 2007. Fertilisation raisonnée des prairies. Les livrets de l'Agriculture n°15. SPW.
- Mathot M., Vermeiren E., Lambert R., 2009. en prairies. 2741/1 DGARNE. Mars 2009.
Le livret n°15 du COMIFER explique tous les éléments nécessaires au calcul de la fertilisation azotée et peut utilement compléter l’analyse de sol pour la fertilisation en phosphore (Limbourg, 2001), et la gestion des prairies de plus de deux ans, ainsi que la matière organique du sol.
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