Conséquences sur la matière organique des sols

2ème Session : valeur agronomique des PRO
Conséquences sur la matière organique des sols
Sabine Houot (EGC, INRA Grignon)
avec la collaboration de G. Bodineau, JN Rampon, M. Le
Villio-Poitrenaud, D.Montenach, A. Schaub, M. Imhoff
Retour au Sol des Produits Résiduaires Organiques
Colmar
27 Novembre 2007
Contexte et objectifs
Baisse des teneurs en MO : menace affectant la qualité des sols.
PRO: source importante de MO en dehors des résidus de culture
PRO d’origine urbaine, industrielle (composts, boues…), sources
importantes là où l’élevage a disparu
Quelle efficacité de ces produits à relever les stocks de MO dans les sols?
Evolution et simulation des stocks de MO en lien avec type de PRO.
2
JT « Retour au sol des produits résiduaires organiques », Colmar, 27 Novembre 2007
Sites d’étude et PRO épandus
Feucherolles:
- Blé – maïs: paille de blé exportées, résidus de maïs enfouis
- 5 traitements orga: OMR, DVB, BIO, FUM et Témoin
- Epandage tous les 2 ans (Oct 98, Sept 00, 02, 04, 06): 4 tC/ha
- Enfouissement dans horizon de labour
Colmar:
- Maïs, blé, maïs, orge, maïs, blé: pailles enfouies
- 6 traitements orga: BOUE, DVB, BIO, FUM, FUMC et Témoin
- Epandage tous les 2 ans (Avril 01, Janvier 03 et 05) : 170 kg N/ha
- Enfouissement dans horizon de labour
Ensisheim:
- Maïs sauf en 2005, blé: pailles enfouies, irrigation
- 3 traitements : BOUE, BOUE Chaulée et Témoin fertilisé
- 5 épandages en Nov 95, Nov 98, Nov 01, Mars 03 et Mars 04
- Pratiques agriculteurs : 20 t MB/ha puis 15 t MB/ha
- Enfouissement dans horizon de labour (20 cm); 2001 dans 5cm
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3
Caractéristiques de la MO des PRO épandus
• Teneurs en C organique: Boue > FUM
• C/N: OMR > FUM
FUMC > DVB
FUMC >OMR
BIO > Boue
DVB > BCh > BIO
BCh
45
40
Boue
BCH
DVB
BIO
OMR
FUM
FUMC
g C/kg MS
35
30
25
20
15
10
5
0
Corg
C/N
4
JT « Retour au sol des produits résiduaires organiques », Colmar, 27 Novembre 2007
Caractéristiques de la MO des PRO épandus
• Biodégradabilité de la MO des PRO
Minéralisation C au cours d’incubations
(XPU 44-163)
Boue >Fumier
% Corg Moyenne
OMR
41
33 – 52
35
32 - 40
FUMC
23
21 - 24
22
DVB
Fourchette
BOUE
Fumier
FUMC > FFOM
14 – 30
60
C-CO2 (%Corg)
OMR
50
40
30
20
10
0
FFOM
15
4 – 28
0
20
40
60
80
100
120
Temps (jours)
DVB
13
7 – 21
Boue
DVB
BIO
OM R
FUM
FUM C
5
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Caractéristiques de la MO des PRO épandus
Fractionnement biochimique (XPU 44-162) en:
- substances solubles (SOL)
- équivalent-hémicellulose (HEM)
- équivalent-cellulose (CEL)
- équivalent-lignines et cutines (LIC)
ISB = 2.112-(0.02009* SOL)-(0.02378*HEM)-(0.02216*CEW)+(0.00840*LIC); proportion de
matière organique susceptible d ’entretenir le stock de matière organique du sol
100
0,8
%MO
80
Boue
DVB
OMR
BIO
FUM
FUMC
0,6
60
0,4
40
0,2
20
0
0,0
SOL
HEM
CEL
LIC
•Fractions solubles importantes : Boue
•DVB et FFOM + riches en LIC
•OMR et Fum + riches en CEL
• ISB: BIO >FUM FUMC DVB > OMR> Boue
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ISB
6
Flux de C entrant dans les sols
C total et par épandage
PRO: 2 à 18 t C/ha
20
Boue C
F
• Total: F >> C et E
18
DVB C
16
BIO C
• Par épandage:
14
FUM C
t C/ha
PRO Feucherolles >
composts et FUM Colmar >
Boues
FUMC C
12
C
10
Boue E
E
8
BCH E
F
6
C
4
DVB F
E
BIO F
2
OMR F
0
Total
Résidus de Culture: 20 à 6070 t C/ha
F
• Peu de différences
entre traitements
E
60
50
t C/ha
C
40
F
30
20
10
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T0
OMR
FUM
BIO
DVB
TN
BCH
Boue
T0
FUMC
FUM
BIO
Boue
0
DVB
• E >> C
FUM F
moyen
7
Evolution des teneurs en C dans les sols
Feucherolles: augmentation variable des teneurs en C
Evolution des teneurs (% départ)
14
12
%
DVB
FUM
BIO
OMR
T
+N
20,2*
20,0*
14,4***
11,3
-6,4
-N
16,7**
10,7
11,6*
3,8
-11,1*
8
6
4
2
0
FUM
OMR
1998
DVB
2000
2002
BIO
2004
T0
* p<0,05; ** p< 0,01; *** p<0,001
2006
Colmar et Ensisheim: pas de différenciation des traitements
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
Colmar
Changement labo et méthode
Boue
DVB
BIO
2000
2002
FUM
2004
FUMC
T0
g C/kg
g/kg sol
gC/kg
10
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
Ensisheim
BCh
Boue
TN
Changement travail du sol
0-20
1995
0-20
2001
2006
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0-5
5-20
2004
0-5
5-20
2006
8
Bilan humique des épandages à Feucherolles
Calcul annuel bilan humique (Hénin-Dupuis, 1945):
C (t + 1) = C (t ) − K 2 * C (t ) + K 1 PRO * Cpro (t ) + K 1 RES * Cres (t )
avec
K2 =
0,03 * (1 + 0,2 * (TMA − 10))
= 0,0206 à Feucheroll es
(1 + 0,005 * Arg ) * (1 + 0,0015 * CaCO3 )
Marin-Laflèche, 1996)
K1RES = 0,13 K1PRO = ISB
Evolution C bien simulée
Rdt en MO des pro (% du C
apporté en 8 ans)
Comparaison C calculé - C mesuré
14
%C
apporté
FUM
OMR
Simulé
58
34
mesuré
50
34
ISB
52
34
C calculé ISB (g/kg sol)
13
BIO
12
DVB
11
FUM
OMR
10
T
Y= 0,8321 x + 1,7151
R2=0,899
9
DVB
43
46
49
BIO
51
49
53
8
8
9
10
11
12
C mesuré (g/kg sol)
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13
14
9
Le modèle ROTH C (1/2)
(Coleman & Jenkinson, 1999)
CO 2
DPM
BIO
&
RPM
HUM
IOM
!
'(
'
" #$ $
%
$
)* )
"
"+ " $"
$
."
"
& , -!
"
%
#
"
"
JT « Retour au sol des produits résiduaires organiques », Colmar, 27 Novembre 2007
$/
$$
10
Le modèle ROTH C (2/2)
7 #$
$/
CO 2
DPM
&
BIO
RPM
HUM
IOM
0
' 1"
'6
'6
01 "
$"&$
$ 2/+ "
+
!
"3
23 5
"/
/
"
$ 2/+ "
$"1 4$ &$
$
$
4 $ & "#
"
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8
" $
11
Evolution des stocks de C : Modélisation/mesures
T C/ha
Evolution des delta stocks de C dans les traitements OMR+N et
DVB+N par rapport au témoin: résultats simulés et mesurés
16
DVB+N
14
OMR+N
12
DVB+N
10
OMR+N
8
6
4
2
0
1998
#
#
DVB
0,95
2000
2002
2004
Temps (années)
$ $/
OMR
0,91
$
FFOM
0,95
/ "
Fumier
0,92
2006
) &
1 "
+
"9
"
#
) &
12
(P<0,001)
JT « Retour au sol des produits résiduaires organiques », Colmar, 27 Novembre 2007
$
OMR
FUM
DVB
BIO
DPM
0.62
0.32
0.20
0.07
) &
RPM
0.38
0.68
0.80
0.93
• Pas d’incorporation directe dans
HUM
• DPM et biodégradabilité reliée
1
0,9
• RPM augmente avec fraction lignine
R2 = 0,9866
0,8
RPM
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0,15
0,2
0,25
LIC
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0,3
0,35
0,4
13
MO des composts restant après 10 ans
6+ "
& / $" $
"
$
)&,
3
C restant
7
6
T C/ha
5
BIO
43%
DVB
41%
FUM
36%
OMR
27%
4
3
2
1
0
0
2
4
6
8
10
12
Temps (années)
FFOM
DVB
FUM
OMR
• BIO : RPM résiduel + important
• OMR: Incorporation dans HUM + Biomasse microbienne
proportionnellement plus importante
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JT « Retour au sol des produits résiduaires organiques », Colmar, 27 Novembre 2007
Conclusions
Les apports de PRO peuvent générer des augmentations de C dans les sols
Apports conséquents nécessaires pour détection à moyen terme (10 ans):
Feucherolles, différenciation des traitements
A Colmar et Ensisheim: pas de différenciation des traitements; flux C via
résidus de culture similaires dans ls traitements
Méthodes de caractérisation de la MO des PRO: indicateurs du
comportement dans le sol
Efficacité augmente avec leur degré de stabilité: BIO> DVB> FUM> OMR
(lien avec teneur en lignine)
Bilan humique (Hénin Dupuis) simule correctement après 8 ans l’évolution
des stocks de MO dans les sols: 2 indicateurs satisfaisants ISB (20 à 50%
MO) et ISMO (40 à 70%)
ROTH C également et permet de préciser le devenir du C
• PRO dont la MO reste biodégradable (OMR): BIOMASSE et MO
Humifiée ; valorisation d’autres effets (structure, dispo N…)
•
PRO plus stables (BIO): proportion résiduelle supérieure dans
RPM, non incorporée à la MO du sol
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Perspectives
Relation entre véritable nature chimique des PRO et comportement:
recherche de marqueurs d’incorporation dans la MO du sol
Finalisation de la typologie des PRO et validation d’indicateurs de
caractérisation par rapport au comportement des PRO
Analyse approfondie de l’incorporation de la MO de PRO dans la MO de sol
pour valider les simulations par ROTH C (fractionnement granulomètrique de
la MO)
Utilisation des indicateurs pour simuler l’évolution du C dans les sols soumis
à apports de PRO
16
JT « Retour au sol des produits résiduaires organiques », Colmar, 27 Novembre 2007