© Kadidia Moussa Traore, 2020
Performance agronomique et santé du sol dans divers
itinéraires agronomiques lors de la transition biologique
en grandes cultures au Québec
Mémoire
Kadidia Moussa Traore
Maîtrise en biologie végétale - avec mémoire
Maître ès sciences (M. Sc.)
Performance agronomique et santé du sol
dans divers itinéraires agronomiques
lors de la transition biologique
en grandes cultures au Québec
Mémoire de maîtrise
Kadidia Moussa Traoré
Sous la direction de :
ii
Résumé
Les pratiques de l’agriculture biologique favorisent la biodiversité et la santé du sol. Mais entreprendre une transition vers l’agriculture biologique est une étape cruciale pour une entreprise agricole, cette période amenant souvent une baisse des rendements. Les objectifs du projet sont d’évaluer l’effet de différents itinéraires agronomiques sur le stockage de carbone dans le sol et sur la santé du sol, ainsi que sur les performances agronomiques des cultures lors des deuxième et troisième années de la période de transition biologique en grandes cultures. Les quatre itinéraires agronomiques comparés sont des systèmes avec un labour printanier (A), un labour d’automne (B), un labour d’automne sans fumier (C) ou un travail du sol minimum (D). Les itinéraires n’ont pas eu d’effet sur la résistance à la pénétration du sol, la stabilité des agrégats, la protéine du sol et la respiration du sol. La concentration et le stock de carbone en surface (0-15 cm) étaient similaires entre les itinéraires mais supérieurs dans D par rapport à C dans la couche 15-30 cm. La période de transition de trois ans n’a pas été suffisante pour influencer la santé des sols avec les quatre itinéraires testés. En 2017, le rendement en orge était plus élevé avec l’itinéraire B que le A, mais non différent de l’itinéraire D. Pour le maïs-grain (Zea mays L.) en 2018, l’itinéraire D a entraîné le rendement le plus faible alors que les rendements étaient similaires pour A, B et C. Les cultures de couverture enfouies pour les itinéraires A, B et C, et l’application de fumier pour les itinéraires A et B ont bénéficié au maïs-grain, par rapport à l’itinéraire D. À la troisième année (2019) de la transition biologique, les itinéraires agronomiques n’ont pas eu d’effet sur le rendement de soya (Glycine max (L.) Merr.), culture moins exigeante en azote.
iii
Abstract
Organic farming practices promote biodiversity and soil health. But undertaking a transition to organic farming is a crucial step for a farm, this period often leading to lower yields. The objectives of the project were to assess the effect of different management systems on soil carbon storage and soil health, as well as on the agronomic performance of crops in the second and third years of the transition to organic farming in field crops. The four agronomic management systems tested consisted of spring plowing (A), fall plowing (B), fall plowing without manure (C) or minimum tillage (D). The management systems had no effect on resistance to soil penetration, stability of aggregates, protein and soil respiration. Carbon concentration and stock at the soil surface (0-15 cm) were similar between the systems but higher in D compared to C in the 15-30 cm layer. The three-year transition period was not sufficient to influence soil health with the four management systems tested. In 2017, the barley yield was higher with the management system B than with the A, but not different from D. For grain corn in 2018, management system D resulted in the lowest yield while the yields were similar for A, B and C. Grain corn benefited from cover crops (management systems A, B and C) and the application of manure (A and B), compared to D. In the third year (2019) of the organic transition, agronomic management systems had no effect on the yield of soybeans, a crop requiring less nitrogen.
iv
Table des matières
Résumé ... ii
Abstract ... iii
Table des matières ... iv
Liste des figures ... vi
Liste des tableaux ... vii
Liste des abréviations, sigles et acronymes ... viii
Dédicace ... ix
Remerciements ... x
Introduction ... 1
I. Revue de la littérature ... 3
1.1 Définitions, but et transition vers l’agriculture biologique ... 3
1.1.1 Définitions et but de l’agriculture biologique ... 3
1.1.2 Transition biologique ... 4
1.2 La santé des sols ... 5
1.2.1Effet du travail de sol sur la santé des sols ... 6
1.2.2Effet de l’application de fumier sur la santé des sols ... 7
1.2.3Effet des cultures de couverture sur la santé des sols ... 8
1.3 Facteurs affectant le rendement des cultures lors de la transition biologique ... 8
II. Objectifs et hypothèses ... 10
2.1 Objectif général ... 10
2.2 Objectifs spécifiques ... 10
2.3 Hypothèses ... 10
III.Matériel et méthodes ... 11
3.1 Site d’étude ... 11
3.2 Dispositif expérimental ... 11
3.3 Variables mesurées au champ ... 15
3.3.1 Propriétés physiques du sol ... 15
3.3.1.1 Résistance à la pénétration ... 15
3.3.1.2 Stabilité des agrégats ... 16
3.3.2 Propriétés chimiques du sol ... 16
3.3.2.1 Carbone total et azote total du sol... 16
v
3.3.2.3 Carbone et azote dans la matière organique particulaire du sol ... 17
3.3.2.4 Masse volumique apparente et teneur en eau du sol ... 17
3.3.3 Propriétés biologiques du sol ... 17
3.3.3.1 Protéines du sol ... 17
3.3.3.2 Respiration des microorganismes du sol ... 18
3.3.4 Performances agronomiques des cultures ... 18
3.3.4.1 Rendement des cultures ... 18
3.3.4.2 Teneur en eau du grain ... 19
3.3.4.3 Protéine du grain ... 20
3.4. Analyses statistiques ... 20
IV.Résultats et discussion ... 21
4.1 Propriétés physiques du sol ... 21
4.1.1 Résistance à la pénétration du sol ... 21
4.1.2 Stabilité des agrégats ... 23
4.2 Propriétés chimiques du sol ... 24
4.2.1 Carbone et azote du sol ... 24
4.2.2 Stock de carbone ... 27
4.2.3 Carbone et azote dans la matière organique particulaire du sol ... 29
4.3 Propriétés biologiques du sol ... 30
4.3.1 Protéines du sol ... 30
4.3.2 Respiration des microorganismes du sol ... 32
4.4 Performances agronomiques des cultures ... 33
4.4.1 Rendement des cultures ... 33
4.4.2 Concentration et prélèvement en azote du grain ... 36
Conclusion ... 38
Bibliographie ... 40
Annexe A Protocoles d’échantillonnage et d’analyses des propriétés du sol et des plantes. ... 46
A.1 Opérations culturales effectuées durant les trois années du projet ... 46
A.2 Résistance à la pénétration ... 49
A.3 Stabilité des agrégats ... 50
A.4 Carbone actif ... 51
vi
Liste des figures
Figure 1. Plan du dispositif expérimental. ……….13 Figure 2. Schéma de récolte pour l'échantillonnage du rendement du maïs-grain, exemple pour un
bloc. ………...………. 19
Figure 3. Résistance à la pénétration du sol (MPa) en fonction de la profondeur et des quatre itinéraires
agronomiques (labour printanier, A; labour d’automne, B; sans fumier, C; travail minimum du sol, D)………..……….………..22
Figure 4. Stabilité des agrégats (%) en 2018 et 2019, en fonction des quatre itinéraires agronomiques
(labour printanier, A; labour d’automne, B; sans fumier, C; travail minimum du sol, D)..………23
Figure 5. Azote (% N), carbone (% C) et ratio C/N dans le sol entier dans les couches de sol 0-15 cm
et 15-30 cm, en fonction des quatre itinéraires agronomiques (labour printanier, A; labour d’automne, B; sans fumier, C; travail minimum du sol, D)……..……….26
Figure 6. Stock de carbone (t C ha-1) dans les couches de sol a) 0-15 cm et b) 15-30 cm, en fonction
des quatre itinéraires agronomiques (labour printanier, A; labour d’automne, B; sans fumier, C; travail minimum du sol, D)……….28
Figure 7. Concentration en protéines du sol(mg kg-1 sol) dans les couches de sol 0-15 cm et 15-30
cm, en 2018, fonction des quatre itinéraires agronomiques (labour printanier, A; labour d’automne, B; sans fumier, C; travail minimum du sol, D) …….…..………..31
Figure 8. Respiration du sol(mg g-1 sol) dans les couches de sol 0-15 cm et 15-30 cm, en 2018, en
fonction des quatre itinéraires agronomiques (labour printanier, A; labour d’automne, B; sans fumier, C; travail minimum du sol, D)………..………..32
Figure 9. Proportion du carbone total respiré en 96 h (%) dans les couches de sol 0-15 cm et 15-30
cm, en 2018, en fonction des quatre itinéraires agronomiques (labour printanier, A; labour d’automne, B; sans fumier, C; travail minimum du sol, D)………..33
Figure 10. Rendement en matière sèche (kg MS ha-1) de l’orge en 2017 en fonction des quatre
itinéraires agronomiques (labour printanier, A; labour d’automne, B; sans fumier, C (n.d.); travail minimum du sol, D)………..………..………34
Figure 11. Rendement en matière sèche (kg MS ha-1), concentration en azote (N) du grain (g N kg-1
MS)et prélèvement en N du grain (kg N ha-1) de maïs-grain en 2018 et de soya en 2019, en fonction
des quatre itinéraires agronomiques (labour printanier, A; labour d’automne, B; sans fumier, C; travail minimum du sol, D) ……….…..35
vii
Liste des tableaux
Tableau 1. Pratiques agricoles dans les itinéraires agronomiques testés entre 2017 et 2019…………12 Tableau 2. Biomasses et composition en azote (N) des cultures de couverture (CC) implantées en
2017, 2018 et 2019 en fonction des itinéraires agronomiques ….………..14
Tableau 3. Doses et composition en azote (N) des engrais de ferme appliqués en fonction des
itinéraires agronomiques (2017 et 2018) ……….………..14
Tableau 4. Propriétés physiques, biologiques et chimiques du sol et performances agronomiques des
cultures mesurées et leur date d'échantillonnage respective………...15
Tableau 5. Analyse de la variance (valeurs de P) de la résistance à la pénétration (MPa) en fonction
des quatre itinéraires agronomiques, de la profondeur (0 à 35 cm) et de la position (rang; entre-rang)……….21
Tableau 6. Analyse de la variance (valeurs de P) des effets d’année, itinéraire et profondeur sur l’azote
(N) et le carbone (C) total dans le sol entier………25
Tableau 7. Carbone actif (C), azote (N) et C totaux dans la matière organique particulaire (POM) du
sol à 0-15 cm, en fonction des quatre itinéraires agronomiques (labour printanier, A; labour d’automne, B; sans fumier, C; travail minimum du sol, D) et des deux années d’étude (2018 et 2019)…………...30
Tableau 8. Opérations culturales effectuées dans les parcelles en culture d'orge en 2017……….….46 Tableau 9. Opérations culturales effectuées dans les parcelles en maïs-grain en 2018………….…..47 Tableau 10. Opérations culturales effectuées dans les parcelles en soya en 2019……….…..48
viii
Liste des abréviations, sigles et acronymes
Agriculture Biologique ………..…AB
Autoclaved Citrate Extractable……….ACE
Azote ……….…N Carbone ………C Centre d’expertise et de transfert en agriculture biologique et de proximité ………..CETAB+ Culture de couverture ………...CC Dioxyde de carbone………....CO2
Matière organique ………...MO Matière sèche ………...MS Matière organique particulaire ……….POM
ix
Dédicace
Ce mémoire est dédié à ma très chère mère Djenèba SYLLA qui a toujours été là pour moi et pour mon éducation. Qu’Allah t’assiste, t’accompagne et te donne une longue vie toi qui n’as jamais perdu de vue le rôle d’une mère digne.
x
Remerciements
Avant toute chose, je remercie d’abord le BON DIEU, le Miséricordieux ALLAH le Tout Puissant pour toute sa grâce.
Pour la réalisation de ce projet de maîtrise, je tiens à exprimer toute ma reconnaissance et gratitude au projet FASAM qui m’a donné l’opportunité de faire ses études. Un grand merci à toute l’équipe du Mali et du Québec.
J’exprime ma profonde gratitude et remercie ma directrice de mémoire Mme Caroline Halde de m’avoir accepté comme étudiante dans son équipe, son encadrement, sa disponibilité et ses précieux conseils pour la bonne marche de ce projet de recherche.
Je remercie toute ma famille pour leurs encouragements, amour, conseils et soutien.
Enfin j’adresse mes sincères remerciements à Annie Brégard pour son aide ainsi que toute l’équipe du Laboratoire d’agroécologie de l’Université Laval pour leur aide et soutien dont j’ai bénéficiés durant ma maîtrise.
1
Introduction
L’agriculture a beaucoup évolué au 20è siècle à la faveur d’une extension de la croissance sur le plan économique comme sur le plan démographique : le nombre de population a augmenté et cela est un des grands facteurs du changement d’utilisation et de perturbation des sols dans le monde. Une augmentation de la population mondiale de 98 % contre 146 % de la production alimentaire a été constatée entre 1961 et 2000 dont 95 % de cette production alimentaire proviennent des sols. La population mondiale, qui était de 7,2 milliards en 2013, devrait atteindre 9,6 milliards en 2050 (FAO, 2016). Sur la base des estimations de l’évolution démographique et des changements alimentaires attendus, la production de denrées agricoles augmentera de 40 à 70 % entre 2010 et 2050. Cependant, cette augmentation massive de la croissance ainsi que celle de la production, alimentaire en général et agricole en particulier, a conduit à l’utilisation excessive des intrants minéraux et autres produits agrochimiques de synthèse, et par ailleurs à la dégradation des sols (FAO, 2016).
La plus grande inquiétude pour l’agriculture actuelle est en effet la dégradation des sols. À l’échelle mondiale, 33 % des sols sont dégradés en raison de plusieurs facteurs incluant l’érosion, la perte de matière organique (MO) et l’utilisation des produits de synthèse (FAO, 2016). Cependant, parmi ces causes, l’utilisation de produits de synthèse joue un rôle particulièrement important dans la dégradation et la santé des sols. Les sols sont indispensables à la croissance humaine et végétale.
En conséquence, pour pallier ce problème, l’agriculture biologique (AB) serait une solution envisagée. L’AB est défini comme « un mode de production des produits agricoles frais ou transformés sans utilisation de produits chimiques de synthèse » (FiBL/DGPA/FAO, 2006). L’AB a pour but la protection de l’environnement et des ressources naturelles pour une agriculture durable, l’obtention de produits agricoles exempts d’intrants de synthèse et de meilleure qualité tout en favorisant le développement du monde rural. L’AB protège l’environnement des énormes dégâts causés par l’agriculture conventionnelle tels que la dégradation des sols, les gaz à effet de serre, la perte en MO et la disparition de la biodiversité (ADRD, 2007). Elle est reconnue comme une pratique favorisant la biodiversité. Mukendi-R. et coll. (2017) ont démontré que l’AB a aussi un impact considérable sur la conservation du carbone (C), sur les propriétés physiques, chimiques et biologiques du sol. Cependant la transition vers l’AB est une étape cruciale, car elle implique des changements de pratiques importants pour le producteur.
2
La transition vers l’AB, du point de vue des productions de l’agriculture conventionnelle, est une période cruciales avec plusieurs obstacles parmi lesquels on mentionne notamment la baisse des rendements et l’envahissement des parcelles par les mauvaises herbes (Honegger et coll., 2014). En effet, l’abandon des fertilisants et des produits phytosanitaires de synthèse entraîne des risques pour la période de transition vers l’AB. Ces aspects risqués seront visibles sur les rendements des cultures de l’AB par rapport à l’agriculture conventionnelle (Lamine et Bellon, 2009). Cependant, les systèmes de production qui ont un impact important dans le processus de l’AB et les bonnes pratiques agricoles sont des stratégies pour aboutir à une agriculture durable (Acton et Gregorich, 1995).
Ainsi pour évaluer l’effet des systèmes de culture et de répondre à la préoccupation des producteurs concernant l’effet de leurs pratiques sur la santé du sol lors de la transition biologique, la présente étude a été réalisée au cours des deuxième et troisième années de transition, dans un contexte de production en grandes cultures au Québec. Pour ce faire, nous avons mesuré des paramètres reliés aux propriétés physiques (la stabilité des agrégats et la résistance à la pénétration du sol), chimiques (l’azote (N) et le C du sol) et biologiques du sol (protéines du sol, respiration du sol), ainsi que les performances agronomiques des cultures (rendement des cultures, protéine et teneur en eau du grain).
3
I. Revue de la littérature
1.1 Définitions, but et transition vers l’agriculture
biologique
1.1.1 Définitions et but de l’agriculture biologique
Dans le domaine agricole, il existe une grande variété de systèmes de production, dont l’AB. Il existe par ailleurs un grand nombre de définitions de l’AB dans la littérature. Tout d’abord, l’Office des normes générales du Canada (ONGC, 2015) la définit comme étant « un système de gestion holistique qui vise à maximiser la productivité et à favoriser la santé des diverses communautés de l’agroécosystème, notamment les organismes du sol, les végétaux, les animaux et les êtres humains ». L’AB est aussi une agriculture qui se fait sans utilisation de fertilisants de synthèse (De Silguy, 1994). Également, selon De Carné-Carnavalet (2018), « L’AB est la gestion des organismes vivants dans le sol et dans le milieu aérien. Bien gérée, l’action globale et interdépendante de tous ces organismes est génératrice d’énergie et permet la croissance autarcique des cultures, c’est-à-dire sans apport de complément d’engrais ni de traitement ». La définition donnée par Lamine et Bellon (2009) stipule que « la production biologique est un système global de gestion agricole et de production alimentaire qui allie les meilleures pratiques environnementales, un haut degré de biodiversité, la préservation des ressources naturelles, l’application de normes élevées en matière de bien-être animal et une méthode de production respectant la préférence de certains consommateurs à l’égard des produits obtenus grâce à des substances et procédés naturels ».
L’objectif principal de l’AB est de développer des fermes durables et qui respectent l’environnement (ONGC, 2015). Cette agriculture est basée sur des pratiques écologiques qui respectent l’environnement ainsi que la biodiversité (CETAB+, 2013-2019). La production biologique a plusieurs avantages, incluant la protection de l’environnement et des êtres vivants, le maintien de la santé et la diversité du sol. Effectivement, l’AB est reconnue comme une pratique favorisant la biodiversité et l’activité microbienne du sol, tout en ayant un impact favorable sur la conservation du C et sur la santé du sol (Mukendi-R. et coll., 2017).
4
Les bonnes pratiques agricoles sont des stratégies pour aboutir à une agriculture durable (Acton et Gregorich, 1995). Cependant la transition vers l’AB est une étape cruciale, car elle implique des changements de pratiques importants pour le producteur.
1.1.2 Transition biologique
Par définition, une transition est le passage d’un état à un autre. Ainsi,la transition biologique réfère au passage de l’agriculture conventionnelle vers l’agriculture écologique de façon progressive (Sorgato, 2018). La transition biologique est la période durant laquelle les systèmes agricoles conventionnels sont convertis en systèmes agricoles biologiques. Après de nombreuses études sur l’AB comme étant un modèle d’agriculture durable, la transition biologique doit alors être bien considérée (Tual, 2011). L’AB, qui a pour premier but le développement d’un mode d’exploitation durable de l’environnement, est adoptée en grande partie en fonction de l’engagement des producteurs et des impacts de la conversion biologique sur les productions (Lamine et coll., 2009). Plusieurs facteurs influencent le choix de la conversion à l’AB. Parmi ces facteurs, les plus généraux sont entre autres l’expérience agronomique ainsi que la connaissance des risques économique, agronomique et sanitaire, ainsi que le niveau d’éducation (Geniaux et coll., 2010).
La période de la transition de l’agriculture conventionnelle à l’AB représente un véritable défi (Archer et Kludze, 2006). En effet, la transition biologique est une période de grandes difficultés d’une durée obligatoire d’au moins 36 mois (ONGC, 2015). Pour certains producteurs hésitants, l’AB est synonyme de risques d’envahissement des terres par les adventices, de perte de rendement, de manque d’informations, d’inaccessibilité aux intrants autorisés en AB (Lamine et Bellon, 2009). Lors de la transition, les producteurs sont en effet appelés à faire des changements de pratiques importants, sans aucune utilisation d’engrais minéraux de synthèse et de pesticides de synthèse et ils doivent suivre beaucoup d’autres normes biologiques (ONGC, 2015). La transition biologique est la période où l’utilisation de fertilisants de synthèse et pesticides est remplacée par des méthodes plus écologiques en se préoccupant de l’environnement (Bellon, 2016). Cependant, durant cette période de transition, les producteurs doivent être particulièrement vigilants pour faire face aux difficultés pouvant advenir au niveau de la santé des sols.
5
1.2 La santé des sols
La santé du sol est définie comme étant « la capacité continue d’un sol à fonctionner comme un système vivant, dans les limites de l’écosystème et de l’utilisation du terrain pour soutenir la productivité biologique, maintenir la qualité de l’air et de l’eau, et promouvoir la santé des plantes, des animaux et des hommes » (Janvier, 2007). Acton et Gregorich (1995) ont également défini la santé du sol comme étant la capacité du sol à soutenir la croissance des cultures sans être dégradée ou nuire à l'environnement. C’est aussi la capacité de fonctionner à l’intérieur d’un écosystème afin de soutenir la productivité biologique, de maintenir la qualité de l’environnement et de promouvoir la santé végétale et animale (Doran et Parkin, 1994).
Les sols, résultante de composantes chimiques, physiques et biologiques, jouent un rôle primordial et notamment dans le secteur agricole (Gasser, 2017).. Ils nous rendent différents services et sont indispensables à la croissance humaine et végétale (Kopittke et coll., 2019). Ses services relèvent de trois grandes fonctions à savoir une fonction de support (vie terrestre, activités humaines, constructions, etc.), une fonction écologique (biodiversité, filtration et épuration des eaux, refuge pour la faune, etc.) et une fonction économique de production (production de bois matériaux, granulats, énergie, culturel, etc.). Pour la plante, le sol est la source de plusieurs éléments essentiels à sa croissance. L’augmentation et l’intensification de la production agricole exposent ainsi le sol à la baisse de fertilité, à l’érosion et à la pollution (Muhammed et coll., 2018).
L’amélioration ou le maintien de la santé du sol et la croissance des cultures font partie des bases de l’agriculture en général et en particulier de l’AB. La santé du sol, incluant sa fertilité, est primordiale pour la nutrition des cultures (Le Clech et coll., 2003). Un sol en santé présente une bonne structure, des agrégats stables et favorise une bonne conservation de la MO, une bonne productivité des cultures et est moins sensible à l’érosion entre autres (Lanoie et Vanasse, 2017). Un sol en santé peut améliorer la croissance des cultures, produire également des plantes saines et permettre la réduction des dégâts liés aux agents pathogènes. Le sol qui fonctionne comme un système vivant doit conserver sa qualité et ainsi sa santé. La santé du sol est grandement influencée par l’activité des microorganismes du sol. La dégradation des sols est reconnue au Canada comme un problème majeur (Smith et coll., 1997; Acton et Gregorich, 1995; Tabi et coll., 1990). La monoculture intensive des terres peut être problématique pour les sols agricoles en général, et des champs de maïs-grain (Zea mays L.) en particulier. La santé des sols est menacée par l’utilisation excessive des fertilisants de synthèse, le
6
travail conventionnel du sol, la monoculture, la perte en MO ou l’érosion. Ce sont des facteurs qui contribuent à la dégradation des sols.
Afin de restaurer, de maintenir et d’améliorer la santé des sols agricoles, l’enrichissement du sol en MO et en stock de C, ainsi que la réduction de l’érosion sont des solutions adéquates. Cependant , il existe plusieurs pratiques agricoles pouvant être adoptées à l’échelle de la ferme pour optimiser la santé des sols, dont entre autres : le travail réduit des sols, la rotation des cultures, la gestion des résidus et l’utilisation de cultures de couverture (CC) et l’application d’effluents d’élevage (Acton et Gregorich, 1995). L’effet du travail de sol, de l’application de fumier et des CC sur la santé des sols est présenté dans les sections suivantes.
1.2.1 Effet du travail de sol sur la santé des sols
La qualité du sol est liée à ses propriétés physiques, chimiques et biologiques. Il renferme plusieurs microorganismes qui sont des indicateurs de la fertilité du sol. Ces microorganismes transforment la MO et celle-ci est nécessaire pour leur croissance. De ce fait, il est nécessaire de bien gérer les différentes pratiques culturales pour maintenir la vie des organismes vivants dans le sol. Les pratiques culturales, dont le travail du sol (conventionnel ou réduit) et la rotation des cultures ont un grand impact sur la santé du sol et sa résistance aux agents pathogènes (Abbadie, 2018). Le travail de sol est effectué pour préparer le lit de semence, pour favoriser la destruction des adventices et pour augmenter l’aération du sol. Également le travail de sol permet l’insertion des débris de culture et le stockage du C et de l’N organique dans le sol. Les pratiques culturales peuvent être la source d’augmentation ou de perte de stock de C. Les différents travaux de sol poussent les producteurs à se poser notamment des questions sur les différences entre le travail conventionnel et réduit (Robert, 2003). On comprend ici que le travail du sol a un impact important sur la qualité du sol et la dynamique du C et de l’N dans le sol. Robert (2003) a par exemple affirmé que « les quantités d’N, phosphore (P205) et potassium (K20) à apporter par les engrais minéraux et organiques ne seront différentes que
si le mode de travail du sol modifie la capacité du sol à fournir ces éléments ». Le travail réduit du sol agit sur l’N de deux manières, soit en diminuant la quantité d’N disponible pour les plantes en immobilisant l’N à travers les microorganismes et les résidus de cultures précédentes, ou en minéralisant l’N organique et en le rendant beaucoup plus disponible pour les plantes grâce aux résidus qui nourrissent les organismes vivants dans le sol par leur décomposition. La minéralisation de l’N, qui peut s’étendre sur de longues périodes, permet au sol de fournir l’N aux plantes après plusieurs années
7
que celui-ci soit en travail réduit plus qu’en conventionnel. Le travail réduit du sol présente également plusieurs effets sur la fertilité du sol en transformant le milieu biologique et physique disponible pour les racines des plantes en croissance. En plus d’augmenter l’N en surface dans le sol, le travail réduit est aussi susceptible d’augmenter les stocks de C et de phosphore en surface, et aussi de stabiliser les agrégats (Aubert, 1981).Le travail réduit du sol, qui favorise l’activité biologique, représente un grand facteur de la fertilité des sols. Les microorganismes du sol interviennent dans la formation des agrégats ce qui est important pour l’aération du sol, la rétention en eau et la perméabilité du sol (Razafimbelo-Andriamifidy et coll., 2006). L’activité des microorganismes ainsi que les stocks de C et N diminuent avec le travail conventionnel. Les sols séquestrent le C organique, cependant l’altération de la gestion de ces sols entraîne des déséquilibres au niveau de la MO et ainsi conduit à la diminution de C séquestré (Aubert, 1981). Les émissions de CO2 sont des résultantes de la respiration des sols
mis en culture, ce qui est en fait une des causes de perte de C.
1.2.2 Effet de l’application de fumier sur la santé des sols
En agriculture conventionnelle, l’application de fertilisants de synthèse apporte une augmentation de rendement des cultures en maintenant la teneur en MO grâce aux résidus laissés dans le sol (N'Dayegamiye et coll., 1997). Les fertilisants minéraux favorisent un bon développement des plantes et de fait une bonne accumulation des résidus organiques dans le sol. Cependant, les teneurs en MO et en N des sols peuvent régresser avec l’utilisation excessive et à long terme de ces fertilisants. L’application des engrais minéraux en plus des pratiques culturales a un effet négatif sur la quantité et la qualité de la MO qui peut être amoindri par l’apport de fumier organique (N'Dayegamiye et coll., 1997).
L’application de fumier améliore la rétention d’eau dans le sol, la stabilité des agrégats et la capacité d’échange cationique du sol (Romano et coll., 2017). Les fumiers fournissent aussi des macro et micronutriments. L’épandage de fumier en AB pourrait maintenir la qualité du sol et améliorer sa fertilité. Le fumier a un impact remarquable sur le stockage de la MO et l’amélioration de la fertilité des sols (Maltas et coll., 2011). Cependant le type de fumier, sa fréquence d’application, sa dose et sa composition jouent un rôle important dans cette amélioration de la fertilité précisément dans le processus de formation de la MO (Niewiadomska et coll., 2010). La période d’application influence également l’effet du fumier. Ainsi une application au printemps permet une réduction des pertes de nutriments comparée à l’application à l’automne (Claude et coll., 1993). L’application de fumier
8
contribue à la préservation de la biodiversité du sol en augmentant la quantité de bactéries et champignons utiles à la transformation de composés complexes du C dans le sol (Niewiadomska et coll., 2010).
1.2.3 Effet des cultures de couverture sur la santé des sols
Les CC jouent un rôle de protection ou d’amélioration des propriétés des sols en favorisant les stocks de C du sol et en diminuant l’érosion. Le C stocké et la MO dans le sol sont des facteurs importants pour la stabilité de la production et du rendement dans le domaine agricole. Cependant, il existe une relation entre la fertilité des sols et la MO, ainsi une baisse de la MO conduit à une diminution de la fertilité des sols (Chu et coll., 2017). Dans le souci d’améliorer la santé des sols, des CC ont été ajoutées dans les systèmes agricoles de production de céréales. Elles sont alors combinées en intercalaires, sur les parcelles de céréales, avec les itinéraires agronomiques (Razafimbelo-Andriamifidy et coll., 2006). Ces CC participent à l’augmentation des stocks de C et de l’activité microbienne du sol grâce aux résidus laissés dans le sol.
Les CC contribuent à réduire le compactage du sol et à améliorer les propriétés hydrauliques et microbiennes du sol. Elles peuvent également avoir un impact sur les mauvaises herbes. Cependant leur effet sur les mauvaises herbes est différent selon les espèces de CC (Blanco-Canqui et coll., 2015). Les CC peuvent aussi fournir le N nécessaire aux plantes d’où leur introduction dans la rotation des cultures. Elles participent également à la conservation des sols, à la gestion des mauvaises herbes et à la réduction de l’érosion (Blanco-Canqui et coll., 2015).
1.3 Facteurs affectant le rendement des cultures
lors de la transition biologique
Durant la période de transition biologique, la baisse du rendement des cultures est une des préoccupations des producteurs. Ces inquiétudes sont causées par les changements de pratiques imposés par l’AB. La baisse de rendement est d’une part due aux pratiques culturales adoptées lors de la transition et d’autre part à la réduction de la disponibilité de l’N au niveau des racines des cultures (Yang et coll., 2019). La fertilité du sol est aussi un facteur qui a une influence sur le rendement des cultures. La MO est constituée de l’ensemble des molécules renfermant le C issu des organismes vivants. Les pratiques culturales ainsi que l’utilisation des CC contribuent à l’amélioration de la MO du sol donc de la fertilité du sol et de la santé du sol (Lanoie et Vanasse, 2017).
9
La transition biologique est une période cruciale pour le producteur car à ce stade toutes les attentes sont dirigées vers les effets de l’AB par rapport à l’agriculture conventionnelle (Lamine et coll., 2009). Après de longues périodes d’application d’intrants de synthèse et de travail conventionnel, les sols en début de transition biologique sont souvent difficiles à gérer. Cette difficulté se manifeste à plusieurs niveaux tels que, entre autres, la baisse de revenu en général liée à la baisse de production (Paillat et coll., 1994). Le principe de l’AB étant la non-utilisation de produits de synthèse, cela nécessite un arrêt total d’épandage d’herbicides, insecticides ou fongicides de synthèse sur les fermes en transition biologique. Ce changement drastique de régie favoriserait chez de nombreux producteurs l’envahissement des parcelles par les mauvaises herbes, les ravageurs et les maladies lors de la transition ce qui entraîne une diminution du rendement des cultures (Vankeerberghen, 2013). Le manque d’N disponible aux plantes dans le sol est également un des facteurs qui affecte le rendement des cultures en AB. Les exploitations agricoles ne faisant pas d’élevage s’approvisionnent en intrants organiques d’origine animale dans les commerces. Parfois le taux d’apport d’intrants organiques est faible sur les exploitations en AB en raison des coûts d’achat et de transport de ces fertilisants organiques. Ainsi un manque en amendements organiques se fait sentir au niveau des sols d’où une baisse de la fertilité et de rendement (David, 2009).
10
II. Objectifs et hypothèses
2.1 Objectif général
L’objectif général du projet de recherche est d’identifier l’itinéraire agronomique qui permet de maintenir ou augmenter le C organique du sol et d’améliorer la santé du sol, tout en assurant des rendements des cultures satisfaisantes, au cours des deuxième et troisième années de la période de transition biologique en grandes cultures.
2.2 Objectifs spécifiques
Les objectifs spécifiques sont :
1. Évaluer l’effet de différents itinéraires agronomiques sur le stockage de C dans la couche de surface (0-30 cm).
2. Déterminer l’effet de différents itinéraires agronomiques sur la santé du sol.
3. Identifier l’effet de différents itinéraires agronomiques sur les performances des cultures (rendement et taux de protéine des grains) lors de la transition biologique.
2.3 Hypothèses
Les hypothèses sont :
1. L’itinéraire agronomique de travail de sol minimum (itinéraire D) augmente le stockage du C dans la couche de surface (0-30 cm).
2. L’itinéraire agronomique de travail de sol minimum (itinéraire D) améliore la santé du sol.
3. L’itinéraire agronomique de labour de printemps (itinéraire A) augmente la performance agronomique des cultures en termes de rendement et de taux de protéine des grains.
11
III. Matériel et méthodes
3.1 Site d’étude
Le projet portant sur la transition biologique en grandes cultures a été réalisé à la station de recherche du Centre d’expertise et de transfert en agriculture biologique et de proximité (CETAB+) à Victoriaville, QC, Canada. L’essai a été implanté sur un sol dont la couche de surface est un loam sableux (76 % de sable, 11 % de limon et 13 % d’argile), avec un pH variant entre 5,8 et 6,4, selon les blocs. Le site a été géré sous régie conventionnelle par un producteur agricole > 10 ans avant le début de sa transition biologique, en 2017.
3.2 Dispositif expérimental
Le projet d’une durée de trois ans a été établi en 2017 (Tableau 1). Le site était en culture d’orge (Hordeum vulgare L.) en 2017, de maïs-grain en 2018 et de soya (Glycine max (L.) Merr.) en 2019. Le dispositif expérimental de l’essai était constitué d’unités expérimentales de 9 m par 30 m disposées en blocs aléatoires complets avec 4 blocs, pour un total de 16 unités expérimentales (Figure 1). Dans le dispositif, quatre itinéraires agronomiques ont été comparés :
- le système avec un labour printanier avec fumier (itinéraire A); - le système avec un labour d’automne avec fumier (itinéraire B);
- le système avec un labour d’automne sans épandage de fumier (itinéraire C); - le système avec un travail minimum de sol avec fumier composté (itinéraire D).
12
Tableau 1. Pratiques agricoles dans les itinéraires agronomiques testés entre 2017 et 2019, adapté de Gagné (2020).
13
Figure 1. Plan du dispositif expérimental (A, B, C, D = itinéraires agronomiques; 1, 2, 3, 4 = blocs).
En 2017, des CC ont été utilisées en intercalaire dans l’orge (itinéraires A-B-C) ou en dérobée après l’orge (itinéraire D) (Tableau 2). Des CC ont aussi été utilisées en intercalaire du maïs-grain dans l’itinéraire D en 2018 et en intercalaire du soya dans l’itinéraire A et B en 2019. Du fumier de bovins laitiers composté a été utilisé en 2017 dans l’itinéraire D, tandis que du fumier de volailles a été utilisé en 2018 dans l’itinéraire A et B (Tableau 3). Aucun effluent d’élevage n’a été appliqué dans l’itinéraire C. Les opérations culturales effectuées durant les trois années du projet sont présentées en annexe (Annexe A.1).
14
Tableau 2. Biomasses et composition en azote (N) des cultures de couverture (CC) implantées en 2017, 2018 et 2019 en fonction des itinéraires agronomiques, adapté de Gagné (2020).
Itinéraires agronomi-ques et années Type de CC Type d’implanta-tion des CC Biomasse des CC (t ha-1) Concentration en N des CC (% N) Contenu en N des CC Rapport C/N des CC (kg N ha-1) A et B (2017) Trèfle rouge (Trifolium pratense L.) Intercalaire dans l’orge 2,2 3,7 81 11,8 C (2017) Trèfle rouge 2,1 3,9 82 11,3 D (2017) Avoine (Avena sativa L.) et pois (Pisum sativum L.) En dérobée après l’orge 1,2 4,6 54 9,0 D (2018) Ray-grass (Lolium multiflorum Lam.) Intercalaire dans le maïs-grain n.d. n.d. n.d. n.d. A (2019) Trèfle blanc (Trifolium repens L.) Intercalaire dans le soya n.d. n.d. n.d. n.d. B (2019) Lotier corniculé (Lotus corniculatus L.) n.d. n.d. n.d. n.d.
Tableau 3. Doses et composition en azote (N) des engrais de ferme appliqués en fonction des itinéraires agronomiques (2017 et 2018), adapté de Gagné (2020).
Itinéraire
agronomique Type d’engrais de ferme Dose appliquée (t ha-1) Concentration en N total (kg N t-1) Concentration en N sous forme ammoniacale (kg N-NH4 t-1) Apport en N (kg N ha-1) D (2017) Bovins laitiers composté 35 7,6 < 0,1 266 A et B (2018) Volailles (poulets) 7 21,1 7,2 148 D (2018) Bovins laitiers composté n.d. n.d. n.d. n.d.
15
3.3 Variables mesurées au champ
Pour le présent projet, des paramètres de propriétés physiques, chimiques et biologiques du sol ainsi que des performances agronomiques des cultures ont été mesurés (Tableau 4). La méthodologie d’échantillonnage, de préparation et d’analyse pour chacune de ces variables est présentée dans les sections ci-dessous.
Tableau 4. Propriétés physiques, biologiques et chimiques du sol et performances agronomiques des cultures mesurées et leur date d'échantillonnage respective.
3.3.1 Propriétés physiques du sol
3.3.1.1 Résistance à la pénétration
La résistance à la pénétration du sol a été mesurée lors de la deuxième année de l’essai, le 17 septembre 2018 (Annexe A.2). Un pénétromètre (modèle Eijkelkamp penetrologger M1.06.15.SA.F, Agrisearch Equipment Royal Eijkelkamp Company, Giesbeek, Pays-Bas) avec un cône de 2 cm de diamètre a été utilisé pour évaluer la résistance à la pénétration du sol. Les mesures ont été prises à une vitesse de pénétration de 2 cm sec-1 et à chaque intervalle de 0,5 cm, jusqu’à une profondeur de
60 cm. Un total de 10 mesures a été pris par unité expérimentale, dont cinq sur le rang de maïs-grain et cinq dans l’entre-rang. Un nettoyage des données a été fait pour retirer les valeurs incohérentes
16
avec les données adjacentes, en raison de difficultés évidentes de détection de l'appareil (valeurs excessivement basses ou élevées par rapport aux autres données de profondeurs adjacentes). Bien que les données aient été mesurées jusqu’à 60 cm, seulement les données de 0-35 cm ont été présentées, car trop de données étaient invalides entre 35 et 60 cm.
3.3.1.2 Stabilité des agrégats
Pour évaluer la stabilité des agrégats du sol, des échantillons de sol ont été prélevés à la surface du sol (0-15 cm de profondeur) avec une truelle. Pour chaque unité expérimentale, 10 sous-échantillons ont été prélevés et un échantillon composite a été généré à partir de ces 10 sous-échantillons. Les échantillons ont été transportés dans des contenants rigides pour conserver l’agrégation du sol. Une fois au laboratoire, les échantillons ont été séchés à l’air. Ils ont été tamisés avec un tamis de 0,25 mm. La méthode de simulateur de pluie a été utilisée pour déterminer la stabilité des agrégats (Annexe A.3). Les échantillons de sol ont été placés dans des tamis et placés sous un simulateur de pluie par lequel 1,25 cm d’eau a coulé pendant 5 min. La stabilité des agrégats a été mesurée une fois par année à l’automne des années 2 et 3 du projet, le 24 septembre 2018 et le 21 octobre 2019.
3.3.2 Propriétés chimiques du sol
3.3.2.1 Carbone total et azote total du sol
À l’an 2 du projet, le 9 novembre 2018, des échantillons de sols ont été prélevés à l’aide d’une tarière hollandaise à des profondeurs du sol de 0-15 et 15-30 cm. Pour chaque unité expérimentale, trois sous-échantillons ont été prélevés et mélangés en un échantillon composite pour chacune des deux profondeurs de sol de chaque unité expérimentale. À l’an 3 du projet, le 22 octobre 2019, quatre échantillons de sols ont été prélevés à l’aide d’un échantillonneur hydraulique de sol (Giddings Machine Company, Windsor, CO, USA) à des profondeurs de sol de 0-15 et 15-30 cm. Ces quatre sous-échantillons ont ensuite été mélangés en un échantillon composite pour chacune des profondeurs de sol.
Tous ces échantillons de sols ont été séchés à l’air et tamisés au moyen d’un tamis de 2 mm, puis séchés au four à 50°C pendant 48 h et broyés à l’aide d’une meuleuse à rouleaux (construction locale, Hercules Machining & Millwright, Truro, NÉ, Canada) avant d’être analysés. Après séchage et tamisage, le C et le N totaux du sol ont été analysés par combustion en utilisant un analyseur Elemental (VarioMax CN, Elementar Americas Inc., Ronkonkoma, NY, USA). La répétabilité et l’exactitude des
17
analyses ont été vérifiées avec de l'acide L glutamique comme étalon interne, avec un matériau de référence alpha et avec du sucre de table, en plus d’analyser en surplus quatre échantillons de sol sélectionnés au hasard lors de chaque analyse.
3.3.2.2 Carbone actif du sol
Aux deuxième et troisième années du projet, le 9 novembre 2018 et le 22 octobre 2019 respectivement, des échantillons de sols ont été prélevés respectivement à l’aide de la tarière hollandaise et du Giddings à des profondeurs du sol de 0-15 et 15-30 cm (Annexe A.4). Pour chaque unité expérimentale, trois (en 2018) ou quatre (en 2019) sous-échantillons ont été prélevés et mélangés en un échantillon composite pour chacune des profondeurs de sol.
3.3.2.3 Carbone et azote dans la matière organique particulaire du sol
Les mêmes échantillons de sol, prélevés pour déterminer le C actif du sol, ont été utilisé pour le C et l’N dans la matière organique particulaire (POM) du sol. Seulement les échantillons de sol recueillis à la surface à la profondeur 0-15 cm ont servi à la déterminer. Les échantillons de sol séchés, le sable et la MO ont été recueillis dans un coin de tamis après préparation de la solution d'hexamétaphosphate de sodium (HMP 3 %) et des étiquettes. La procédure complète est présentée à l’annexe A.5. Les concentrations de N et de C ont été analysées par combustion tel que décrit à la section 3.3.2.1. 3.3.2.4 Masse volumique apparente et teneur en eau du sol
En laboratoire, les échantillons de sol des différentes profondeurs prélevées avec le Giddings (deux carottes de sol par profondeur par unité expérimentale) ont été pesés individuellement pour mesurer la masse volumique apparente de sol, pour ensuite effectuer le calcul des stocks de C. Les échantillons ont ensuite été séchés à 105 °C à l’étuve pour déterminer la teneur en eau du sol.
3.3.3 Propriétés biologiques du sol
3.3.3.1 Protéines du sol
Les protéines (Autoclaved Citrate Extractable - ACE) ont été extraites au laboratoire à partir des échantillons de sol séché à l'air libre, bien mélangés et tamisés. Nous avons effectué la préparation de la solution de nitrate de sodium et de l’acide citrique 0,020 M, puis l’extraction, l’autoclave et la clarification de la protéine des échantillons de sol. La concentration en protéines extractibles du sol a ensuite été calculée en multipliant la concentration de protéines extraite par le volume d'agent d'extraction utilisé, et en divisant par le nombre de grammes de sol utilisé.
18 3.3.3.2 Respiration des microorganismes du sol
La respiration du sol est utilisée pour déterminer la quantité de dioxyde de carbone (CO2) respirée par
les microorganismes du sol. Elle est déterminée à partir des échantillons de sol séché à l’air libre au laboratoire en utilisant des solutions piège de 0,5 M KOH (P2503, Fisher Scientific, Pittsburg, PA, USA) et 0,25 M K2CO3 et des pots. Le sol séché a été passé à travers un tamis de 8 mm. Les pots ont été
rassemblés et étiquetés à raison de deux pots par échantillon. Les pots ont ensuite été couverts chacun par deux papiers filtrants, puis 20 ± 0,01 g de sol y ont été ajoutés. Ensuite, 7,5 ml d'eau désionisée ont été distribuée sur le côté de chaque pot sans être égoutter ni distribuer directement sur le sol. Les pots ont été fermés avec des anneaux et on a enregistré l’heure de leur activation. On a incubé les pots pendant 4 jours à une température constante. Après incubation la quantité de CO2 respirée est
calculée par comparaison avec les conductivités de la solution piège d'origine, et une solution représentant le piège s'il est saturé de CO2 (0,25 M K2CO3).
3.3.4 Performances agronomiques des cultures
3.3.4.1 Rendement des cultures
L’orge a été récoltée le 29 août 2017, le maïs-grain a été récolté le 12 novembre 2018 et le soya a été récolté le 21 octobre 2019, à l’aide d’une moissonneuse-batteuse de 125 cm de largeur de coupe (modèle classique de Wintersteiger, Ried im Innkreis, Autriche).En 2017, les rendements d’orge ont été mesurés dans les itinéraires A, B et D. Aucune mesure n’a été prise dans l’itinéraire C, car l’orge a été fauchée à la récolte. L’orge a été fauchée (office de récolte) à l’aide d’une lame de coupe. La récolte des parcelles a été effectuée dans un quadrat de 50 cm × 50 cm (0,25 m2) représentatifs de la parcelle
par unité expérimentale.
En 2018, les parcelles en maïs-grain ont été préparées pour la récolte en coupant les plants de bordures aux premiers 5 m de la parcelle (Figure 2). La récolte des parcelles a été effectuée sur 4 rangs de 12 m représentatifs de la parcelle, dans chaque unité expérimentale.
19
Figure 2.Schéma de récolte pour l'échantillonnage du rendement du maïs-grain, exemple pour un bloc. La ligne blanche du milieu représente le transect utilisé par le CETAB+ pour les mesures de biodiversité.
En 2019, la récolte des parcelles a été effectuée sur 4 rangs de 30 m pour le soya. Les grains récoltés par unité expérimentale ont été pesés pour déterminer le rendement en soya. Il n’y a pas eu de transect dans les parcelles en 2019.
3.3.4.2 Teneur en eau du grain
La même journée de la récolte des grains de maïs-grain (2018) et de soya (2019) pour le rendement, un sous-échantillon de grains (environ 500 g) a été conservé et pesé pour chacune des unités expérimentales pour déterminer la teneur en eau des grains. Cette teneur en eau des grains a été mesurée à l’aide d’un humidimètre (modèle 919, Dimo’s Tool & Die/Labtronics, Winnipeg, MB, Canada). La température des grains humides a été mesurée avec un thermomètre placé directement dans chaque sac d’échantillons afin de calibrer la lecture de l’humidimètre avec la température des grains.
Cette teneur en eau mesurée avec l’humidimètre a été vérifiée par une mesure gravimétrique de teneur en eau. Le sous-échantillon de grains a été pesé le jour de la récolte. Après cette étape, les grains ont été séchés dans un contenant en aluminium à 55 °C pendant 72 h dans le séchoir pour le maïs-grain et à 105 °C dans l’étuve pour le soya puis pesés pour obtenir la masse sèche des grains.
20 3.3.4.3 Protéine du grain
Lors de la récolte des grains, un sous-échantillon a été prélevé pour l’analyse de la concentration en N du grain. Afin de calculer le prélèvement en N dans le grain (kg N ha-1), le rendement (kg ha-1) a été
multiplié par la concentration en N (g N kg-1).
Une fois séchés à 55 °C pendant 72 h, les grains secs ont été broyés à 2 mm avec un broyeur Wiley (Standard modèle 3, Arthur H. Thomas Co., Philadelphie, PA, USA). Pour chaque unité expérimentale, un sous-échantillon d’au moins 10 g de grains secs a été broyé. Ces échantillons de grains broyés ont été entreposés dans de petites enveloppes de papier et ensuite analysés par le Laboratoire d’agronomie et d’agroécologie de Dalhousie University pour déterminer leur concentration en N par combustion (LECO Trumac, St Joseph, MI, USA).
3.4. Analyses statistiques
Les données obtenues ont été analysées à l’aide de la procédure MIXED du logiciel SAS (SAS Institute, 2019) avec un seuil de signification à P < 0,05. Lorsque certains paramètres étaient mesurés deux années, le facteur ANNÉE était considéré comme un effet fixe en mesures répétées. Par ailleurs l’instruction REPEATED (mesures répétées) et une structure de covariance qui minimisait le critère d’Akaike étaient utilisées avec la procédure MIXED pour l’analyse des variables mesurées deux années successives ou à deux profondeurs. La normalité des données était vérifiée en utilisant le test de Shapiro-Wilk et l’homogénéité de la variance était vérifiée visuellement en regardant le graphique de distribution des résidus. Les comparaisons de moyennes étaient faites en utilisant le test de LSD de Fisher quand des effets significatifs des traitements étaient obtenus (LSD protégé), sauf exceptions (LSD non protégé).
21
IV. Résultats et discussion
4.1 Propriétés physiques du sol
4.1.1 Résistance à la pénétration du sol
Les itinéraires agronomiques n’ont pas eu d’effet significativement différent entre eux sur la résistance à la pénétration mesurée à l’aide du pénétromètre, quelle que soit la position ou la profondeur de mesure (Tableau 5, Figure 3). Pour tous les itinéraires agronomiques testés, une résistance à la pénétration plus élevée a été observée dans l’entre-rang que dans le rang, ainsi qu’une augmentation de la résistance avec une augmentation de la profondeur.
Tableau 5. Analyse de la variance (valeurs de P) de la résistance à la pénétration (MPa) en fonction des quatre itinéraires agronomiques, de la profondeur (0 à 35 cm) et de la position (rang; entre-rang).
Résistance (MPa) ANOVA - Valeur de P Itinéraire (It) 0,616 Position (Po) < 0,001 Profondeur (Pr) < 0,001 It Po 0,314 It Pr 0,973 Po Pr < 0,001 It Po Pr 0,094
22
Figure 3. Résistance à la pénétration (kPa) en fonction de la profondeur et des quatre itinéraires agronomiques (labour printanier, A; labour d’automne, B; sans fumier, C; travail minimum du sol, D). Les barres horizontales représentent l’écart-type moyen pour chaque itinéraire.
Il faut par ailleurs noter que la mesure de la résistance à la pénétration peut varier en fonction du diamètre maximal du pénétromètre, l’angle du cône ou la vitesse d’enfoncement. Également, en plus d’évaluer la capacité du sol à résister à la pénétration, la mesure permet aussi d’observer certains paramètres qui y sont liés. En effet, la texture du sol, sa teneur en MO, sa masse volumique ainsi que les racines affectent la résistance. Dans notre expérience, la résistance moyenne maximum était de 495 kPa, à 35 cm de profondeur. Jusqu’à cette profondeur, on peut donc conclure que la croissance des racines n’était pas affectée car cette valeur est très inférieure à la valeur de 3 MPA considérée comme la limite au-delà de laquelle la croissance des racines est restreinte (Breune, 1997). L’absence de différence entre les itinéraires agronomiques peut s’expliquer par la teneur élevée en MO et la grande proportion de sable (76 %) au site expérimental. De plus, du travail de sol a été effectué dans chacun des quatre itinéraires, expliquant la porosité élevée (59-64 %) du sol, bénéfique au
Prof on de ur ( cm ) Résistance (kPa)
23
développement des racines et à l’amélioration des propriétés structurales des sols (Bouthier et coll., 2014). En effet, le labour mélange la terre en enfouissant le fumier et sépare ainsi les couches compactes du sol. L’itinéraire D n’a pas reçu de fumier, mais a bénéficié d’une CC en plus du travail de sol réduit. Celle-ci a amélioré la MO présente dans le sol et bien que le travail réduit du sol a fait en sorte que le sol a gardé une certaine compaction en réduisant l’aération (Robert, 2003), on peut penser que l’utilisation d’une CC a compensé partiellement cet effet ce qui expliquerait qu’il n’y ait finalement pas de différences de résistance à la pénétration entre les quatre itinéraires. Ces résultats concordent avec ceux de Tamia et coll. (1999). Ceux-ci ont en effet démontré qu’un sol sous l’effet de labour présentait une résistance à la pénétration similaire à celle d’un sol sans labour sur un sol ferralitique forestier. Ainsi l’analyse de la variance montre qu’il n’y a pas de différence entre les traitements, mais qu’il y a seulement des différences selon la position et la profondeur (Tableau 5).
4.1.2 Stabilité des agrégats
La stabilité des agrégats n’était pas différente entre les quatre itinéraires agronomiques (Figure 4). On observe par contre une différence significative entre les années, ainsi la valeur obtenue en 2019 était le double de celle obtenue en 2018, probablement principalement en raison de différence de pluviométrie.
Figure 4. Stabilité des agrégats (%), en fonction des quatre itinéraires agronomiques et en fonction des années 2018 et 2019 (labour printanier, A; labour d’automne, B; sans fumier, C; travail minimum du sol, D). Les moyennes avec la même lettre ne sont pas significativement différentes à P < 0,05.
24
La stabilité des agrégats est un bon indicateur de la qualité du sol (Drissa et coll., 2004). Elle montre la capacité du sol à garder sa structure même s’il est soumis à différentes contraintes (Laghrour et coll., 2019). Les itinéraires agronomiques, la pluviométrie et d’autres paramètres peuvent avoir un impact sur la stabilité des agrégats. Ainsi en 2018, à la deuxième année de la transition biologique, les différents itinéraires agronomiques n’ont pas montré d’effet significativement différent entre eux sur la stabilité des agrégats. On peut expliquer cela par le type de sol léger et les propriétés physiques des sols à l’étude. Bien que riches en MO, nos sols étaient très sableux (76 % sable) et il était donc plus difficile d’observer une agrégation des sols sur une période de seulement une ou deux ans. Un sol plus argileux, plus favorable à la formation de complexes argilo-humiques favorisant l’agrégation, aurait en revanche possiblement pu montrer des différences de la stabilité des agrégats entre les différents itinéraires agronomiques à court terme (Razafimbelo-Andriamifidy et coll., 2006). Les sols étaient similaires pour l’ensemble des traitements et blocs d’où le manque d’effet traitement sur la stabilité des agrégats. Ceci est différent des résultats obtenus par d’autres auteurs (Laghrour et coll., 2019; Tavares-Filho et Tessier, 1998). Ces auteurs ont rapporté en effet une différence significative de stabilités des agrégats entre le système de travail réduit et le système avec labour, dans le cadre d’études de longue durée (32-35 ans). Ils ont conclu que ces différences étaient liées aux constituants du sol et à sa teneur en MO. L’application de fumier et l’association des CC n’ont pas favorisé de stabilité des agrégats à la deuxième année de la transition contrairement à la troisième. Cela rejoint les travaux réalisés sur des sols limoneux de Annabi et coll. ( 2007). Ces travaux ont rapporté que l’apport des produits organiques sur un sol limoneux selon des doses et fréquences réalistes en fonction des pratiques agricoles permet d’améliorer la stabilité des agrégats. Nos résultats ne permettent donc pas de valider notre deuxième hypothèse disant que l’itinéraire D améliore la santé du sol.
4.2 Propriétés chimiques du sol
4.2.1 Carbone et azote du sol
Les concentrations en N et C du sol ont été mesurées en 2018 et 2019 à des profondeurs de 0-15 cm et 15-30 cm, pour chacun des itinéraires. L’analyse de la variance a montré un effet significatif (ou tendance à P < 0,10) de l’année et une interaction significative itinéraire profondeur pour la concentration en N, en C et le ratio C/N (Tableau 6).
25
Tableau 6. Analyse de la variance (valeurs de P) des effets d’année, itinéraire et profondeur sur l’azote (N) et le carbone (C) total dans le sol entier.
Ainsi en moyenne sur les profondeurs et les traitements, nous avons observé une baisse de 11 %, 15 % et 6 % en 2019 par rapport à 2018 pour la concentration en N, en C et le ratio C/N, respectivement. L’interaction itinéraire profondeur quant à elle nous indique qu’en moyenne sur les années 2018 et 2019, soit les deuxième et troisième années de la transition, les itinéraires agronomiques n’ont pas induit de différence de concentrations en N et C du sol en surface (0-15 cm) alors que des différences significatives ont été observées plus en profondeur (15-30 cm) (Figure 5).
N total dans le sol entier (%) C total dans le sol entier (%) Ratio C/N dans le sol entier ANOVA - Valeurs de P Année (A) 0,090 0,030 0,002 Itinéraire (I) 0,430 0,416 0,205 Profondeur (P) < 0,001 < 0,001 0,779 A I 0,639 0,626 0,056 A P 0,419 0,472 0,184 I P 0,076 0,046 0,037 A I P 0,413 0,456 0,348
26
Figure 5. Azote (% N), carbone (% C) et ratio C/N dans le sol entier dans les couches de sol 0-15 cm et 15-30 cm, en fonction des quatre itinéraires agronomiques (labour printanier, A; labour d’automne, B; sans fumier, C; travail minimum du sol, D) en moyenne pour 2018 et 2019. Les moyennes avec la même lettre ne sont pas significativement différentes (P < 0,05).
27
Ainsi à 15-30 cm, l’itinéraire agronomique C a eu les concentrations les plus élevées en N et C même si elles ne sont pas significativement différentes de celles des itinéraires A et B. L’itinéraire D quant à lui présentait en moyenne des valeurs 44 %, 49 % et 12 % plus basses que les autres itinéraires pour les concentrations en N, C et le ratio C/N à cette même profondeur de sol. En effet, la qualité du sol est liée à la quantité de MO. Les pratiques culturales peuvent perturber la MO et engendrer une perte ou un gain de C dans le profil du sol (Metay et coll., 2009). Dans notre étude, l’apport de fumier ou l’absence de fumier, les CC, le labour ainsi que le travail réduit du sol n’ont pas affecté la concentration en C et N du sol à 0-15 cm. Nous pouvons expliquer cela par l’activité des racines ainsi que la quantité de résidus et de MO qui sont incorporés dans le sol. Les labours effectués pour les itinéraires A, B et C ont apporté des résidus de fumier en profondeur dans le sol d’où une concentration plus élevée en N et C en profondeur à 15-30 cm par rapport à l’itinéraire D sans labour. Et malgré la présence des CC, la concentration en N n’a pas augmenté dans le sol du traitement D. Nos résultats sont similaires à ceux de Poirier (2007) dont l’étude, pour un sol loam argileux, a montré que le C était accumulé dans le sol labouré entre 20 et 30 cm. Cette conclusion est toutefois contraire à celle de N’Dayegamiye et coll. (1997) qui ont trouvé que l’application de fumier pour un labour d’automne maintenait un niveau élevé de C organique dans le sol.
Compte tenu du travail réduit du traitement D, étant le seul sans labour, la déchaumeuse ainsi que les matériels utilisés travaillent plus superficiellement ce qui signifie qu’il y a moins d’incorporation de la MO en profondeur (< 15 cm). Cela rejoint les travaux d’Angers et Eriksen-Hamel (2008) qui ont démontré que le système sans labour favorisait l’accumulation de C et de MO en surface.
Le rapport C/N est aussi est un indicateur important permettant d’évaluer le rythme de la décomposition de la MO dans le sol (Bürger, 2004). Dans notre étude, les rapports C/N sont entre 13 et 15 pour les quatre itinéraires agronomiques et quelle que soit la profondeur. Ceci signifie une activité biologique favorable (Bürger, 2004). Ces résultats sont similaires à ceux de Bürger (2004) qui a trouvé un rapport C/N entre 11 et 15 sur des sols d’utilisation agricole.
4.2.2 Stock de carbone
Les quatre itinéraires n’ont pas eu d’effet significatif sur le stockage de C dans la couche supérieure de sol 0-15 cm. En revanche, selon un LSD non protégé (P = 0,234), nous avons trouvé des différences au niveau de la couche 15-30 cm où les stocks de C y étaient significativement plus élevés pour
28
l’itinéraire D que pour l’itinéraire C (Figure 6). Pour les deux profondeurs, la masse volumique apparente était entre 0,95 et 1,47 g cm-3 pour tous les itinéraires agronomiques.
Figure 6. Stock de carbone (t C ha-1) dans les couches de sol a) 0-15 cm et b) 15-30 cm, en fonction
des quatre itinéraires agronomiques (labour printanier, A; labour d’automne, B; sans fumier, C; travail minimum du sol, D) en 2019. Les moyennes avec la même lettre ne sont pas significativement différentes à P < 0,05.
Notre première hypothèse suggérant que l’itinéraire D augmente le stockage en C du sol n’a pas été confirmée. Notre étude a été réalisée sur un sol loam sableux. Cette classe texturale ne favorise pas le stockage du C (Feller et coll., 1991). Les itinéraires agronomiques étant implantés en 2017 seulement, ceux-ci n’ont pas entraîné de différences significatives sur le stockage de C sur une durée de trois ans. Le stock de C dans le sol est lié à la concentration en C total et de la MO du sol. Les résidus des cultures, les apports de fumier ainsi que les pratiques culturales peuvent être des sources de MO (Metay et coll., 2009). En effet, les nutriments apportés au sol grâce à l’application de fumier
Sto ck d e ca rb on e (t C h a -1) Sto ck d e ca rb on e (t C h a -1) Couche 15-30 cm Couche 0-15 cm
29
ainsi que la croissance des CC sont des moyens efficaces d’améliorer la séquestration de C dans le sol (Lal, 2004). Cela peut expliquer le manque d’effets significatifs entre les itinéraires agronomiques dans notre étude. Ces résultats sont semblables à ceux d’Angers et coll. (1997) qui ont montré que le C s’accumulait autant dans les sols labourés qu’en travail minimum, mais à des profondeurs différentes dans le profil de sol. Les résultats de notre étude ont montré que le C était plus accumulé dans les sols en profondeur à 15-30 cm (18-20 t C ha-1). Cette accumulation en profondeur pourrait s’expliquer par
la nature du labour effectué sur les parcelles. La profondeur de labour était entre 15-32 cm. Cela a permis l’incorporation des résidus des cultures à cette profondeur. Plusieurs auteurs ont observé des résultats similaires (Angers et coll., 1997; Poirier, 2007). Ces auteurs ont montré dans leurs études que le C était accumulé entre 20 et 30 cm. Cependant, Metay et coll. (2009) ont montré des différences de stocks de C entre les différentes pratiques de travail de sol. Ils ont montré que les stocks diminuaient avec la profondeur en semis direct et étaient distribués de façon homogène dans la couche labourée.
4.2.3 Carbone et azote dans la matière organique particulaire du sol
Il n’y a pas eu d’effet des itinéraires agronomiques sur les proportions de C et N dans la POM mais seulement un effet des années (Tableau 7). Ainsi la proportion de C et N était plus élevée en 2018 qu’en 2019 (Tableau 7). L’interaction itinéraire × année n’a pas eu d’effet significatif.
La concentration en POM, qui est une MO grossière isolée, est en général modifiée par les pratiques culturales. Cependant nos résultats n’ont pas montré de différence significative entre les itinéraires agronomiques pour la concentration en C et N de la POM. Toutefois l’itinéraire D avait une concentration en C et N de la POM plus élevé que les autres itinéraires. Les proportions ont diminué d’année en année et étaient plus élevé en 2018. Nos résultats sont comparables à ceux de plusieurs auteurs (Fabrizzi et coll., 2003; Denef et coll., 2004) qui ont trouvé que la concentration en C et N était plus élevé sur les sols à travail de sol réduit. Fabrizzi et coll. (2003) ont rapporté que le travail réduit du sol influençait la concentration en C et N de la POM. Ils ont également affirmé que cette influence pourrait être associée à l’accumulation et au taux de décomposition des résidus de surface. En effet, la concentration en POM est affectée par la quantité de MO apportée par le travail du sol, les résidus de cultures ou le fumier. La concentration en C et N a varié en fonction des années. Cette diminution pourrait s’expliquer par les différences de précédent cultural. En effet, en 2017, la culture de l’orge était associée au trèfle rouge comme CC, pour les itinéraires A, B et C, et au pois et l’avoine en plus du fumier composté pour l’itinéraire D. Ces CC et le fumier ont contribué à augmenter le stock de C et N
