En agriculture biologique (AB), les sources d’azote sont disponibles sous forme organique essentiellement, qu’elles proviennent du sol, des apports extérieurs autorisés (effluents d’élevage, matière organiques d’origine végétale) ou de l’effet précédent (résidus de légumineuses notamment). Cet azote organique doit passer par une phase de minéralisation dans le sol pour être assimilable par la plante. Tous les facteurs qui influencent l’activité du sol (conditions pédoclimatiques, travail du sol, introduction d’engrais verts, entretien de fond par des apports d’amendements calcaires et organiques) ont donc des conséquences importantes sur la disponibilité de l’azote pour les cultures, l’efficacité des apports d’engrais organiques et ont donc une place déterminante dans la gestion de l’azote en AB.

La minéralisation étant variable au fil de la campagne, lorsque la période de besoin maximum en azote de la plante est concomitante à une période de forte intensité de la minéralisation du sol et des produits organiques apportés, la gestion de la nutrition azotée de la culture en AB est plus simple… En AB, il est donc plus facile de gérer l’azote sur une culture d’été comme le maïs que sur les céréales dont les besoins sont importants en début de printemps, quand la minéralisation du sol est encore faible.

En Île-de-France (IdF), le blé d’hiver est ainsi la culture en AB sur laquelle la question de la gestion de l’azote est la plus prégnante, à la fois parce que ses besoins en azote sont relativement importants (pour la production de grains et de protéines) et parce qu’elle est la culture la plus représentée dans les assolements bio de la région (près de 30% des assolements de grandes cultures biologiques en IdF).

Par ailleurs, dans cette région traditionnellement céréalière, avec peu d’élevages, les ressources locales en engrais organiques sont très limitées, ce qui rend l’approvisionnement pour les systèmes de grandes cultures biologiques coûteux.

Ainsi dès 1995, des essais sur la fertilisation organique sur blé biologique ont été mis en place par la Chambre d’agriculture de Région Île-de-France. Des suivis de parcelles et d’exploitations ont complété les références acquises en AB dans la région, permettant de confirmer l’importance de l’effet du précédent dans la gestion de l’azote, et d’élaborer l’outil d’aide à la décision Décid-org, présentés ci-après.

Les analyses des données de Reliquats azotés en Sortie d’Hiver (RSH) réalisés en parcelles biologiques depuis 2004 en Île-de-France, principalement en limons battants et en limons argileux profonds, donnent une idée des quantités d’azote qui peuvent être libérées par les précédents légumineuses à la sortie de l’hiver (figure 1). Si la valeur moyenne de reliquat par précédent n’est pas transposable tous les ans tant les variations sont importantes d’une année sur l’autre, le classement des espèces légumineuses dans leur capacité de restitution de l’azote reste relativement constant.

Ces synthèses ont également permis de mettre en évidence l’arrière effet de la luzerne : les RSH mesurés sur les parcelles ayant de la luzerne comme antéprécédent atteignent des niveaux proches de RSH laissés directement par des légumineuses à graines (féverole ou association légumineuse + céréale). Ce qui s’explique par la minéralisation des résidus de luzerne sur deux ans.

Ces niveaux de reliquats en fonction du précédent se répercutent directement sur les rendements des blés. La figure 2 montre les rendements du blé en fonction de différents précédents sur un réseau de 12 fermes de référence en grandes cultures biologiques mis en place à partir de 2003 par la Chambre d’agriculture d’Île-de-France. Les moyennes montrent le même classement entre précédents que les synthèses de RSH, et surtout des différences de l’ordre de +7 q/ha en faveur d’un précédent luzerne par rapport à un précédent légumineuse à graines, et de + 20 q/ha par rapport à un précédent céréale.

Ces résultats confirment l’intérêt de respecter des sous-rotations de 3 termes avec pour tête de rotation une légumineuse (les autres cultures perdent leur statut de tête de rotation en passant en AB !), suivie d’un blé et ensuite d’une culture moins exigeante en azote ou qui répond mieux à la fertilisation organique grâce à des besoins situés pendant une période où la minéralisation est bonne (culture d’été).

L’utilisation de légumineuses en culture intermédiaire, et en particulier les trèfles sous couvert, permet également de réinjecter de l’azote dans le système en cours de rotation avec une efficacité intéressante (pouvant aller jusqu’à un gain de 30 q/ha pour le maïs, comme l’ont montré les essais de couverts légumineuses menés en AB par la Chambre d’agriculture de l’Oise de 2008 à 2011).

Effet des pratiques de fertilisation azotée sur les parcelles de blé bio en Île-de-France

Le réseau de fermes de référence a permis de mettre en évidence l’effet très variable des pratiques de fertilisation azotée sur le rendement du blé. La figure 3 présente les rendements comparés des parcelles de blé fertilisées avec des engrais organiques et des parcelles non fertilisées, observés au cours de 9 campagnes. L’écart de rendement moyen observé entre ces deux types de parcelles est inférieur à 2 q/ha, et il y autant de campagnes où la fertilisation a été favorable que l’inverse.

Ces données sont issues de moyennes parcellaires de plusieurs exploitations, et par conséquent tous types de sols, précédents, etc. confondus. Si l’on regarde dans le détail ces résultats, non plus avec une approche annuelle, mais en fonction des précédents et des doses d’azote apportées sur les parcelles (figure 4), on constate que la fertilisation peut améliorer le rendement (cas des blés succédant à des légumineuses à graines), mais que le gain de rendement n’atteint pas le différentiel de productivité lié à l’effet précédent (par exemple, les parcelles fertilisées – même à haute dose – en précédent céréales, n’atteignent pas le rendement des parcelles non fertilisées, en précédent légumineuses).

En conclusion, l’effet du précédent est bien supérieur à celui que l’on peut escompter d’une fertilisation organique, quelle que soit la dose d’engrais organique apportée.

Résultats d’essais sur la fertilisation du blé biologique au printemps

Pour mieux comprendre les conditions d’efficacité des engrais organiques, les résultats d’une centaine d’essais menés sur la fertilisation du blé biologique au printemps dans toute la France ont été collectés et analysés avec les résultats des essais d’Île-de-France ^[1] (Glachant, 2017).

Différence entre produits organiques testés

Dans les essais qui comparent les différents types d’engrais organiques (vinasses, farines de plumes, de viandes, fientes de volailles, guano), les différences entre produits sont rarement significatives (de l’ordre de 1 à 3 q/ha, 0 à 0,5% protéines), et surtout ne vont pas toujours dans le même sens.

Aucun produit ne s’est donc distingué en montrant une meilleure efficacité que les autres.

Le choix de l’engrais organique doit donc reposer sur :

-        son coût à l’unité d’azote,

-        sa praticité d’épandage (rendu racine pour les vinasses, bouchons par distributeur d’engrais, fientes à l’épandeur),

-        sa teneur en autres éléments (P et K principalement) en fonction des carences (ou risques) observées sur la parcelle : privilégier les vinasses dans un système luzerne qui exporte beaucoup de potasse par exemple.

Efficacité et rentabilité des apports

Si, sur l’ensemble des essais, le gain moyen de rendement est de l’ordre de 5 q/ha pour 60 kgN/ha apportés (figure 5), il est extrêmement variable et n’est significatif que dans seulement 50 % des essais !

Cette variabilité d’efficacité se traduit, en termes économiques, par une perte de marge brute liée au coût de l’apport d’engrais organique dans 40% des situations (figure 6).

Il était donc important, au vu des résultats de ces essais, d’identifier les conditions dans lesquelles les engrais n’ont pas ou peu d’efficacité, afin d’éviter d’engager des dépenses inutiles dans ces situations.

Chacun des essais a donc fait l’objet d’une caractérisation précise :

-        positionnement du type de sol dans la classification agronomique et comportementale des sols de Seine-et-Marne (Aubert et al., 2005),

-        caractérisation de l’année climatique (pluviométrie hivernale, conditions post-apport),

-        RSH (reliquats azotés à la sortie de l’hiver),

-        Tous les facteurs ayant pu limiter le niveau de rendement et/ou d’efficacité de l’engrais, appelés par la suite facteurs limitants (FL) : enherbement, compaction du sol, densité du blé, attaque de maladies ou ravageurs, etc.

En effet, on considère que ces facteurs peuvent jouer soit sur la quantité d’azote mis à disposition de la plante (minéralisation réduite en cas de resserrement des sols, azote absorbé en partie par les adventices présentes dans la parcelle,…) soit sur la capacité de la culture à l’absorber (problème d’enracinement lié à un problème de structure du sol, peuplement réduit,…). Dans les deux cas, cela se traduit par une plus faible quantité d’azote absorbée par la culture, et donc un effet sur le rendement mais aussi sur l’efficacité de l’engrais apporté.

Les essais ont été classés selon l’intensité du ou des facteur(s) limitant(s) identifié(s) (3 niveaux d’intensité : 0, 1 ou 2), ce qui a permis pour chaque classe de facteur limitant d’en quantifier l’impact sur le rendement mais aussi d’établir la relation entre l’efficacité de l’engrais organique et le niveau de RSH.

En conclusion, les deux facteurs majeurs qui jouent sur le niveau de rendement et d’efficacité des engrais organiques pour le blé biologique, sont :

-        La quantité d’azote présent dans la parcelle (mesurée par le RSH) : plus elle est importante, plus le rendement est élevé, et moins les engrais organiques apportés en complément au printemps sont efficaces.

-        La présence d’un ou plusieurs facteur(s) limitant(s) : plus l’intensité du facteur limitant est forte, plus le rendement est affecté négativement, et moins les engrais organiques sont efficaces.

Ces relations ont été traduites en un outil d’aide à la décision, Décid-org, qui est présenté ci-après.

Les résultats des essais ayant montré qu’un apport d’engrais organique n’est pas toujours efficace ni rentable, il semblait important d’utiliser la méthode du bilan non pas pour décider de la dose à apporter, mais pour évaluer l’intérêt de fertiliser ou non (suivant de la situation de la parcelle), avant de calculer la dose nécessaire.

Par ailleurs, compte-tenu de l’impact des facteurs limitant la disponibilité de l’azote sur le rendement du blé et l’efficacité des apports, il paraissait indispensable d’élaborer un outil qui permette de prendre en compte ces facteurs.

La démarche de l’outil Décid-org est présentée en figure 7.

Décid-org comprend deux modules (figure 8) :

·       un module de calcul du rendement réalisable dans la parcelle sans apport d’engrais,

·       un module de prévision de l’efficacité et de rentabilité d’un apport d’engrais organique en fonction des facteurs limitants et du niveau de RSH de la parcelle.

Ce module est basé sur l’équation du bilan, mais avec des adaptations qui se sont avérées nécessaires suite à l’analyse des essais précédemment cités.

Equation du bilan retenue

Dans Décid-org, l’équation du bilan est utilisée pour calculer les fournitures totales d’azote par le sol à l’ouverture du bilan. L’équation utilisée est celle définie par l’arrêté définissant le référentiel régional de mise en œuvre de l'équilibre de la fertilisation azotée pour la région Île-de-France (2014) :

Fourniture d’azote par le sol = Pi + Ri + Mh + Mhp + Mr + MrCi + Xa + Nirr.

Avec :

En dehors de Mh (voir paragraphe suivant), les données utilisées pour le calcul de la fourniture d’azote par le sol sont issues des référentiels classiques définis par le GREN IdF (arrêté précité).

Introduction d’un coefficient d’absorption de l’azote du sol

Un coefficient d’absorption a ensuite été introduit et s’applique aux fournitures du sol précédemment décrites : il correspond à la proportion d’azote du sol que la culture peut absorber, en fonction de l’intensité des facteurs limitants, puisqu’on considère que les facteurs limitants diminuent la quantité d’azote absorbée par la culture (voir plus haut).

Ainsi, dans Décid-org, à chaque classe d’intensité des facteurs limitants (0, 1 ou 2) correspond un coefficient d’absorption (70%, 50% ou 35%), qui permet de calculer la part des fournitures totales d’azote du sol que le blé est capable d’absorber.

Ces valeurs de coefficient d’absorption pour chaque classe de facteurs limitants ont été établies de la manière suivante :

-        Pour chacun des essais analysés, les données suivantes ont été calculées :

·       les fournitures d’azote du sol, calculées avec l’équation du bilan, et en utilisant des valeurs de minéralisation nette de l’humus (Mh) réévaluées pour chaque type de sol grâce à un modèle fourni par Arvalis,

·       la quantité d’azote absorbée par le blé dans le témoin sans apport (calculée à partir du rendement obtenu),

·       le coefficient d’absorption, qui est le rapport entre la quantité d’azote absorbé dans le témoin et les fournitures d’azote par le sol.

-        Les essais ayant été répartis en 3 classes en fonction de la présence d’un ou plusieurs facteurs limitants plus ou moins intenses, le coefficient d’absorption moyen a donc été calculé pour chacune des classes, aboutissant aux 3 valeurs indiquées ci-dessus.

A noter que, en lien avec l’introduction du coefficient d’absorption, les valeurs utilisées pour la minéralisation de l’humus (Mh) sont spécifiques à Décid-org et supérieures à celles utilisées pour la méthode du bilan classique (suite à leur réévaluation avec l’appui d’Arvalis).

Besoin en azote du blé biologique (sans apport)

Les témoins des essais ont permis de calculer le b₀, c'est-à-dire le besoin en azote pour un blé conduit en AB, sans apport extérieur. Ce b₀, équivalent au b utilisé en agriculture conventionnelle, est plus faible que ce dernier pour un même type de variété, la quantité d’azote disponible étant toujours inférieure à la dose optimale. Pour la variété RENAN, la plus cultivée en AB, il est de 2,75 kgN/q.

Calcul du rendement réalisable sans apport

L’application du coefficient d’absorption puis du besoin en azote du blé biologique b₀ aux fournitures d’azote du sol permet de calculer un rendement réalisable dans la parcelle, sans aucun apport d’engrais organique, et de juger s’il est satisfaisant ou non, avant de décider de fertiliser son blé ou non.

Les essais ont montré que l’efficacité des engrais organiques dépend de l’intensité des facteurs limitants (FL). Pour prendre ce paramètre en compte, les différents types de sol de la classification agronomique des sols de Seine-et-Marne (applicable à l’Ile-de-France) ont d’abord été classés, à dire d’expert, selon leur capacité à minéraliser les engrais organiques (appelée CMEO dans Décid-org,) en 3 niveaux (1 à 3) (voir figure 9). On considère alors que l’intensité des facteurs limitants (de 0 à 2) diminue d’autant la CMEO, et donne la capacité de valorisation des engrais organiques (CVEO) dans la situation considérée (CVEO = CMEO - FL).

Le deuxième facteur influençant l’efficacité de l’engrais organique est la quantité d’azote minérale disponible en sortie d’hiver (RSH). La relation déduite de l’analyse des essais est présentée dans la figure 10.

La CVEO et le niveau de RSH permettent donc de prévoir le niveau d’efficacité de l’engrais organique, en part d’azote efficace et donc d’estimer le gain de rendement permis suivant la dose d’apport et d’en déduire le gain ou la perte de marge brute en fonction du coût d’engrais engagé.

Pour la prise de décision, il ne faut pas perdre de vue qu’un apport d’engrais organique profite tout autant aux mauvaises herbes qu’à la culture, et que, par conséquent, toute fertilisation expose à un risque accru de salissement de la parcelle (dès 50 kg N/ha pour les adventices nitrophiles et 100 kg N/ha pour les autres).

Les paramètres spécifiques à Décid-org (minéralisation de l’azote du sol, coefficient d’absorption, b₀) ont été établis sur la base des essais analysés, qui ont été conduits principalement en sols de type limons argileux (27% des essais), limons battants (24% des essais) et argilo-calcaires (24% des essais), sans irrigation. Les valeurs de ces paramètres sont donc fiables dans ces trois grands types de sols. Les autres types de sols étaient peu représentés dans les essais, et les valeurs des paramètres y sont donc moins bien adaptés. En particulier, le paramétrage réalisé ne s’applique pas bien aux sols de craie et aux situations irriguées, dont les conditions de minéralisation diffèrent de celles des sols principalement analysés dans la construction de l’outil.

La figure 11 montre la corrélation entre le rendement réalisable calculé avec Décid-org et le rendement réel obtenu dans les témoins de 68 essais. Le coefficient de corrélation est relativement bon (R²= 0,74), mais le rendement réalisable est généralement surestimé de manière assez importante en situation de RSH très élevés (supérieurs à 120 kg N/ha).

Décid-org nécessite une bonne caractérisation de la parcelle (type de sol et conditions météorologiques de l’année) ainsi que des facteurs limitants et son utilisation doit s’envisager dans le cadre d’une concertation entre conseiller et agriculteur.

Seuls les facteurs limitants déjà présents dans la parcelle au moment de la prise de décision de l’apport sont pris en compte dans cet outil. D’autres facteurs non prévisibles, comme la météorologie des semaines suivant l’apport, ou l’apparition de maladies en fin de cycle, peuvent influencer aussi l’efficacité de l’apport.

Les référentiels d’évaluation de l’intensité des facteurs limitants restent encore à affiner. Compte-tenu de son fonctionnement, Décid-org ne peut être utilisé que pour une fertilisation de printemps. Il pourrait être intéressant d’élargir l’approche aux apports d’engrais organiques à l’automne, en prenant en compte les risques de lessivage, ainsi qu’à d’autres cultures.

Le choix de la rotation et en particulier d’un précédent légumineuse permet de répondre au mieux aux besoins azotés du blé biologique, et les apports d’engrais organiques doivent se raisonner en compléments éventuels en fonction de la situation de la parcelle.

L’efficacité des engrais organiques apportés au printemps est fortement dépendante de facteurs dont on connaît les caractéristiques au moment de l’apport : la situation pédoclimatique, l’azote déjà présent dans le sol (RSH) et la présence éventuelle de certains facteurs limitants. L’outil Décid-org prend en compte tous ces paramètres pour permettre à l’agriculteur de choisir les parcelles à fertiliser en priorité (ou à ne pas fertiliser). Il reste avant tout un outil pédagogique d’aide au raisonnement qui permet d’estimer l’impact des principales causes de dégradation de l’efficacité des engrais organiques et du rendement du blé biologique : mauvais choix de rotation, mauvais travail du sol, mauvaise maîtrise des adventices…

L’approche présentée ici est centrée uniquement sur l’azote. En AB, la majorité des fertilisants utilisés ne contiennent pas seulement de l’azote mais également d’autres éléments, qui peuvent être nécessaires au système (P et K notamment), suivant la situation des parcelles. Il faut alors, comme souvent en AB, trouver le bon compromis agronomique et économique entre apports d’azote, impact sur l’enherbement, et besoins en autres éléments.

Décid-org est disponible sur demande auprès de l’auteur. Pour plus d’informations sur la construction de l’outil :

BILLY L., 2008. Mise en place d’un outil de gestion de l’azote pour le blé tendre en système de grandes biologiques en zone Centre. Mémoire de fin d’études d’ingénieur, ENITAC.