Activité biologique et flux de fertilité : un compartiment qu’il faut intégrer avec des sols vivants
Aujourd’hui, l’activité biologique des sols s’est trouvée mise en avant, à tel point qu’elle peut devenir une forme de graal. Il suffirait qu’il y ait de la vie, voire que l’on en ajoute, et la fertilité fluerait, les cultures et/ou les couverts se développeraient merveilleusement bien sans recours aux engrais. Si l’activité biologique est très utile, ses impacts sur la fertilité et les flux d’éléments nutritifs semblent plus complexes.
Qu’ils s’agissent de vers de terre, de bactéries, de protozoaires ou de nématodes, aucun d’entre eux, comme des vaches ou des poules, ne créer de fertilité. Ils ingèrent tous des matières organiques, végétales (plantes, graines et résidus) en début de chaîne trophique puis animales (constituants et déchets) afin de profiter de l’énergie contenue dans les chaînes carbonées pour assurer leur métabolisme. Cette opération (respiration) rejette du carbone sous la forme de CO2 et une petite partie des nutriments, entre autres l’azote, est conservée comme constituant, mais le reste est rejeté dans le milieu. À ce moment, une fraction peut être disponible et absorbée par les plantes, mais la majorité, qui contient encore de l’énergie, sera reprise par une activité biologique spécialisée qui va s’empresser de profiter de cette opportunité. Sous cet angle, les flux de fertilité ne sont que le déchet du métabolisme de l’activité biologique.
La biologie stocke de la fertilité
Les micro-organismes du sol ont un rapport C/N moyen de 8. On peut considérer qu’ils consomment les deux tiers du carbone ingéré pour l’énergie et un tiers pour leur constitution. L’azote est seulement utilisé pour leur constitution (protéines). L’équilibre nutritionnel des micro-organismes est donc proche d’un rapport C/N de 24-25. En dessous, l’azote est en excès et sera donc libéré, à la disponibilité des plantes. Au-dessus, de l’azote sera prélevé dans la solution du sol pour subvenir à leurs besoins.
Cependant, au sein de l’ensemble de cette activité biologique, il existe d’énormes disparités. Si le C/N de l’ensemble des matières organiques du sol est voisin de 10 (1 t contient 100 kg de N) les bactéries, les précurseurs de la décomposition des résidus, ont un C/N plus proche de 5 (1 t représente alors 200 kg de N). Ainsi et en attaquant des résidus organiques plus carbonés comme les pailles de céréales (C/N voisin de 100), elles vont mobiliser beaucoup d’azote dans le milieu pour assurer leur croissance.
Cette partie de l’activité biologique est prioritaire sur les végétaux, ce qui produit la faim d’azote pouvant complètement bloquer la croissance végétale par manque de nutriments. Il semble même que cette activité biologique soit capable de minéraliser des matières organiques déjà « stabilisées » mais au C/N plus bas pour en retirer de l’azote et d’autres nutriments. C’est en partie pour cette raison que les sols alimentés presque exclusivement avec des pailles très carbonées n’enregistrent pas une croissance organique et ne stockent pas autant de carbone qu’espéré.
Dans tous les cas et contrairement aux idées reçues, une croissance d’activité biologique signifie une immobilisation de nutriments et en premier lieu d’azote.
Sa décroissance libère des nutriments
Ce n’est qu’à la disparition des décomposeurs et leur consommation par le reste de la chaîne alimentaire, souvent à C/N plus élevé (plus carboné et donc moins riche en N), que de l’azote et d’autres nutriments seront libérés dans l’environnement au bénéfice des végétaux. C’est donc la recherche de l’énergie restante dans ces résidus organiques et certainement de plus en plus compliqué à mobiliser, qui induit les séquences biologiques suivantes. Comme les précédentes, elles rejettent du carbone sous la forme de CO2, gardent une faible partie des nutriments pour leurs constituants et libèrent le reste. C’est ainsi que lors de ces multiples « nœuds » biologiques, la fertilité se retrouve libérée et devient disponible pour les plantes. En fin de cycle, il reste des chaînes carbonées très compliquées à atteindre qui forment les matières organiques dites « stables » ou « liées » mais qui continuent certainement à être consommées sur un rythme beaucoup plus lent.
L’activité biologique des sols, n’est pas un créateur de fertilité mais plutôt un « découpleur » du carbone et de l’azote qui ont été associés par la photosynthèse en stockant de l’énergie solaire qui irrigue l’ensemble du vivant.
Avec des sols plus biologiquement actifs, il ne convient plus de raisonner la fertilisation et entre autres l’azote en termes de stocks (reliquats) mais en flux (minéralisation potentielle). Ceux-ci seront d’autant plus importants que les entrées organiques libres (alimentation riche en énergie des résidus des cultures et couverts) sont importantes pour nourrir une activité biologique conséquente. Celle-ci, en assurant sa subsistance, libérera progressivement la fertilité qu’ils contiennent, ce qui permettra de réduire de manière conséquente la fertilité minérale.
Équilibre des nutriments
Si un fonctionnement organique et biologique, que nous encourageons, peut apporter de réelles économies substantielles de fertilité, il faut garder à l’esprit que les nutriments se retrouvent immobilisés d’abord dans la biomasse végétale puis dans l’activité biologique qui la consomme avant de revenir progressivement disponible pour les cultures. Il s’agit donc de deux compartiments, relativement mis de côté par l’agronomie conventionnelle, qui littéralement stockent avant de redonner. Si le meilleur recyclage de l’azote (récupération des fuites par lessivage) et la présence de légumineuses dans la rotation et surtout dans les couverts, peuvent permettre d’assez bien couvrir cette croissance du stock d’azote circulant (une croissance d’1 % de MO représente en fonction des sols entre 1 500 à 2 500 kg d’azote), ce n’est pas vraiment le cas pour les autres éléments comme S, P et l’ensemble des nutriments, oligo-éléments compris, qui seront également immobilisés, dans une moindre mesure (leur C/… étant beaucoup plus faible). Ainsi une croissance organique, et de fait biologique, exige de bons niveaux de fertilité et peuvent accentuer des carences qu’il faudra corriger pour le bon fonctionnement de l’activité biologique, couvrir la croissance des stocks circulants et assurer un retour et une disponibilité suffisants pour les cultures et couverts.
Intensité et synchronisation
Si l’intensité de l’activité biologique et son retour en termes de fertilité, très dépendants de la qualité et quantité de l’alimentation du sol, sont assez faciles à évaluer, au moins en laboratoire, la vraie difficulté réside dans la synchronisation avec les besoins des cultures.
De manière générale, l’activité biologique et la minéralisation sont très climato-dépendantes. Ainsi ce sont les cultures d’été, dont les besoins coïncident assez bien avec les périodes de minéralisation, qui sont les mieux adaptées à ces systèmes de fertilité organo-biologique. C’est d’ailleurs avec celles-ci que les économies de fertilisation sont les plus conséquentes.
À l’inverse, c’est plus compliqué pour les céréales d’hiver, même lorsque le niveau d’autofertilité est haut, les fournitures arrivent souvent en retard par rapport aux besoins. Les cultures associées sont une stratégie adaptée. Lorsque la minéralisation est ralentie et que l’azote se fait rare, comme généralement au printemps ou en été pendant des périodes sèches, les légumineuses assurent la croissance végétale, que relaient les graminées ou autres plantes compagnes quand de nouveau de l’azote se libère. La prairie avec une diversité végétale, est à ce niveau une très belle adaptation pour suivre et profiter au mieux des flux et à coups de fertilité.
Par ailleurs, les pics de minéralisation sont toujours postérieurs aux pics de croissance biologique : ils arrivent donc en décalage dans le temps. Ainsi lorsque nous incorporons un couvert végétal au sol, l’arrivée d’une grande quantité d’énergie va déclencher une croissance biologique qui risque de mobiliser beaucoup d’éléments libres, entre autres de l’azote. Afin d’éviter cette préhension, il faudrait que les résidus soient largement en dessous d’un C/N de 25, ce qui très compliqué à atteindre et globalement nuirait à la recharge carbonée du sol qui est également nécessaire.
Pour retrouver des flux libres, il faudra donc attendre que la digestion soit bien amorcée, que l’activité biologique se soit bien étendue et qu’elle commence, globalement, à régresser.
Vu sous cet angle, nous ne sommes nullement dans un fonctionnement stable mais plutôt sur des montagnes russes induites par la quantité et qualité des ressources organiques, leurs modes de gestion/incorporation, le tout piloté par les caprices du climat.
Ainsi et aussi paradoxal que cela puisse paraître, ce sont les agriculteurs qui ont développé des sols avec beaucoup d’autofertilité avec de belles économies d’engrais qui pourront le moins précisément prévoir le retour de leurs sols. C’est aussi pour cette raison qu’il restera nécessaire de continuer de localiser une fertilisation azotée, mais pas que, proche de la graine, afin de permettre à la culture de s’installer dans l’attente de la minéralisation. Une marge de sécurité est également nécessaire afin de compenser les manques de minéralisation induits par la météo.
C’est certainement pour cette raison que le travail du sol, en apportant une plus ou moins forte désorganisation en fonction de son intensité mais aussi du moment d’intervention, contribue à la libération de niveaux importants de fertilité, ce qui a contribué à la dépendance des systèmes agricoles que l’on connaît aujourd’hui. Bien avant l’apparition des engrais et des modes de fertilisation modernes, c’était le moyen de libérer assez massivement de la fertilité.
Un quatrième compartiment
Comme le monte ce graphique qui représente les quantités d’azote en jeu pour un sol de limon à 2 % de matières organiques (près de 5 000 kg de N/ha au total), l’activité biologique représente tout de même un quatrième compartiment très spécifique. Bien que plus réduit, celui-ci est le moteur de la fertilité organique avec des flux d’azote et de nutriments dans les deux sens. Plus le sol sera organique et biologiquement actif, plus les amplitudes de variation seront importantes. Il faudra donc adapter ses modes de fertilisation habilement afin de profiter pleinement des bénéfices de l’amélioration de l’autofertilité.
Dépression de fertilité printanière
Dans cette expérimentation conduite dans le Doubs par Vincent Vaccari d’Alliance BFC, les reliquats de sortie hiver et ceux d’avant semis ont été suivis sur plusieurs couverts végétaux avant une culture de maïs (printemps 2023). Bien que les biomasses soient assez faibles (1,4 à 2,1 t) lors de la destruction anticipée au début février comme il est couramment recommandé, la hiérarchie entre non légumineuses et féverole est logique.
Cependant, les niveaux d’azote de toutes les modalités « couvert » ont baissé sur les deux mois suivant la destruction et sont globalement réduits de moitié à la veille du semis (7 avril) alors qu’aucune végétation n’a consommé cet azote et que les risques de lessivage étaient faibles.
La seule explication plausible semble donc être la croissance de l’activité biologique printanière avec le réchauffement du sol, associée à celle qui s’est occupée de la décomposition des racines (C/N moyen en 40 et 50).
Cette observation est fondamentale car elle montre qu’avec ou sans couvert vivant, les sols biologiquement actifs peuvent passer par une forme de dépression de fertilité au printemps lors du réchauffement et reprise d’activité. Un élément supplémentaire qui milite pour conserver les couverts végétaux actifs pendant cette période, d’autant plus s’il s’agit de légumineuses.
