Fertilisation azotée en ACS : un volant d’autofertilité en maïs grain et pop-corn
Les légumineuses présentes dans la rotation, comme cultures ou comme couverts en interculture, enrichissent le sol en azote, au bénéfice des cultures qui suivent. Lorsqu’en outre l’activité biologique est encouragée via une moindre perturbation des horizons, la fertilité augmente. Il peut alors devenir envisageable, avec certaines précautions, de diminuer le niveau des apports azotés sur une culture comme le maïs dont les besoins coïncident avec la minéralisation naturelle. Pour ne pas épuiser cette autofertilité, il convient de continuer à apporter de la matière organique et de fixer l’azote avec les couverts. Voici un éclairage, basé sur des résultats d’essais conduits dans le Sud-Ouest de la France.
Des agriculteurs du Gers, engagés de longue date en agriculture de conservation des sols, ont bénéficié de l’expertise des agronomes de l’union de Ceta Agro d’Oc, du producteur de pop-corn gersois Nataïs et du groupement d’intérêt public LIA pour mener leurs essais sur maïs.
Un premier essai de réponse à l’azote du maïs grain a été conduit de 2012 à 2014, dans le cadre d’une monoculture de maïs chez Pascal Lahille, pionnier de l’ACS à Saint-Justin. Le sol argilo-limoneux de vallée est irrigué et conduit en semis direct sous couvert depuis 2007.
Féveroles en couvert pour déplafonner le rendement
Un couvert de féverole était implanté de manière quasi systématique en interculture depuis déjà plusieurs années. Il est semé à la mi-octobre avec un semoir de semis direct à disques ou à la volée avec recouvrement. Avec une destruction tardive, le plus souvent au semis du maïs (entre le 20 avril et le 10 mai), la biomasse produite est de l’ordre de 1 à 5 tonnes de matière sèche à l’hectare. Quatre modalités ont été testées : la couverture du sol (seuls résidus du maïs précédent ou couvert de féveroles) et la fertilisation minérale azotée (0 ou 180 kg N/ha en 2012 et 2013, 200 kg N/ha en 2014), avec trois répétitions par modalité. Chaque modalité de 12 rangs était implantée sur une longueur de 30 mètres.
Des mesures des reliquats azotés ont été réalisées tout au long du cycle de culture du maïs au cours des trois années d’essai.
Les mesurées réalisées montrent une minéralisation plus importante après un couvert de féverole, qui va bénéficier au maïs alors en pleine croissance. On remarque même qu’au début de l’été 2014, les reliquats de la modalité à 0 kg N minéral/ha après féveroles sont plus élevés de 14 kg N/ha qu’après une fertilisation minérale de 180 kg N/ha après une interculture non couverte. Ce n’était toutefois pas le cas en 2013 avec, à la mi-juillet, des reliquats plus élevés de 40 kg N/ha après une fertilisation minérale de 180 kg N/ha après une interculture non couverte, par rapport à la modalité à 0 kg N minéral/ha après féveroles, possiblement du fait du printemps froid et pluvieux cette année-là. Par contre, pour la modalité 180 kg N minéral/ha après féveroles, les reliquats azotés atteignent plus de 200 kg N/ha à la mi-juillet, comme c’était également le cas en 2012.
Les placettes des différentes modalités ont été maintenues pendant les trois ans d’essais. Après trois ans de différenciation, le reliquat post-récolte 2014 pour la modalité avec couvert de féverole et fertilisation azotée ne dépasse que de 20 kg N/ha celui de la modalité fertilisée sans couvert.
Sans fertilisation azotée minérale et à l’exception de l’année 2013 à la météo compliquée, les féveroles ont permis un gain de rendement de 10 q/ha (en 2012) à 18 q/ha (en 2014). Même avec une fertilisation minérale de 180 à 200 kg N/ha correspondant à la pratique habituelle de l’agriculteur, l’impact du couvert de féverole n’est pas négligeable, de l’ordre de 6 à 8 q/ha de gain de rendement. En 2014, pour 200 kg N minéral/ha, le rapport azote apporté/rendement est de 1,38 kg N/q après le couvert de féverole, contre 1,46 kg N/q après sol nu. Dans cet essai, nous ne disposons certes pas de mesure de l’azote absorbé par le maïs mais il est vraisemblable que le sol a fourni au maïs une partie de la nutrition azotée dont il avait besoin pour produire ce rendement.
Dans cet essai, le couvert de féveroles montre donc déjà un intérêt pour déplafonner le rendement du maïs, certes pas encore pour économiser sur la fertilisation azotée en l’absence de courbe de réponse à l’azote plus détaillée. Le rapport azote apporté/rendement montre tout de même une possibilité d’optimiser la fertilisation azotée grâce à la fertilité du sol.
Cet essai montre également l’effet cumulatif d’une impasse d’azote maintenue dans le temps, le rendement déclinant entre 2012 et 2014, alors qu’une fertilisation minérale classique permet de valoriser le rendement lors d’une année climatique favorable (2014). La question de la bonne dose entre impasse et dose classique se pose donc, pour produire un bon rendement annuellement et à moyen terme.
Réponse à l’azote du maïs grain chez Christian Abadie
En 2016, un essai de réponse à l’azote du maïs a été conduit chez Christian Abadie, polyculteur-éleveur à Estampes dans le Gers également. Les sols de l’exploitation sont des boulbènes (limons sableux sur sous-sol hydromorphe), conduits de longue date en ACS (1). Le précédent est un triticale, suivi d’un double couvert : radis et sorgho en été, puis féverole, avoine et vesce en hiver. Le couvert a été roulé dix jours avant le semis direct du maïs, intervenu le 4 mai. Le maïs a reçu 140 mm d’irrigation.
Les mesures de reliquats azotés dans cette parcelle au cours de cette campagne culturale et de l’azote absorbé par le maïs ne sont pas disponibles.
Avec un rendement de 117 q/ha, le témoin 0 N prouve déjà le niveau remarquable de fertilité de ces sols conduits en ACS depuis 2001. Dans cette modalité, et certes sans disposer de mesure de l’azote absorbé par le maïs, nous pouvons estimer que le sol et le couvert en interculture ont été capables de fournir entre 240 et 250 kg N/ha au maïs.
La modalité à 100 kg N/ha est l’optimum économique. Pour ce niveau de fertilisation minérale, le rapport fertilisation apportée/rendement se limite à 0,69 kg N/q, le solde pour couvrir le besoin du maïs ne pouvant qu’être fourni par le sol.
Les 100 kg N/ha supplémentaires de la modalité 200 kg N/ha n’apportent que 5 q/ha de plus, couvrant seulement le coût de l’azote supplémentaire. Toutefois, ils permettent de compenser les exportations d’azote dans les grains de maïs (1,2 kg N/q), évitant une perte de fertilité de la parcelle. Ainsi, dès 2016, la possibilité d’une réduction de la fertilisation minérale azotée est pressentie.
Féveroles pour optimiser la fertilisation azotée du pop-corn
À Labarthe, Guillaume Richard conduit depuis deux ans un essai de réponse à l’azote du maïs pop-corn. Les sols de l’exploitation sont des boulbènes, profondes de 70 à 90 cm, conduites de longue date en ACS (2). Depuis plus de vingt ans, la rotation des cultures est colza - maïs - maïs - blé tendre, avec des féveroles en interculture entre les deux maïs, le maïs grain a seulement été récemment remplacé par du maïs pop-corn, plus rémunérateur.
Jusqu’en 2021, du trèfle violet était implanté avec le colza. Après la récolte de l’oléagineux, le trèfle couvrait l’interculture avant le maïs, et produisait de l’azote qui bénéficiait à la culture suivante. Le colza 2022 a été suivi par un tournesol dérobé puis par un couvert de féveroles. Depuis 2023, les repousses de colza sont conservées avant de laisser la place à un couvert de féveroles.
En 2022 et 2023, les féveroles ont été semées fin octobre, tandis qu’elles l’ont été à la mi-octobre en 2024. Les féveroles sont implantées à la densité de 25 à 30 graines/m² avec un semoir à dents autoconstruit sur une base de vibroflex. Les écarts de date de semis peuvent influer fortement sur le niveau de biomasse produit. Au printemps 2023, le couvert (2 à 3 t MS/ha) a été détruit à la herse rotative fin mars. Au printemps 2024, le couvert était bien développé et a été détruit par broyage début avril. Le semis du maïs se fait toujours sur bandes fraisées la première quinzaine d’avril, avec un écartement de 60 cm. Une fertilisation starter est apportée au semis (7 kg N/ha + 24 kg P2O5/ha). Ensuite, la fertilisation minérale est constituée d’urée 46, apportée en plein au stade 5-6 feuilles du maïs, toujours avant une pluie.
Notons que depuis une dizaine d’années, du compost de déchets verts et de Miate (matières d’intérêt agronomique issues du traitement des eaux) est épandu sur les parcelles de l’exploitation avant et après la culture de colza, à raison de 6 t/ha tous les deux ans, soit environ 100 kg N organique/ha (113 kg P2O5/ha, 41 kg K2O/ha, ainsi que du magnésium et du calcium). L’Ismo (indicateur de stabilité de la matière organique) du compost est de 73 %, ce qui signifie que 73 % de la matière organique du compost se transformera en humus (ou MO liée). Le taux de matière organique du compost étant de 25 %, cet amendement enrichit le sol tous les deux ans à raison d’environ 1,1 t MO liée/ha.
Ainsi, les résultats de l’analyse du sol réalisée fin mars 2024 pour la parcelle accueillant l’essai cette année-là sont éloquents : 4,3 % de MO (3,1 % liée et 1,2 % libre), une biomasse microbienne de 542 mg/kg de terre et une fourniture annuelle de 151 kg N/ha par le sol estimée par une analyse biologique de Celesta-lab (avec un reliquat avant destruction du couvert de féveroles de seulement 27 kg N/ha). Dès lors, initier le processus de minéralisation par un réchauffement du sol et les pluies (ou l’irrigation) transforme le sol en une véritable usine de fourniture d’azote pour la culture en place… pourvu qu’elle soit en mesure d’absorber cet azote à ce stade de développement, comme c’est le cas pour le maïs.
Les mesures de reliquats et courbes de réponse à l’azote du pop-corn ont été établies pour le premier pop-corn de la rotation, après le colza. Notons que la région a connu un épisode très sec du printemps 2022 au printemps 2023 et, à l’inverse, une pluviométrie très régulière d’octobre 2023 jusqu’à l’été 2024.
En 2023, pour la modalité à 0 kg N minéral/ha (plus exactement, 7 kg N/ha de la fertilisation starter), le pop-corn a produit un très bon rendement : 78,7 q/ha (soit 0,09 kg N apporté/q !). Sur le reste de la parcelle, le pop-corn a été fertilisé avec 150 kg N/ha et a produit 85,2 q/ha (soit 1,84 kg N apporté/q). Le besoin unitaire du maïs pop-corn étant de 3,3 kg N/q, la minéralisation des résidus du couvert a très largement profité au maïs, qu’il soit fertilisé ou non.
Fort de ces premiers résultats, Guillaume Richard a complété son protocole de mesures. Trois répétitions sont mises en place sur des bandes de 10 rangs de maïs (à 60 cm d’écartement) sur plus de 200 mètres de long.
En 2024, le reliquat azoté au 25 mars, avant la destruction par broyage du couvert de féveroles (3 avril), était de 26 kg N/ha sur 0-60 cm. Les parties aériennes du couvert avaient produit une biomasse moyenne de 6 t MS/ha. Le groupement d’intérêt public d’Occitanie LIA (Lien innovation et agroécologie) a procédé à une caractérisation en laboratoire du couvert : à destruction, le couvert avait fixé 29 kg N/t MS, et avait un C/N de 15,6. Compte tenu de la biomasse racinaire, estimée à 20 % de la biomasse aérienne, le couvert avait fixé 209 kg N/ha. D’après Merci, 60 % de cet azote organique est minéralisé rapidement et fertilise le pop-corn qui suit, soit 125 kg N/ha.
Le pop-corn a été semé le 14 avril (avec 7 kg N/ha d’engrais starter). Au 30 avril, le reliquat azoté était de 76 kg N/ha sur 0-60 cm, traduisant un début de minéralisation des résidus du couvert et de la matière organique du sol. Au 25 mai, juste avant la fertilisation azotée du maïs, le reliquat azoté était de 139 kg N/ha sur 0-60 cm, traduisant une très bonne minéralisation de l’azote organique. L’eau d’irrigation n’a apporté que 1,2 kg N/ha (négligeable dans le bilan de fumure).
À floraison, le maïs pop-corn avait produit une biomasse de 11,2 t MS/ha pour la modalité 0 N, 14 t MS/ha pour la modalité 100 N et 15,4 t MS/ha pour la modalité 150 N. Au même stade physiologique, il avait absorbé 149 kg N/ha pour la modalité 0 N, 222 kg N/ha pour la modalité 100 N et 229 kg N/ha pour la modalité 150 N.
Les reliquats post-récolte sont de 66 kg N/ha pour la modalité 0 N, 70 kg N/ha pour la modalité 100 N et 92 kg N/ha pour la modalité 150 N.
Comme le montre la courbe de réponse à l’azote, la modalité à 0 kg N minéral/ha (plus exactement, les 7 kg N/ha de la fertilisation starter), le pop-corn a produit 76,4 q/ha (0,09 kg N apporté/q). À 150 kg N/ha, le pop-corn a produit 78,8 q/ha (1,99 kg N apporté/q). L’optimum économique se situe à une fertilisation minérale de 100 kg N/ha, pour un rendement de 78,5 q/ha (1,36 kg N apporté/q). Là encore, la minéralisation des résidus du couvert a largement profité au maïs, qu’il soit fertilisé ou non.
Ces résultats éloquents illustrent la capacité notable de fourniture azotée par « un sol qui fonctionne », enrichi pendant des années par des couverts, des apports de compost et la minéralisation des résidus du couvert de légumineuses : ce fameux volant d’autofertilité. Dans le cas du maïs, le pic de minéralisation se situe pendant une période de croissance active de la plante, ce qui lui bénéficie directement. Cette minéralisation est d’autant plus active que la culture est irriguée.
Les céréales d’hiver plus dépendantes à la fertilisation azotée
Pour un blé, la tendance diffère. Les bactéries du sol se remettent à fonctionner en sortie d’hiver et elles ont besoin d’azote pour consommer le carbone du sol (alors qu’en ACS, les apports de carbone au sol sont accrus, notamment avec la couverture du sol en interculture) et pour se multiplier. Il faut donc adapter la fertilisation azotée pour que le blé ne souffre pas d’une faim d’azote au tallage et au stade épi 1 cm. Par contre, dans certaines situations, le volant d’autofertilité permet de se passer d’un apport qualité en fin de montaison. C’est pour cette raison que les céréales d’hiver restent globalement beaucoup plus dépendantes à la fertilisation azotée que le maïs.
Le pop-corn est à maturité physiologique à la mi-août, période à laquelle prend fin l’irrigation de la culture… tandis que la minéralisation du sol se poursuit, avec des fins d’été souvent encore chaudes, d’autant plus s’il pleut. Le pop-corn sèche sur pied. La récolte intervient pour une humidité du grain inférieure à 20 %, entre mi-septembre et mi-octobre en fonction de la pluviométrie. Dès lors, il apparaît opportun de semer, par exemple au drone sur le pop-corn en place ou sitôt sa récolte, une culture ou un couvert en mesure d’absorber rapidement et de valoriser de fortes quantités d’azote, comme une crucifère.
Ceci étant, les courbes de réponse à l’azote nous montrent qu’il ne faut pas rêver. Sans apports azotés et sans couverts de légumineuses pour compenser au moins les exportations d’azote dans les grains (1,2 kg/q en maïs grain, 1,5 à 1,8 kg/q en maïs pop-corn), sans prendre en compte la croissance en matières organiques, se passer de la fertilisation minérale conduirait à une perte de rendement à moyen terme. Par contre, une réduction et une optimisation de la fertilisation azotée du maïs est envisageable, avec prudence toutefois, car elle reste dépendante de la minéralisation du sol et des résidus, liée à la météo de l’année (température du sol et pluviométrie). Ces exemples montrent que pour cette culture, il est de plus en plus possible d’approcher une certaine forme d’autonomie de fertilisation azotée où l’azote exporté par les grains (168 kg N/ha pour du maïs grain à 140 q/ha, 105 à 126 q/ha pour du pop-corn à 70 q/ha) peut être fourni par de gros couverts de légumineuses en relais, poussés assez tardivement, et une forte fertilisation localisée au semis.
Dans le cadre d’essais encadrés, la pesée de la biomasse des couverts et l’utilisation de la méthode Merci pour évaluer la quantité d’azote qui devrait minéraliser, des mesures des reliquats azotés avant destruction du couvert, avant fertilisation du maïs et post-récolte, sont donc indispensables pour envisager une éventuelle optimisation de la fertilisation minérale une campagne culturale, et pour s’assurer du maintien de la capacité annuelle de fourniture d’azote par le sol.
En 2024, quatre autres agriculteurs du Sud-Ouest de la France ont accueilli des essais de réponse à l’azote du maïs pop-corn, dans des conditions de sol variées (boulbènes et terreforts). Les différences tiennent notamment à la nature du sol, à la concurrence éventuelle par des adventices et à la biomasse produite par le couvert de féverole en interculture.
Forts de ces premiers enseignements, Agro d’Oc, Nataïs et le groupement d’intérêt public LIA réaliseront cette année de nouveaux essais chez différents agriculteurs afin de pouvoir réduire, à terme, la fertilisation azotée et l’impact sur l’émission des gaz à effet de serre associée.
Apprendre à installer des couverts végétaux en fin de cycle
Lorsque nous abordons l’autofertilité, nous raisonnons encore en quantité. Cependant la minéralisation des matières organiques et du couvert apporte la notion de flux. Au-delà des reliquats (stock d’azote libre qui peut être lessivé) qui deviennent un mauvais indicateur, c’est la minéralisation quotidienne via l’activité biologique qui vient recharger le profil. Cette minéralisation apporte à la culture le reste des éléments P, K, Ca, Mg, S et tous les oligo-éléments que ces matières organiques peuvent contenir. C’est donc une fertilisation régulière, complète et de qualité qu’apporte cette approche. La fourniture par le sol de 200 kg de N/ha va libérer 2 000 kg/ha de C et donc l’émission d’environ 7 500 kg de CO2/ha pendant la saison (C x 3,68 = CO2). Logiquement, plus un sol sera vivant, plus il fournira de la fertilité et plus il va émettre de CO2. Une partie de ce gaz sera directement reprise par les feuilles de la culture, qui profite de cette charge providentielle en carbone de l’atmosphère dans sa végétation pour améliorer l’efficacité de la photosynthèse : un autre facteur qui explique certains gains de rendement en ACS notamment en maïs. Cependant, s’il faut continuer de rentrer de l’azote avec les couverts végétaux, il faut aussi penser biomasse pour compenser les sorties.
Le développement de l’autofertilité pose cependant un souci en fin de saison, notamment avec le maïs. Alors qu’il reste compliqué de booster la minéralisation au printemps, il est impossible de la freiner à l’automne et plus le sol est organique, plus celle-ci peut s’emballer. Il va donc falloir apprendre à installer des couverts végétaux en fin de cycle, plus particulièrement avec le maïs pop-corn pendant la phase de dessiccation au champ, afin de limiter le risque de fuite. Ce n’est pas la céréale qui va suivre, même en semis direct, qui est capable de mobiliser le niveau de reliquats post-récolte qu’il peut être possible d’obtenir avec en plus, de fortes variations en fonction du climat. L’épandage de crucifères avec un drone va devenir une option à étudier sur ces exploitations qui ont bien progressé vers l’autofertilité.
L’ACS, d’autant plus qu’elle est associée à des apports de matières organiques exogènes, permet de redresser progressivement les taux de matière organique des sols et par conséquent leurs niveaux d’autofertilité. Si atteindre ce niveau de fournitures en azote par le sol est intéressant agronomiquement et performant économiquement, le maintien de cette performance dans le temps exige réussite et productivité des couverts végétaux.
C’est donc ici que la stratégie du couvert relais avec une première végétation très estivale (sorgho), recyclant l’azote qui va se minéraliser inévitablement à l’automne, trouve tout son sens. Il permet aussi de rentrer beaucoup de biomasse de qualité pour alimenter une vie du sol devenue très vorace. Puis, les légumineuses, qui vont le relayer, seront d’autant plus efficaces avec leur fixation symbiotique que le niveau d’azote a été fortement réduit et le restera pendant tout l’hiver et le début du printemps grâce au gros niveau de biomasse très carbonée rapporté au sol. Pour rentrer encore plus d’azote, il faut certainement densifier le couvert, travailler en association (féverole/pois/vesce) et accepter de prolonger sa végétation qui devient exponentielle au printemps. À cette saison, en une semaine seulement, un couvert de légumineuses assez dense peut aller chercher jusqu’à 1 t de MS/ha et donc environ 35 à 40 kg de N/ha supplémentaires. En optimisant la gestion de ce type de couvert, il est donc possible de rentrer encore plus de carbone et d’azote dans le système, de compenser en grande partie les exportations et de s’approcher de l’autofertilité pour une culture comme le maïs.
