Systèmes de gestion agricoles et évaluation de la santé du sol,
Rafiq Islam, Ph.d. Centres de OHIO État Université du Sud islam.27@osu.edu Traduction de l’anglais par Ulrich Schreier, Association Soin de la Terre – Mars 2017
basé sur ses propriétés physiques, chimiques et biologiques un sol de bonne qualité et bien géré doit avoir la capacité d’assurer les fonctions suivantes: · · · ·
une production agricole économique le bon recyclage des éléments nutritifs améliorer la qualité de l’air et de l’eau permettre la production d’une nourriture de bonne qualité qui puisse garantir la bonne santé des animaux et de l’homme
Islam (1996)
Le terme « qualité du sol » est souvent confondu avec le terme « santé du sol ». D’un point de vue scientifique, la qualité d’un sol se réfère à l’ensemble de ses propriétés biologiques, chimiques et physiques. La santé du sol est un terme populaire. Il dépeint le sol comme un système de vie complexe qui agit de manière holistique et non pas comme un mélange de sable, de limon, d’argiles, de matières organiques, etc.
Islam and Weil (1996)
La notion qualité/santé des sols n’est pas nouveau. Déjà la Bible nous indique que Moïse savait très bien qu’un sol fertile (qualité) était essentiel pour le bien-être de son peuple (entrée au Canaan aux alentours de 1400 av. J.-C.).
http://www.google.com
Nos systèmes agricoles entrainent la dégradation du sol
Qualité de l’air CO2/CH4
N2O/NH3 rendements
Agrochimie
C, N & P input
DOC
Transformations du sol
NO3/NH4/D
ON
SRP/DO P
DOC/
sediment
lessivage
Qualité du sol
NO3/NH4/D ON
SRP/PP / DOP
ruissellement Qualité de l’eau
Islam (2012) USDA-Water Quality Project
Utilisation nutriments
Qualité du sol Qualité chimique Qualité physique Qualité biologique
Quels sont les pratiques agricoles qui permettent d’améliorer la qualité et la santé des sols ?
Fertilisation
Rotations
Couverts
Expérimentation avec des couverts
OSU South Centers à Piketon (2004 – 2016...) Labour
CT-C
Semis direct
NT-C
Semis direct
NT-CS
Semis direct
NT-CSW
Semis direct
NT-CSWcc Maïs
Seigle
Soja
Blé
Doliques
Impacte de différents systèmes culturaux sur la biomasse microbienne active CT-C = maïs en labour ; NT-C = maïs semis direct ; NT-CS = NT maïs-soja ; NTCSW = NT maïs-soja-blé ; NT-CSWcc = maïs-soja-blé-couvert en semis direct.
2005
2014
Impacte de différents systèmes culturaux sur les vers de terre CT-C = maïs en labour ; NT-C = maïs semis direct ; NT-CS = NT maïs-soja ; NTCSW = NT maïs-soja-blé ; NT-CSWcc = maïs-soja-blé-couvert en semis direct (2005 à 2014).
Population de vers de terre en semis direct (NT) par rapport au labour (CT) (USDA organique projet 2013-2016) Solution Ă base de savon
sol 10
M ean ab u n d an ce
Mean abundance
4.4 3.3 2.2 1.1 0
CT
NT
7.5
a
5 2.5 0
b
b
Impacte des systèmes culturaux sur la respiration microbienne (qCO2) CT-C = maïs en labour ; NT-C = maïs semis direct ; NT-CS = NT maïs-soja ; NTCSW = NT maïs-soja-blé ; NT-CSWcc = maïs-soja-blé-couvert semé en semis direct (2005 à 2014)
Biomasse microbienne (carbone)
http://www.bing.com/images/search?q=Animated+Bacteria&view=detailv2&id=E4BBF74AB338B1A6421452C1AE46421D4C833C62&selectedindex=457&ccid=XDz %2FACZk&simid=608030918882559893&thid=OIP.M5c3cff002664d5d9561a4a3f9d2bf59bH0&mode=overlay&first=1
Champignon piège et dévore nématode
AGPL total et taux d’AGPL bactériens et fongiques dans la Chariton County Soil Health Farm. Parcelles A, B et C avec une rotation maïs-soja-blé (couvert de chanvre, orge, seigle, colza, moutarde, vesce velue, trèfle et pois d’hiver, D et E (couvert de seigle, vesce velue, pois d’hiver, radis et sorgho), F et G avec rotation maïs-soja sans couvert.
Bardhan et al. (2016)
Populations de nuisibles (pestes) et d’auxiliaires (prédateurs) comparaison labour en bio / semis direct en bio (USDA projet bio) June-July 2013-2016
La plus grande abondance de prédateurs dans les parcelle en semis direct l’impacte négatif du travail du sol
EfficacitĂŠ du bio-contrĂ´le naturel comparaison entre bio labour / bio semis direct
Vers de cire
Mean percent biocontrol activity
tamisage 30
CT
NT
22.5
15
7.5
0
Bacteria Fungi
Ants
EPNs
M e a n p e rc e n t b io c o n tro l a c tiv ity
(projet de reconversion bio du USDA, 2013-2016)
80 Bacteria Total
Fungi
Ants
EPNs a
60
a
b 40
b
c
20
a 0a
b
a
b
b b
ab
ab
b
Impacte des systèmes culturaux sur la stabilité structurale du sol
CT-C = maïs en labour ; NT-C = maïs semis direct ; NT-CS = NT maïs-soja ; NTCSW = NT maïs-soja-blé ; NT-CSWcc = maïs-soja-blé-couvert semé en semis direct (2005 à 2014).
Les couverts contribuent au dÊveloppement d’une symbiose entre les racines des plantes et les champignons du sol (mycorhizes)
Racine
Champignons
Impacte des systèmes culturaux sur la qualité du sol
CT-C = maïs en labour ; NT-C = maïs semis direct ; NT-CS = NT maïs-soja ; NTCSW = NT maïs-soja-blé ; NT-CSWcc = maïs-soja-blé-couvert implanté en semis direct. Cover crop Wheat Tillage
2004
2014
Impacte des systèmes culturaux sur les rendements (échelle 0 à 100) CT-C = maïs en labour ; NT-C = maïs semis direct ; NT-CS = NT maïs-soja ; NTCSW = NT maïs-soja-blé ; NT-CSWcc = maïs-soja-blé-couvert implanté en semis direct.
Wheat T
2005
p o r c er Cov
e g a ill
2014
La qualité du sol et la santé Est-ce qu’on pourrait évaluer la qualité d’un sol en lui posant les questions suivantes ? Comment vas-tu aujourd'hui ? Dans quel état étais-tu hier? Es-tu OK ou plutôt limite ? Que pouvons-nous faire pour t’aider ?
Informations et recommandations données par les laboratoires d’analyses classiques Teneurs en N, P, K (mg/kg) Taux de matières organiques (%) pH (eau/tampon)
Recommendation
Besoins de chaux (t/ha)
Quels sont les caractéristiques biologiques et physiques du sol ???
Evaluer la qualité du sol (1) l’approche déductive : basée sur le développement des cultures et les rendements
Culture vigoureuse
Développement chétif et irrégulier
Le SPAD mesure la chlorophylle des feuilles et donne ainsi une indication sur la santé des plantes et la bonne assimilation de l’azote (une lecture en dessous de 40 témoigne d’un manque d’azote et d’un affaiblissement de la culture).
Évaluer la qualité d’un sol... démarche Inductive (2a) (qualitative) : basée sur la sensation, l’odeur, le goût et le toucher du sol
Démarche Inductive (2 b) (semi-quantitatif) : basé sur la charte santé du sol – la couleur - la matière organique - les résidus - la texture - les lombrics la structure - la « gare », etc.
Le sol foncé à gauche a 6% de SOM. Il est en semis direct sous couvert avec une rotation maïs-soja-blé. Les rendements moyens sont de 11,3 t/ha enmaïs, 4,4 t/ha en soja et 7 t/ha en blé. La parcelle n’a jamais été labourée depuis 1971 et des couverts multiespèces ont été introduits en 1978.
Le sol à droite a un taux de SOM de 0,5-1%. La parcelle est labourée et en mono-culture de soja depuis 30 ans avec 2 à 3 passages d’un outil de travail du sol au printemps. Les rendements sont de 2,2 à 2,7 t/ha.
Cardington silt loam (limon sablonneux)
Démonstration du test de qualité
Sustainable Ag. workshop survey, CTTC, Ada, OH, March 5 and 6, 2012
Slake test pour ĂŠvaluer la stabilitĂŠ structurale du sol
Démonstration du Slake test avec différents échantillons
Compaction and Controlled Traffic
Iron (Fe+2/Fe+3) Iron (Fe+2)
Démarche inductive (2c) (semiIron (Fe ) quantitatif) : basée sur la qualité de l’alimentation et la santé publique. +3
Calcium
http://j-walkblog.com/images/eartheater.jpg
Poor quality
Calcium
Démarche inductive (2d) (semi-quantitatif): basée sur la santé publique et les cosmétiques.
(3) approche analytique (quantitative) : USDANRCS – le Test Kit du Dr John Doran. Cette approche est basée sur la mesure de plusieurs paramètres :
• réactivité (pH) • taux de respiration • vers de terre • sels (conductivité Ec) • azote • matière organique • stabilité des agrégats • densité
Test de carbone actif de l’Université du Maryland
(Islam and Weil 2000)
Les tests de l’UniversitÊ de Cornell
http://soilhealth.cals.cornell.edu/
http://www.css.cornell.edu/extension/soil-health/2assessment.pdf
Ward Labs
Soil Health 5.54
http://www.wardlab.com/haney/haney_info.aspx
Woods End Laboratory Les Test Kits de SolvitaÂŽ physique, chimique et biologique Haney nutriments extractibles
https://woodsend.org/soil-health-test/
Comparaison des différentes approches analytiques à l’aide d’un exemple Propriété
Cornell
Ward
32% 0.23 g/g 4.3% 0.7 mg xxxx xxxx xxxx 6 6.8 mg/kg 215 mg/kg
Woods End 55% xxxx 3.9% 128 mg/kg 43 mg/kg 387 mg/kg 125 kg/ha 6.7 75 mg/kg 197 kg/kg
Aggregate stability Disponibilité d’eau Matière organique Réspiration N soluble dans l’eau C soluble dans l’eau N dispo pour culture pH P disponible K échangeable
Score
76/100
31/50
17/50
xxxx xxxx 4.3% 148 mg/kg 26.1 mg/kg 267 mg/kg 52.7 kg/ha 7.2 37 mg/kg 147 mg/kg
Soil Test Kit de la Ohio State University
Pour évaluer la qualité d’un sol, il faut disposer d’indicateurs qui soient significatif et …. · facilement mesurables avec précision. · complémentent d’autres informations liées au sol, aux plantes, aux rendements ou à la nutrition des animaux. · changent de manière cohérente quant à aux changements des pratiques agricoles. · donnent des informations qui permettent d’anticiper des effets au niveau du sol et des cultures.
Test de qualité du sol Ohio State Université (OSU) basé sur la sensibilité des propriétés du sol & charbon actif. Ephémère
Intermediaire
Permanent
Change en q. Répond aux interventions Inhérant au jours/semaines sur plusieurs années profile ou site (Très dynamique) (Dynamique) (Inhérent) Taux d’humidité Microbes/bio-diversité Profondeur/pente Respiration du sol Enzymes/réspiration basale Texture pH et sels Vers de terre/nématodes Climat Dispon. de nutriments Matière organique (C)*** Pierreux Densité Azote total “Fragipan” Cone index Stabilité des agrégats Minéralogie Disponibilité en eau___________
La résilience et la stabilité augmentent Islam and Weil (2000)
Pour être utilisable dans la pratique pour évaluer la qualité du sol, le taux de carbone actif devrait : · corréler avec l’indice de qualité du sol · corréler avec le développement d’une culture et avec le rendement · être sensible et précis (fiable) · être rapide et non toxique (sécurité) · consomme peu de produits chimiques (simple) · être visuel (le résultat se voit) · être bon marché
Corrélations entre C actif, la biomasse microbienne et l’activité biologique du sol
CorrÊlations entre C actif, l’azote total (TN) et le carbone organique particulaire (C)
CorrĂŠlation entre C actif et N actif
CorrĂŠlation entre C actif, la stabilitĂŠ des agrĂŠgats et les rendements
Corrélation entre C actif et l’indice de qualité
Relation entre l’indice de la qualité du sol et les rendements (échelle > 0 à 100) NT-CSWcc NT-C
NT-CSW
CT-C
Poor quality
Medium High Low quality quality quality
Active C
NT-CS
Test de qualité OSU Biomasse microbienne FDA enzymes Bio-diversité (biolog) Réspiration basale
pH Carbone actif Azote actif Matières organiques Disponibilité NPK
Qualité
Dispersibilité du sol Capacité stockage d’eau Matières organiques particulaires Stabilité des agrégats
Test de qualité OSU Biomasse microbienne FDA enzymes
pH Carbone actif Azote actif Matières organiques
Qualité Dispersibilité du sol Matières organiques particulaires
Test de qualité OSU
Masse microbienne
Carbone actif Azote actif
Qualité Dispersibilité du sol
OSU Soil Test Kit pour analyser le sol en bout de champs Ancienne version du kit
Nouvelle version du kit
OSU Soil Test Kit Résultats et recommandations Qualité du sol
Sol pauvre
Sol moyen
Bon sol
Très bon sol
>0-1
> 1 - 2.5
> 2.5 - 4.5
> 4.5
Matière organique du sol [%] Matière organique active [kg/ha]
> 0 - 400
Azote disponible [kg/ha]
> 0 - 12
Biomasse microbienne [kg/ha]
> 0 - 300
Stabilité des agrégats [%]
> 0 - 25
pH NPK disponible Dispersibilité du sol Capacité de retention d’eau Échange cationique du sol Matière organique particulaire
> 400 - 800 > 800 - 1600 > 12 - 26
> 26 - 40
> 300 - 630 > 630 - 1280 > 25 - 40
> 40 - 70
> 1600 > 40 > 1280 > 70
Interprétation des résultats et recommandations
Sol riche
Sol biologiquement riche, chimiquement tamponné, physiquement stable, équilibré et productif. Continuer avec les pratiques actuelles en apportant (si utile) de faibles quantités d’engrais organiques.
Bon sol
Bonne diversité biologique, chimiquement tamponné, physiquement stable, partiellement équilibré avec un certain degré de productivité. Modifier la gestion avec des rotations cultures qui comportent des couverts et l’apport d’amendements et d’engrais organiques.
Sol correct
Faible biodiversité, faiblement tamponnée chimiquement, physiquement instable, déséquilibré et faible à moyenne productivité. Changer la gestion avec des rotations et des couverts ; TCS et semis direct plus apports d’amendements/engrais organiques.
Sol pauvre
Mauvaise biodiversité, pas tamponnée chimiquement, physiquement instable, déséquilibré et faible productivité. Changer la gestion avec des rotations et des couverts diversifiés ; TCS et semis direct plus apports d’amendments (zéolite, chaux, gypse) et d’engrais organiques.
Healthy People Thanks
Healthy Food