Rafiq Islam : Evaluer la qualite du sol

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.

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