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Du labour au semis direct :

Enjeux agronomiques

 

Matières organiques et travail du sol

Le travail du sol conditionne fortement la dynamique des matières organiques. La minéralisation, les stocks et la distribution verticale du carbone sont en effet en relation directe avec la nature et la répartition des résidus de récolte dans les profils.

Les effets du travail du sol sur la dynamique de la matière organique du sol ont été étudiés depuis longtemps pour leurs conséquences en matière de propriétés physiques, érosion, fertilité, pertes de nutriments. Plus récemment, les préoccupations en matière d’émissions de gaz à effet de serre ont conduit les scientifiques à examiner le potentiel des sols à stocker du carbone organique, en particulier sous l’influence des pratiques culturales.

Il existe une forte interaction entre les pratiques de travail du sol et la dynamique des matières organiques du sol. Le travail du sol (ou le non travail) détermine les modalités d’incorporation et de décomposition des matières organiques fraîches retournant au sol (par sénescence ou à la récolte). Ces matières organiques en décomposition modifient en retour les propriétés physiques du sol et en particulier sa structure. On ne peut donc dissocier aisément les effets du travail du sol sur la décomposition des matières organiques fraîches et les effets affectant la structure du sol et ses propriétés.

Répartition et contact des résidus végétaux avec le sol

Le travail du sol détermine plusieurs facteurs : la localisation initiale des résidus de récolte et il influence par conséquent la quantité de résidus laissés à la surface du sol (et la proportion restant dressée ou couchée), la quantité de matière organique fraîche incorporée, la profondeur d’incorporation et la distribution spatiale des résidus. Indirectement, la localisation initiale détermine donc les conditions physiques (température, humidité) auxquelles les résidus sont soumis lors de leur décomposition et donc la vitesse de décomposition. La distribution spatiale des résidus de culture incorporés par le travail du sol est généralement mal connue bien que le sol environnant les racines, les micro-organismes et les flux d’eau puissent être considérablement affectés. La présence ou l’absence de résidus en mulch à la surface ou l’accumulation de paquets de résidus modifient en effet de nombreux facteurs physiques tels que la vitesse du vent (à la surface du sol), la teneur en eau du sol, la température du sol et la teneur en azote dans la couche de sol dans laquelle les résidus sont incorporés. La croissance microbienne et sa décroissance au cours de la décomposition des résidus affectent aussi les propriétés physiques du sol, en particulier l’agrégation.

De nombreux facteurs biologiques et abiotiques contrôlent la décomposition des matières organiques. Un des facteurs modifié par le travail du sol est le "contact" entre les résidus végétaux et le sol. Le contact résidus-sol dépend des caractéristiques intrinsèques des résidus (quantité, morphologie, composition biochimique), des fragmentations consécutives aux opérations de récolte et de travail du sol, et enfin de la localisation initiale des résidus. Plus le contact est intime, plus la décomposition est rapide, probablement en raison d’une colonisation par les décomposeurs qui serait facilitée et d’une humidité souvent plus favorable (travaux de Recous, Chenu et collaborateurs). L’autre facteur important est la disponibilité en azote, élément indispensable à la croissance des micro-organismes décomposeurs. Dans le cas de résidus contenant peu d’azote (ex. les pailles de céréales), l’essentiel des besoins en azote est couvert par l’azote minéral du sol fourni par la couche dans laquelle les résidus sont incorporés. Un contact limité résultant d’une localisation en surface ou d’une distribution hétérogène conduit généralement à un ralentissement de la décomposition dû à une limitation de la disponibilité de l’azote des micro-organismes. Ces facteurs (contact, disponibilité en azote) dépendent des caractéristiques initiales des résidus : les résidus riches en azote ou facilement fermentescibles sont beaucoup moins dépendants de la qualité du contact avec la matrice du sol et de la disponibilité en azote. Le broyage modifie la taille des résidus, augmente leur surface de contact avec le sol, et améliore la distribution de ces résidus dans ou à la surface du sol. Il altère aussi l’intégrité des parois végétales, améliorant la dégradabilité des tissus végétaux par les organismes vivants.

Les essais portant sur la décomposition de pailles de blé laissées à la surface du sol jusqu’au labour au printemps ou incorporées dès la récolte montrent que les pailles non incorporées (soit en mulch à la surface, soit non déchaumées) sont très peu décomposées en période automnale pour les raisons évoquées ci-dessus. Seule la fraction soluble de leurs composés peut être lessivée par les pluies et entraînée dans le sol pour y être décomposée. Ceci n’est pas vrai pour des résidus très fermentescibles comme les feuilles sénescentes de colza par exemple qui subissent une décomposition intense malgré l’absence d’incorporation. Les effets de l’incorporation et la fragmentation liés au travail du sol ne peuvent donc être analysées indépendamment de la nature biochimique et physique des résidus végétaux.

Les stocks de matière organique des sols augmentent globalement en non-labour

Les essais menés sur le site de Boigneville par l’ITCF et l’INRA (cf. Travaux de Balesdent et collaborateurs) ont permis d’étudier comparativement les effets du passage d’un système de travail du sol (labour) à un système simplifié (travail superficiel ou semis direct) sur la répartition des matières organiques et leur évolution. Après 28 années d’expérimentation, un léger accroissement du stock de matière organique (+ 7%) comparé au stock initial dans le traitement avec labour et restitution des résidus de récolte est constaté. Le travail superficiel et le semis direct conduisent à une plus forte accumulation de matière organique dans le sol qu'avec le labour : elle est respectivement de +14% et +13% du stock initial. Le passage à des techniques simplifiées s’accompagne d’un changement radical du mode de restitutions des résidus, comme nous l’avons vu, ce qui modifie la dynamique d’évolution des matières organiques. Le rapport Carbone/Azote (C/N) de la couche de surface s’accroît en raison de l’augmentation de matière organique particulaire. L’utilisation du traçage isotopique montre que ce changement de rapport C/N résulte de l’accumulation accrue de carbone récent en non-travail du sol . Des synthèses d’essais comparant les stocks de matière organique sous différents régimes de travail du sol, principalement aux Etats-Unis, montrent également que les stocks de matière organique sont en moyenne plus élevés sans travail du sol mais cette augmentation est relativement limitée.

La localisation de la matière organique est très modifiée par les techniques de travail du sol

L’effet majeur du changement de pratiques de travail du sol est principalement une modification dans la localisation du carbone organique, avec un gradient très prononcé dans les situations sans travail du sol. Sur l’étude de Boigneville (travaux de Balesdent et collaborateurs) ce gradient très fort est observée dans les 8 premiers centimètres, alors qu’il n’y a pas de différences observées en dessous de 15 cm. En effet, dans le traitement "semis direct", plus de 50% du carbone récent se trouve dans les 4 premiers centimètres et seulement 20% se trouvent en dessous de 25 cm, alors que le carbone est réparti de manière homogène dans la couche travaillée pour le traitement "labour". En raison des fortes différences constatées dans la localisation du carbone récemment incorporé, on peut attendre de profondes différences dans la distribution des activités biologiques, la dynamique de biodégradation des matières organiques fraîches, la respiration du sol, l’immobilisation d’azote (cf. synthèse de R. Chaussod, ce document). En semis direct, les propriétés physiques du sol sont en surface localement plus affectées par la dégradation des matières organiques qui sont concentrées. Pour les situations sans labour, les biotransformations des matières organiques localisées dans les tous premiers centimètres du sol, sont donc davantage sous la dépendance des fluctuations des facteurs climatiques (teneur en eau et température des couches de surface). La matière organique étant localisée en surface, le risque de perte de matière organique du sol en cas d’érosion est accru.

Les modalités de travail du sol affectent la minéralisation des matières organiques

Le travail du sol influence aussi la dynamique des matières organiques du sol à travers les modifications des conditions climatiques (température, teneur en eau, etc.) et l’action mécanique régulière exercée sur la structure du sol. Le travail du sol "casse" la structure du sol et expose ainsi la matière organique, auparavant protégée, à la minéralisation. La plupart des études portant sur la mise en culture d’écosystèmes naturels (forêts, prairies naturelles) ont montré une décroissance très rapide de la teneur en carbone organique des sols dans les premières années consécutives à la déforestation ou à la mise en culture de prairies. Les études cinétiques basées sur l’utilisation de l’abondance naturelle de carbone 13 ont conduit à définir des compartiments de matière organique qui sont "déprotégés" par le travail du sol (travaux de Balesdent et collaborateurs). Ceci repose sur le concept de "protection physique" de la matière organique par la matrice minérale du sol. Différentes études ont permis de montrer que certaines fractions de matière organique (fraction particulaire notamment) étaient plus sensibles aux pratiques culturales de travail du sol que le carbone ou l’azote total du sol.

Une augmentation de la vitesse de décomposition de la matière organique par le travail du sol a été en effet constatée : à l’aide du traçage C13, sur l’essai de Boigneville, on a montré que la vitesse de décomposition de la matière organique native du sol calculée sur 17 ans était deux fois plus rapide en présence de travail du sol comparé au semis direct. En appliquant un modèle de simulation des stocks de carbone aux données observées sur l’essai de Boigneville, il a été possible de conclure que la vitesse de minéralisation de la matière organique du sol varie selon les traitements et est plus importante dans le cas du labour (travaux de Wylleman et collaborateurs). Cela confirme que le passage aux techniques simplifiées de travail du sol s’accompagne d’une diminution de la vitesse de minéralisation. Le taux d’humification varie également : il semble plus faible dans le traitement "semis direct" que dans les autres traitements. L’absence de travail du sol se traduirait donc par une forte diminution du coefficient d’humification. L’humification des résidus laissés en surface pourrait être différente de celle des résidus enfouis parce que la concentration en azote minéral au voisinage des résidus est plus faible dans le traitement "semis direct" ou parce que la dégradation par les champignons serait favorisée.

Sylvie Recous (INRA Laon)
François Laurent (ITCF Boigneville)

Pour en savoir plus :

  • Balesdent J. (1997) Un point sur les matières organiques des sols. Numéro spécial "Le sol, un patrimoine à préserver". Chambres d'Agriculture, supplément au n° 856, juin 1997, 17-22
  • Laurent F., Eschenbremnner G. (1995) Dynamique de l’azote : L’effet des résidus de culture et du travail du sol. Perspectives agricoles, numéro spécial "Azote et Interculture" 206, 20-29.
  • Recous S., Darwis D., Robin D., Machet J.M. (1993) Décomposition des résidus de récolte. Interactions avec la dynamique de l’azote. in "Matières organiques et agricultures" Decroux J. et Ignazi J.C. éditeurs, COMIFER-GEMAS, 3-15.
  • Wylleman R., Mary B., Machet J.M., Guerif J. (1999) Caractérisation et modélisation de l’évolution des stocks de matière organique des sols de grande culture en Picardie. Rapport d’étude, Union Régionale des experts agricoles, fonciers et immobiliers de la France et de la Chambre régionale d’agriculture de Picardie, INRA Laon-Péronne, 99 pages + annexes

 


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