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Devenir du carbone et de l'azote dans le système sol-plante-atmosphère

Bénédicte Autret a soutenu sa thèse le 10 novembre 2017 à AgroParisTech Paris en anglais sur la quantification et modélisation du devenir du carbone et de l'azote de systèmes de culture alternatifs en situation expérimentale de longue durée.

. © Inra, Autret
Mis à jour le 12/12/2017
Publié le 11/12/2017

L'activité agricole peut entraîner un déséquilibre des cycles du carbone (C) et de l'azote (N) dans les écosystèmes terrestres naturels et entrainer une diminution des stocks de C et N dans le sol, une augmentation de la lixiviation du nitrate et des pertes d'azote par voie gazeuse. Pour réduire ces impacts environnementaux, la mise en place de systèmes agricoles innovants et durables est
encouragée, tels que les systèmes à bas niveau intrants, l'agriculture de conservation ou l'agriculture biologique.

Les objectifs de cette thèse sont :

  • de quantifier l'impact à long terme des différents systèmes de culture sur le devenir du carbone et de l'azote dans le système sol-plante-atmosphère
  • de simuler la dynamique de ces éléments avec le modèle agro-environnemental STICS.

À cette fin, les scientifiques ont étudié trois essais de longue durée : l'essai de La Cage (France) établi en 1998, l'essai DOK (Suisse) débuté en 1978 et l'essai Foulum (Danemark) créé en 1998.
Alors que l'essai de La Cage a permis une quantification in situ du stockage du carbone et de l'azote organiques du sol, de la lixiviation de l'azote, des émissions d'oxyde nitreux (N2O) et de la balance de gaz à effet de serre pour des systèmes de culture alternatifs, les essais danois et suisses ont permis l'estimation in silico du devenir du C et N en agriculture biologique, après adaptation du modèle STICS pour simuler de nouvelles pratiques culturales.

Après 16 années d’expérimentation, une accumulation annuelle significative de SOC et de SON a été observée en agriculture et en agriculture biologique à La Cage, alors qu'aucun changement significatif n'a été observé dans les systèmes conventionnels et bas intrants. La minéralisation spécifique de SOC et SON des quatre systèmes, simulée sur AMG et mesurée lors d’incubation des sols pendant quatre mois, s’est montrée équivalente entre systèmes.

Le stockage de C et N observé dans les systèmes de conservation et biologiques s’explique principalement par l'augmentation des apports de matière organiques issus des résidus de cultures, plutôt que par l'effet du non-labour pratiqué en agriculture de conservation. De plus, le surplus azoté (différence entre apports et exportations d’azote) a été calculé pour chaque système de culture. Le devenir de l’excédent d’azote a été estimé entre stockage de N dans le sol, pertes gazeuses et lixiviation de l'azote. Les émissions cumulatives de N2O mesurées en continu pendant plus de trois ans sont fortement corrélées avec les pertes totales calculées de N par voix gazeuse (volatilisation et dénitrification), ces pertes étant les plus importantes dans le système de conservation.

Enfin, la réalisation d’un bilan complet des émissions de gaz à effet de serre a montré de fortes différences entre système et des phénomènes de compensation entre stockage et perte de C et N. Le modèle sol-culture STICS a ensuite été utilisé pour simuler le devenir de l’azote dans les essais DOK et Foulum. Après une adaptation du modèle pour simuler les systèmes en agriculture biologique, sa calibration et son évaluation ont été réalisées. Le modèle a permis de simuler de façon satisfaisante les rendements, l'absorption de N, le surplus de N et l’évolution des stocks de SON dans les systèmes conventionnels et biologiques.

Les simulations suggèrent que le devenir de l’azote dans ces systèmes peut être contrasté en fonction de la fertilisation et de la gestion des cultures et que les pertes d'azote ne sont pas systématiquement réduites en agriculture biologique par rapport au conventionnel. Cette thèse remet en question les appréciations simplistes qui associent systématiquement systèmes de culture alternatifs et diminution des impacts environnementaux liés aux cycles de C et N.

En savoir plus

Télécharger la thèse de Bénédicte Autret (en anglais, 212 pages) :

préparée à l’Institut des sciences et industries du vivant et de l’environnement (AgroParisTech)

En image

. © Inra, Autret
© Inra, Autret