GESTION DES APPORTS ORGANIQUES EN SYSTEMES DE CULTURE MARAICHERS SOUS ABRI
BRESSOUD F, PARES L
INRA-SAD
Unité expérimentale du Mas Blanc
66200 Alénya

Résumé 
Afin d’améliorer les pratiques de fertilisation en maraîchage biologique, la minéralisation de 2 types de composts est évaluée par différentes méthodes sur plusieurs cultures salade-tomate successives. Les premiers résultats montrent une contribution de ces composts à l’alimentation de la culture estivale, sans incidence sur les rendements récoltés.	
Mots-clefs :

amendement organique, minéralisation, maraîchage sous abri, laitue, tomate	

Des méthodes à confirmer pour une problématique renouvelée

En maraîchage sous abri,  les systèmes de culture combinant salades d’hiver et culture de tomate l’été sont fréquents. Or leur gestion pose problème aux producteurs biologiques, qui doivent essayer de combiner au mieux leurs apports organiques pour obtenir des minéralisations adaptées à ces successions de culture très courte et très sensible à l’azote et de culture longue exigeant une alimentation soutenue et régulière. On constate fréquemment des excès d’azote sur salade, avec risques de lixiviation et de dépassement de la norme en nitrates des légumes-feuilles, et carence azotée en fin de culture sur tomate. Peu de références sont mobilisables dans les conditions de forte dégradation des matières organiques en serre (conditions chaudes et humides, travail du sol très agressif).
Par ailleurs, ce système de production repose sur des apports conséquents et variés de composts organiques, notamment en cas de reconversion de sols. En effet, les systèmes maraîchers sont réputés agressifs vis à vis des états physiques du sol (récolte en conditions humides, nombreux passages d’engins…) et la matière organique du sol est de ce fait considéré comme un facteur de sécurité du système et de protection de la fertilité physique. Ces apports ne sont pas pris en compte dans la gestion de la fertilisation, et leurs caractéristiques mal connues, d’autant plus que le recours à des gisements locaux mal identifiés se développe.
Parallèlement à cet intérêt croissant pour les apports organiques, de nouveaux outils d’analyse sont en émergence :  modèles de prévision, caractérisation des cinétiques de minéralisation et quantification de l’azote résiduel des produits commerciaux en voie d’inscription dans la norme AFNOR révisée.
Dans cette optique, il nous a paru intéressant d’étudier l’évolution à long terme d’apports répétés de compost de type variés et leurs incidences sur l’état physique du sol ainsi que leurs contributions à l’alimentation des cultures successives, et cela en combinant expérimentation et simulation avec les nouvelles méthodes afin de dégager des pistes de gestion des matières organiques.
A l’issu de 2 années d’étude, nous présentons les premiers résultats relatifs aux incidences des composts testés sur l’alimentation azotée du système de culture expérimenté, à savoir la succession des cultures suivantes :
-	Salade 1		du 25 janvier 01 au 26 mars 02
-	Tomate		du 16 avril 02 au 19 août 02
-	Salade 2		du 6 novembre 02 au 14 janvier 03
-	Salade 3		du 27 janvier 03 au 8 avril 03
-	Désinfection solaire	du 22 juin 03 au 17 septembre 03

1.	Pour appréhender les dynamiques de minéralisation.

Afin de rendre compte de dynamiques très différentes, 2 types de compost ont été choisis parmi les plus utilisés : un produit du commerce classique, à base de tourteaux végétaux (90%), fumier et chiquette de mouton  (VG) et un compost de déchet vert  urbain d’une plate-forme locale (DV).
Ces produits présentent des caractéristiques différentes, avec des C/N respectivement de 16.5 et 21.6, et l’analyse de leur composition biochimique permettant d’estimer des taux respectifs d’azote résiduel de 70% et 20%.
Ces produits seront testés chacun à leurs doses préconisées (soit 4 et 24 t/ha), plus pour le produit du commerce une dose plus importante (13 t/ha), calée sur approximativement la même quantité d’azote résiduel que le compost de déchets verts, afin de pouvoir mieux comparer leurs évolutions dans le sol.
Trois méthodes ont été comparées afin de décrire la minéralisation de ces produits après des épandages annuels.

1.1.	Résultats selon les différentes méthodes
1.1.1.	Bilans azotés à la parcelle
Sous une multichapelle  plastique de 450 m² en 1ère année de reconversion en agriculture biologique, les composts sont épandus tous les ans en fin d’automne (traitement DV24, VG4 et VG13). Un 4ème traitement sans épandage servira de témoin (T). A noter qu’en maraîchage, pour chaque culture,  l’incorporation de mottes de terreau représente un apport obligatoire de près de 1.5 T/ha, soit dans notre système 3 t/ha/an. Ce terreau présente un rapport C/N de 87.5.
Afin de permettre le démarrage correct des cultures sans estomper les incidences sur l’alimentation azotée, avant chaque culture on ajuste sur analyse le stock du sol par de la farine de plume à 50% des besoins estimés.
La caractérisation de l’abri par fractionnement granulométrique de sa matière organique montre un faible stock organique, plus proche des valeurs des sols tropicaux que des sols tempérés, principalement sous formes grossières peu évoluées que l’on attribue aux accumulations de terreaux, et très peu de formes stables. Ceci est caractéristique des sols maraîchers méditerranéens sous abri, de part le microclimat et la gestion du système de culture en agriculture conventionnelle.
En outre, les stocks d’azote initiaux sont assez élevés, avec des quantités qui deviennent négligeables au-delà de 70cm.
A des stades identifiés pour chaque culture, on prélève du sol sur 0-30 et 30-50 cm afin de doser l’humidité et les nitrates présents et on mesure l’azote prélevé par les plantes, avec 3 répétitions par traitements.
Le dispositif est choisi afin de minimiser les hétérogénéités liées à l’irrigation, très importante sous abri. Il ne permet pas de contrôler les hétérogénéités micro climatiques.
Le calcul du bilan hydrique permet de calculer les pertes en eau, et on estime ainsi les lixiviations de nitrates aux différentes profondeurs à partir des concentrations d’azote dans la solution du sol (méthode type « chasse d’eau »). Les autres termes du bilan étant mesurés ou négligés (dénitrification), on accède ainsi à la minéralisation au sein de chacune des répétitions.
On compare 2 calculs, sur l’horizon travaillé 0-30 cm ou se localisent 80 à 90% des racines des différentes cultures, et sur 0-50 cm.
Un premier résultat est la quasi-inexistence de lixiviation au-delà de 30 cm, et à fortiori au-delà de 50cm. Ceci confirme les constats fait sur d’autres expérimentations à Alénya, où les seules pertes mesurées se trouvaient très localisées à l’aplomb du système d’irrigation localisé de la tomate, ce dont le calcul des bilans, non spatialisé, ne peut rendre compte.
Par ailleurs, l’évolution des stocks sur 30-50 cm et l’ampleur excessive de la minéralisation calculée sur 0-30 cm seulement montre que l’horizon 30-50 cm contribue fortement à l’alimentation des cultures et doit donc être pris en compte, ce qui est rarement le cas en culture maraîchère.
Pour la tomate, les résultats du calcul de la minéralisation réalisée à partir du bilan sur 0-50 cm, présentés figure 1, laisse même présager d’une contribution d’horizons plus profonds du fait de valeurs qui paraissent encore assez élevées en fin de culture. Il est probable qu’avec l’absence des apports par ferti-irrigation qui caractérise le maraîchage biologique, les horizons profond sous jacents au goutte à goutte ne seront plus enrichis, et que cette contribution s’amenuisera lors des prochaines cultures. Enfin, on note une minéralisation importante l’automne qui suit, y compris entre 30 et 50 cm, qui correspond peut être au surcroît de décomposition du au système racinaire de la tomate.
Au total, on aurait selon les traitements une minéralisation comprise entre 180 et 320 kgNha-1an-1, avec pour les trois épandages de compost DV24, VG4 et VG13 des taux de minéralisation de l’azote du produit atteignant respectivement 4%, 15% et 40%. Ces valeurs sont entachées d ‘une erreur importante du fait des hétérogénéités parcellaires non maîtrisées. Le sol minéraliserait l’équivalent de 0.38 kgNha-1j-1.

1.1.2.	Transposition à la parcelle de cinétique de minéralisation en laboratoire
Parallèlement, on a mis en incubation des échantillons de sol  seul ou avec ajout de nos 2 composts, afin de suivre les dynamique de libération des nitrates et du carbone. Ces incubations ont été conduites dans une étuve à 30°C durant 6 mois. Le protocole était calé sur les préconisations de la commission AFNOR, à savoir des échantillons de 30g de sol sec ramené à 75% de la capacité au champ, avec ajout de 0.5g du produit organique finement broyé, ce qui équivaudrait à des épandages à la dose de 79 t/ha.
Les résultats montrent pour l’azote un comportement très différent des deux produits, avec au bout de 30 jours, minéralisation de 30% de l’azote contenu dans le compost VG et peu d’évolution ultérieure, tandis qu’on a pour le compost DV une immobilisation nette jusqu’au 60ème jour qui s’estompe progressivement jusqu’à la fin de l’incubation.
Le dégagement de CO2 montre une activité biologique importante pour les deux composts, supérieure à celle du sol nu, plus intense au départ pour le VG. Une 2ème incubation réalisée sur le compost DV avec une fertilisation importante du sol (correspondant à 1000kgNha-1) a montré une activité plus intense, ce qui accréditerait l’hypothèse que l’évolution du produit DV est bloquée dans ces incubations par manque d’azote. Or cette carence est induite par des apports quatre fois supérieurs à ceux réalisés à la parcelle, et ne rend donc pas compte de la réalité. Il est donc important d’adapter le protocole d’incubation en prévoyant des compléments azotés en cas de C/N élevé.
Dans le cas des grandes cultures, Mary et al. (1999) ont montré que les estimations obtenues au laboratoire sont compatibles avec celles mesurées sur le terrain dès lors que l’on prend en compte l’effet de la température et de l’humidité du sol sur la vitesse de minéralisation de l’azote selon la loi suivante :
    (n nombre de jours d’incubation)
 			avec	Vp = vitesse de minéralisation maximale
et			avec 	k = 0.115 °C-1 et Tref = 15 °C
	avec	c = taux de minéralisation au point de flétrissement = 0.2
PF = humidité au point de flétrissement,
CC = humidité à la capacité au champ.
Grâce aux mesures d’humidité et de températures du sol faites au champ et en étuve, on transpose après correction des doses les minéralisations obtenues  au laboratoire aux conditions des parcelles (figure 2).
Les six mois d’incubation correspondent aux deux années d’essai en conditions réelles.
Exprimée en jour normalisé (15°C, humidité proche de la CC), la minéralisation du sol est assez faible (0.14 kgNha-1j-1), inférieure aux références connues en grandes cultures (0.4 à 0.8 kgNha-1j-1)
On remarque une dynamique assez peu tributaire des saisons, le système de culture avec irrigation et effet de serre, renforcé par l’utilisation de paillage au sol, régularisant les conditions hydriques et thermiques. En revanche, on constate une forte augmentation lors de la désinfection solaire, le procédé consistant à augmenter par paillage transparent la température du sol, qui atteint alors 40°C à 15 cm.
Grâce à la relative régularité des conditions liées au système de culture sous abri, il semble possible de proposer une correspondance simplifiée avec des incubations normalisées (à 15°C) au laboratoire :
-	1 jour de culture de salade correspond à 0.8 jours d’incubation
-	1 jour de culture de tomate correspond à 1.9 jours d’incubation
-	1 jour de désinfection solaire correspond à 8.4 jours d’incubation
L’intérêt de cette méthode est de pouvoir facilement simuler des combinaisons d’apports, ou de faire varier les conditions. Par exemple, en remplaçant les conditions du sol sous solarisation par celle correspondant à un sol laissé nu, on trouverait une minéralisation de la matière organique du sol inférieure de 60 kgNha-1.
Au total, on aurait selon les traitements une minéralisation comprise entre 100 et 180 kgNha-1an-1, avec pour les composts DV et VG des taux de minéralisation de l’azote du produit atteignant respectivement –4% et 51%. Le sol minéraliserait l’équivalent de 0.29 kgNha-1j-1.

1.1.3.	Simulation sur modèle de culture (STICS)
Le modèle STICS développé par l’INRA est un modèle de fonctionnement des cultures, avec des variables d’entrée relatives au climat du sol et au système de culture d’accès facile, qui expliquent son succès auprès de partenaires professionnels. Ses variables de sorties sont relatives à la production (quantité et qualité), à l’environnement et à l’évolution des caractéristiques de sol sous l’effet de la culture. Depuis 2001, l’introduction de deux modules permettant de simuler le développement de cultures de salade et tomate ont permis son utilisation comme outil de diagnostic en maraîchage conventionnel. La question se pose de sa capacité pour simuler les minéralisations dans le contexte très particulier de l’abri, et particulièrement en cas d’apport organique comme dans le cas de l’agriculture biologique.
STICS simule indépendamment, en tenant compte des conditions de sol (température et humidité)
-	la minéralisation de la matière organique humifiée du sol, en fonction d’un potentiel lié aux taux de matière organique, de calcaire et d’argile
-	la minéralisation des résidus de culture, en leur attribuant par type une cinétique de minéralisation fonction de leur C/N. Cette relation avec le C/N a été établie à partir de résultats expérimentaux sur des résidus de culture.
Il existe dans le logiciel un type « compost », à partir d’une base de donnée encore très peu étoffée.
Dans le cas de nos composts, il est rapidement apparu que les cinétiques déduites des C/N ne rendaient pas bien compte de l’évolution réelle des produits. Ceci est probablement du au fait que ce sont des mélanges complexes, difficilement comparables avec des résidus de culture aux compositions très spécifiques.
Grâce à la collaboration de l’équipe de Reims à l’origine de cette modélisation, qui a forcé le modèle avec les données des incubations réalisées sur nos composts, nous avons pu réaliser une 2ème série de simulations. Il semblerait que dans le cas de composts comprenant des produits d’origine animale (ici le compost VG), le formalisme actuel ne soit pas adapté.
La constitution de bases de données par type de produit pourrait permettre à terme d’améliorer cette modélisation.
En revanche, la minéralisation de la matière organique endogène du sol semble cohérente avec les résultats expérimentaux et d’incubation.
Par ailleurs, la simulation des cultures a conduit à des résultats très différents de la réalité, particulièrement sur la tomate. Il semble nécessaire d’améliorer le paramétrage de ces cultures, d’autant plus qu’elles génèrent dans les simulations les états du sol qui influent sur l’ensemble des phénomènes décrits.

1.1.4.	Comparaison des résultats selon les méthodes et les traitements
La comparaison des résultats du suivi parcellaire et de la transposition des incubations montrent des écarts importants en quantité de nitrates libérés, au profit de la 1ère méthode, bien que le recours au broyage très fin pour les incubations laisserait présager le contraire. Il faudrait considérer que la minéralisation a été surestimée de 150 kgNha-1 durant la culture de la tomate et l’automne suivant pour trouver une assez bonne coïncidence des courbes, sauf pour DV ou les valeurs ne peuvent correspondre vu les problèmes rencontrés à l’incubation.
Cette valeur paraît assez importante, mais n’est pas à exclure. Elle comprendrait les restitutions de la culture de tomate, qui ne sont pas prises en compte dans les incubations et peuvent être estimées à 20-30 kgNha-1an-1, ainsi qu’une contribution des horizons profonds, où les racines de tomate sont effectivement présentes.
Sauf pour l’incubation de DV, les deux méthodes s’accordent pour montrer sur toute la durée de l’essai une minéralisation supérieure à celle du sol en cas d’apport de compost, avec des gains de l’ordre d’une trentaine d’unité sur les périodes de culture, et atteignant même la centaine pour le traitement à très fort apport de VG.

2.	Contribution à l’alimentation des cultures
2.1.	Rendement et qualité
La figure 3 présente les rendements commercialisables  des cultures successives.
Du fait de la variabilité au sein des répétitions, on ne dégage pas de différences significatives entre traitements, bien qu’il semble que des tendances commencent à se dessiner qui pourraient peut être s’affirmer à l’avenir.
Ces rendements sont la combinaison d’un poids moyen récolté et du taux de déchet sur ces récoltes (individus avec défauts ou hors calibre commercial, plus parage des feuilles atteintes de maladies sur salades). Sur chacun de ces deux critères de jugement, on n’a pas là encore de différences significatives, mais des pistes qui seront à confirmer.
Globalement, on note des rendements très corrects sur la tomate, et qui semblent décroître sur la salade.
Afin d’analyser cela en tenant compte des conditions climatiques différentes pour les 3 cultures de laitue, nous avons recherché la meilleure relation entre un poids moyen optimal et les conditions qui influent sur la croissance, à savoir une somme de degré-jour (température moyenne de l’abri moins température de base de la salade (3.5°C)) sous conditions de rayonnement.
On trouve la relation suivante :	
Pmopt = 1.05 x DjRg + 156		avec 	DjRg=(Ti-3.5) si Rgi> 10MJ/m²/j								R²=0.90
La comparaison entre ces valeurs optimales calculées et les valeurs mesurées montrerait effectivement une perte de croissance de la culture de salade au fil du temps.
De plus, le taux de déchet augmente également en 3ème laitue, sans différence suffisamment significative entre les traitements.

2.1.1.	Nutrition azotée
La mesure de l’azote exporté dans les parties aériennes des cultures est présenté figure 4.
A partir de ces mesures et de celles relatives à la matière sèche produite, nous avons calculé l’indice de nutrition azotée (INN)  selon les formules :
QNc = 4.53 x MS-0.327 x10xMS	
avec 	QNc = quantité critique d’azote contenue dans les organes aériens
MS = matière sèche des organes aériens de la culture (en tha-1)
INN = QN/QNc	
avec QN = quantité d’azote exporté par les organes aériens de la culture(enkgNha-1)
Cet indice est utile pour juger du niveau de nutrition azotée d’une culture. On peut considérer qu’il y a carence azotée lorsqu’il est inférieur à 0.9, et excès lorsqu’il dépasse 1.1.
Pour la culture de tomate, on a des différences d’exportation hautement significatives entre les traitements, avec 3 groupes : T, DV24 et VG4, et VG13. Les valeurs de l’INN sont de 1.1 pour le témoin et de 1.3 pour les 3 traitements avec compost.
Sur cette culture longue, il semble y avoir un effet des apports de composts de l’automne précédent, qui favorisent une meilleure alimentation azotée de la culture. Dans le cas de DV, cette contribution a été plus tardive, avec une vigueur un peu faible au départ et en revanche une relance de la charge en fruit en fin de culture.
Sur les cultures de salade, on retrouve pour les exportations d’azote une baisse au cours du temps relative à la perte de rendement, mais pas de différences significatives entre traitements. Les indices INN suivent la même décroissance.
La figure 5 illustre la relation existante entre la nutrition azotée et la perte de croissance calculée selon le modèle précédent. Il semble bien que  la raréfaction de l’azote disponible dans le sol avec cet enchaînement de cultures entraîne une moindre croissance de la 3ème salade, sans  incidence des amendements organiques aux doses habituellement  préconisées.

Conclusion  :
A l’issu de ces deux premières années, il n’est pas possible de conclure sur l’adéquation des nouvelles méthodes de simulation des minéralisations aux conditions de l’abri, même si la technique des incubations semble prometteuse en adaptant les protocoles.
Le suivi des cultures laisse présager d’un intérêt des apports de compost sur l’alimentation azotée de la culture de tomate, qui devra être confirmé. En revanche, on ne distingue pas pour le moment d’incidences significatives sur les cultures de salade.
La répétition de ce système de culture devrait permettre de revoir ces résultats dans un contexte différent, avec l’épuration des stocks d’azote en profondeur issus des gestions précédentes. Par ailleurs, il sera intéressant alors de coupler ceci avec les premiers résultats sur l’évolution à moyen terme de ces amendements et les autres incidences étudiées, notamment concernant la structure du sol.

Bibliographie  :
Rapports :
BEAUMONT.L. (2002). Gestion des apports organiques en maraîchage sous abri. Rapport de DAA. INRA-SAD Alénya, 60 p.

Figure 1 : Minéralisation déduite des suivis parcellaires par la méthode des bilans

Figure 2 : Minéralisation déduite des incubations en laboratoire

Figure 3 : Rendements commercialisables des cultures selon les traitements

Figure 4 : Exportation d’azote des cultures (organes aériens) selon les traitements

Figure 5 : Relation entre croissance des salades et indice de nutrition azoté (INN)