Gestion intégrée de la fertilité du sol : optimisation du système de fertilisation

Présentation succincte du parcours scientifique

Mes activités scientifiques étaient et sont axées sur la science du sol et plus particulièrement sur la gestion de leur fertilité, c’est-à-dire de leur capacité à supporter durablement une production végétale, dans un contexte de sécurité alimentaire des populations. J’ai commencé à étudier cette discipline, lors de mon stage au sein du Programme Engrais Malgache en 1994 pour mon mémoire de fin d’études à l’Université d’Etat Agraire de l’Ukraine sur le thème de « Fertilisation du riz à Madagascar » pour l’obtention de diplôme de Master of Sciences in Agriculture et d’Ingénieur agronome spécialité Agrochimie et Pédologie en 1995. En 2002, j’ai continué à approfondir ce sujet quand le gouvernement de la Fédération de la Russie m’a offert une bourse de doctorat pour poursuivre mes études au Timiryazev Russian State Agrarian University à Moscou au sein de la Faculté « Faculty of Soil Science, Agricultural Chemistry and Ecology ». Mes activités de recherche étaient codirigées par le Professeur Demin Vadim Alexandrovitch du Département « Agrochimie » et par le Professeur D.V. Patsuria du « Training-Research Center – V.I.Edelshtein Vegetable Station ». J’ai pu terminer et soutenir ma thèse de doctorat sur le thème de « l’Effet de la fertilisation minérale sur le rendement des hybrides F1 de choux blanc tardif et sur la production de semence des lignes parentales » en 2005 grâce aux appuis financiers et techniques de ces deux Institutions. Je suis recruté Maître de Conférences à l’Université d’Antananarivo depuis 2006 et affecté au Laboratoire des Radio-Isotopes dirigé alors par le Pr Adolphe Ratiarson. Mon travail au sein du LRI m’a permis de continuer mes recherches sur la fertilisation des sols cultivés et de tisser d’autres relations scientifiques qui m’ont données beaucoup d’opportunités sur ma thématique de recherche. Une collaboration étroite avec l’Institut de Recherche pour le Développement notamment avec Dominique Masse de l’UMR ECO&SOLS m’a permis d’évoluer sur les recherches concernant la valorisation agricole des déchets comme source de fertilisants et sur l’agriculture urbaine. Nous avons pu monter quelques projets de recherche d’envergure nationale et internationale. De 2007 à 2009 nous avons obtenu un financement Corus II 6049 sur le thème de « Valorisation agricole des déchets urbains ou industriels : impact sur la qualité des sols et amélioration des pratiques culturales de fertilisation organique» (Valagridus). Sur cette même thématique, l’équipe du LRI a été financés en 2008 par le MAEE français via le projet AIRES – SUD 7141 « Recherches méthodologiques sur la caractérisation des matières organiques du sol et des produits résiduaires organiques (PRO) et leurs implications dans les cycles de carbone (C), de l’azote (N) et du phosphore (P)». Ces projets nous ont permis de développer notre partenariat et de nous associer à plusieurs Centres de recherche et Universités. En 2009 nous avons acquis un financement du Programme Systerra de l’Agence Nationale de Recherche « Projet ANR-08-STRA-15-01 Isard (2009 – 2013)- Intensification écologique des systèmes de production agricoles par le recyclage des déchets » avec plusieurs Centres de recherche et Universités français et sénégalais. Les relations tissées avec ces projets m’ont permises de faire des séjours au LEMSAT Sénégal en 2008 sous la direction de Dr HDR Dominique Masse, à l’UMR ECO&SOLS à Montpellier en 2010, trois séjours financés par le projet SCAC à l’UR Recyclages et Risques du CIRAD de la Réunion avec le Dr HDR Jean Marie Paillat sur le thème de l’Impact environnemental des recyclages de déchets. J’ai collaboré étroitement aussi avec les projets financés par l’Agence Internationale de l’Energie Atomique, surtout avec les projets qui traitent la disponibilité des nutriments et la dynamique de matières organiques des sols. Cette collaboration m’a permise de faire un séjour scientifique à l’Unité de Recherche Géochimie des Sols et des Eaux de l’INRA à Aix en Provence en 2009 chez le Dr HDR Jérôme Balesdent. Entre temps, j’ai participé à d’autres projets de recherche et de développement financés par les bailleurs locaux comme le projet PARRUR (2013): Séquestration du Carbone et disponibilité des nutriments (phosphore et azote) des sols des différents agroécosystèmes dans le cadre de la REDD+ Madagascar financé par le FSP, le projet AULNA : Agriculture Urbaine Low space No space à Antananarivo (2013 à ce jour) financé par l’Institut de Métier de la Ville, la commune urbaine d’Antananarivo et la Région Ile de France.

Synthèse des travaux de recherche

Optimisation de la fertilisation minérale dans une exploitation 

L’objectif de cette étude était d’optimiser l’utilisation des intrants en tenant compte les caractéristiques agrochimiques des sols et les besoins de la plante. Pendant cette première phase, nous avons travaillé sur les doses des engrais minéraux à apporter pour une meilleure production avec un taux maximum de rentabilité de l’investissement apporté. L’utilisation des engrais minéraux joue un rôle important dans la stratégie de lutte contre la dégradation des sols, et pour la restauration de la fertilité des sols et une meilleure gestion des ressources du sol indispensables à un développement agricole et économique durable (Henao et Baanante, 1999 ; Drechsel et al. 2001).

Le déclin de la fertilité des sols est l’une des principales causes de la chute des rendements des cultures en Afrique Sub-saharienne (Youl et al., 201l). Cette baisse de fertilité est attribuée aux contraintes climatiques et anthropiques qui se traduisent par la dégradation des sols dans un contexte de pression démographique accrue. Selon le Centre international pour la fertilité des sols et le développement agricole (IFDC), l’Afrique perd chaque année 8 millions de tonnes métriques d’éléments nutritifs du sol et plus de 95 millions d’hectares de terre ont été dégradés au point de réduire de manière significative la productivité (Henao et Baanante, 2006). D’après les estimations, au moins 85 % des pays africains souffrent d’un prélèvement des nutriments de plus de 30 kg par hectare et par an et 40 % des pays subissent des pertes de plus de 60 kg de nutriments par hectare et par an (Banque mondiale, 2006 ; Henao et Baanante, 2006). Une utilisation des doses optimales des engrais pour chaque type de culture et pour chaque type de sol en tenant compte des besoins de la plante est la base de la fertilisation intégrée. Pendant l’ère soviétique les exploitations agricoles russes recevaient de fortes subventions en engrais minéraux.  Les parcelles cultivées des stations agricoles étaient fertilisées selon le plan de fertilisation conçu par l’état pour pouvoir produire au maximum. Après l’effondrement de ce système, la politique agricole de chaque nouvel Etat souverain a dû s’adapter à chaque situation. La situation économique des nouveaux pays après la chute de l’URSS ne permettait plus de poursuivre la politique de plan de fertilisation et l’envolée des prix des matières fertilisantes a poussé les centre de recherche a appliqué un nouvel approche de fertilisation. Les analyses des sols effectuées dans les stations agricoles en Russie ont montré que les sols de ces stations étaient presque sur fertilisés, la teneur en phosphore était devenue très élevée, d’où la nécessité de l’optimisation de la fertilisation. Les réformes dans le secteur agricole en Russie étaient en germe depuis de longues années, bien avant la fin de l’Union soviétique. La politique de soutien à la croissance de la production dans les kolkhozes et sovkhozes, qui fournissaient alors les trois-quarts du produit agricole, avait mobilisé à la fin de la période soviétique des moyens financiers considérables (Néfédova et Eckert, 2003)  .

Cadre méthodologique

Nos études ont été menées dans la station de recherche « Training-Research Center– V.I.Edelshtein Vegetable Station » de l’Université Agraire d’Etat de la Russie (Russian State Agrarian University – Moscow Agricultural Academy named after K.A. Timiryazev) de 2003 à 2005. L’objectif de nos expérimentations était d’évaluer et d’étudier les doses rationnelles des engrais minéraux à appliquer sur les plantations des choux blancs tardifs (Brassica oleracea var. capitata f. alba) dans les conditions de la « Zone des Terres non-Noires de la Russie ». Nos objectifs spécifiques étaient de :
– définir l’effet de la fertilisation minérale sur le rendement ;
– étudier la qualité de la production selon la dose de fertilisation ;
– définir la dynamique d’utilisation des nutriments par le choux ;
– définir les exportations des nutriments par le choux ;
– définir les coefficients d’utilisation des nutriments issus de la matière fertilisante ;
– définir l’effet de la fertilisation sur la conservation des productions pendant l’hiver ;
– définir l’effet de la dose croissante de fertilisation sur le rendement, les masses, la qualité des lignes parentales et la production de semence
– définir l’efficacité économique de ce système de fertilisation.

L’objet de nos études était les hybrides F1 produits par la station : Kolobok, Monarx, Valentine et Bi192xXt51pm comparé avec un hybride hollandais Amtrak. Ainsi que les lignes parentales Bi192 et Xt51pm Les caractéristiques agrochimiques des sols dans la station (tableau 1) montrent que les sols sont très riches en matière organique, cette situation est due aux déversements des substrats utilisés dans les serres voisins après leur fin de vie. La teneur en humus des sols a été déterminée par la méthode de Turin (Oxydation de l’humus par une solution de bichromate de potassium dans un milieu acide suivie de titration par le sel de Mohr de l’excès de bichromate. La quantité de l’humus est proportionnelle à la quantité de bichromate consommé par l’oxydation), l’azote facilement hydrolysable par la méthode de Turin et Kononovaia (extraction des azotes de formes minéraux et hydrolysables par un acide sulfurique de 0,25 mol.l-1 ), le phosphore et le potassium assimilable par la méthode de Kirsanov (extraction par une solution de 0,2M d’acide chloridrique et le pH avec un pH mètre (Yagodin et al, 1987). La teneur en azote de la plante a été déterminée par la méthode de micro Kjéldal, le phosphore par la méthode de Truog (minéralisation de la plante par une solution de l’acide sulfurique concentré avec du sélénium comme catalyseur suivi d’une complexation du phosphore par une solution de molybdate d’ammonium et lecture de coloration par un spectromètre), le potassium avec un photomètre à flamme, la vitamine C par la méthode de Mourri (réduction de l’indicateur coloré dichlorphénolindophénol par la vitamine C, la quantité de vitamine C est proportionnelle à la quantité de dichlorphénolindophénol décoloré), le sucre par la méthode au cyanide et le nitrate dans la feuille avec un nitratomètre MIKON – 100 (Yagodin et al , 1987). Pendant la phase de végétation, l’évolution de la surface des feuilles des plantes ont été évaluée avec la formule de Konyaev (1970). La dynamique des prélèvements des nutriments par les plantes a été calculée pendant la saison culturale. L’expérimentation a été réalisée avec cinq niveaux de fertilisation (tableau 2), trois répétitions en 2003 et quatre répétitions en 2004. La surface expérimentale était de 588 m2 en 2003 avec des blocs de 39,2 m2 et de 980 m2 en 2004 avec des blocs de 49m2 . Cinq hybrides de choux blanc ont été mis dans chaque bloc expérimental avec une densité de 15 à 20 plantes pour une micro parcelle de 5.6 m2 en 2003 et de 7 m2 en 2004 (70x50cm). Les doses des engrais minéraux appliquées étaient calculées par la méthode de balance élémentaire selon la formule 1. Le besoin en apport de nutriments est défini en tenant compte de la planification des rendements et de l’exportation des nutriments par la production. Sachant que pour la formation de son rendement les plantes vont utiliser les réserves des nutriments disponibles dans la solution des sols et des engrais.

Table des matières

1. Introduction
1.1. Présentation succincte du parcours scientifique
1.2. Cadre général de recherche
2. Synthèse des travaux de recherche
2.1. Optimisation de la fertilisation minérale dans une exploitation
2.1.1. Cadre méthodologique
2.2. Les principaux résultats obtenus
2.2.1. Rendement
2.2.2. Effet de la fertilisation sur les qualités de rendement des choux blancs
2.2.3. Dynamique d’accumulation des nutriments dans les plantes
2.2.4. Exportation et balance des nutriments
2.2.5. Coefficients d’utilisation des nutriments
2.3. Fertilisation organique et valorisation agricole des produits résiduaires organiques
2.3.1. Caractérisation des Produits Résiduaires Organiques PRO à Madagascar
2.3.2. Effet de la fertilisation organique sur la qualité des sols et la productivité
2.3.2.1. Apports organiques dans un sol ferrallitique : effet de la qualité et des quantités apportées
2.3.2.2. Effet des produits résiduaires organiques sur la propriété du sol
2.3.2.3. Effet sur le rendement en grain de maïs
2.4. Sources des fertilisants organiques
2.4.1. Valorisation agricole des produits résiduaires organiques : cas de compostage des déchets urbains de la décharge municipale de Mahajanga
2.4.2. Caractérisation et Compostage des déchets Municipaux solides de Mahajanga (Madagascar)
2.4.3. Etude de l’efficacité du compost des déchets solides urbains par rapport aux fumures traditionnelles
2.5. Co-compostage de boues de laiterie et de fumier de bovins
2.5.1. Suivi in situ
2.5.2. Résultats et discussion
2.6. Impact environnemental de la valorisation des PRO
2.6.1. Réduction des émissions de GES pendant le compostage
2.6.2. Dispositif expérimental de mesure des émissions gazeuses
2.6.3. Effets du tassement et de l’humectation sur les émissions de GES et d’ammoniac
3. Perspectives (projet de recherche)
3.1. Impact du changement climatique sur les flux des nutriments dans les sols
3.1.1. Cycle des matières organiques des sols sous l’influence de changement climatique
3.2. Flux de nutriments à différentes échelles spatiales : du système sol plante, à l’exploitation agricole et du territoire
3.2.1. Caractérisation des flux des MO d’un territoire
Références citées

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