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_= - =Station fédérale de recherches en production végétale
—= - ~- de Changins
Directeur: André Stâubli
Legumineuses dans la rotation
R. CHARLES, StCltiOji fédérale de recherches en production 1'é~gétale de Chari~gins, CH-1260 Nyon
~ E-mail: raphael.charles@rac.admin.ch Tel. (+41) 22 36 34 444.
Résumé
Les résultats d'une expérimentation sur la valeur fer- tilisante du pois dans la rotation servent de base à une discussion sur la place des légumineuses dans la rotation des grandes cultures. L'utilisation de pro- téines végétales pourrait désormais progresser dans l'alimentation animale et humaine également. Plu- sieurs espèces peuvent être cultivées dans les con- ditions pedo-climatiques de la Suisse. Leur faculté de fixer naturellement l'azote de l'air contribue à di- minuer de façon substantielle l'utilisation d'engrais azotés et d'énergies non renouvelables. Toutefois, afin de bénéficier de ces avantages, il s'agit de favo- riser l'activité symbiotique des légumineuses et de permettre à la culture suivante d'utiliser au mieux l'azote résiduel contenu dans le sol et dans les pailles.
Une gestion attentive de cette forme naturelle de fertilisation azotée doit également contribuer à limiter les pertes de nitrates.
Fig. 1. Culture de pois proteagineux à maturité. D
Introduction
De récents résultats d'expérimentation ont permis de mettre en évidence la va- leur fertilisante du pois proteagineux (fig. 1) dans la rotation (CHARLES et
VULLIOUD, 2001). En effet, la culture du pois, comparée â celle de l'orge, permet de réduire la fumure de la cul- ture suivante. Cette expérimentation a montré que cette valeur fertilisante équivaut a 0 a 20 kg N/ha pour un maïs précédé d'un engrais vert, a 30 à 40 kg N/ha pour un seigle d'automne et à 40 à 60 kg N/ha pouf- un colza d'automne.
Un effet fertilisant résiduel peut encore être observé sur une culture de blé deux ans après le pois. Pour les trois
ans de rotation observés, cette réduc- tion moyenne de l'utilisation d'engrais correspond à 140 kg N/ha et à une aug- mentation de 80 kg N/ha exportés dans le grain. L'absence d'engrais azoté ré- duit de 300 les besoins en énergie non renouvelable pour la conduite de la cul- ture du pois par rapport a celle de l'orge. L'économie d'engrais pour la culture succédant au pois diminue les besoins énergétiques de 10 à 15% pour le colza et de 1O% pour le seigle.
Ces résultats nous conduisent a déve- lopper dans cet article la thématique de la présence des légumineuses dans la rotation des grandes cultures. Les points suivants sont discutés sur la base des résultats de notre propre expérimenta-
tion et à l'aide de données de la littéra- ture: les espèces de légumineuses culti- vées dans nos conditions, l'importance de l'azote en grandes cultures, la fixa- tion de l'azote par les légumineuses et sa valeur fertilisante, l'équilibre de la rotation, ainsi que les enjeux environ- nementaux.
Espèces de légumineuses
Dans nos conditions, le pois protéagi- neux est actuellement la légumineuse de grande culture la plus accessible aussi bien sur le plan de la production que de la mise en valeur de la récolte.
Sa fréquence de retour dans la rotation
Revue suisse Agric. 34 (3): 107-110, 2002 107
Fig. 2. Gousses de soja à maturité.
Fig..3. Gousses de lupin à maturité.
est toutefois restreinte pour des raisons phytosanitaires. Le soja (fig. 2) est uti- lisé non seulement en production ani- male, mais également pour la nutrition humaine. Cette espèce possède égale- ment un potentiel agronomique intéres- sant pour les conditions culturales de la Suisse. Pourtant, les surfaces de culture ont récemment diminué. Les autres lé- gumineuses qu'il est possible de culti- ver en rotation sont le lupin (fig. 3) et la féverole, deux espèces limitées tou- tefois par leur rendement instable à une utilisation plus restreinte. Occasionnel- lement, quelques autres espèces sont cultivées pour des débouchés en nutri- tion humaine, comme le pois potager, la lentille ou le haricot.
L'azote en grandes cultures
L'azote, en tant qu'élément fertilisant, est un des facteurs clés de la produc- tion en grandes cultures; il participe grandement à l'intensité des systèmes culturaux et à leur productivité. Toute- fois, cet agent de production nécessite l'utilisation de ressources fossiles pour sa fabrication et engendre des émissions
dommageables pour l'environnement.
Le recours aux énergies non renouvela- bles fait partie des préoccupations envi- ronnementales permanentes et une dimi- nution de leur emploi serait la bienvenue également dans l'agriculture. A cet égard, l'intégration de cultures fixatri- ces d'azote dans les systèmes de pro- duction agricole permet d'utiliser moins d'engrais minéraux. A l'instar des mé- langes de graminées et de légumineuses dans les herbages, l'insertion de légu- mineuses dans les rotations de grandes cultures permet de profiter de cette source d'azote renouvelable. L'essen- tiel de l'effet bénéfique provient de l'absence de fumure azotée sur ces cul- tures, grâce à la fixation de l'azote.
Ainsi, le fait de substituer une culture de pois à une céréale fourragère permet d'économiser plus de 100 kg N/ha d'en- grais minéral l'année de culture. Ce gain est complété par l'azote mis à la dis- position des cultures suivantes dans la rotation, soit quelque 20 à 60 kg N/ha.
Cet avantage devrait inciter d'une part à étendre l'utilisation de légumineuses comme produits agricoles et d'autre part à valoriser au mieux la présence de ces espèces dans la rotation des cultures.
Non seulement l'intégration de légumi- neuses dans les systèmes de production agricoles entraîne une économie signi- ficative d'engrais azoté, mais elle ap- porte aussi une plus grande diversité des cultures et, par là, améliore 1 équi- libre de la rotation. Ces notions font partie des éléments agronomiques es- sentiels dans les systèmes de production intégrée et biologique.
Fixation de l'azote
La fixation d'azote est variable selon les espèces de légumineuses et selon les conditions du milieu. Une vue d'en- semble des données de la littérature con- cernant la fixation de l'azote pour cha- que espèce est proposée par UNKOVICH et PAIE (2000). La culture peut assimi- ler jusqu'à 300 kg N/ha pour couvrir ses propres besoins. L'azote absorbé par la légumineuse provient pour une part du sol et pour l' autre part de l'acti- vité symbiotique de fixation. Plusieurs paramètres déterminent l'efficacité de la symbiose entre la plante et le rhizo- bium, conditionnant ainsi l' intensité de la fixation de l'azote: l'espèce cultivée, l'état de fertilité du sol, l'intensité de la fertilisation azotée dans le système de production, le type de travail du sol (van KESSEL et HARTLEY, 2000; JENSEN,
1996b; CORRE, 1997). Les différentes combinaisons de ces facteurs conduisent à une variation de la fixation d'azote
qu'il convient d'optimiser. La part issue de la fixation symbiotique de l'azote varie fortement, de 30 à 80% dans les conditions du Danemark (JENSEN, 1996a), voire de 5 à 95% à l échelle du globe (UNKOVICH et PATS, 2000).
L'azote résiduel des cultures précéden- tes freine généralement l'activité de fixation, de même que tout apport d'engrais azoté sur la culture. CARRACA
(1999) a montré que de 30 à plus de 100 kg N/ha de l'azote du pois provien- nent de la fixation symbiotique de l'azote en conditions hydriques normales; en revanche, cette quantité tombe au-des- sous de 40 kg N/ha en cas de sécheresse.
Valeur fertilisante
La valeur fertilisante des légumineuses pour la rotation mérite une attention particulière en raison de son importance potentielle, de la variabilité du phéno- mène et de la difficulté de sa maîtrise.
D'importantes variations de valeurs fer- tilisantes sont apparues dans le cadre de nos essais. Les sources de variation de la valeur fertilisante dépendent de quatre facteurs: la quantité d'azote lais- sée après la récolte de la légumineuse, la dynamique de mise à disposition de cet azote par le sol, la capacité des cultures de la rotation à en tirer profit et la façon d'apprécier cette valeur fertilisante. Il
Azote des pailles
La quantité d'azote laissé dans le sol (racines et enrichissement de la rhizo- sphère) par le pois correspond à envi- ron 50 kg N/ha, dont environ 30 kg proviennent de la fixation symbiotique
(JENSEN, 1996a). La quantité d'azote dans la paille s'est élevée à 40 kg N/ha dans le cadre de nos essais. Cette va- leur change toutefois selon les espèces cultivées. Une variation existe égale- ment entre les variétés de pois et les con- ditions de culture; elle peut atteindre jusqu'à 80 kg N/ha (JENSEN, 1996a).
La décomposition des pailles dépend de nombreux facteurs, notamment du rapport C:N dans les résidus, de la na- ture et de l'état du sol (température et humidité), qui déterminent sa capacité de minéralisation (CORRE, 1997). Nico-
LARDOT et al. (1996) ont montré que la minéralisation est relativement lente et que le devenir des résidus de pois dans le sol suit une évolution similaire à celui des pailles de céréales: une phase initiale d'immobilisation de l'azote du sol, suivie d'une phase de minéralisa- tion qui peut intervenir trop tard pour la culture qui pourrait en bénéficier.
Une minéralisation lente des résidus de 108
pois, deux ans après la récolte, a été démontrée avec du blé, mais une seule fois au cours de notre expérimentation.
Toutefois, cette quantité d'azote est difficilement prévisible et quantifiable;
elle demeure faible en regard des quan- tités de fertilisants entrant en jeu dans les rotations de grandes cultures.
Mise en valeur des résidus La mise en valeur de l'azote laissé par le pois varie selon les cultures qui sui- vent; il convient donc de les choisir au mieux. Les différences observées entre le colza, le seigle et le maïs indiquent que la préférence doit étre donnée aux cultures d'automne. Le colza apparaît comme l'espèce la plus apte à absorber l'azote laissé par le pois. Sa croissance automnale et son occupation précoce du sol permettent de valoriser le reliquat azoté du pois sous sa forme déjà miné- ralisée, de la même manière que le fe- rait un engrais vert. Les besoins totaux importants du colza assurent aussi une meilleure exploitation de l'azote issu de la minéralisation printanière des résidus de pois se trouvant dans le sol. Toutefois, le succès d'une culture de colza après du pois peut étre affecté par la scléroti- niose, une maladie commune à ces deux espèces. Dans le cadre de nos essais, aucun développement exceptionnel de cette maladie n'est apparu. La littéra- ture ne donne aucune indication sur le risque réel de sclerotiniose que com- porte cette succession de cultures.
Le blé succède traditionnellement au pois. Toutefois, son potentiel de valori- sation de l'azote de la légumineuse ap- paraît comme modeste, en assimilant son comportement à celui du seigle. Le semis relativement tardif de ces céréales et leurs faibles besoins d'azote avant l'hiver expliquent les différences avec le colza. L'orge semble étre la meilleure céréale à cultiver après du pois. CORRE et al. (1997) distinguent également le colza du blé au niveau de la capacité à valoriser les résidus du pois. Leurs tra- vaux permettent d'estimer que le colza est capable d'absorber j usqu à 10% de l'azote des résidus avant l'hiver, alors que le blé n'en absorbe que 1 à 2%.
Appréciation
de la valeur fertilisante
Une partie importante de la variation at- tribuable à la valeur fertilisante dépend de la méthode d'appréciation, c'est-à- dire de l'interprétation des résultats de l'expérimentation. Différentes métho- des ont été appliquées pour établir la valeur fertilisante du pois sur la base des résultats d'essais. Elles réunissent
les multiples façons d'attribuer une va- leur à l'azote comme facteur de pro- duction. Ces considérations reposent notamment sur le système de produc- tion adopté, sur les objectifs de rende- ment et sur la gestion des risques éco- nomiques et environnementaux.
Equilibre de la rotation
La présence de légumineuses dans la rotation des cultures contribue à assurer l'équilibre agronomique des systèmes de production en grandes cultures. En effet, une rotation saine sur le plan phytosanitaire repose en grande partie sur une succession d'espèces différentes sur le plan botanique. A cet égard, les légumineuses jouent un rôle important, notamment pour alléger les rotations céréalières et celles dominées par le maïs. Toutefois, la présence du pois lui-même est limitée sur le plan phyto- sanitaire par la nécessité de maintenir un large intervalle (six ans) avant le re- tour de la culture sur une même parcelle.
Le soja, la féverole et le lupin sont à cet égard moins contraignants.
Enjeux environnementaux
Nitrates
Sous l'aspect environnemental, la pré- sence de légumineuses dans la rotation présente deux aspects opposés: d'une part, une réduction de la quantité d'en- grais azotés et, d'autre part, un accrois- sement des pertes de nitrates.
Les légumineuses engendrent en effet un risque important de pertes de nitra- tes dans les conditions favorables à ce phénomène. Les bilans établis dans nos essais montrent que la gestion des cul- tures suivant une légumineuse est pri- mordiale pour limiter les pertes d'azote;
elle consiste à tirer parti d'une part de l'azote disponible rapidement et d'autre part de l'azote minéralisé ultérieure- ment. Comme les cultures qui succè- dent au pois valorisent différemment l'azote laissé par celui-ci, les risques de pertes de nitrates sont par conséquent aussi différents. Il s'agit d'assurer une importante immobilisation d'azote non seulement avant l'hiver, mais encore durant le printemps suivant. Parmi les espèces étudiées, seul le colza permet d'atteindre ce double objectif, une prai- rie temporaire pourrait remplir un rôle similaire. Une culture d'automne pré- coce permet de réduire partiellement les pertes de nitrates: entre un colza et
un blé, la différence peut atteindre 30 kg N/ha (CORRE et al., 1997).
Un engrais vert, comme la phacélie, montre un potentiel important d'immo- bilisation de l'azote avant l'hiver, mais il présente ultérieurement un risque de forte minéralisation avant l'implantation de la culture de printemps. Lors de nos essais, aucune valorisation de l'azote fixé par l'engrais vert n'a pu étre mise en évidence dans le maïs qui le suivait.
Toutefois, l'effet favorable des engrais verts sur la fertilité du sol et sur la rota- tion est suffisamment documenté pour justifier la pratique d'une culture inter- calaire après une légumineuse: la diffé- rence de pertes de nitrates est tout de même de plus de 60 kg N/ha entre une culture et un sol nu (CORRE et al.,
1997).
Il a été montré ici que les différences d'immobilisation de l'azote entre espè- ces se situent au niveau des pailles. Le maïs offre, grâce à sa biomasse et à sa durée de végétation, un moyen de ré- partir et de prolonger l'effet de l'azote du pois plus tard dans la rotation. LAU- RENT (1996) esquisse des possibilités de gestion du risque de pertes d'azote sur l'ensemble de la rotation en prenant en compte la fertilisation azotée, le tra- vail du sol, l'incorporation des pailles et le semis d'engrais verts. Les zones présentant un risque important de per- tes de nitrates ne devraient donc pas compter trop de légumineuses dans leur rotation.
Bilans énergétiques
Nous avons montré que la réduction des apports d'azote en grandes cultu- res, découlant de la présence du pois dans la rotation, a une influence parti- culièrement grande sur les bilans éner- gétiques. Ces estimations, bien que grossières, illustrent la part importante qu'occupent les engrais minéraux dans l'inventaire énergétique des grandes cultures. Ce constat devrait suffire à encourager les économies d'engrais en vue de diminuer l'utilisation des éner- gies non renouvelables en grandes cul- tures. A cet égard, les légumineuses re- cèlent un potentiel considérable pour l'optimisation environnementale des rotations de grandes cultures et de la production de protéines.
D'autres travaux plus complets conduits sur le bilan énergétique des grandes cultures confinnent ces potentialités, montrant notamment qu'une culture de pois consomme un tiers d'énergie de moins que celle du blé (COMBES, 2000) et que l'écart entre le soja et le colza ou le tournesol est similaire (RODRIGUEZ, 2000).
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Bibliographie
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U Les systèmes de production intégrée et biologique peuvent y trouver une solution avantageuse pour la substitution des engrais minéraux azotés et la gestion des ressources énergétiques.
J Toutefois, ces perspectives favorables ne doivent pas masquer les risques accrus de pertes de nitrates et les limites de fréquence de chacune des espèces dans la rotation.
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Zusammenfassung Hülsenfrüchte in der Fruchtfolge
Die Ergebnisse von Versuchen über den Düngewert der Eiweisserbsen in der Fruchtfolge dienen als Grundlage für eine Diskussion über den Stellenwert der Hülsenfrüchte in der Fruchtfolge der Ackerkulturen. Die Benutzung von pflanzlichem Eiweiss kdnnte von nun an in die tierische und ebenfalls menschliche Ernhrung zunehmen. Mehrere Arten k6nnen unter den landwirtschaftlichen Bedingungen der Schweiz angebaut werden. Ihre F higkeit, Stickstoff aus der Luft natürlich zu fixieren, trgt dazu bei, die Benutzung von stickstoffhaltigen Düngemitteln und von nicht-erneubaren Energien wesentlich zu vermindern. Zu diesem Zweck soll die symbiotische Aktivitt der Hülsenfrüchte begünstigt wer- den und der Reststickstoff im Boden und im Stroh so wie m6glich durch die folgende Kultur benutzt werden. Eine ge- zielte Nutzung dieser natürlichen Stickstoffressourcen muss ebenfalls dazu beitragen, die Nitratverluste zu begrenzen.
Summary Grain legumes in crop rotation
Results of an experimentation on the fertilising effect of pea are used as a basis to discuss the place of grain legumes in crop rotation. The use of vegetable proteins could progress from now on in the animal, but also human nutrition. Several species can be cultivated under the farming conditions of Switzerland. Their faculty to naturally fix nitrogen of the air contributes to decrease in a substantial amount the use of nitrogen fertilisers and non-renewable energies as well.
However, to make a profit on these advantages, symbiotic activity of leguminous plants should be supported and resi- dual nitrogen in the soil and in the straws used as well as possible by the following crop. Attentive management of this natural form of nitrogen fertilisation must be effective to limit nitrate losses.
Key words: grain legume, crop rotation, nitrogen, nitrate
loss.
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