Risques de pertes d'azote dans le sol par lixiviation

Tableau 1. Caractéristiques des sols lors de la mise en place des essais.

Provenance pH (H20) Mat. org. (%) Argile (%) Silt (%) Sable (%)

Changins parcelle 11 Confignon

8,1 7,3

11 4 1,8

26,6 22,8

51,0 41,4

22,4 35,8

Tableau 2. Objectifs des trois essais considérés, types de sol et de lysimètre utilisés.

Objectifs de l'essai

Type de sol Surface des lysimètres Changins Confignon 1 m2 4 M2

Entretien de sol viticole X X

Comparaison: sol nu - sol engazonné

Comparaison: pâturage - sol nu X X

Comparaison: rotation de cultures - X X

prairies temporaires et jachères vertes

000

s tation fédérale de recherches en production végétale

~- de Changins

Directeur: André Stâubli

Risques de pertes d'azote dans le sol par lixiviation

Résultats d'essais en lysim êtres

J.-P. RYSER et J.-P. PITTET, Station fédérale de recherches en production l ,égétale de Changins, CH-1260 Nyon E-mail: jean-pierre.ryser@rac.admin.ch

Tel. (+41) 22/36 34 444.

Résumé

Objectifs des essais

et variantes

Les résultats de trois essais réalisés en lysimètres montrent que le risque de perte d'azote par lixiviation n'est pas lié exclusivement à une culture, un sol ou à certaines conditions climatiques. Des mesures à long terme montrent qu'il y a des situations à risques, comme une période durant laquelle le sol reste nu ou l'installation de cultures comme la prairie, la jachère verte et même, dans certains cas, le blé d'automne.

Introduction

Les expériences conduites en lysimè- tres permettent de mettre en évidence les situations qui engendrent un risque important de lixiviation de l'azote et d'en mesurer l'intensité.

A priori, on considère que la prairie, la jachère verte et l'engrais vert réduisent les pertes d'azote (RYSER et PiTTET, 1993) ou que les cultures de pomme de terre et de maïs présentent un risque de perte d'azote.

Lors de la mise en valeur d'essais ef- fectués dans les lysimètres de la Station fédérale de Changins, certains résultats surprenants ont remis en cause ce qui précède. Une analyse des résultats per- met de constater qu'il est difficile d'at- tribuer une responsabilité spécifique à la technique culturale, à la culture, au sol ou au climat. Par contre, certaines interventions comme l'installation ou le retournement de prairies comportent un risque évident de lixiviation de l'azote.

Lors d'une journée d'information sur les flux d'azote en grandes cultures, WALTHER (2001) arrive à ces mêmes conclusions.

Cet article décrit trois situations qui permettent de pointer des événements à risque comme le passage du sol enher- bé au sol nu, l'installation d'une prairie

ou l'implantation d'une jachère verte dans une rotation de cultures.

Matériel et méthodes

Les résultats proviennent de trois essais conduits sur deux types de sols différents (tabl. 1). Deux essais ont été installés dans des lysimètres del m3 et 1 m de profondeur, avec un sol provenant d'une parcelle viti- cole de Changins. Le troisième est réalisé dans des lysimètres de 4 M -3 (2 x 2 m de lar- geur et 1 m de profondeur, avec un sol pro- venant de Confignon (GE) (tabl. 2).

Comparaison de sols nu et enherbé en viticulture

L'objectif du premier essai est de mesurer l'incidence de l'engazonnement d'un sol de vigne par des graminées sur la lixiviation de l'azote. Chaque variante, sol nu et sol couvert, est répétée trois fois. Un plant de vigne (Chasselas sur porte-greffe 3309) est installé au centre du lysimètre. La variante sol nu est régulièrement désherbée manuel- lement pour éviter des prélèvements par d'autres plantes. Le sol de la variante enga- zonnée est ensemencé avec des graminées (fétuques et pâturins), à l'exception d'un cercle de sol nu de 30 cm de diamètre au- tour du pied de vigne. La surface engazon- née est, par conséquent, de 0,93M2.

Cet essai permet de connaître l'effet de la présence et de l'absence du gazon sur le drainage de l'azote, ainsi que celui de sa destruction et de l'arrachage du cep après huit ans de culture.

Revue suisse Agric. 34 (2): 67-71. 2002 67

Comparaison d'un paturage et d'un sol nu non fertilisé

Ce second essai a été réalisé dans les mê- mes cases et le même sol que le précédent.

Entre les deux essais, le sol des cases est resté nu sans culture pour neutraliser les ef- fets de l'expérience précédente. La phase qui nous intéresse est l'installation d'un herbage de graminées pour comparer la lixiviation de l'azote par rapport aux cases maintenues avec un sol nu. La variante «ré- férence» utilisée dans cette comparaison est un sol de pâturage exploité en prairie de fauche, puisqu'il reçoit exclusivement de l'engrais minéral. La fumure azotée du pâ- turage est de 120 kg N/ha et par an, frac- tionnés après chaque coupe. Le sol nu n'est pas fertilisé.

Cet essai permet de comparer l'effet d'un sol de pâturage par rapport à un sol nu sur le drainage de l'azote, ainsi que l'évolution des quantités d'azote lixivié lors de l'instal- lation d'une prairie sur un sol nu.

Influence de la suppression de la culture et du gazon en viticulture

De mai 1985 à mars 1997 (tabl. 3), on constate que les quantités d'eau drai- nées sont peu différentes. Les quantités d'azote lixivié sont par contre nette- ment plus différenciées puisque le sol nu perd environ 347 kg N/ha et le sol engazonné 417 kg N/ha. Les quantités d'azote lixivié sont inférieures à celles que publie PFAFF (1960; 1965), car ses expériences ont été réalisées en sol sa- bleux et le nôtre est de type silt-argi- leux. Si on ne considère que la période durant laquelle les cases sont en culture (cep et cep + gazon), soit du 7.5.1985 au 5.3.1993, on relève que les propor- tions d'eau drainée sont les mêmes pour les deux variantes tandis que les

taux d'azote lixivié sont très différents:

30% sous sol nu et 13% sous sol enga- zonné. L'azote est mieux retenu sous gazon durant la période de culture et les pertes sont plus importantes sous cette variante lorsque les cultures sont supprimées. Proportionnellement à la fumure appliquée (huit fois 80 kg N/ha, soit 640 kg N/ha), les pertes par lixivia- tion représentent 54% sous sol nu et 65% sous gazon pour toute la durée d'observation. Si l'observation se limite

N la période de culture, la proportion d'azote perdue par rapport à la fumure est de 16% sous sol nu et de 8,6% sous sol engazonné.

La figure 1 illustre la répartition du drai- nage de l'azote en fonction des périodes de contrôle. On constate que 1 événe- ment «suppression du gazon et du cep»

est plus important que le mode d'entre- Tableau 3. Quantité d'eau drainée et azote lixivié des variantes sol nu et sol enga- zonné recevant 80 kg N/ha en viticulture.

Eau de drainage (mm) Azote lixivié (kg N/ha) Période de contrôle

Sol nu Sol engazonné Sol nu Sol engazonné

07.05.85 - 11.02.86 256 198 14,0 0,2

12.02.86 - 30.04.87 543 562 33,0 1,4

01.05.87 - 05.04.88 582 650 3,4 0,3

06.04.88 - 28.04.89 381 397 0,5 0,1

29.04.89 - 25.04.90 497 474 4,4 0,3

26.04.90 - 28.03.91 389 402 1,8 0,2

29.03.91 - 08.04.92 392 446 4, 4 1,3

09.04.92 - 05.03.93 520 537 42,1 51,2

06.03.93 - 28.02.94 1304 1226 56,0 76,4

01.03.94 - 06.03.95 1040 987 57,3 93,5

07.03.95 - 29.02.96 547 529 99,4 139,0

01.03.96 - 24.03.97 682 660 30,5 53,1

Total 7133 7068 346,8 417,1

Période de culture (07.05.85 - 05.03.93) 3560 3666 103,6 55

Période de culture (% total) 49,9 51,9 29,9 13,2

140 Arrachage du cep et destruction du gazon

120 - -

100 L

CM 80 -

Y

.X 60

Z 40

20 - - - -

0

1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995

a

Fig. 1. Influence de la couverture du sol sur le drainage de l'azote en viticulture, fumure 80 kg N/ha, essai en lysimètres.

Comparaison d'une rotation de cultures et d'une prairie pour le drainage de l'azote

La troisième expérience est tirée d'un essai destiné à comparer l'influence d'une rotation de cultures et d'une prairie tempo- raire sur le drainage de l'azote. La terre des lysimètres provient de Confignon (GE) et ses caractéristiques sont décrites dans le ta- bleau 1. Dans cet essai, outre la comparai- son entre prairie temporaire et rotation, il est possible d'observer l'effet sur le drai- nage de l'azote d'une jachère verte, insérée dans la rotation de culture, et celui d'un re- tournement de prairie temporaire.

Mesures et analyses

En plus du contrôle des rendements des dif- férentes cultures et des exportations d'élé- ments fertilisants par les récoltes, les quan- tités d'eau de drainage et les éléments qu'elles contiennent (N, P, K, Ça et Mg) ont été mesurés systématiquement. Les quanti- tés d'eau drainées sont contrôlées chaque jour et les échantillons d'eau de drainage cumulés pour être analysés en moyenne trois à cinq fois par année. Seules les quan- tités d'azote lixivié sont considérées dans cet article.

Résultats et discussion

L'exportation d'azote opérée par les plantes ne peut être comparée que lors-Il

que les cultures sont identiques dans les deux variantes d'essai. Ces condi- tions ne sont remplies que lors d'une période de l'essai entre prairie tempo- raire et rotation de culture: les deux va- riantes ont eu les mêmes cultures (blé d'automne et orge de printemps) du 28.9.1995 au 14.7.1997.

68

~. 140

,z Arrachage du cep et destruction du gazon -

Z 120

-

100- 80 20

100

~ ~ 80

~. 60- N

0

N 40 -

~ r 20 d

CL CD _oa Il _{, 1}

1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995

❑ Sol nu 80 N El Gazon 40 N ■ Gazon 80 N ■ Gazon 160 N

200 180

-

160 Installation de la prairie j

_

s 140

-

M Arrachage du cep et destruction du gazon Ÿ 120

~ v 100

- V -

«0 80

Z 60 40

-

20 ₀

ri

,`~ ~N

co J~4i ~ co co co c~ cJ cJ c> .~ A.~ ~~ 4o ~o Q^~ 1e a gazon ❑ sol nu M sol nu après gazon

Fier. 3. Drainage de l'azote et entretien du sol. Influence de l'arrachage du cep et de la des- truction du gazon ainsi que de l'implantation d'une prairie, essai en lysimètres.

90

80 °

70 - Prairie

c 60 _{❑ Sol nu}

50 Installation de la prairie

id

20 20 10 °

o °

23/05- 24103 - 15/07- 18/11 - 15/05 - 17/07- 15/10- 16.!04 - 17/08- 03103- 12/07 - 26/10- 25109/1996 15/05/1997 11/09/1997 27/0211998 15/06/1998 16/09/1998 26/03/1999 16/06/1999 14/10/1999 17/04/2000 06/09/2000 16/11/2000

Périodes d'observation

Fig. 4. Lixiviation d'azote sous sol nu et sous prairie.

600

500 - - - ❑ `

—*— Prairie

❑ Sol nu

-- 400 - m - - - -- — -

~

~ È 300-- E

00

E ô °

= 200 ~- - - -

❑ ,❑

100 ❑

❑

❑ ° Q '

0, ^{❑ a ~ —~}

23/05- 16/05- 18/11 - 16/06- 15/10- 17/06- 03/03- 07/09- 25/09/1996

7/09- 25/09/1996 /4/07/1997 27/02/1998 16/07/1998 26/03/1999 16/08/1999 17/04/2000 25/10/2000

D Fig. 2. Influence du mode d'entretien du sol et de la fumure azotée sur le drainage d'azote en viticulture, essai en lysimètres.

tien du sol en ce qui concerne le risque de lixiviation de l'azote. La même re- marque est du reste valable pour l'in- tensité de la fumure azotée (fig. 2). Il s'agit dans ce cas de trois variantes en- gazonnées recevant respectivement 40, 80 et 160 kg N/ha et par année de cul- ture. On ne retrouve pas systématique- ment l'intensité de la fumure azotée dans les quantités d'azote lixiviées.

Influence de l'installation d'une prairie

sur le drainage de l'azote

En août 1996, les cases de l'essai «pa- ture» sont ensemencées avec des grami- nées et, dès le printemps 1997, elles re- çoivent la fumure azotée prévue dans le protocole d'essai. D'emblée, les quanti- tés d'azote lixivié diminuent fortement sous la prairie alors qu'elles restent im- portantes sous le sol nu, bien que celui-ci ne reçoive plus de fumure azotée (fig. 3) depuis l'arrachage du cep et l'enfouis- sement superficiel du gazon.

Avec un suivi détaillé, on observe que les quantités d'azote lixivié (fig. 4) va- rient de manière importante sous sol nu et qu'elles sont plus stables sous prai- rie. Durant cette période (du 23.5.1996 au 15.12.2000), 82 kg N/ha ont été lixi- vies sous prairie et 381 kg N/ha sous sol nu. Comme le sol nu n'a pas été fer- tilisé, il s'agit essentiellement d'azote minéralisé à partir de la matière orga- nique du sol. Les périodes de lessivage important se situent en automne et en hiver. La courbe de la figure 4 montre que l'intensité des pertes a tendance à diminuer avec le temps. Cette observa- tion tend à confirmer que l'azote perdu provient de la minéralisation de la ma- tière organique du sol.

La comparaison des quantités d'eau de drainage mesurées par période d'obser- vation montre que les deux variantes ne sont pas très différentes sur ce point (fig. 5). Les quantités d'eau importantes ne correspondent en général pas à des pics de lixiviation d'azote. La quantité d'eau drainée sous prairie est quelques fois plus élevée que sous sol nu, ce qui s'explique par le fait que la prairie a dû être arrosée pour maintenir les plantes en croissance. Les quantités d'eau appli- quées ne devaient pas avoir d'incidence directe sur le drainage, mais elles l'ont tout de même influencé indirectement.

Fig. 5. Eau drainée sous sol nu et sous prai-

rie. D

69

Drainage comparé de l'azote entre une rotation de culture avec jachère verte et une prairie temporaire

L'analyse des quantités d'azote mesu- rées à chaque séquence de contrôle mon- tre quelques pertes plus importantes qui méritent une explication (tabl.4):

dans les séquences concernant la prai- rie temporaire, on distingue deux dates

Où les pertes d'azote sont très impor- tantes (fins de périodes 6.8.1992 et 27.2.1998). Celles-ci se rapportent aux périodes d'installation de la prairie du- rant lesquelles l'implantation de la cul- ture s'est faite assez lentement. Ces résultats correspondent à ceux de ^NIE-

VERGELT (1992).

Dans la variante «rotation des cultures», on constate que c'est la jachère verte qui perd le plus d'azote par lixiviation.

Comme avec la prairie, c'est la période d'installation de la jachère qui a engen- dré les pertes les plus importantes.

La comparaison des quantités totales d'azote lixivié de 1992 à 1999 montre que la variante prairie perd 199 kg N/ha et la variante rotation de culture y com- pris jachère verte non fertilisée 333 kg N/ha.

Pour les autres cultures de la rotation, on peut considérer que les pertes d'azote sont conformes aux observations rele- vées dans un précédent article (RYSER

et PITTET, 2002). Le risque de lixivia- tion d'azote est important durant la pé- riode de croissance entre la germina- tion et le tallage. L'importance des pertes dépend du précédent cultural et de l'intensité des précipitations d'oc- tobre à février. Le précédent pomme de terre se révèle plus risqué que le maïs ou le colza.

En 1996, une culture de blé d'automne a été mise en place sur l'ensemble des va- riantes de cet essai, avec une fumure azo- tée réduite à 40 kg N/ha pour permettre l'expression d'un éventuel arrière-effet du précédent cultural. Les exportations d'azote mesurées dans la biomasse ré- coltée (paille + grain) montrent un ar- rière-effet lie a la jachère verte, ce qui n'est pas le cas pour la prairie tempo- raire (fig. 6).

En 1997, une culture d'orge de printemps est installée, sans apport d'azote, afin de mesurer un éventuel arrière-arrière-effet.

On ne constate pas de différence entre les quantités d'azote contenues dans la biomasse récoltée (fig. 6). Durant l'hi- ver (du 27.9.1996 au 24.3.1997), des pertes d'azote par drainage sont enre- gistrées (tabl. 4), sans différences signi- ficatives entre les variantes d'essai.

Tableau 4. Quantités d'eau drainées et azote lixivié des variantes rotation de cul- tures avec jachère verte et prairies temporaires.

Variante Eau de drainage Azote lixivié

Date (mm) (kg N/ha)

de contrôle

Rotation Prairies Rotation Prairies

Rotation Prairies

Jachère verte Prairie 08.04.92 68,0 69,2 3,7 4,1 Jachère verte Prairie 06.08.92 193,1 220,0 38,0 82,8 Jachère verte Prairie 05.03.93 434,4 469,6 18,9 3,2

Maïs Prairie 14.05.93 25,8 4411 1,0 0,4

Maïs Prairie 02.11.93 486,8 550,0 13,0 2,7

Blé d'automne Prairie 04.11.93 2,5 2,5 0 0

Blé d'automne Prairie 28.02.94 367,3 379,5 34,4 0,6 Blé d'automne Prairie 23.08.94 108,3 184,4 2,1 0,4 Jachère verte Prairie 19.12.94 375,7 364,2 89,2 6,6 Jachère verte Prairie 13.02.95 309,7 315,0 29,6 2,4 Jachère verte Prairie 06.03.95 126,0 127,7 3,5 0,4 Jachère verte Prairie 12.04.95 92,2 92,8 2,0 0,3 Jachère verte Prairie 01.06.95 79,6 74,2 1,1 0,1 Jachère verte Prairie 27.09.95 8111 149,6 0,3 0,5 Blé d'automne Blé d'automne 01.12.95 26,6 30,4 0,5 0,3 Blé d'automne Blé d'automne 27.12.95 61,6 60,6 3,3 2,0 Blé d'automne Blé d'automne 23.01.96 76,1 74,5 5,0 3,7 Blé d'automne Blé d'automne 29.02.96 69,8 69,8 1,1 0,8 Blé d'automne Blé d'automne 11.07.96 113,2 129,3 0,4 0,2 Blé d'automne Blé d'automne 25.09.96 33,6 37,5 0,3 0,3 Blé d'automne Blé d'automne 27.09.96 1,3 1,3 0 0 Orge de printemps Orge de printemps 23.11.96 112,4 114,5 17,8 17,9 Orge de printemps Orge de printemps 24.03.97 334,4 333,9 16,4 11,5 Orge de printemps Orge de printemps 12.06.97 30,2 24,1 0 0,1 Orge de printemps Orge de printemps 14.07.97 159,5 161,6 1,8 1,4 Colza d'automne Prairie 11.09.97 28,6 96,4 0,2 2,5

Colza d'automne Prairie 09.10.97 0 15,4 0 1,5

Colza d'automne Prairie 27.02.98 239,2 347,4 0,9 48,3 Colza d'automne Prairie 27.04.98 36,1 78,4 0 3,6

Colza d'automne Prairie 16.07.98 0 1,4 0 0

Moutarde Prairie 14.10.98 38,4 127,5 1,1 0,2

Moutarde Prairie 16.10.98 1,3 1,3 0 0

Blé d'automne Prairie 21.12.98 203,6 218,7 11,9 0,3 Blé d'automne Prairie 10.02.99 124,4 132,1 16,4 0,1 Blé d'automne Prairie 26.03.99 148,1 158,3 9,1 0

Blé d'automne Prairie 14.07.99 96,8 183,5 0 0

Moutarde Prairie 14.09.99 60,5 60,6 0 0

Moutarde Prairie 14.10.99 99,3 116,8 9,9 0

Total 4845,5 5618,1 332,9 199,2

160 140

(D 120

I

E 80 Z ^aD

zt2 60 o

-010 40-

Z 20

0

Blé 96 Orge 97

■ Prairie temporaire ❑ Jachère verte

Fig. 6. Influence du précédent cultural sur l'exportation d'azote par la biomasse produite, blé 1996 et orge 1997, en lysimetres.

70

C

clusi

ns

~irentés sqùenç -dé contrites d'essais -en lysimètres montrent que les risques de pertes d'azote par lixi- viation sont liés â plusieurs facteurs.

On relève ainsi un certain nombre de situations à risques:

❑ la destruction d'un gazon viticole et l'arrachage du cep provoquent une lixiviation de l'azote du sol;

❑ l'importance de la fumure azotée durant la période de culture ne se retrouve pas au niveau du drainage après destruction du gazon;

❑ la minéralisation de la matière or- ganique du sol accumulée durant les années précédentes provoque une libération d'azote mise en évi- dence sous sol nu après la culture;

❑ la période d'implantation d'une prairie présente un risque de per- tes d'azote importantes par lixivia- tion. La même remarque est vala- ble pour la période d'installation d'une jachère verte;

❑ un sol nu sans culture durant l'ar- rière-automne et l'hiver constitue une situation à risques de pertes d'azote par lixiviation.

Summary

Situations under risk of nitrogen losses trough drainage. Results of some lysimeter experiments

Different cultivation processes in three lysimeter experiments are examined in terms of nitrogen losses through drainage. The results show that the leaching risk is not specifically linked to a crop type, a soil type or climatic conditions. Based on long observation periods, we demonstrate that a risk situation arises in presence of a com- bination of several factors like a period with a bare soil, or a period during which grassland, a green manure or even winter wheat starts its growth.

Key word: nitrogen loss, leaching risk, drainage, lysimeter.

Zusammenfassung

Risikoperioden für die Nitratauswaschung. Ergebnisse aus Lysimeterver- suchen

Mehrere Verfahren von drei Lysimeterversuchen wurden im Hinblick auf die Nitrat- auswaschung ausgewertet. Dabei zeigte sich deutlich, dass das Risiko der Nitrataus- waschung weder einer Kultur, noch bestimmten Bodeneigenschaften oder Witterungs- bedingungen zugeordnet werden kann. Langfristige Untersuchungen zeigen Perioden mit erh6htem Nitratauswaschungsrisiko wie Bracheperioden oder Perioden wdhrend der Anlage und Jugendentwicklung von Kunstwiesen, Grünbrache oder sogar Winter- weizen.

Riassunto

Rischio di perdite in azoto per dilavamento del suolo. Risultati di esperimenti in lisimetri

Alcune varianti di tre esperimenti eseguiti in lisimetri sono state considerate in rappor- to all'azoto dilavato. 1 risultati dimostrano che è sbagliato attribuire un rischio di per- dite in azoto per dilavamento ad una coltura, un tipo di terreno o a certe condizioni climatiche. Misure a lungo termine dimostrano che ci sono delle situazioni a rischio come un periodo durante il quille il terreno rimane nudo o i periodi durante la prepara- zione alla semina di prati o di colture intercalari e perfino, in alcuni casi, per il fru- mento autunnale.

Remerciements

Ce travail a pu être réalisé grâce à la pré- cieuse collaboration de M. J.-M. Payot et du personnel de laboratoire pour les analyses d'eau de drainage et de végé- taux. Nos remerciements vont égale- ment aux personnes de garde, qui ont assuré les relevés des eaux de drainage durant les week-ends et jours fériés.

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