Tableau 1. Description des variantes principales de l'essai de travail du sol.
Procédés Ameublissement du sol
Outils et profondeur de la couche du sol travaillée Travail primaire Préparation du lit
de semences
Labour Profond Charrue 20-25 cm Herse rotative 7-10 cm Sans labour Profond Chisel 25-30 cm Herse rotative 7-10 cm Sans labour Superficiel Cultivateur 10-15 cm Herse rotative 7-10 cm Sans labour Minimal ou nul Aucun (herbicide total)' Herse rotative 7-10 cm ou semis direct2 0 cm
Appelé «fraise» dans les figures.
2A l'aide d'un semoir spécial, pour les années 1970, 1971, 1983 et 1987.
I I I I I ôl I I I ôl I I I ôl I I I I I
Station fédérale de recherches en production végétale -- - =- de Changins
Directeur: André Stâubli
Résultats d'un essai de culture sans labour depuis plus de 20 ans à Changins
V. Propriétés biologiques du sol et vers de terre
A. MAILLARD' et G. CUENDET', Station fédérale de recherches en production végétale de Changins, CH-1260 Nyon
Introduction
Un essai de travail du sol a été mis en place à Changins en 1969 afin d'éva- luer les effets
a
long terme de la culture sans labour. Ainsi, certaines parcelles ne sont pas labourées depuis plus de 20 ans, le travail du sol à la charrue ayant été remplacé par celui d'un chisel, d'un cultivateur ou d'une fraise, selon les variantes expérimentales. Cet essai est conduit dans un sol mi-lourd contenant 27% d'argile, 44% de silt et 29% de sable; il est classifié comme un limon (var. fortement silteux). L'infiltration de1 Avec la collaboration technique
de E. Deriaz, P. Jaquier et P.-A. Nussbaum.
Adresse: Biologiste, Dr es se., CH-1675 Vauderens.
propriétés chimiques du sol (MAILLARD
et al., 1994), sur les propriétés physi- ques du sol (MAILLARD et al., 1995), sur le stock semencrer et la maitrise de la flore adventice (MAYOR et MAILLARD,
1995).
L'objectif de cette publication est de présenter les résultats de quelques analyses biologiques du sol ainsi que ceux du dénombre- ment des vers de terre.
Matériel et méthodes
Dispositif expérimental
Le détail du dispositif expérimental et des données techniques de l'essai ayant été pré- senté dans un premier article (MAILLARD et VEz, 1993), une description succincte des 4 variantes de travail du sol est faite dans le tableau 1. La rotation de cultures quadrien- nale comprend du blé d'automne, du colza d'automne, du blé d'automne et du maïs en grains. Les pailles de blé sont récoltées alors que celles du colza et du maïs sont ha- chées sur place.
Résumé
Du blé d'automne, du colza, du blé d'automne et du mâis sont cultivés sans labour et en rotation depuis plus de 20 ans sur une parcelle à Chan- gins. Les pailles de blé sont récoltées, celles du colza et du mâis sont hachées sur place.Trois variantes de culture sans labour sont comparées à un labour. Elles se distinguent les unes des autres par la profondeur d'ameublissement: profond (20 à 25 cm) avec un chisel, superficiel (10 à 15 cm) avec un cultivateur, et minimal (7 à 10 cm) avec une fraise; un semis direct a été effectué occasionnellement dans ce dernier procédé.
Les mesures effectuées en laboratoire sur des échantillons de sol préle- vés au printemps ont montré que la culture sans labour, le travail minimal en particulier (fraise), a amélioré la biomasse microbienne (mesure d'adé- nosine triphosphate) et l'activité respiratoire du sol (dégagement de CO2), Le travail minimal du sol (7 à 10 cm) a eu, d'autre part, des effets positifs sur l'abondance et la biomasse des vers de terre. Il a favorisé les espe- ces actives à la surface du sol et, ainsi, augmenté légèrement la diversité du peuplement lombricien.
l'eau dans le sol peut être qualifiée de moyenne à bonne.
Dans des publications antérieures, nous avons fait état des effets de la culture sans labour sur le rendement des cultu- res (MAILLARD et VEZ, 1993), sur les
Activité potentielle CO2 (pg CO2/9/h MS)
0
Biomasse ATP (ng ATP/g MS) 3000
2500 2000 1500 1000 500 0
[::]
CHARRUE ~ CULTIVATEUR -PRAIRIE CHISEL FRAISEFig. 1. Cylindre d'un diamètre de 60 cm de diamètre, enfoncé à 15 cm de profondeur, ayant servi à l'extraction des vers de terre (photo A. Maillard).
Analyses biologiques du sol
Fig. 2. Les vers de terre (ici Lciinbf -icus teri-estj-is) sont des indica- teurs importants de l'activité biologique d'un sol (photo D. Quat- trocchi).
Les échantillons de sol ont été prélevés le 18 mai 1989 avec une tarière permettant une nette séparation des couches (0 à 10 cm et 10 à 20 cm de profondeur). Ils ont été émiettés puis séchés a l'air avant d'être ta- misés a 2 mm. Les analyses du dégagement de CO, (selon la méthode de JAGGI, 1976) et celles de la teneur en adénosine triphos- phate ATP (selon la méthode de MAIRE, 1982) ont été effectuées par le laboratoire ACEPSA, à Oulens, 15 jours après la date de prélèvement dans le terrain.
Vers de terre
L'échantillonnage des vers de terre a été effectué en octobre 1987 (chaume de blé) et en avril 1989 et 1991 (blé au stade de la montaison). Dix échantillons de vers de terre ont été extraits simultanément de cha- cune des parcelles étudiées en versant une solution très diluée de formaldéhyde (0,1 en 1989 et 1991) ou de chloracétophenone (50 ppm en 1987) dans des cylindres (dia- mètre 60 cm) enfoncés jusqu'à 20 cm de profondeur (fig. 1 et 2). Cette méthode ne permet pas d'extraire la totalité des vers de terre se trouvant dans l'échantillon de sol, mais permet de comparer l'état du peuple- ment lombricien dans différentes variantes culturales.
Seuls les procédés «charrue» et «fraise» ont été échantillonnés de façon systématique durant les trois années. Les vers de terre ont aussi été prélevés en 1989 dans une parcelle de prairie â proximité de l'essai et en 1991 dans les parcelles travaillées selon le pro- cede «chisel».
Pour l' analyse des résultats, quatre groupes d'espèces lombriciennes ont été considérés:
espèces epigees (= vivant et se nourrissant à la surface du sol), espèces aneciques (= se nourrissant en surface mais vivant en pro- fondeur dans le sol) du genre Lunibi-icits (en fait Litinhr-iclts terrestris uniquement),
Fig. 3. Influence de la culture sans labour D sur l' activité respiratoire potentielle (déga- gement de CO,), sur la biomasse micro- bienne ( mesure d' adénosine triphosphate, ATP) et sur la teneur en matière organique du sol.
Tableau 2. Liste des espèces de vers de terre observées dans l'ensemble des parcelles étudiées.
Espèces Catégorie écologique
Lumbricus castaneus (Savigny, 1826) épigé
Lumbricus terrestris Linné, 1758 anécique
Nicodrilus fongus (Ude, 1885) anécique
Nicodrilus giardi (Ribaucourt, 1901) anécique
Nicodrilus nocturnus (Evans, 1942) anécique
Nicodrilus caliginosus caliginosus (Savigny, 1826) endogé
Allolobophora chlorotica (Savigny, 1826) endogé
Allolobophora icterica (Savigny, 1826) endogé
Allolobophora cupulifera Tétry, 1937 endogé
Allolobophora rosea (Savigny, 1826) endogé
Octolasion cyaneum (Savigny, 1826) endogé
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CHA = Charrue ❑ Epigés CHI = Chisel ❑ Endogés
FRA = Fraise ❑ Nicodrilus anéciques PRA = Prairie a L. terrestris
~k = Pas d'observation
Fig. 4. Influence de la culture sans labour sur l'abondance et la biomasse des vers de terre.
a 1
iIl
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~ M
0-,
espèces anéciques du genre Nicodrilus, es- pèces endogées (= vivant et se nourrissant dans le sol). Les deux groupes d' anéciques sont représentés par les grands vers pig- mentés creusant de profondes galeries. Pour plus de détails sur les catégories écologi- ques de vers de terre, voir CUENDET et BIERI (1990).
Le test de Mantel, tel qu'il est présenté par LEGENDRE et LEGENDRE (1984), a été utilisé pour comparer statistiquement les résultats obtenus en 1991.
Résultats
Dégagement de CO2
Cette mesure respiratoire exprimée en micrograirimes de gaz carbonique déga- gés en une heure, par gramme de terre sèche, est considérée comme un para- mètre représentatif de l'activité biolo- gique globale d'un sol. Les résultats de la figure 3a représentent l' activité bio- logique théorique du sol lorsque la biomasse est dans sa phase d'activité maximale.
Les mesures effectuées montrent d'abord que cette activité est légère- ment plus élevée dans la couche supé- rieure du sol (0 à 10 cm) que dans l'infé- rieure (10 à 20 cm). Entre 0 et 10 cm, le dégagement de CO, est le plus faible dans les parcelles labourées et le plus élevé dans celles cultivées sans labour, à la fraise. Dans ce procédé, l'activité biologique potentielle est légèrement inférieure à celle qui est mesurée dans les échantillons provenant de la prairie.
Contrairement à la charrue, les travaux du sol effectués au chisel ou au cultiva- teur n'ont pas modifié cette activité biologique. Dans la couche inférieure, de 10 à 20 cm, les valeurs sont très semblables d'un procédé à l'autre.
Biomasse ATP
L'adénosine triphosphate (ATP) est une molécule universellement représentée dans tous les organismes vivants. Cette mesure, exprimée en nanogrammes d' ATP par gramme de terre séchée, est un indicateur de la biomasse totale des micro-organismes présents dans le sol (MAIRE, 1987).
Les résultats de la figure 3b appellent des commentaires très semblables à ceux relevés dans le chapitre précédent.
La biomasse est plus élevée dans la couche supérieure que dans la couche inférieure. Entre 0 et 10 cm, l' ATP est à son niveau le plus bas dans les parcel- les labourées et le plus élevé dans celles qui sont cultivées de façon très superfi- cielle avec la fraise. Dans cette variante de travail du sol minimal, le niveau de biomasse est légèrement inférieur à celui de la prairie qui sert de référence. Entre
10 et 20 cm, la quantité d' ATP la plus faible est au contraire dans le sol des parcelles fraisées. Les différences me- surées entre les divers procédés sont cependant de faible ampleur.
Vers de terre
La liste des espèces observées est pré- sentée dans le tableau 2. Une espèce épigée (vivant dans la matière organi- que près de la surface) est systémati- quement absente des parcelles labou- rées, alors qu'elle est observée dans la variante «chisel» et qu'elle est toujours présente dans les sols fraisés. A part
cela, il n'y a pas de différence dans la composition des échantillons prélevés dans les différentes variantes.
Par contre, les différences quantitatives sont considérables. Comme le montrent les figures 4 a et b, le nombre et la bio- masse de vers de terre observés dans les parcelles travaillées de façon très superficielle à la fraise (7 à 10 cm de profondeur) sont toujours beaucoup plus élevés que dans celles qui sont la- bourées (20 cm de profondeur) et cette différence est particulièrement marquée si l'on considère la présence d'un des anéciques les plus importants pour la fertilité du sol, à savoir Liunbi-icus ter-
resti-is. Les valeurs observées dans les parcelles travaillées au chisel se situent à un niveau intermédiaire, tandis que les valeurs qui proviennent de la prairie sont encore supérieures à celles des par- celles fraisées.
Le test de Mantel appliqué aux valeurs de biomasse observées en 1991 met en évidence des différences statistique- ment significatives entre toutes les va- leurs de biomasse de Lumbricus terres- tris (p < 0,01) et, pour les endogés, entre la biomasse observée dans les parcelles fraisées et celle des parcelles labourées (p < 0,01).
Discussion
Le travail du sol à la charrue permet de retourner les couches du sol et d'incor- porer les résidus végétaux ou les amen- dements organiques. A long terme, on observe que la matière organique du sol, le pH et les éléments fertilisants (P, K, Mg) sont répartis uniformément dans les différentes couches de la terre arable (MAILLARD et al., 1994). Avec la culture sans labour, répétée d'année en année, on assiste au contraire à une stratification de la matière organique dans le profil cultural (fig. 3c). Plus le travail du sol est réduit, plus l'effet est marqué; ce dernier est le plus grand lorsqu'on a recours à la technique du semis direct. Ainsi assiste-t-on, entre autres, à une accumulation importante de la matière organique dans les cou- ches superficielles du sol et à une dimi- nution de celle-là dans les couches infé- rieures (MAILLARD et VEZ, 1988; MAIL- LARD et al., 1994).
De nombreux travaux ont montré le lien étroit qui existe entre l'activité biologique d'un sol et sa teneur en ma- tière organique. De ce point de vue, les résultats de nos mesures du potentiel respiratoire (dégagement de CO,) ne sont pas surprenants; ils ne font que confirmer les observations faites ailleurs (tabl. 3). Il y a lieu de préciser que le procédé de travail minimal, qui affiche la plus grande activité biologique dans le sol, est aussi celui qui a nécessité le plus d' interventions chimiques pour le désherbage: 2,3 traitements par année Il
en moyenne au lieu de 1,6 dans les par- celles labourées.
En ce qui concerne les vers de terre, nos essais confirment également les ré- sultats de nombreuses études suisses et étrangères (tabl. 4) selon lesquelles la culture sans labour, le semis direct en particulier, ménage le peuplement lom- bricien dans le sol. Le cas de Changins est particulièrement intéressant, car le ver de terre profitant apparemment le mieux du non-labour est Lunibricus ter-
Tableau 3. Références bibliographiques relatives aux effets de la culture sans labour sur la biomasse microbienne, le dégagement de Col et les activités enzymatiques du sol.
Pays Auteurs Conclusions des auteurs
Suisse JÂGGI et al., 1995 • La culture sans labour, le semis MAILLARD et CUENDET, 1997 direct en particulier, a un effet
positif sur les propriétés Allemagne TAMM et KRZYSCH, 1964 biologiques du sol (biomasse
GROCHOLL et AHRENS, 1989 microbienne, activités BECK et BECK, 1994 respiratoires et enzymatiques).
Etats-Unis DICK et DANIEL, 1987 • Dans les parcelles labourées, HENDRIx et al., 1988 l'activité biologique du sol est KARLEN et al., 1994 uniforme sur l'ensemble REICOSKY et al., 1995 de la couche arable (0 à 20 cm).
Canada FRANZLUEBBERS et al., 1995 • Dans les parcelles cultivées CARTER, 1986 sans labour, l'activité biologique
est plus intense dans les Argentine ANGERs et al., 1993 couches supérieures du sol
ALVAREz et al., 1995 que dans celles inférieures.
CONSTANTINI et al., 1996
• L'évolution des propriétés Nouvelle-Zélande HAYNES et KNIGHT, 1989 biologiques du sol est liée, entre
autres, à celle de la teneur en matière organique.
Tableau 4. Références bibliographiques relatives aux effets de la culture sans labour sur les vers de terre.
Pays Auteurs Conclusions des auteurs
Suisse STURNY, 1988 • Une réduction de la profondeur WYSS et GLASSTETTER, 1992 et de l'intensité du travail du sol, ANKEN et al., 1997 telle qu'elle peut être réalisée MAILLARD et CUENDET, 1997 avec la culture sans labour, France CURE et al., 1991 le semis direct en particulier,
a une action favorable sur le Belgique HENNUY et al., 1983 nombre et la biomasse Allemagne SCHWERDTLE, 1969 des vers de terre.
EHLERS, 1975 • Le nombre d'espèces de vers CLAUPEIN, 1982 de terre est plus grand dans les DIEz et al., 1988 parcelles cultivées sans labour
que dans les parcelles Angleterre ELLIs et al., 1977 labourées.
GERARD et HAY, 1979 EDWARDs et LoFTY, 1982 Finlande HAUKKA, 1988
NUUTINEN, 1992 Etats-Unis KLADIVKo et al., 1986
PARMELEE et al., 1990 DEIBERT et al., 1991 BERRY et KARLEN, 1993 KARLEN et al., 1994
Canada De ST REMY et DAYNARD, 1982 Australie HAINES et UREN, 1990
DOUBE et al., 1994 Nouvelle-Zélande FRANCIS et KNIGHT, 1993 Afrique du Sud MALLETT et al., 1987
restri s (si l'on excepte la petite espèce maintient toute l'année un important épigee dont la biomasse et l' action sur réseau de macropores en relation avec le sol restent faibles). Lorsque cette la surface, qui permet de bonnes condi- grande espèce n'est pas perturbée, voire tions d'aération, de drainage et de vie décimée, par le passage de la charrue, microbienne dans le sol.
qui détruit en profondeur ses galeries L'observation d'une espèce épigée dans permanentes et fait disparaître sa nour- les parcelles sans labour est liée à la riture de la surface du sol, elle crée et présence de résidus végétaux à la sur-
face ou près de la surface du sol, qui permet l'existence de ce type de vers de terre. La différence minime de com- position de la population entre les 4 va- riantes est très probablement due au dispositif expérimental des parcelles («split plot»), qui permet une constante recolonisation des parcelles labourées par les vers épargnés ailleurs.
Conclusions
Après plus de 20 années de culture sans labour, nous pouvons tirer les conclu- sions suivantes de cet essai, malgré un nombre de traitements herbicides plus importants dans ces procédés (MAYOR et MAILLARD, 1995):
•
l'activité respiratoire potentielle du sol des parcelles cultivées sans la- bour n'a pas diminué par rapport à celle des parcelles labourées. Elle s'est même améliorée dans la cou- che supérieure du sol des parcelles travaillées de manière minimale à la fraise (7 à 10 cm de profondeur).Elle atteint un niveau proche de celui mesuré sur les échantillons de sol prélevés dans une prairie témoin;
• l'abondance et la biomasse des vers de terre sont très nettement supérieu- res dans les parcelles cultivées sans labour. Les lombriciens se nourris- sant de résidus végétaux à la surface ou dans la couche superficielle du sol sont favorisés par le non-labour;
• la culture sans labour pratiquée de- puis plus de 20 ans sur des parcelles expérimentales à Changins n'a pas eu d'effet négatif sur la fertilité bio- logique du sol. Les analyses mon- trent au contraire une amélioration.
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Summary
Results from an over 20 years old ploughless tillage experiment at Changins.
V. Biological soil properties and earthworms
Winter wheat, rape, winter wheat and maize are grown in rotation without plough since over 20 years at Changins. Wheat straw is removed by baling; rape straw and maize stalks are chopped. Three ploughless techniques are compared to conventional moulboard ploughing (20-25 cm deep). They differ mainly through their working depth: deep cultivation with a chisel (25-30 cm), shallow cultivation with a cultivator 0 0-15 cm) and minimum tillage with a rotary harrow (7-10 cm). Direct drilling was performed occasionnally on the last treatment.
Compared to plough cultivation, laboratory analysis from soil samples that were taken in spring showed that ploughless techniques, especially minimum tillage, increased the microbial biomass (adenosine triphosphate) and the potential soil respiration (CO2 production).
Earthworm biomass and diversity, especially those of species living at soil surface, were greater in the minimum tilled plots (7-10 cm) than in mouldboard ploughed plots.
Key words: soil tillage, biological soil properties, earthworm, long-term experiment.
Zusammenfassung
Ergebnisse eines über 20-jâhrigen Versuches mit pfluglo- ser Bodenbearbeitung in Changins. V. Bodenbiologische Eigenschaften und Regenwurmbesatz
Winterweizen, Raps, Winterweizen und Kürnermais werden seit über 20 Jahren in Changins pfluglos angebaut. Das Getreidestroh wurde geerntet, das Mais- und Rapsstroh gehâckselt. Drei pflug- lose Verfahren werden mit einer konventionellen Pflugvariante (20-25 cm tief) verglichen. Sie unterscheiden sich voneinander durch ihre Bodenlockerungstiefe: tief (25-30 cm) mit einem Tief- grubber, oberflâchlich (10-15 cm) mit einem Kultivator und mi-
nimal (7-10 cm) mit einem Zinkenrotor. Das letzte Verfahren wurde hie und da durch Bine Direktsaat ersetzt.
Die im Labor analysierten Adenosin-Triphosphatgehalte, der im Frühjahr entnommenen Bodenproben, deuten auf eine hühere mikrobielle Biomasse der minimalbearbeiteten im Vergleich zur Pflugvariante.
Der Regenwurmbesatz und die Regenwurmlebendgewichte sind hüher in den pfluglosen minimalbearbeiteten Parzellen als in den gepflügten Vergleichsparzellen. Die Artenzusammensetzung hat sich auch zugunsten der pfluglosen Bodenbearbeitung geândert;
in diesen Parzellen befinden sich mehr aktiv an der Bodenober- flche lebende Regenwurmarten.
Informations agricoles
Désherbage des céréales d'automne
En libérant tôt les céréales de la concurrence des mauvaises herbes, les traitements d'automne leur assurent un bon tal- lage ainsi qu'un bon départ au printemps.
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A observer: le lit de semence doit être fin et les semences uniformément recouvertes de 2 à 3 cm de sol meuble. Ne pas utiliser sur les semis directs pas assez recouverts.
Dès la levée des mauvaises herbes (vulpin, matricaires, etc.) utiliser le mélange:
2,5 à 3 1/ha Stomp SC + 1,5 à 2 kg/ha Graminon Plus du stade de 3 feuilles de la céréale jusqu'à fin octobre. En présence d'agrostide, repousses de colza, lampés, etc., on peut utiliser 2,5 à 3 1/ha Stomp SC + 15 g/ha Ally.
RenSel g11 el neyl tS:
Mcxclg Agro, CH-8157 Dielsdorf
