Bilan d'un essai de fumure phosphopotassique

1

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Station fédérale de recherches en production végétale

- - - -- = ~-=- de Changins

Directeur: André Stéubli

Bilan d'un essai de fumure phosphopotassique de trente ans dans un sol argileux

(Changins 1971 à 2000)

J.-P. RYSER et P. VULLIOUDI, Station fédérale de recherches en production hégétale de Changins, CH-1260 Nyon E-mail: pierre.vul1ioud@a rac.admin.ch

Tel. (+41) 22 36 34 444.

Introduction

L'essai décrit dans cet article a déjà fait l'objet d'une première publication (MAILLARD et al., 1989). La probléma- tique d'un sol fortement argileux ré- agissant peu aux apports d'engrais et aux prélèvements par les plantes reste entière. Après trente ans d'expérimen- tation, les rendements des cultures ob- tenus sur cette parcelle peuvent encore être considérés comme bons, même dans la variante sans apport de phos- phore ni de potassium.

Matériel et méthodes Caractéristiques du sol

Il s'agit d'un sol lourd de type argileux dont la texture se compose de 54%

d'argile, 30% de silt et 16% de sable. I1 a naturellement une forte capacité d'échange des cations. Son taux de ma- tière organique est de 5,7%, donc relati- vement élevé. Cependant, au départ de l'expérimentation, son niveau de fertili- té en phosphore (P205) selon Dirks et Scheffer est considéré comme médiocre (indice de 5,7) et celui en potassium comme pauvre (0,33 mg K/100 g de terre). Malgré ce niveau de fertilité, les rendements obtenus sur cette parcelle ont toujours été normaux, à condition d'avoir pu maîtriser le travail du sol.

'Avec la collaboration technique de L. De- ladoey.

Dans la présentation qui suit, on a utilisé à de nombreuses reprises, par commo- dité, les abréviations P et K. I1 s'agit dans tous les cas de P205 et de K20.

Dispositif expérimental

Le dispositif expérimental est celui de l'essai en blocs comprenant quatre ré- pétitions. Les cinq variantes de fumure phosphopotassique sont réparties au hasard dans chacune des répétitions.

De 1971 à 1974, les procédés de fumu- re diffèrent légèrement de ceux qui ont été établis de 1975 jusqu'en 1985. A partir de 1986, à la suite du premier bilan, deux procédés sont modifiés pour isoler l'influence de la suppres- sion de l'apport de phosphore par rap- port à la norme K et de la suppression du potassium par rapport à la norme P (tabl. 1). Trois procédés restent inchan- gés: le procédé «norme P norme K», le procédé à fumure fortement renforcée

«norme PK + 60 P et 200 K», ainsi que le procédé de référence «OP/OK».

Les normes de fumure ont été respec- tées selon les directives publiées suc- cessivement en 1974, 1987 et 1994 par la Commission romande des fumures (ANONYME, 1974; 1987; 1994). Les dif- férences sont peu importantes d'une version à l'autre. Le procédé avec une forte correction de fumure correspond aux corrections imposées par les direc- tives de fumure de 1974 qui prévoyaient un renforcement de 60 kg P,05/ha et de 200 kg K,O/ha pour les sols qualifiés de pauvres en ces éléments.

Dans cet essai, tous les résidus de ré- colte (pailles de blé, de colza et de maïs ainsi que feuilles et collets de betterave) sont laissés sur le champ. Les apports d'engrais minéraux sont effectués avant le travail du sol sous forme de super- phosphate à 46% et de sel de potasse à 60%. La fumure azotée et les traite- ments phytosanitaires des cultures ont été appliqués de manière identique dans tous les procédés.

Analyses de sol et de végétaux

Dans la première phase de l'essai de 1970 à 1985, les analyses de sol ont été effectuées à cinq reprises et celles des récoltes à neuf reprises. Dès 1986, les analyses de terre et des produits récol- tés sont systématiques. Le prélèvement de sol a lieu aussitôt après la récolte (0- 20 cm de profondeur). Les teneurs en P205 et K,O assimilables sont détermi- nées par la méthode officielle des sta- tions de recherches agronomiques suis- ses, à savoir l'eau saturée de CO, dans un rapport 1:2,5 (méthode Dirks-Schef- fer). Depuis 1991, les analyses de terre sont également faites par extraction à l'acétate d'ammonium + EDTA à pH 4,65 dans un rapport de 1/5 jusqu'en 1995 et 1/10 depuis 1995. Dans les ré- coltes, il s'agit du dosage de P et K après calcination de l'échantillon et so- lubilisation des cendres dans l'acide chlorhydrique.

Revue suisse Agric. 35 (2): 77-81, 2003 77

Tableau 1. Bilan P205 et K20 de 1971 à 2000.

Procédés

BILAN 000 1

P• - - •

2 3 4 5

1971-1985 Norme PK Exportations

PK + 20% Norme PK

+ 1 x correction Norme PK

+ 2 x correction OP/OK 1986-2000 Norme PK OP/norme K Norme P/OK Norme PK

+ 60 P + 200 K OP/OK

Total apports (kg P205) 2205 925 2455 3830 0

Total exportations (kg P205) 1249 1209 1264

1191

1268 2562

1087

—1087

Différence (kg P205) 956 —284

Différence (kg P205/an) 32 —9 40 85 —36

Moyenne analyses DS 1997-2000 (indice) 4,0 2,1 494

33

3

8,9 61

4

251 14

5 Moyenne analyses AA 1997-2000 (mg/kg terre)

Procédés

29 BILAN 000

1

16 POUR K₂0

2 1971-1985 Norme PK Exportations

PK + 20% Norme PK

+ 1 x correction Norme PK

+ 2 x correction OP/OK 1986-2000 Norme PK OP/norme K Norme P/OK Norme PK

+ 60 P + 200 K OP/OK

Total apports (kg K20) 2790 1725 2720 8240 0

Total exportations (kg K20) 831 792 828 837 713

Différence (kg K20) 1959 933 1892 7403 —713

Différence (kg K20/an) 65 31 63 247 —24

Moyenne analyses DS 1997-2000 (indice) 0,7 0,8 0,6

179

1,8 0,6

Moyenne analyses AA 1997-2000 (mg/kg terre) 191 200 343 177

120 0

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Cultures et années

--♦ - Norme PK — —0P/Norme K ~L J— norme P/OK à Norme + 2 x correction 0P/0K Fig. 1. Evolution du rendement des cultures. Les rendements sont exprimés en valeurs relatives par rapport au procédé «norme PK».

78

Fig. 2. Evolution du niveau de fertilité P du sol selon Dirks-Scheffer (extraction à l'eau satu- rée de CO,).

Indice K20 1,s

1,6

1,4

-

1,2 1 0,8

0,4 0,2 0,6

L

0

1970 1973 1977 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000

—s— Norme PK ~ OP/Norme K --D- Norme P/OK ~ Norme + 2 x corr. PK OP/OK -«

Fig. 3. Evolution du niveau de fertilité K du sol selon Dirks-Scheffer (extraction à l'eau satu- rée de CO,).

Indice P205 14

-

12

-

4

12

10

ss 10

-

8

-

6

2

0 1970 1973 1977 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 -~ Norme PK o OP/norme K - D. Norme P/OK --+- Norme + 2 x corr. PK ->-OP/OK

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L'évolution du rendement des cultures (exprimé en grain et une fois en sucre) est illustrée dans la figure 1. Celle-ci montre qu'une fumure phosphopotas- sique basée sur la norme est générale- ment suffisante pour assurer un rende- ment correct dans ce sol argileux. Les rendements de la variante «OP/OK»

sont plus souvent et plus nettement in- férieurs à ceux de la variante «Norme PK» depuis 1980. Des chutes de rende- ment sont particulièrement marquées en 1982, 1985, 1994 et 1998. Elles con- cernent la betterave, le blé de prin- temps, le maïs et le colza qui ont, ces années-là il est vrai, aussi souffert de difficultés en cours de végétation (stress temporaires thermiques ou hydriques).

Le manque de phosphore semble avoir généralement plus marqué le niveau de rendement des cultures que le manque de potasse. D'ailleurs, des symptômes temporaires de carence en phosphore ont été observés à plusieurs occasions lorsque la végétation était peu active.

En analysant la réaction des cultures à la fumure dans la figure 1 et en faisant abstraction des cas particuliers cités plus haut, il n'est guère possible de tirer de règle générale sur la réaction spéci- fique de celles-ci au manque de P ou de K. Globalement, et malgré le verdict de l'analyse du sol, c'est plus le manque de disponibilité du P que celui du K qui affecte le rendement des cultures.

Quant au renforcement de la fumure PK (norme + 2 x corrections), il n'en- gendre pas d'augmentation significative du rendement.

Richesse du sol en P20 5 et K20

La richesse du sol en p,05 extrait par l'eau saturée de CO, (fig. 2) montre trois niveaux de fertilité bien distincts, dans l'ordre croissant des quantités de fertilisants apportées: les variantes «OP», les 2 variantes «norme P» et finalement la variante «norme + 2 x corrections».

Pour le potassium (fig. 3), il n'y a que deux niveaux distincts; les variantes

«normes K» et «OK» ne sont que faible- ment différenciées.

Un enrichissement du sol en P comme en K n'est perceptible que dans la variante à fumure PK renforcée (fig. 2 et 3).

Les fluctuations annuelles des teneurs du sol en P et en K dépendent en partie des cultures après lesquelles le prélève- ment a été réalisé.

Sur la base de la moyenne des résultats des analyses réalisées en 1997, 1998,

1999 et 2000, une comparaison a été faite entre l'extrait à l'eau saturée de CO, et l'extrait à l'acétate d'ammo- nium + EDTA (fig. 4 et 5; tabl. 1). Hor- mis le fait que la seconde méthode fournit en principe une information sur les éléments fertilisants de réserve, on constate qu'elle différencie mieux les procédés de fumure que l'extrait à l'eau saturée de CO,. Toutefois, les ré- sultats obtenus avec ces deux méthodes sont concordants.

Teneur des grains et exportations de P20 5 et K20

Depuis 1984, toutes les récoltes ont été analysées systématiquement. La com- paraison des teneurs des produits récol- tés et des exportations qu'elles engen- drent par rapport a la variante norme PK permet de mettre en évidence l'élé- ment qui est le facteur limitant.

Les deux variantes qui ne reçoivent pas de phosphore («OP norme K» et

«OP/OK») sont fortement marquées, au- tant au niveau des teneurs que des ex- portations. Plus de SO% des cultures de la variante «OP/norme K» ont des ex- portations en P au-dessous de 95% de celles de la norme, et plus de 90% des cultures de la variante «OP/OK».

La suppression de l'apport de potas- sium semble moins affecter les teneurs et les exportations des récoltes que la suppression du phosphore.

Bilan des éléments fertilisants

Le bilan des fertilisants est calculé par la différence entre les apports et les ex- portations. Ces dernières ne sont cons- tituées que par le grain (maïs, blé, colza) et les racines (betterave); les pailles, les feuilles et les collets de bet- terave n'ont pas été pris en considéra- tion puisqu'ils restent sur le champ.

Résultats

Rendement des cultures

79

Ell

1970.1985: I Norme PK I Exportations I Norme PK I Norme PK I OP/OK PK + 20% + 1 x correction + 2 x correction

1986.2000: I Norme PK I OP/norme K I Norme P/OK I Norme PK I OP/OK + 60P + 200K

Fig. 4. Etat d'approvisionnement en phosphore après trente ans de fumure:

■ Différences annuelles moyennes entre les apports de P par les engrais et les exportations par les récoltes.

■ Valeur moyenne 1997-2000 des résultats des analyses de sol par extrait à l'eau saturée de CO, (analyse DS).

Valeur moyenne 1997-2000 des résultats des analyses de sol par extrait à acétate d'am- monium + EDTA (analyse AA).

La comparaison des bilans des différen- tes variantes de fumure montre des dif- férences importantes (tabl. 1; fig. 4 et 5).

Sur la base du tableau 1, on peut faire les constats suivants:

• Phosphore: les procédés 1 et 3 pré- sentent un excédent «moyen» de

30-40 kg de P,05 par an; le procédé 2 est presque équilibré, avec un mo- deste déficit de 9 kg de P205 par an, grâce à la suppression du P depuis 1986; le procédé 4 affiche naturelle- ment un excédent important puis- qu'il atteint 85 kg de P,05 par an;

■ Différence kg K20/an

■ Moyenne analyses DS 1997-2000

r'

Moyenne analyses AA 1997-2000 350

300 f

250-1//

200 150

100 F

50-/

0-

-50

-e

1970-1985:

1

1

1

1986.2000: Norme PK OP/norme K Norme P/OK Norme PK OP/OK + 60P + 200K

Fig. 5. Etat d'approvisionnement en potassium après trente ans de fumure:

■ Différences annuelles moyennes entre les apports de K par les engrais et les exportations par les récoltes.

■ Valeur moyenne 1997-2000 des résultats des analyses de sol par extrait à l'eau saturée de CO2 (analyse DS).

Valeur moyenne 1997-2000 des résultats des analyses de sol par extrait a acétate d'am- monium + EDTA (analyse AA).

■ Différence kg P205/8n

■ Moyenne analyses DS 1997-2000

❑ Moyenne analyses AA 1997-2000 100

so r~

60+

-20

dans le procédé 5, le déficit atteint en moyenne 36 kg de P,05 par an.

• Potassium: les procédés 1 et 3 pré- Il sentent un excédent «moyen» de 63 et 65 kg K,O par an tandis que le procédé 2 présente un excédent plus modeste puisqu'il n'atteint que 31 kg K20 par an; le procédé 4 est naturellement aussi en excès de par le renforcement de la fumure qui ne s'est pas traduit par des rendements supérieurs; quant au procédé 5, il présente un déficit relativement mo- deste avec 24 kg K20 par an.

Discussion

Les résultats d'analyse de terre montrent une bonne homogénéité de réponse entre les deux méthodes d'extraction.

Pour le phosphore, on distingue trois groupes de réponses bien séparées:

— Les variantes «OP» dont la moyenne des quatre dernières années donne un indice de l'ordre de 2,1 pour l'extrait à l'eau saturée de CO, et une teneur de 15 mg par kg de terre pour l'AA+EDTA.

Les variantes «norme», dont la moyenne des quatre dernières années donne un indice de 4,2 et 31 mg par kg de terre pour l'AA+EDTA.

La variante «norme + 2 corrections»

dont la moyenne des quatre derniè- res années équivaut à un indice de 8,9 et à 61 mg par kg de terre pour l'AA+EDTA.

Pour le potassium, on distingue égale- ment trois groupes, mais la variante

«OK» ne se différencie que très peu des variantes «norme». D'autre part, les rendements, les teneurs et les exporta- tions n'apportent pas la preuve que le niveau de fertilité considéré comme le plus bas handicape fortement la cultu- re. Le seuil de carence est proche, mais celle-ci ne se manifeste que sporadi- quement. Cette situation est liée au fait que les exportations en potassium par le grain sont faibles et que les restitu- tions au sol par les pailles sont de l'ordre de 90 kg/ha et par année, cor- respondant à une large part des besoins de la culture suivante. Comme déjà dé- crit dans l'article précédent, le sol étu- dié a un fort pouvoir fixateur pour P et K. Les résultats montrent qu'on atteint le seuil de carence en P, mais que les réserves en potassium adsorbé de ce sol permettent encore la nutrition correcte du blé, du maïs et du colza.

Le résultat de ces observations a contri- bué à l'adaptation des barèmes d'inter- prétation des résultats d'analyses de sol aux terres lourdes (ANONYME, 2001).

Ces sols très argileux se révèlent être, en fait, de «faux pauvres».

:1

ment à toutes les personnes qui, de près ou de loin, ont contribué à la bonne marche de cet essai.

Bibliographie

ANONYME, 2001. DBF 2001. Données de base pour la fumure des grandes cultures et des herbages. Revue stri.cse A111 oric. 33 (3), 80 p.

ANONY,i%iE, 1994. Données de batte pouf" la fumure des grandes cultures et des herbages. Reiïuc suisse A, ric. 26 (4), 191-242.

ANONYME, 1987. Directives de fumure pour les grandes cultures et les herbages en Suisse ro- mande. Revue suisse Agric. 19 (6), 297-314.

ANONYME, 1974. Nouvelles directives de fumure.

Revue suisse Auric. 6 (6), 189-195.

MAILLARD A., RYSEtz J.-P., Vu.-,z A., 1989. Bilan d'un essai de fumure phosphopotassique dans un sol argileux (1970 à 1985). Rei,ue suisse Agric. 21 (?). 93-98.

Conclusions et resume

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analyses de terre doit étre adaptes à ce type de sol qui, manifeste- ment, ne libère ses réserves que très lentement au profit des plantes.

❑ Une fumure PK couvrant les ex- portations par les récoltes — par conséquent un bilan équilibré -- suffit en principe au maintien du niveau de production des cultures et du niveau de fertilité du sol.

❑ Le P et le K contenus dans les résidus de récolte restant sur le le champ peuvent être intégralement pris en compte au titre des restitu- tions.

❑ B semble inutile, et en même temps nuisible à l'environnement, de chercher à relever les niveaux de fertilité du sol, lorsque ceux-ci sont stables et les rendements nor- maux, par un renforcement de la fumure P et K.

❑ Dans ce type de terre argileuse, une attention particulière doit être vouée au travail du sol car de lui dépend prioritairement l'installa- tion des cultures. Toute entrave au développement des plantes est fréquemment amplifiée par la li- bération lente des éléments fertili- sants. Plus de trente ans d'expéri- mentation sur un terrain adjacent de même nature ont montré que le pseudo-labour à profondeur moyenne (cultivateur à environ 15 cm de profondeur) est généra- lement la meilleure technique dans ces conditions.

Remerciements

Ce travail a pu être réalisé grâce â la précieuse collaboration du personnel de laboratoire pour les analyses des ré- coltes. Nos remerciements vont égale-

Summary

Balance of a PK-fertilisation trial in a clay soil (Changins 1971 to 2000) P and K fertilization has been tested over 30 years on a heavy clay soil which was considered by the analysis as low by P and very low by K. Following conclusions have been derived from the trial results:

• The interpretation of soil analysis results has to be adapted to this particular soil type which obviously delivers its fertilisers very slowly to the plants.

• A PK-fertilisation counterbalancing the exportations by crop harvest — input/output balance — is generally considered as suitable in order to maintaen the yield level of crops and the fertility level in the soil as well.

• The P and K contained in crop residues left on the field can be fully accounted as restored to the soil.

• It doesn't seem to be useful, for that type of clay soil, to enhance fertility level by reinforced PK fertilisation. This could even be noxious to the environment and without any signification on yield.

• In this particular heavy clay soil, soil tillage requires a great attention. Soil structure is highly important for crop establishment. The low delivery of fertilisers in the soil makes any disturbance in plant growth worde. A more as 30 years old soil tillage trial on a same neighbouring soil has shown that tine tillage (15 cm depth) leads mostly to the best results in these conditions.

Key words: fertilisation, phospohorus, potash, clay soil, field crops.

Zusammenfassung

Bilanz eines 30-jâhrigen PK-Düngungsversuch in einem Tonboden (Changins 1971-2000)

Dreissig Jahre unterschiedlicher Düngungsvarianten auf einem schweren Tonboden, durch die Analyse als arm an P und sehr arm an K eingestuft, haben zu folgenden Schlussfolgerungen geführt:

• Die Interpretation der Bodenanalysenergebnisse muss an diesem Bodentyp ange- passt werden. Letzterer gibt seine Nâhrstofreserven nur langsam zur Verfügung der Pflanzen frei.

• Eine PK-Düngung, welche die Ausfuhren durch die Ernetegüter kompensiert — d.h.

eine ausgeglichene Nâhrstoffbilanz — genügt im Allgemeinen zur Erhaltung des Produktionsniveau der Kulturen und des Fertilitâtsniveau des Bodens.

• Die P- und K-Nâhrstoffe, welche in den auf dem Feld zurückbleibenden Ernte- rückstânde enthalten sind, künnen zu den Rückfuhren voll angerechnet werden.

• Es scheint nicht zweckmâssig zu sein, und sogar hoffnungslos und für die Umwelt unerwünscht, den Versorgungsgrad des Bodens an P und K anheben zu wollen, be- sonders wenn Letzerer stabil ist und die Kulturenertrâge standortkonform sind.

• Auf diesem Bodentyp ist der Bodenbearbeitung eine besondere Sorgfalt zu schen- ken. Der physikalische Bodenzustand ist ja für die Entwicklung der Pflanzen die erste Prioritât. Jede Bamüngelung wird durch die langsame Freisetzung der Nâhr- stoffe zusatzlich im negativen Sinne beeinflusst. Mehr als 30 Jahre Bodenbearbei- tungsversuche auf einem ~hnlichen angrenzenden Acker haben gezeigt, dass ein mitteltiefes Grubbern (15 cm) in den meisten Jahren zum besten Ergebniss geführt hat.

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