Le meilleur fertilisant phosphaté? La revitalisation des sols

Lorsque les feuilles de nos cultures prennent une coloration violette inhabituelle ou que l’analyse du sol révèle une faible teneur en phosphore, la conclusion semble évidente : il manque du phosphore, donc il faut en apporter sous forme d’engrais.

Pourtant, la fertilisation au phosphore est coûteuse, souvent peu efficace, et peut nuire à la fertilité des sols ainsi qu’à la qualité des eaux.

La plupart des sols disposent déjà d’importantes réserves de phosphore. Toutefois, une grande partie de ce phosphore est liée et n’est pas directement disponible pour les plantes.

Dans une approche régénérative, nous nous posons donc la question suivante : comment pouvons-nous soutenir la biologie du sol pour rendre le phosphore déjà présent dans nos terres disponible pour les plantes ?

En nous appuyant sur les travaux novateurs de la Dre Christine Jones, nous montrons dans cet article que la disponibilité du phosphore pour les plantes dépend directement de la manière dont nous gérons nos sols.

Ce que nous devons savoir sur la fertilisation conventionnelle au phosphore

Le phosphore (P) compte parmi les éléments nutritifs les plus importants pour les plantes. Il joue notamment un rôle essentiel dans la formation des grains et des fruits et influence le rendement ainsi que la qualité des semences. Au tout début de la phase de croissance, il joue un rôle central dans le métabolisme énergétique de la plante et favorise également la formation de racines vigoureuses et profondes.

Lorsque le P est apporté sous forme de phosphate hydrosoluble rapidement disponible pour les plantes, les cultures n’en absorbent généralement que 10 à 15 % au cours de l’année d’application. Les 85 à 90 % restants sont immobilisés en l’espace de quelques semaines, deviennent inaccessibles aux plantes ou sont perdus. Les raisons en sont les suivantes :

• Fixation chimique : Dans les sols acides (pH < 6), le P réagit avec l’aluminium, le fer et le manganèse. Dans les sols alcalins (pH > 7), il réagit avec le calcium. Il se forme alors des composés peu solubles, rendant le P indisponible pour les plantes (la disponibilité est optimale lorsque le pH se situe entre 6,0 et 6,8).

  
  

• Faible mobilité dans le sol : Le phosphate est très peu mobile dans le sol. Si une racine ne se développe pas directement dans la zone où le P a été apporté ou dans laquelle il est renouvelé par diffusion (déplacement lent des ions phosphates d’une zone à forte concentration vers une zone à faible concentration), elle ne peut pas atteindre ce P. Ainsi, par exemple, le P appliqué en surface reste sur place et n’est pas disponible pour les racines qui se développent en profondeur.

  
  

• Pertes dues à l’érosion : En Suisse, plus de 2 tonnes de terre arable par hectare et par an sont érodées, emportant avec elle du P précieux. Ces pertes réduisent la fertilité des sols. Le P et les autres éléments nutritifs ainsi emportés s’accumulent dans les eaux et provoquent notamment des proliférations d’algues.

• Perte de biodiversité et altération des fonctions du microbiome du sol : Une fertilisation excessive en P modifie la communauté microbienne du sol, ce qui entrave la mobilisation biologique du P — nous y reviendrons plus en détail ci-dessous.

  
  

Les sols disposent donc généralement d’importantes réserves de P. Toutefois, comme seule une très faible proportion du P total présent dans le sol — environ 1,5 à 3 % — est directement disponible pour les plantes à un moment donné, de nombreux agriculteurs et agricultrices en concluent à tort qu’un apport continu de P est nécessaire.

Illustration : Extrait d’une analyse de sol Kinsey. La détermination de la teneur en P par une analyse de sol est complexe, car le type de sol, le pH et les pratiques de gestion influencent les résultats. Il faut également distinguer le P total du P disponible pour les plantes. Lors d’une analyse de la sève, la concentration en P entre les feuilles jeunes et les feuilles plus âgées est comparée. Comme le P est mobile dans la plante, en cas de carence il est transféré des parties plus âgées vers les parties plus jeunes. Les analyses végétales (analyses de tissus ou de sève) sont souvent plus pertinentes que les analyses de sol, car elles montrent quels éléments nutritifs sont rendus disponibles par l’activité des microorganismes du sol et absorbés par les plantes. Les Rencontres Régénératives créent un espace d’échange permettant d’interpréter les analyses de sol et de sève avec l’aide d’experts - et d’en déduire des recommandations pour mieux gérer son sol.

La fertilisation en phosphore freine la vie du sol et diminue les rendements

En Suisse, il est courant d’apporter des éléments nutritifs facilement solubles directement dans la zone de semis ou à proximité immédiate des racines. Cette pratique est notamment utilisée pour le maïs, au moyen d’une fertilisation localisée sous la ligne de semis, ainsi que dans les cultures maraîchères intensives.

Lorsque de grandes quantités de P sont apportées sous une forme hydrosoluble comme engrais starter, la plante dispose d’une abondante quantité de P durant les premières semaines de sa croissance. Toutefois, la majeure partie du P nouvellement apporté se lie en quelques semaines au fer, à l’aluminium ou au calcium et ne peut plus être absorbée par les plantes.

À cela s’ajoute qu’un apport initial excessif de P réduit l’investissement de la plante dans les interactions avec les champignons et dans le développement de bactéries bénéfiques de la rhizosphère (la zone autour des racines). Ces microorganismes contribuent à l’approvisionnement naturel de la plante en P. Au plus tard lorsque l’engrais s’est fixé dans le sol, elle doit rattraper ce processus biologique. Le processus de recrutement commence ainsi avec retard, souvent lorsque les ébauches des futurs organes floraux et fructifères sont en plein processus de formation. Il en résulte une carence en éléments nutritifs à un stade critique du développement. Cette carence peut facilement compromettre le rendement futur.

Ainsi, un apport initial de P hydrosoluble peut paradoxalement provoquer par la suite une carence en P et en autres éléments nutritifs, faute d’avoir permis à la biologie bénéfique du sol de se mettre en place à temps.

Images : Racines nues, telles qu’utilisées dans les essais scientifiques standardisés (à gauche), et racines entourées de terre, signe d’une interaction intense entre la plante et le sol (à droite). Lorsque l’activité biologique est insuffisante, les plantes réagissent à un apport de P hydrosoluble. Quand la vie du sol foisonne, les mycorhizes et les micro-organismes assurent naturellement la nutrition phosphatée des cultures. Un apport de P supplémentaire devient alors inutile et n’entraîne généralement pas de réaction significative en termes de rendement ou de croissance. C'est pourquoi les essais scientifiques réalisés sur « racines nues » sont trompeurs : en ignorant la complexité biologique du milieu agricole, ils faussent l'évaluation des besoins en engrais (source : Christine Jones).

L’unité plante-microbiome

Selon Christine Jones, les plantes sont de parfaits exemples d’holobiontes, c’est-à-dire des entités formées par le végétal lui-même et l'ensemble des micro-organismes qui lui sont associés.

Dans ce système plante-microorganismes, la communauté microbienne présente autour des racines, qui se manifeste notamment par la formation d’un manchon racinaire bien visible, joue un rôle particulièrement important. Les plantes fournissent de l’énergie aux microorganismes en excrétant des composés sucrés, tandis que ces derniers mobilisent en retour les éléments nutritifs et les rendent disponibles pour les plantes.

Dans les sols à forte activité biologique, plus de 90 % de l’absorption des éléments nutritifs par les plantes se fait par l’intermédiaire des microorganismes. Selon Christine Jones, la plupart des sols ne sont pas intrinsèquement pauvres en P, mais manquent surtout de microorganismes de la rhizosphère capables de mobiliser les nutriments et de les rendre disponibles pour les plantes (des exceptions existent toutefois : notamment dans les sols sableux, pauvres en humus et sujets à l’engorgement, le P peut être un facteur limitant).

En tant qu’agricultrices et agriculteurs, nous pouvons agir directement sur cette activité biologique du sol et la stimuler de manière ciblée.

L’essentiel est que les sols soient couverts en permanence de plantes vivantes et parcourus par leurs racines. Grâce aux substances qu’elles exsudent par leurs racines, les plantes fournissent de l’énergie aux microorganismes du sol et stimulent leur activité.

L’activité de ces microorganismes dépend toutefois fortement de la température et de l’humidité du sol et varie au cours de l’année. Ainsi, des carences en P peuvent par exemple apparaître dans des sols froids et humides, lorsque l’activité microbienne est encore faible.

Tableau : Comparaison entre l’agriculture non-régénérative et l’agriculture régénérative. Lorsque nous apportons à la plante du P hydrosoluble, elle devient paresseuse et produit moins d’exsudats racinaires. La plante interagit alors moins avec son microbiome et contribue également moins à la formation d’un sol sain et bien structuré. Il en résulte un cercle vicieux marqué par une utilisation peu efficace des éléments nutritifs, une diminution de la fertilité des sols, une augmentation des coûts et des impacts environnementaux croissants (à gauche). Pour permettre aux agriculteurs et agricultrices de restaurer la santé des sols tout en améliorant leur rentabilité, il est nécessaire de modifier le microbiome du sol. Cette évolution peut être favorisée par une très forte activité photosynthétique (à droite). Pour quelle approche optez-vous? (Source: Christine Jones)

La solution biologique : la mobilisation par les microorganismes

Dans les sols vivants, de nombreux processus naturels contribuent à rendre le P disponible pour les plantes.

Les champignons mycorhiziens étendent la zone explorée par les racines grâce à leur réseau d’hyphes très ramifié, permettant ainsi à la plante d’accéder à un volume de sol supplémentaire. Ils l’aident à mobiliser et à absorber le P, notamment grâce aux phosphatases (enzymes), qui libèrent le P lié à la matière organique, ainsi qu’aux acides organiques, qui contribuent en particulier à la mobilisation des phosphates minéraux peu solubles. Le réseau fongique est également colonisé par des bactéries capables de solubiliser le phosphate, ce qui renforce la mobilisation du P. En contrepartie des nutriments qu'il extrait du sol, le champignon reçoit de la plante des exsudats racinaires carbonés nécessaires à sa croissance. Les champignons libres du sol sécrètent eux aussi différents acides permettant de solubiliser les phosphates peu solubles (selon Christine Jones, tous les champignons seraient capables de mobiliser le P).

Les bactéries qui solubilisent et minéralisent le P se développent de préférence à proximité immédiate des racines des plantes. À l'instar des champignons mycorhiziens, elles tirent leur énergie des composés riches en carbone libérés par la plante. En sécrétant des acides organiques, des phosphatases ou des sidérophores (qui libèrent le fer), elles mobilisent le P minéral ou organique tout en stimulant la fixation biologique de l'azote. Les cycles du phosphore et de l'azote sont ainsi étroitement liés.

Enfin, les graines et les plantes abritent des endophytes, des micro-organismes transmis de génération en génération qui stimulent l’absorption des nutriments dès la germination. Toutefois, ce mécanisme n'opère que si ces micro-organismes n’ont pas été éliminés par la sélection variétale ou le traitement chimique des semences.

Illustration : La capacité des plantes à utiliser le P présent dans le sol dépend des processus biologiques et physico-chimiques qui s’y opèrent. Bien que directement assimilables, les phosphates hydrosolubles (H₂PO₄⁻ et de HPO₄²⁻) ne sont présents qu’en infimes quantités dans le sol, représentant environ 1,5 à 3 % du P total (carré de droite). Cette concentration ne s'élève temporairement qu'à la suite d'une fertilisation minérale. Le phosphore non directement disponible se divise en deux fractions : le P organique, lié aux micro-organismes et résidus végétaux), et le P inorganique, fixé aux minéraux du sol comme le fer, l'aluminium ou le calcium (carré de gauche, soit 97 à 98,5 % du P total du sol). La clé de la mobilisation du P réside dans la biologie du sol présente (ovale au centre de l’image. Source : Christine Jones).

Deux stratégies clés pour maximiser l’activité biologique et la disponibilité du P

Les bactéries comme les champignons dépendent de la présence de plantes vivantes et de leur système racinaire. Il est donc essentiel de maintenir une couverture végétale vivante du sol tout au long de l’année et de favoriser la diversité des plantes.

Dès lors, une gestion raisonnée du P s’articule autour des objectifs principaux suivants :

1. Augmenter systématiquement la capacité photosynthétique. Privilégiez des systèmes de culture associant plusieurs espèces végétales (cultures mixtes, sous-semis, prairies riches en espèces). Cette approche garantit, tout au long de la période de végétation, une sécrétion continue et variée d’exsudats racinaires qui nourrit les bactéries solubilisatrices de P et stimule la symbiose mycorhizienne. Plus de sucres signifie davantage de nourriture pour cette microbiologie.

Optimisez systématiquement la capacité photosynthétique des plantes au moyen de pulvérisations foliaires de thé de compost et d’autres biostimulants. Évitez toute perturbation du système biologique, notamment le labour, ainsi que l’utilisation de biocides et d’engrais minéraux hydrosolubles.

2. Maintenir les sols toujours couverts et enracinés, et augmenter la diversité végétale. Utilisez des mélanges diversifiés de cultures intermédiaires et d’engrais verts associant quatre groupes fonctionnels (graminées, crucifères, plantes herbacées et légumineuses) pour maintenir le phosphore dans les cycles biologiques. En plus d'incorporer le P dans leur biomasse, de stabiliser la structure du sol et de réduire le ruissellement, ces couverts stimulent activement la vie microbienne — les champignons mycorhiziens ayant impérativement besoin de racines vivantes pour se développer.

Dans les prairies, un couvert végétal dense et diversifié peut améliorer l’absorption P, car les plantes à enracinement profond ainsi que les nombreuses symbioses permettent d’explorer un volume de sol plus important. Le trèfle et les autres légumineuses contribuent notamment à une mobilisation plus efficace des éléments nutritifs du sol.

De manière générale, la diversité végétale dynamise la biologie du sol. Elle stimule l’activité des micro-organismes ainsi que leurs mécanismes de communication (« quorum sensing »). Ces synergies favorisent la production d’enzymes clés pour la mobilisation du P, telles que les phosphatases. Enfin, certaines espèces se distinguent par leur capacité à libérer le phosphore bloqué. C’est le cas du sarrasin, de l’avoine, des lupins, de la phacélie ou du trèfle, dont les racines sécrètent d’importantes quantités d’acides organiques, rendant ainsi le P directement assimilable par les plantes.

Changement : radical ou progressif ?

Si les stratégies mentionnées pour stimuler la vie du sol sont mises en œuvre, l’abandon du P peut se faire immédiatement, selon Christine Jones (contrairement au N, pour lequel une transition plus progressive est recommandée). Cette démarche devrait toutefois toujours être suivie au moyen d’analyses du sol et des plantes, tout en surveillant le développement des racines et la santé des plantes.

Pour accompagner la transition, Christine Jones recommande le recours aux biostimulants, tels que les extraits de lombricompost appliqués directement sur les cultures ou les extraits de compost en enrobage de semences. Ces derniers stimulent l’activité microbienne autour de la plantule, favorisant ainsi la mobilisation du P bloqué (pour en savoir plus, voir notre article de blog consacré au quorum sensing).

La qualité des semences joue elle aussi un rôle crucial. Grâce au microbiome qu’elles renferment — transmis de génération en génération —, une communauté diversifiée de micro-organismes endophytes est introduite dans le sol. Ces derniers soutiennent activement la plante dans la mobilisation du P.

D’autres experts (voir sources ci-dessous) conseillent de réduire progressivement les apports de P sur une période de 3 à 5 ans. Cette transition est particulièrement recommandée dans les parcelles ayant historiquement reçu de fortes quantités de P hydrosoluble. Dans un premier temps, il convient de combiner le P rapidement disponible avec du phosphate naturel, puis de faire évoluer progressivement, au fil des années, le rapport en faveur du P à disponibilité plus lente (tout en stimulant la biologie du sol). L’ajout d’acides humiques au P hydrosoluble améliore l’absorption du P et ralentit sa fixation dans le sol.

À long terme, afin de favoriser un bon développement précoce des racines, il reste également possible d’apporter une fertilisation de démarrage de 5 à 10 kg de P hydrosoluble/ha (cette quantité n’a pas d’impact négatif sur la biologie du sol). Des apports de P plus importants ne devraient toutefois pas être effectués inutilement directement au moment du semis, mais plutôt être apportés à quelques semaines d’intervalle et/ou à distance de la ligne de semis, afin de laisser à la plante le temps de construire des relations symbiotiques avec les microorganismes.

Il convient également de noter que l’application simultanée de doses élevées de P hydrosoluble et de biostimulants est peu pertinente, car, comme expliqué précédemment, leurs effets respectifs tendent à s’annuler mutuellement.

Image : Le choix de la variété peut influencer dans quelle mesure une plante bénéficie de la symbiose avec les champignons mycorhiziens. Le professeur Marc-André Selosse explique que les anciennes variétés de blé réagissent plus souvent et plus fortement à la symbiose avec les champignons mycorhiziens que les variétés plus récentes, qui ont majoritairement été sélectionnées dans des conditions riches en éléments nutritifs. Lors du choix d’une variété, il convient donc de prendre en compte non seulement son potentiel de rendement dans des conditions de forte disponibilité en nutriments, mais également sa capacité à tirer parti des symbioses microbiennes. La production de ses propres semences et la culture de variétés de population offrent également un potentiel intéressant : la multiplication des semences favorise l’adaptation aux conditions locales, tandis que la diversité au sein des variétés de population permet de mieux exploiter les différentes conditions de sol et de disponibilité des nutriments (source : Parlons phosphore et agriculture).

Avant tout, ne pas nuire

Tout comme en médecine, le premier devoir de l'agriculture devrait être guidé par ce précepte : Primum non nocere — avant tout, ne pas nuire.

Appliqué à notre sujet, cela signifie qu’il ne faut pas entraver les dynamiques biologiques qui libèrent le P bloqué. Évitons donc de perturber ces mécanismes naturels par des apports d’engrais inutiles ou excessifs, ou par toute autre intervention nuisible.

Une gestion régénérative du P ne signifie pas nécessairement de bannir totalement les apports hydrosolubles. Il s’agit toutefois d’utiliser la bonne forme d’engrais, au bon endroit et au bon moment, dans la quantité la plus faible possible.

La priorité reste de développer une biologie du sol active : même les sols dégradés abritent de nombreux microorganismes dormants, capables de se réactiver rapidement dès la moindre amélioration de leur environnement.

En favorisant la mise à disposition naturelle du P par des pratiques régénératives, on réduit les coûts de production, on limite l’impact environnemental et on pose les bases, sur le moyen et long termes, de cultures résilientes et productives.

Sources

Version originale de l'article

The Phosphorus Paradox (présentation, Dre. Christine Jones)

How Soluble Phosphorus Applications at Planting Create Yield Drag (présentation, John Kempf)

Dr Christine Jones' Phosphorus Paradox Explained (présentation, Teale Simmons)

Dr Christine Jones’ Phosphorus Paradox (article)

Regenerative Phosphorus Management (article, Teale Simmons)

Parlons phosphore et agriculture (présentation, Benoît Le Baube)

Spun (cartographie des réseaux mycorhiziens)

The Phosphate Priority - Part 1: Reclaiming, Recycling and Releasing P (article, Graeme Sait)

The Phosphate Priority - Part 2: The Great Release - New Tools to Tap Trapped Phosphate (article, Graeme Sait)

Jichen Wang, Yong-Guan Zhu, Yuan Ge (2024): Global distribution pattern of soil phosphorus-cycling microbes under the influence of human activities (article scientifique)

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