Réduire les engrais azotés sans perdre en rendement, en quatre étapes

Le Dr Christine Jones, figure emblématique de l’agriculture régénérative à l’échelle mondiale, a développé une approche concrète permettant aux agriculteurs de sortir progressivement de la dépendance aux engrais azotés industriels.

Pour l’agronome australienne, le constat est clair : une fertilisation azotée massive n’est nécessaire que lorsque la diversité microbienne du sol est insuffisante. Autrement dit, si une culture ne pousse que grâce à des apports massifs d’azote inorganique, c’est le signe que l’écosystème est perturbé. À l’inverse, dans un sol vivant riche en micro-organismes, la fixation naturelle de l’azote et le cycle des nutriments fonctionnent – la nature sait faire le travail, limitant fortement les besoins en intrants.

Son approche, alors ? Diminuer les apports d’azote inorganique sur une période de quatre ans jusqu’à atteindre seulement 5 kg par hectare– tout en améliorant la santé des sols et en augmentant la rentabilité de la production. Une trajectoire ambitieuse, mais réaliste.

Dr Christine Jones, experte de renommée mondiale en agriculture régénérative (image : «Publicity Shot Soil Tour").

Les engrais azotés inorganiques : une arme à double tranchant

Les engrais azotés inorganiques sont essentiellement des sels chimiques. Ils permettent de répondre rapidement aux besoins en azote des plantes cultivées. Mais une fois dans le sol, ces sels sont très volatils et mobiles. Ils se transforment et se décomposent rapidement, s’échappent sous forme de gaz ou sont lessivés par l'eau de pluie, finissant dans les nappes phréatiques ou les cours d’eau.

Moins d'un tiers (!) de l'azote inorganique épandu est effectivement absorbé par les cultures. Le reste de l'engrais est perdu dans la nature, cause d'une pollution importante.

L'utilisation de ces engrais azotés est donc extrêmement inefficace. De plus, les engrais inorganiques coûtent cher et leurs prix peuvent varier considérablement, comme l'a montré la crise énergétique provoquée par la guerre en Ukraine.

Moins d'un tiers de l'azote inorganique est absorbé par les cultures (image : iStock)

Mais le problème ne se limite pas aux pertes économiques et à la pollution environnementale : des doses élevées d'azote industriel perturbent également l'équilibre microbien dans le sol et réduisent sa diversité. Les micro-organismes capables de fixer l’azote atmosphérique dans le sol arrêtent (partiellement) leur travail énergivore dès que le sol est saturé d'azote, leur activité n’étant plus nécessaire. Le sol devient alors dépendant des apports extérieurs.

Les enzymes microbiennes sont essentielles à la fixation de l'azote dans le sol

Petite parenthèse de biochimie (ça vaut le détour !) : certains micro-organismes, notamment les bactéries et archées diazotrophes dites « libres » ou « non-symbiotiques », ont la capacité de transformer le diazote de l'air (N₂) en une forme assimilable par les plantes. Cette fixation biologique du diazote repose sur un complexe enzymatique appelé nitrogénase. Grâce à lui, les micro-organismes fixateurs d’azote libres du sol parviennent à réduire le N₂ en ammoniac (NH₃), ce dernier se transformant immédiatement en ammonium (NH₄⁺) dans l’environnement aqueux des cellules.

Le hic de ce mécanisme fascinant : la nitrogénase est extrêmement sensible à l’oxygène. Même de petites quantités d'oxygène bloquent son fonctionnement. C'est pourquoi la fixation biologique du diazote par les micro-organismes fixateurs d’azote libres ne peut se produire que dans des zones très pauvres en oxygène (zone microaérobies stables ou quasi anaérobies).

Ces conditions particulières pauvres en oxygène existent naturellement dans les nodules des légumineuses (colonisés par des rhizobiums), mais aussi à l'intérieur des gaines racinaires ainsi que dans les agrégats du sol. Les gaines racinaires se forment lorsque de nombreux micro-organismes se concentrent autour des racines d'une plante saine et que « la terre » adhère à la racine, comme le montre l'image ci-dessous (lisez à ce sujet aussi notre article passionnant sur les sécrétions racinaires).

Les engrais azotés inorganiques hautement concentrés perturbent la formation des micro-habitats essentiels à la fixation biologique de l’azote — que ce soit dans les gaines racinaires ou les agrégats du sol. Résultat : la fixation biologique ralentit, voire s’arrête. Nous perdons ainsi l'azote disponible gratuitement et devons le réintroduire à grands frais.

Gaines racinaires de plants d'avoine après application d’un extrait liquide de lombricompost (image: Agresol)

Réduction des apports d’azote inorganique en quatre étapes

Pour sortir de ce cercle vicieux, le Dr Christine Jones propose une approche en quatre étapes. Cette approche permet de revenir en douceur à la fixation biologique de l'azote :

Première étape : comprendre le potentiel de l'azote atmosphérique

L’air que nous respirons contient environ 78 % d’azote sous forme de diazote N₂, un gaz inerte et non directement utilisable par les plantes. Au-dessus d’un hectare de sol, nous avons donc à disposition un réservoir immense de plusieurs milliers de tonnes d’azote atmosphérique.

Deuxième étape : (re-)connaître les mécanismes de la fixation biologique de l'azote

Comme expliqué ci-dessus, il existe plusieurs mécanismes de fixation biologique de l'azote. Ces mécanismes fonctionnent toujours en association avec des microbes :

• La fixation au sein des gaines racinaires. Les racines saines sécrètent des sucres attirant les micro-organismes fixateurs d’azote libres, qui s’y regroupent en zones pauvres en oxygène et produisent des composés azotés assimilables par la plante.

  
  

• La fixation au sein des agrégats du sol. Dans les agrégats se créent des zones pauvres en oxygène où les micro-organismes fixateurs d’azote libres peuvent se développer et fixer de l’azote.

  
  

• La fixation symbiotique dans les légumineuses. Les bactéries du genre Rhizobium colonisent les racines des légumineuses et y forment des nodules, à l’intérieur desquels elles convertissent l’azote atmosphérique en une forme assimilable par les plantes.

De plus, les réseaux mycorhiziens associés aux plantes - c'est-à-dire les réseaux de champignons assurant l'échange de nutriments entre les plantes et les microbes du sol - jouent un rôle majeur dans la distribution de l'azote. Leurs « autoroutes fongiques » constituent des voies de transport centrales pour l'azote fixé par les micro-organismes du sol, en particulier l’azote sous forme d’acides aminés, très avantageuse sur le plan énergétique pour les plantes.

Les micro-organismes fixateurs d'azote libres prospèrent dans l'environnement pauvre en oxygène des gaines racinaires. Les hyphes fongiques visibles sur cette image transportent les sécrétions racinaires vers les micro-organismes diazotrophes (image: The Nitrogen Solution with Dr. Christine Jones)

Notons également que les plantes disposent d'au moins deux autres mécanismes pour s'approvisionner en azote « microbien » :

• D'une part, le cycle de rhizophagie, au cours duquel les racines des plantes absorbent des bactéries et autres microbes dont l’azote est ensuite « digéré » (pour en savoir plus, consultez notre article sur la rhizophagie).

  
  

• D'autre part, les endophytes fixateurs de diazote. Ce sont des bactéries vivant à l'intérieur des tissus des plantes des non légumineuses, où elles convertissent l'azote atmosphérique en une forme assimilable par celles-ci.

Troisième étape : réduire progressivement l'utilisation d'engrais azotés synthétiques

Afin de réduire la dépendance à l'azote inorganique, le Dr Christine Jones recommande une approche progressive. Une réduction graduelle évite le choc provoqué par un retrait abrupte de l'azote et permet aux micro-organismes du sol de se régénérer progressivement et de redevenir actifs, sans perte de rendement.

Le Dr Jones recommande de réduire l'utilisation d'azote d'environ 20 % la première année, de 30 % supplémentaires la deuxième année et de 50 % supplémentaires la troisième année.

L'objectif est d'atteindre une quantité d'engrais d'environ 5 kg N/ha au cours de la quatrième année, un apport qui, selon le Dr Christine Jones, favorise la fixation biologique de l'azote sans perturber l'équilibre naturel du sol.

Pour déterminer les besoins réels en azote des plantes pendant le processus de sevrage, on procède à des analyses de la sève foliaire. Les apports d'azote sous forme d'acides aminés, comme les hydrolysats de poisson ou les pulvérisations foliaires, n'affectent pas le microbiome du sol et ont un effet bénéfique pendant la période de transition. Ils permettent de faire le pont jusqu'à ce que la population microbienne du sol soit à nouveau pleinement fonctionnelle.

Tableau : réduction de l’apport d'azote synthétique sur 4 ans selon le Dr Christine Jones.

Quatrième étape : Renforcer les mécanismes de la fixation biologique de l'azote

Pour stimuler la vitalité de la communauté microbienne — et, par conséquent, la fixation biologique de l’azote — il est essentiel de combiner plusieurs pratiques régénératrices : maintien d’une couverture végétale permanente, diversification des espèces végétales, encouragement ciblé des processus microbiens et, comme mentionné précédemment, diminution des engrais azotés de synthèse.

La réduction du travail du sol contribue à préserver le système fragile des micro-organismes, en particulier celui des champignons mycorhiziens. La mise en place de cultures de couverture et de cultures associées, ainsi que les sécrétions sucrées des racines, favorisent la santé du sol et la formation des gaines racinaires.

L'apport de biostimulants, de substances humiques ou d'azotes organiques permet d'augmenter encore l'activité microbienne et contribue à la formation d'agrégats dans le sol.

Le passage d'un système dépendant des produits chimiques et nécessitant d'importants apports externes à un modèle régénératif basé sur la fixation naturelle de l'azote offre de nombreux avantages : des économies financières, la protection de nos ressources naturelles, une meilleure santé des plantes et, plus généralement, un système de production plus durable.

Rhizosphère de l'avoine. À gauche avec, à droite sans engrais azoté inorganique (image: The Nitrogen Solution with Dr. Christine Jones)

Le Dr Christine Jones met également en avant un point essentiel : les légumineuses ne représentent pas « la seule solution » pout l'apport en azote et ne devraient pas être cultivées dans les proportions actuellement pratiquées.

En effet, les légumineuses sont en mesure de fixer des quantités relativement importantes d'azote grâce à leurs rhizobiums. La libération subite de cet azote dans le sol – p.ex. lors du broyage d’un engrais vert riche en légumineuses - peut avoir un effet négatif similaire à celui des engrais azotés inorganiques du commerce. L’abondance d’azote a un effet inhibiteur sur d'autres micro-organismes qui pourraient également fixer l'azote, ce qui peut ralentir la régénération de l'écosystème et de la structure du sol. 

Comment savoir si mon sol fixe l'azote ?

Soyons conscients que la plupart des études scientifiques sur la dynamique de l'azote dans les sols agricoles - et les recommandations en matière de fertilisation qui en découlent - ont été menées dans des conditions qui ne tiennent guère, voire pas du tout, compte de l'activité des bactéries et archées fixatrices d'azote libres.

D’après le Dr Christine Jones, près de 99 % des recherches sur l'azote reposeraient sur des hypothèses incomplètes ou trompeuses. Elle souligne ainsi l’urgence de repenser entièrement notre compréhension de cette substance.

Il devient désormais évident que deux croyances largement répandues méritent d’être revues :

• Premièrement, que les plantes ne peuvent pas bien pousser sans apport supplémentaire d'azote et

• deuxièmement, que seules les légumineuses entrent en relation avec des bactéries fixatrices d'azote.

Selon le Dr Jones, pratiquement toutes les plantes vertes ont la capacité de coopérer avec des bactéries fixatrices d'azote libres du sol.

Pour savoir si notre sol fixe réellement le diazote, rien de plus simple. Il suffit de vérifier la présence de gaines racinaires ou d'agrégats bien formés et stables. Cela peut être facilement déterminé par une évaluation visuelle à l'aide d'un échantillon prélevé à la bêche.

Mon sol n'a pas besoin de plus d'azote, mais de plus de carbone

Dans un épisode de podcast particulièrement intéressant, John Kempf a partagé une conversation qu'il a eue avec une maraîchère. Celle-ci lui a expliqué qu’elle pensait autrefois devoir cultiver des légumineuses en culture intermédiaire pour enrichir son sol en azote. Mais elle a fini par comprendre que son sol ne manquait pas d’azote, mais de carbone !

En effet, les composants de l'humus sont principalement constitués de carbone et d'azote. La fixation de l'azote s’effectue donc tout naturellement au cours d'un processus de formation du sol.

Une observation loin d’être anodine.

Sources

Version originale du blog (en allemand)

The Nitrogen Solution with Dr. Christine Jones (vidéo, 13.4.21)

Teale Simmons: Dr Christine Jones’ The Nitrogen Solution (article d’Agresol)

Agriculture explained: Dr Christine Jones' The Nitrogen Solution (vidéo d’Agresol)

Exploring Tillage, Aggregation, and Biological Innovation with Rick Clark (podcast de John Kempf, 20.6.2024)

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