Les pratiques agricoles qui réduisent la quantité de carbone dans le sol peuvent perturber son activité microbienne, modifier sa structure, et sa capacité à fournir eau et nutriments aux cultures. Elles peuvent aussi limiter la capacité des sols agricoles à lutter contre le changement climatique. Le projet de recherche européen Catch-C s’est interrogé sur la capacité des pratiques agricoles alternatives à limiter ou contrebalancer ces problèmes. À partir des premiers résultats de l'analyse des effets de différentes pratiques en Europe, cet article nous présente la conception d'un outil d'aide à la décision pour les acteurs du monde agricole qui résume les avantages et inconvénients de ces modèles alternatifs, propose des recommandations validées scientifiquement, pour tendre vers une gestion durable des sols agricoles, sur lesquelles de futures politiques pourront se reposer.

Depuis plus de vingt ans, de nombreuses actions incitatives ont vu le jour pour imaginer des pratiques agricoles répondant au triple défi d’assurer un niveau de vie pour les agriculteurs similaire au reste de la population, de préserver les ressources naturelles exploitée par l’agriculture et de fournir des services écosystémiques locaux (biodiversité, paysage) ou à échelle plus globale en participant à l’atténuation du changement climatique.

Parmi les ressources naturelles utilisées par l’agriculture, le sol figure en bonne place en tant que support du système cultivé et prairial (photo 1). Il  joue également un rôle non négligeable comme puit ou source de gaz à effet de serre, selon la façon dont il est géré. Mais tous les essais à très long terme de par le monde indiquent une altération de la qualité des sols et de sa fertilité en lien avec une diminution du stock de carbone organique du sol en système cultivé. Or, la matière organique du sol conditionne en grande partie ses propriétés physiques : elle permet une meilleure stabilité des agrégats, augmente la microporosité, diminue la densité apparente et offre ainsi une meilleure pénétration aux racines, et dans certains cas, améliore également la conductivité hydraulique (Reeves, 1997).

Les pratiques agricoles les plus couramment utilisées pour améliorer la qualité du sol et sa teneur en matière organique sont une réduction de la profondeur de labour, l’implantation d’engrais verts, l’incorporation des résidus de récolte et la substitution de la fertilisation minérale par des engrais organiques. Ces pratiques participent toutes de ce que Horlings et Marsden (2011) qualifient d’« intensification écologique », par opposition aux innovations visant à faire reposer l’agriculture sur la biodiversité, dans leur distinction des possibilités de modernisation écologique de l’agriculture. Duru et al. (2015) reprennent et étendent cette distinction en insistant sur le caractère local des innovations nécessaires pour la seconde possibilité. Mais avant d’innover localement, il convient de mieux connaître les grandes lignes des processus et interactions en jeu. Or la littérature rapporte des effets différents des pratiques agricoles courantes sur les paramètres que sont la qualité physique, chimique et biologique du sol, le rendement des cultures et les émissions de gaz à effet de serre. Selon les effets recherchés, ces modifications ne sont pas toutes bénéfiques : Edmeades (2003) souligne ainsi qu’une augmentation de la porosité du profil peut accentuer la lixiviation, même si elle participe à réduire le ruissellement.

Le projet de recherche européen Catch-C s’est donné comme ambition de comparer ces effets en s’appuyant uniquement sur des expérimentations de long terme en Europe (au nombre de trois cents) et de traduire les résultats de la méta-analyse en un outil d’aide à la décision.

Après une rapide revue de littérature sur les effets de pratiques alternatives (pour une revue complète, voir Spiegel et al., 2015), cet article présente les indicateurs retenus par le projet pour représenter ces effets, puis  l’outil élaboré pour diffuser les connaissances ainsi rassemblées.

Les effets sur le sol des pratiques agricoles innovantes ne sont pas complètement connus

Les pratiques agricoles actuelles, qui reposent sur un labour avec inversion du profil de sol, une fertilisation essentiellement minérale et des assolements simplifiés, sont de plus en plus considérées comme étant un mode de production non durable. En particulier, au niveau du sol, ces techniques modifient le turn-over entre macro et micro-agrégats du sol et accroissent ainsi la vitesse d’oxydation du carbone organique, elles augmentent la macroporosité et donc la sensibilité du sol à la lixiviation des nutriments dissous, elles amplifient les échanges entre les pools de carbone et d’azote organiques dissous qui fournissent substrat et énergie aux microorganismes hétérotrophes. 

Il existe de très nombreuses pratiques alternatives. Ainsi, bien adaptées à certains types de sols et zones climatiques, les techniques culturales simplifiées, en augmentant la stabilité des agrégats, limitent l’oxydation du carbone organique protégé dans les micro-agrégats. Associées avec une bonne gestion des résidus de récolte, elles participent à l’augmentation du carbone organique du sol, réduisent les émissions de CO2 et accroissent la séquestration du carbone. Leur effet sur les émissions d’autres gaz à effet de serre et sur la circulation des nutriments dissous dans le sol est plus controversé et dépend largement des types de sols et du matériel employé.

Le type de rotation pratiqué et l’emploi d’engrais verts interagissent avec le mode de fertilisation pour influer fortement sur la vitesse d’oxydation ou de séquestration du carbone organique dans le sol. Enfin, les amendements organiques ont une influence sur la séquestration du carbone qui peut persister des décennies après leur utilisation régulière. Employés de façon raisonnée, ils ne provoquent pas de modifications de pertes de nutriments hors des parcelles. Cependant, ils induisent, par rapport à une fertilisation minérale, des modifications très complexes dans les processus du sol qui peuvent résulter, dans certaines conditions, à des émissions accrues de gaz à effet de serre.

Malgré le très grand nombre d’expérimentations en Europe, il n’existait jusqu’à présent pas d’analyse sur le long terme, des effets de chaque pratique sur l’ensemble des paramètres caractérisant le rendement des cultures, la qualité du sol et les émissions de gaz à effet de serre. C’est cette absence que le projet Catch-C (encadré 1) s’est efforcé de pallier.

Mesurer l'effet des pratiques agricoles sur un cortège de paramètres

Le projet Catch-C a été construit sur l’hypothèse que certaines pratiques agricoles peuvent non seulement favoriser de hauts rendements, à faible coût pour l’agriculteur, et limiter les émissions de gaz à effet de serre, mais aussi participer à l’amélioration de la qualité physique, chimique et biologique des sols. Le projet a cherché à quantifier ces effets dans différentes zones pédoclimatiques européennes et pour différents types de sols. Les effets des pratiques agricoles ne sont mesurables que sur des essais à long terme, dans lesquels des variations  annuelles ténues vont s’accumuler au cours du temps jusqu’à être quantifiables (c’est le cas notamment des modifications de matière organique du sol), et dans lesquels il est possible de tenir compte des fluctuations interannuelles des conditions climatiques. D’un autre côté, pour des techniques apparues récemment, les essais à long terme n’existent pas encore.

Pour étayer cette hypothèse, le projet CATCH-C s’appuie sur la méta-analyse d’environ trois cents expérimentations mises en œuvre sur le long terme dans les différents pays européens (figure 1) et portant sur différentes options de rotation, de travail du sol, de gestion des intrants organiques et minéraux, de protection des cultures ou de gestion des résidus de récolte.

La méta-analyse, démarche statistique utilisée en médecine et en sciences de l’éducation, est bien adaptée à ce projet puisqu’elle permet de prendre en compte les résultats d’expérimentations sur le long terme, présentant un petit nombre d’observations et pouvant être contradictoires entre eux. Elle débouche sur une conclusion générale avec des nuances, prenant ainsi en compte le grand nombre de variables influençant les résultats.

Cette démarche scientifique, argumentée et reproductible se base sur trois grands principes (Cucherat, 1997) :

  • exhaustivité des études analysées,
  • sélection argumentée des études,
  • quantification du résultat escompté.

Outre d’augmenter la puissance statistique en prenant en compte des expérimentations ayant la même question de recherche, la méta-analyse contribue à lever un doute lorsque les résultats sont discordants, à lever certains biais et à mettre en perspective des expérimentations (Cucherat, 1997).

Pour la quantification, le projet  a défini un ensemble d’indicateurs de qualité des sols, de productivité des cultures, et de limitation des émissions de gaz à effet de serre pour appréhender  les effets de ces options à court, moyen et long terme (exprimés  en effets négatifs, neutres ou positifs) :

  • indicateurs d’atténuation du changement climatique :
    - limitation des émissions de CH4, CO2, N2O,
    - évolution du stock de carbone organique,
  • indicateurs de productivité des cultures :
    - assimilation d’azote,
    - efficience de l’utilisation d’azote,
    - excès d’azote,
    - rendement,
  • indicateurs de qualité biologique du sol :
    - bactéries,
    - biomasse microbienne,
    - biomasse de vers de terre, nombre de vers de terre,
    - nématodes selon le type (bactérivores, fongivores, parasites des plantes),
    - champignons,
  • indicateurs de qualité chimique du sol :
    - ratio C/N,
    - Ph-KCl,
    - phosphore assimilable,
    - potassium assimilable,
    - azote : stock d’azote total, teneur en azote minéral, teneur en azote total,
    - teneur en carbone organique du sol,
  • indicateurs de qualité physique du sol :
    - densité apparente,
    - perméabilité,
    - stabilité des agrégats,
    - ruissellement et pertes de sédiments.

En général, les pratiques alternatives retenues (encadré 2), comparées aux pratiques courantes, améliorent la qualité des sols sur plusieurs paramètres. Cependant, dans de très nombreux cas, cette amélioration s’accompagne d’effets défavorables sur d’autres paramètres, comme des diminutions de rendement ou des émissions accrues de gaz à effet de serre. Les conditions locales affectent fortement l’efficacité des pratiques alternatives, et parfois même le sens que l’on peut attribuer à leur impact (selon la zone climatique, elles ont un impact positif ou négatif).

Les résultats de Catch-C confirment la littérature existante sur le fait que des successions culturales bien adaptées aux conditions locales de sols et de climat sont une condition préalable à une gestion durable. Introduire des cultures intermédiaires ou dérobées dans les rotations n’a montré que des effets positifs, ou au pire neutres, sur l’ensemble des indicateurs utilisés et dans toutes les zones pédoclimatiques. 

L’emploi d’engrais organique est généralement bénéfique (parfois neutre) pour la qualité chimique, physique et surtout biologique des sols. Toutes les pratiques agricoles qui augmentent les apports de carbone sont, en moyenne, favorables au fonctionnement biologique du sol, et s’avèrent plus efficaces sur cette amélioration que la réduction des perturbations du sol dues au labour. Selon le système de production, l’augmentation de carbone organique du sol peut, ou pas, être considéré comme un stockage net ; malheureusement, cet effet est souvent contrebalancé par des émissions accrues de N2O. Toutefois, la grande variabilité de la temporalité et de l’échelle des mesures ne permet pas de conclure de façon précise dans toutes les situations sur l’équilibre en équivalent carbone de ces effets opposés.

Les apports d’engrais organiques modifient également la dynamique de l’azote dans le sol. Utilisés seuls, en application raisonnée tenant compte de cette dynamique, les engrais organiques ont un effet neutre, parfois légèrement négatif sur le rendement. Le raisonnement des applications est indispensable  pour limiter les effets négatifs de plus faible disponibilité de l’azote de ces engrais pour la plante et des pertes en azote, notamment par lixiviation. Les pratiques qui réduisent la profondeur de labour ont des effets contrastés. En général, le non-labour améliore légèrement la qualité biologique et chimique des sols. Les techniques culturales simplifiées ont des effets favorables sur la limitation d’émission de gaz à effet de serre et les indicateurs de qualité physique du sol. Toutefois, l’effet de ces techniques sur la qualité physique du sol dépend largement du système de production, surtout en climat méditerranéen.

Les facteurs de variation les plus importants que le projet Catch-C a relevés sont la zone climatique, la profondeur des mesures effectuées et surtout la durée d’expérimentation. Ainsi, la plupart des effets sur la productivité et la qualité du sol ne peuvent être mesurés de façon significative que sur les essais de dix ans et plus.

Diffuser les résultats obtenus pour aider la décision

Pour mettre le résultat de ces travaux à disposition des agriculteurs, de leurs conseillers, des étudiants et de leurs enseignants, ainsi que des décideurs publics qui nous ont souvent dit manquer de références fiables, les chercheurs du projet Catch-C ont élaboré un outil disponible en ligne (http://knowsoil.catch-c.eu/KnowSoil/) et en sept langues. L’outil, baptisé KnowSoil, est constitué de deux parties, permettant de répondre aux questions suivantes :

  • quels sont  les effets d’une pratique alternative sur les indicateurs mobilisés par le projet (figure 2) ? L’utilisateur peut filtrer une zone climatique particulière. En cliquant sur le smiley au croisement d’une pratique particulière et de l’indicateur choisi, il est fourni à l’utilisateur, une information plus détaillée ;
  • si l’on recherche tels effets combinés, quelles sont les pratiques à employer (figure 3) ? Chaque pratique analysée est accompagnée d’une fiche descriptive de quatre pages, qui résume les principaux résultats de Catch-C, fournit leurs références et précise les processus et les effets attendus sur l’ensemble des indicateurs.

À travers cet outil interactif, les pédologues du projet CATCH-C mettent à la disposition d’un large public, l’ensemble des connaissances sur les effets à long terme de pratiques agricoles alternatives sur les sols. La force de cet outil est de s’appuyer sur la synthèse des résultats d’expérimentations qui s’inscrivent sur le long terme, seules capables d’appréhender avec justesse les effets des pratiques agricoles sur les sols. Cette synthèse n’a été rendue possible que par la capitalisation des expérimentations au niveau européen et par l’utilisation d’une méthode capable de prendre la diversité des résultats obtenus dans les différents pays européens.

Toutefois, cet outil a encore plusieurs limites :

  • la première tient à l’existence de trop peu d’essais à long terme. Actuellement, dans plusieurs situations, l’outil ne permet pas de distinguer d’effets différenciés sur toutes les zones climatiques européennes, faute de données ;
  • de plus, les techniques développées récemment, comme de nouvelles variétés, des cultures associées, des semis sous couvert, des espèces peu utilisées, ne bénéficient pas encore de données avec un recul suffisant pour être incorporées (les effets ne sont pas significatifs) ;
  • enfin, cet outil ne permet pas d’apprécier les effets globaux (additifs ou non) lorsque des pratiques sont combinées (par exemple techniques culturales simplifiées ET couvert végétal en hiver OU modification de la rotation).

Pour accroitre son utilité, cet outil devra être enrichi par la fourniture, dans l’outil, d’informations plus courtes sur des essais très locaux ou en début d’expérimentation. De même, il serait intéressant d’associer à l’outil un espace pour laisser aux agriculteurs et à leurs conseillers la possibilité de s’exprimer sur leur expérience propre : une expérimentation à long terme suit un protocole fixe et inchangé sur plusieurs années, alors qu'un agriculteur ajuste son itinéraire technique aux variations qu’il observe et il n’est pas rare que des mesures en exploitations montrent, notamment sur le rendement, des effets de pratiques alternatives plus favorables qu’en ferme expérimentale.

Pour citer cet article :

Référence électronique :
TURPIN, Nadine ; PERRET, Éric ; TEN BERGE, Hein ; D’HOSE, Tommy ; VAN EVERT, Frits , Adapter les pratiques agricoles aux différentes conditions pédoclimatiques : un outil pour agriculteurs et conseillers, Revue Science Eaux & Territoires, article hors-série, 7 p., 28/10/2016, disponible en ligne sur <URL : http://www.set-revue.fr/adapter-les-pratiques-agricoles-aux-differentes-conditions-pedoclimatiques-un-outil-pour> (consulté le 28/10/2020), DOI : 10.14758/SET-REVUE.2016.HS.08.

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