FR 3039034 A1 20170127 FR 1501587 A 20150723 - 1 - DESCRIPTION DE L'INVENTION TITRE MÉTHODE DE FERTILISATION RAISONNÉES COMPRENANT LE RATIONNEMENT DE LA DOSE X D'ENGRAIS AZOTÉ EN PRÉSENCE DE RÉSIDUS DE CULTURE CELLULOSIQUE AU SOL DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION Agronomie de conseil, fertilisation des cultures agronomiques, et microbiologie des sols applicable aux dynamiques carboné et azoté, notamment en présence de résidus de culture cellulosiques. Il est aussi question d'informatique et de modélisation dynamique de processus sol/plante destinée à l'aide à la décision lors de fertilisation raisonnée. L'homme du métier qu'est l'agronome conseil doit ainsi tenter de piloter les apports fractionnés d'engrais N sur la base d'informations plus ou moins immédiates sur l'état de l'alimentation en N de la culture. ÉTAT DE LA TECHNIQUE Les limites du pilotage infra - saisonnier de la fertilisation azotée raisonnée Le pilotage de la fertilisation azotée des grandes cultures nécessite le calcul d'une dose d'engrais N dite dose X (dX). Ce calcul comprend une estimation des fournitures en N de la minéralisation de la matière organique et des résidus de culture cellulosiques au sol (RCS). Or, en présence de biofertilisations azotobactériennes des RCS, dX est parfois rationnée. Cette fertilisation raisonnée de l'azote avec pilotage intra - saisonnier (FRANPIS) comporte donc deux moments ; i) le rationnement de la dX, et ii) le pilotage des apports fractionnés d'N pouvant comprendre cette ration d'N si le potentiel de rendement de la culture est important. C'est cette 2ième étape qui fit l'objet de l'essentiel de la RD agronomique à ce jour, le rationnement de la dX étant lui habituellement, plus ou moins arbitrairement, fixé à -40 UN (40 unités d'azote: kgN/ha). Pourtant, FRANPIS, particulièrement importante en présence de RCS azotobactérisés, est mal perçue par les utilisateurs. En effet, FRANPIS nécessite l'intervention sur la parcelle à des stades BBCH très dynamiques en pleine campagne très chargée pour l'agriculteur. Des modes de pilotages pouvant recadrer ce calendrier d'intervention au profit de prélèvements et mesures plus en amont de la campagne seraient les bien venus. De plus, sans FRANPIS, l'azotobactérisation des RCS est parfois contreproductive (Claude et Fillon 2004) du fait d'une certaine surimmobilisation de IN (EP2223586). En effet, le rationnement, aveugle en sorte, de dX, nuie parfois à l'efficacité de telles biofertilisations AZB (Claude et Fillion 2004; EP2223586A1, FR0900867), et provoque ainsi une baisse, limitée mais significative, des teneurs en protéines des grains céréaliers à la récolte. Il serait donc avantageux d'adapter le 3039034 - 2 - calcul, ou plus exactement le rationnement de dX lors de ce type de biofertilisation AZB. En effet, au cours de l'interculture hivernale, cette AZB pourrait contribuer à augmenter, à "gonfler" en sorte, les réserves d'N d'origine diazotrophique ; une fois re-largué et minéralisé in situ, cet azote pourra(it) contribuer à l'alimentation en N de la culture. Encore faut-il pouvoir évaluer, 5 objectivement et plus simplement par rapport à l'actuelle FRANPIS, l'ampleur de ce "gonflement diazotrophe" avant d'opter, ou non, pour un quelconque rationnement de dX. Les RCS comme facteurs de conservation de la qualité des sols arables 10 Les RCS enfouis contribuent à la structuration et la conservation des sols (Turmel et al. 2014). Très sommairement, Wilhelm et al. 2004 (tableau 2) rapportèrent les quantités de RCS nécessaires au maintien des teneurs en carbone organique du sol. Ces quantités vont en augmentant selon ladite teneur initiale en C organique des sols, vraisemblablement selon une simple relation linaire, soit approximativement ; tRCS/ha = 0,53 x gC/kg - 2,51 (R2 77%). Par 15 exemple cette relation nous indique que maintenir la teneur moyenne en C organique des sols français à leur valeur moyenne de 20 gC/kg nécessitera un retour de RCS d'environs 7 tRCS/ha/année, soit une valeur parfaitement défendable compte tenu d'un rendement moyen, par exemple, de blé tendre d'hiver de 72 qx/ha générant, selon ici les Figures 1 et 2, un peu plus de 8 tRCS/ha. En ce sens, si les RCS sont retenus sur sols français, leurs teneurs en matières 20 organiques devraient, grosso modo, ce maintenir ; malheureusement ces RCS sont de plus en plus recherchés pour valorisation ex situ à titre de biocarburant, biomatériaux, etc. Mentionnons enfin que l'activité diazotrophique non symbiotique en proximité des RCS en sols arables est en elle même indicatrice d'une certaine qualité pédologique (eg. Schloter et al. 2003, p. 258, colonne 2). 25 Contribution des résidus racinaire et de culture cellulosiques au sol à l'activité diazotrophe Grosso modo, 90% de résidus de culture enfouis ou déjà présents dans les sols post récolte d'une grande culture agronomique proviennent des parties aérienne. Cela dit, cette proportion varie appréciablement en fonction du rendement agronomique. Cette variation du ratio résidus de 30 culture aériens (RCS) / souterrain (RAC) est analogue à celle de l'indice végétatif (shoot to root ratios) lui aussi sensible au niveau de production de biomasse et/ou sa teneur en N (Scheible et al. 1997; Bertheloot et al. 2009, etc.). De plus, la biodégradibilité des résidus aériens et racinaires n'est pas identique, les racines étant parfois plus riches en N, surtout à haut niveau de fertilisation. 35 Or, lors de biofertilisations azotobactériennes, seules les parties aériennes, i.e. les résidus de culture cellulosiques au sol (RCS), sont inoculés. Il existe, c'est vrai, une exception, EP2227931 permettant l'entraînement de bactéries expressément rhizo - incompatibles vers les biomasses racinaires résiduelles ; ce concept est surtout applicable aux grandes cultures fourragère en présence de grandes quantités de biomasses racinaires résiduelles, ou encore sur prairies ; son 40 application sur grandes cultures annuelles n'est pas à ce jour envisageable. 3039034 - 3 - Sigles et définitions pAZB1 : potentiel diazotrophe de la flore azotobactérienne résidusphérique définie comme le ratio entre les teneurs en N minéral des RAC (rhizosphères) et celles des RCS (résidusphères) ; plus ce ratio est 5 important, plus les RCS seront pauvres en N par rapport aux RAC et donc propice à une activité azotobactérienne relativement plus importante. On peut aussi parler, mais plus rarement ici, d'efficience résidusphérique (er) d'AZB (erAZB ; eg. Figures 9 et 10). pAZB2 : idem à pAZB1, sauf que ce potentiel, ou encore efficience, diazotrophe de la flore azotobactérienne résidusphérique est définie comme le ratio entre les niveaux d'activité diazotrophe des RCS par 10 rapport à ceux des RAC; pAZB 1 et 2 convergeront aux alentours d'un iVAZ critique (iVAZc). pAZBc : potentiel, dit optimal ou critique, de la flore azotobactérienne lorsque pAZB1 = pAZB2 (bas, Figure 10), ou encore lorsque qu'il y a concordance des maxima pAZB1 et 2 (haut, Figure 10). iVAZ: indice de la différence entre les taux d'immobilisation, minéralisation et diazotrophie des résidusphères et rhizosphères post récolte du fait d'une production aérienne de biomasse plus ou moins importante 15 et riche en N par rapport à celle des biomasses racinaires. iVAZ est donc la différence entre deux ratios, rMS - le ratio entre les productions aérienne (RCS) et souterraine (RAC) de résidus de culture post récolte, et rNS - le ratio de leurs teneurs en azote, Nrcs et Nrac, respectivement. iVAZc : indice végétatif azotobactérien critique correspondant à pAZBc dose X (dX ; kg-N - ou unités d'azote / ha) soit = [coefficient d'utilisation de l'N spécifique à une variété de la 20 culture x l'objectif de rendement], mais aussi très complexe comprenant une foule d'écritures opérationnelles et un bilan prévisionnel d'azote (Comifer 2011), la plupart de ces écritures étant de toute manière in fine grossièrement estimées à l'aide d'abaques plus ou moins bien renseignés. RDT : rendement agronomique, i.e. la quantité - généralement par hectare ou par m2, des parties normalement récoltées, généralement ici les grain, de la culture précédente générant une quantité 25 appréciable de RCS retournés au sol ; il ne s'agit en aucun cas du rendement escompté de la culture semées une fois lesdits RCS enfouis. RCS : résidus de culture aériens cellulosiques au sol, avantageusement pailleux, y compris de maïs - grain, bien que les RCS de cultures de tournesol et de colza sont s'avèrent aussi de bon substrats pour l'AZB. Ces RCS vont, lors de leur décomposition progressive un fois enfouis, ce transformer 30 fonctonnement en résidusphères (alias détritusphère). RAC : résidus de culture souterrains provenant essentiellement des biomasses racinaires. Par analogie avec les susdites résidusphères, ces RAC font progressivement et fonctionnement ce transformer en résidusphères lors de leur décomposition in situ. A noter donc ici la différence avec la notion plus habituelle de rhizosphères propre au racine vivante et non à la biomasse résiduelles. 35 FRANPIS : fertilisation raisonnée des apports d'engrais azotés avec pilotage intra - saisonnier - Cette approche est aujourd'hui déclinée sous plusieurs appellations, eg. JubilTM, N-TesteurTm, etc. interculture : période entre la récolte d'une culture agronomique et le démarrage de la culture suivante. Dans le cas d'une culture de céréalière d'hiver comme le blé, il s'agit de la période entre le semis automnal, après enfouissement des résidus de culture au sol, et la sortie d'hiver avant l'apport d'engrais N. 40 jpe : jours post enfouissement des RCS. Ces jpe vont servir de base au calcul de l'incidence d'unités de temps post - enfouissement des RCS plus, ou moins, favorables, selon le cas, à un maximum d'activité diazotrophe (N if) des bactéries du sol n12 : diffusion de l'azote minéral de la RCS (Ni) vers la RAC (N2) à un moment t(bbch) - in fine, l'azote minéral dans l'un ou l'autre des compartiments Ni et N2 sera en partie fonction de cette accumulation journalière d'azote provenant du compartiment voisin. n21 : diffusion de l'azote minéral de la RAC (N2) vers la RCS (Ni) à un moment t(bbch) - étant donnée la plus grande richesse en N minéralisable des RAC (N2), n21 sera généralement plus important que n12. DIVULGATION DE L'INVENTION Problème technique La FRANPIS est à ce jour peu développée du fait d'une certaine impopularité des prélèvements et relevés de biomasses en cours de campagne. Les problèmes logistiques liés à de telles interventions sont amplifiés du fait de cinétiques de croissance très dynamiques lors de la montaison + floraison. 3039034 - 4 - Plus précisément, le problème technique provient du fait que c'est le pilotage des apports fractionnés d'azote en avale de la procédure FRANPIS qui font surtout l'objet de l'attention de l'agronome. Le niveau de rationnement de la dX en amont de FRANPIS, généralement de 40 UN n'est pas lui modulé - raisonné, selon le potentiel de rendement de la culture, ou même soumis à 5 une quelconque règle de décision. Pourtant, ce niveau de rationnement de la dX en dN a un effet certain sur le potentiel azotobactérien du sol (pAZB) en présence de RCS, surtout si ceux-ci sont inoculés avec des préparations azotobactériennes telles SolactivTm-BAÎATm, ou encore selon Claude et Fillion 1994. Par exemple, un rationnement trop important ou non piloté de dX en présence d'un pAZB trop élevé pourra(it), paradoxalement, nuire à l'efficacité relative de telles 10 préparations biofertilisantes (cf. Claude et Fillon 2004, EP2223586). Faute protocoles FRANPIS plus facilement mise en oeuvre et pouvant préconiser objectivement un tel rationnement de la dX en dN, notamment en présence d'AZB des RCS, la fertilisation N raisonnée ne pourra se développer. Le rationnement de dX en dN devra ce faire sans porter 15 atteinte au potentiel de rendement, la teneur en protéine et/ou la qualité des grains ; le rationnement de la dX en dN ne devrait ainsi plus nuire au pAZB en présence de RCS. Si la FRANPIS pouvait dépendre plus d'interventions sur la parcelle en amont de la campagne, au semis, voire lorsque les RCS sont toujours au sol, ou même sur pieds, elle serait logistiquement beaucoup plus acceptable pour l'utilisateur. 20 Plus précisément, le problème technique réside dans notre incapacité d'intégrer dans le calcul de la dN rationnée pAZB, y compris lors de la réintroduction d'Azotobacteraceae par inoculation des RCS. En effet, le pAZB non symbiotique, bien que surtout le fait d'une interaction RCS 4-* RA, est surtout à ce jour appréciée en agronomie qu'à partir des quantités et/ou la richesse en N des seuls 25 résidus aériens (i.e. RCS). Il en résulte que le rationnement de la dN si souvent pratiqué lors de telles azotobactérisation des résidus de culture est arbitraire et parfois contreproductif. Solution technique 30 Pourtant, les RCS sont a priori potentiellement moins riches en N que les RAC. Les RCS sont aussi plus abondants et inoculables et vont ainsi contribuer pour l'essentiel du pAZB du sol. Mieux, plus l'écart entre les ratios C/N (rCN) des RCS et des RAC sera important, plus pAZB pourrait être grand, du moins en principe, du fait d'une moindre rétroaction négative de l'azote minéralisé d'autant plus tardivement en sortie d'hiver. Encore faut-il pouvoir prédire simplement, via un indice, 35 ces ratios RCS: RAC. Il faut aussi démontrer que la diffusion de l'azote minéralisé d'autant plus rapidement des RAC souvent plus riches en N vers les RCS ne vient pas annuler ce potentiel d'augmentation du pAZB en proximité des RCS enfouis. Concrètement, il s'agit donc d'une méthode de fertilisation raisonnées comprenant le rationnement 40 de la dose X (dX) d'engrais azotés en dose N (dN) à apporter aux grandes cultures agronomiques 3039034 - 5 - implantées sur résidus de culture cellulosiques au sol (RCS) comportant les étapes suivantes ; caractérisée en ce qu'elle comprend les étapes suivantes ; D détermination de la quantité de RCS ; 5 échantillonnage représentatif des ces RCS recouvrant la surface arable en question ; et caractérisée en ce qu'elle comprend aussi ; D la détermination de la teneur en N de ces RCS (Nrcs) ; 10 > l'obtention de la valeur RVN = [ RCS / Nrcs ] ; D la détermination de la valeur rMS fonction de RDT, rMS étant ici égale au ratio RCS/RAC, i.e. en entre les quantités de biomasses des RCS aériens et celles biomasses souterraines (RAC), celles-ci étant généralement assimilable aux racines résiduelles post récolte ; D la détermination empirique à l'aide de courbes standarcs de la valeur rNS fonction de RVN, rNS 15 étant ici égale au ratio Nrcs/Nrac, i.e. entre les susdites teneurs en N des biomasses aériennes (Nrcs) et celles des biomasses souterraines (Nrac) ; - le calcul de l'indice iVAZ = [ rMS - rNS]; - selon la quantité de RCS, l'obtention d'une valeur critique pour iVAZ (iVAZc); D si iVAZ calculé ou observé est inférieur à cette valeur critique, le rationnement de la dose X n'est pas 20 préconisé, et enfin ; D l'apport de la dN à la culture agronomique sur la base de ce rationnement de la dose X. la quantité de RCS est établie, (i) indirectement via la détermination du rendement agronomique de la culture précédente (RDT) récoltée produisant ces résidus de culture cellulosiques laissés au sol, 25 ou encore (ii) directement par repérage au sol, avantageusement selon la méthode dite LPTM. Les Nrcs peuvent elles être déterminées lorsque la culture précédente est toujours sur pieds. Il est aussi possible de remplacer la formule RVN = [ RDT / Nrcs ] par RVN = [ RCS / Nrcs ]. Les valeurs de rMS et rNS sont elles obtenues empiriquement à l'aide de relations univariées par 30 rapport à RDT dans le cas de rMS, et par rapport à RVN dans le cas de rNS. L'indice iVAZc est par la suite calculé à partir de l'indice iVAZ = [ rMS - rNS] par rapport au potentiel de la diazotrophie non symbiotique du sol (pAZB) exprimée, (i) entant que ratio entre les teneurs en N des RAC et RCS (pAZB1) - la relative pauvreté en N des RCS étant ici favorable à la diazotrophie in situ non symbiotique, et (ii) entant que ratio entre l'activité diazotrophique en elle même au sein 35 des RCS et RAC (pAZB2). Plus formellement ; pAZB1 = Nrac/Nrcs l ratio sans unités pAZB2 = AZBrcs/AZBrac l ratio sans unités. 40 La valeur d'iVAZ optimum, critique en sorte (iVAZc), entant elle définie à l'intersection des ces deux fonctions, pAZB1 = pAZB2, et cela pour chaque niveau de RDT de la culture précédente et/ou de RCS retournés au sol par celle-ci. Notons que l'indice iVAZ peut aussi être définie comme le ratio, et non la différence, de rMS et rNS, i.e. [rMS/rNS]. 3039034 - 6 - Si les RCS sont azotobactérisés (AZB), avantageusement selon Claude et Fillion 2004. Il existe aujourd'hui un bouquet de technologies applicable à ce type de d'azotobactérisaton des RCS, à savoir EP2845906 (iREC), EP2730926 (iRES), EP2409561 (PIG), EP2227931 (AZMo), etc. 5 Le rationnement de la dose X en dN est progressivement plus marqué selon l'augmentation de la différence positive entre iVAZ calculé et l'iVAZc. Dans les faits, le rationnement de la dX en dN progressivement de plus en plus marqué selon l'augmentation de la différence positive entre iVAZ calculé et l'iVAZc suivra avantageusement selon l'un des scénarii suivants ; 10 (i) dN = dX: sans rationnement (ii) dN = dX: avec rationnement de 20UN1 avec retour de 20UN3 (iii) dN = dX: avec rationnement de 40UN1 avec retour de 40UN3 (iv) dN = dX -20UN : avec rationnement de 20UN1 sans retour d'UN (v) dN = dX -20UN : avec rationnement de 40UN1 avec retour de 20UN3 15 (vi) dN = dX -40UN : avec rationnement de 40UN1 sans retour d'UN. Ainsi, les valeurs d'iVAZ les plus importantes permettront de préconiser des rationnements de dX en dN de plus en plus appréciables. 20 Avantages apportés et activité inventive La solution technique permet de substituer au pilotage intrasaisonnier de la fertilisation azotée via un suivi de l'indice de nutrition azoté (INN ; Justes et al. 1994) un rationnement de la dX en dN fondé sur l'efficacité potentielle (pAZB1) et réalisable (pAZB2) d'une azotobactérisation des RCS. 25 Cette substitution, ce recadrage en sorte, est très avantageuse d'un point de vue logistique puisqu'il n'est plus nécessaire de déterminer, indirectement et qu'avec une certaine précision, l'INN en pleine campagne entre les deuxième et troisième apports d'engrais N, période de l'année particulièrement chargée pour l'agriculteur. Au lieu, il est maintenant possible de simplement déterminer la teneur en N des résidus pailleux au sol, en toute tranquillité post récolte à l'automne. 30 En sorte, c'est cette détermination qui ce substitue à celle de l'INN en pleine campagne. Notons que l'homme du métier qu'est l'agronome conseil n'effectue pas normalement ce dosage de l'azote des résidus de culture au sol ; il est toujours amené à déterminer empiriquement l'INN. En effet, l'échantillonnage des RCS et la détermination de Nrcs n'a jamais été préconisée dans le 35 cadre de la détermination de dX, de son rationnement, ou encore du pilotage d'éventuels fractions de d'N initialement retranchées à dX. L'agronome conseil directement impliquée dans la susdites fertilisation raisonne de l'azote n'a jamais été amené dans le passé à effectuer ce type de mesures sur les résidus de culture très en amont de la campagne. Au contraire, c'est plutôt la biomasse active en avale de la campagne, en pleine dynamique accélérée de montaison 4 floraison qui fut 40 normalement diagnostiquée, et cela avec touts les problèmes de logistiques et impératifs que cela entraîne. Idem pour ce qui est du rationnement de dX en dN, généralement fixé - assez arbitrairement, à -40UN. 3039034 - 7 - BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS ET FIGURES Figure 1: RCS (résidus de culture au sol ; g/m2) en fonction de la récolte du rendement agronomique (RDT; g/m2) d'une culture de blé d'hiver à maturité (BBCH 95; données de Allard et 5 al. 2013). En abîme, l'indice végétatif (iV ; ratio entre les parties aériennes et souterraines) pour cette même culture de blé d'hiver. Figure 2: Des relations empiriques de type RCS: RDT (Figure 1) existent pour diverses grandes cultures agronomiques, y compris donc le blé d'hiver (Allard et al. 2013; Figure 1), mais aussi les céréales en générales, ainsi que le maïs (grain) et le sorgho (cf. Steiner 1994, 1995 et 2000). En 10 ce sens, et outre l'équation pour les RCS de blé tendre d'hiver déjà indiquée sur le graphe, notons RCSmaïs = [1,51 x RDT + 3,7 -RDT], RCSsorgho = [2,56 x RDT +0.4 - RDT], et RCScéréales = [2,13 x RDT + 1,1- RDT]. Figure 3: L'augmentation progressive de l'indice végétatif (iv; Figure 1) entraîne une augmentation des ratios entre la production des résidus aériens au sol (RCS) et souterrains, 15 essentiellement des biomasses racinaires résiduelles (RAC), ou plus simplement ici - rMS. De même pour ce qui est des ratios de mobilisation de l'azote par les RCS et RAC, ou plus simplement ici rMN. Ce qu'il faut noter (en abîme) c'est que cette augmentation d'iV, et donc de rMS et rMN, est associée à une baisse de rNS, le ratio des teneurs en N des RCS et RAC. Figure 4: Lors du calcul d'iVAZ, en (a) des corrélations entre rMS, i.e. le ratio entre les quantités 20 de résidus de culture pailleux (cellulosiques) au sol d'origine aérienne et souterraine (racinaire pour l'essentiel). En )b) des corrélations entre rNS, i.e. le ratio entre les teneurs en N des mêmes résidus aériens et souterrains mais cette fois-ci par rapport à RVN = RDT / Nrcs. Notons encore une fois qu'il est aussi loisible de calculer RVN entant que RCS / Nrcs. Deux types de régression on été établies à partir de ces données d'Allard et al. 2013 (Tableau 1), soit des régressions à 25 variables multiples (MV) linéaires(Lin) et non linéaires (nLin) comportant les valeurs de RDT, RVN et %Ngrain. Figure 5: Module de rétroaction négative de la diazotrophie non symbiotique de la flore azotobactérienne du sol en présence de résidus de culture cellulosiques. Deux type de rétroactions sont en jeux ; la première tenant compte d'une accumulation graduelle de l'azote 30 minéral au delà de 14 mg-N IL de solution du sol (1mM-N) capable de réduire appréciablement le fonctionnement de Nif (en abîme B), et la deuxième fonction en puissance négative du ration NP des résidus de culture au moment de leur enfouissement (rNPo ; en abîme B). Cette double rétroaction permet de maintenir la contribution de l'activité azotobactérienne (Ndiazo), ici sans l'action directe des éventuels inocula azotobactériens, à un régime a priori modeste en accord avec 35 l'état de l'art. Figure 6 : Modélisation sur 90 jours post enfouissement (jpe) des RCS, soit in situ en France de septembre à novembre par exemple, des accumulations d'azote minéral (N1 (a) et N2 (b) ; mg-N / kg-sol) attribuable aux cinétiques d'immobilisation (Nimmb), diaztrophie (Ndiazo) et minéralisation (Nminr) ; la minéralisation étant ici beaucoup plus importante dans la durée que la diazotrophie, 3039034 - 8 - elle est rapportée au bas sur un graphe séparé pour N1 (Figure 6-a) et N2 (Figure 6-b). Cette modélisation est issue du code R proposée aux Tableaux 2-a, 2-b et 2-c appliqué aux données présentées au Tableau 3. Ces accumulations, nettes en sorte, tiennent compte de la diffusion d'Nm des RCS vers les RAC (n12) et vice et versa des RAC vers les RCS (n21). 5 Figure 7: (graphe du haut) Modélisation sur 90 jpe (cf. Figure 5) de la diffusion de l'azote minéral de la résidusphère (RCS) vers la rhizosphère (RAC) - i.e. n12, et vice et versa de RAC vers RCS - i.e. n21. Notons que n21 et toujours supérieure à n12, d'où à terme une accumulation d'azote minéral au sein de RCS malgré une certaine pauvreté initiale du fait d'un rCN supérieur des RCS par rapport ceux des RAC. Puisque l'essentiel des biomasses résiduelles sont sous forme de RCS 10 et non de RAC, il faut donc s'attendre à ce que cette accumulation d'Nm dans la résidusphère vienne rétroagir négativement sur le taux d'ARA et provoquer une baisse généralisée du pAZB, et plus particulièrement du pAZB2 (graphe du bas). pAZB2 est définie ici comme le ratio de l'activité des AZB dans la résidusphère, ici de plus en plus riche en Nm, à celle des AZB dans les rhizosphères, ici au contraire relativement de plus en plus appauvri en Nm. 15 Figure 8: Sur la base de valeurs ainsi modélisées (Tableau 4) comportant 245 valeurs des RDT, Nrcs, Nm et donc iVAZ, les coefficients (normalisés) des régressions linéaires à variables multiples pour pAZB1 et pAZB2 à titre de variables dépendantes. A noter que la teneur en N minéral du sol à l'automne au moment de l'enfouissement des résidus de culture (Nm ; mgN/kgSol) sont ici sans effet. On peut interpréter ce résultat comme une illustration que cet azote migre également par 20 diffusion vers la RCS et la RAC, d'où sont effet neutre (nul) sur pAZB. Figure 9: Fonctions quadratiques de la progression des pAZB1 et 2 par rapport à iVAZ pour les sept (7) niveaux de RDT retenus soit dans l'ordre habituelle de 4, 5, 6 , 7, 8, 9 et 1000 g-grain (BTH) / m2, soit de 40 à 100 qx/ha ; à noter qu'il s'agit toujours des rendements (RDT) de la culture précédente, et non du rendement de la culture en cours. Ces valeurs du pAZB1 et 2 sont rétro - 25 calculées par rapport à iVAZ à l'aide des régressions linéaires à variables multiples décrites à la Figure 8. Notons qu'entant que fonctions quadratiques, elles affichent nécessairement des pAZB maxima qui servent à établir une courbe iVAZ: RDT critique. Figure 10: Deux interprétations possibles à partir des fonctions décrites à la Figure 9. En (a) les iVAZ optima sont repérables sur l'abscisse au niveau de pAZB1 et 2 maxima. En (b) c'est 30 l'intersection entre les fonctions linéaires du pAZB par rapport à iVAZ. Ces intersections sont pratiquement aux mêmes endroits par rapport à iVAZ que les susdits maxima. a noter ici l'analogie avec la notion de point critique selon Justes et al. 1994 (op. cit. figure 1). Cette analogie n'est pas pour autant évidente, le rapprochement conceptuel entre les deux types d'intersections étant étonnante pour l'homme du métier. 35 Figure 11: Courbe des points d'intersections pAZB1 = pAZB2 (pAZBc), i.e. lorsque le niveau d'iVAZ permet une pleine réalisation du potentiel d'efficacité du pAZB. Notons que ces points d'intersections correspondent à des valeurs du pAZB de plus en plus faibles, relation dégressive donc du pAZB par rapport à iVAZ analogue, encore une fois, à celle d'Na par rapport à la biomasse 3039034 - 9 - aérienne (DM ; t/ha) élaborée par Justes et al. 1994. Ces valeurs d'iVAZ correspondant à pAZBc (iVAZc), seront cependant progressives par rapport à RDT, ou encore RCS, au choix (Figure 12). Figure 12 : Courbe critique iVAZc : RDT pour le blé d'hiver sur la base des intersections des fonctions linéaires pAZB1 et pAZB2 par rapport à iVAZ (cf. Figure 10-b). Chaque niveau de RDT, 5 de 40 à 100 qx de BTH / ha, détermine un point sur cette courbe. Il est donc possible, pour un RDT (de la culture précédente) d'établir si l'iVAZ mesuré est en position supérieure ou inférieure par rapport à cette courbe. Si l'iVAZ mesuré est ainsi inférieur, l'pAZB sera donc limité, et la rationnement de la dose X (dN) déconseillé (non préconisé). Si l'iVAZ observé (calculé) est pratiquement sur la courbe critique dX pourra être rationnée à hauteur de - 20UN1, quitte à les 10 reporter à + 20UN3. Si l'iVAZ mesuré est franchement supérieur à celui qu'indique la courbe critique, les - 20UN1 rationnées pourront ne pas être reporter vers N3, ce qui permettra un escompte de 20, voire 40 UNI. Enfin, ce graphe [ iVAZc : RDT] peut être remplacé par une graphe [ iVAZc : RCS]. 15 MODE DE RÉALISATION PRÉFÉRÉ DE L'INVENTION A titre de solution technique je propose le calcul d'un indice, VAZ, prenant en compte le rendement de la culture précédente (RDT) - et donc la quantité de RCS, mais aussi la teneur en N de ces résidus (Nrcs) rapportés à RDT. En effet, les RDT les plus importants produiront des quantités des 20 RAC proportionnellement de plus en plus petites, mais aussi vraisemblablement de plus en plus riches en N. Il s'avère que le RDT, avantageusement d'une céréale ou encore d'un maïs - grain, peut ici servir d'indicateur suffisamment précis du ratio entre les quantités post-récolte de résidus cellulosiques laissés au sol et racinaire, ratio dénommé ici rMS. De plus, le rapport RDT / Nrcs, et non celui des grains (Ngrains) - ratio dénommé ici RVN, est assez bien corrélé au ratio entre les 25 teneurs en N des résidus aériens et souterrains, soit ici rNS; rMS = RCS / RAC rNS = %Nrcs / %Nrac RVN = ROT! Nrcs 30 Prenons le cas de RCS de blé tendre d'hiver sur la base des données d'Allard et al. 2013 (Tableau 1 et Figure 1). Ces données, défendables du fait d'une certaine similarité des relations RCS: RDT rapportées par Steiner et al. (1994, 1995 et 2000 ; Figure 2) pour d'autres grandes cultures, permettent de paramétrer le modèle iVAZ-R proposé ici au Tableau 2. On peut aussi définir RVN = 35 RCS / Nrcs ; dans les deux cas la courbe iVAZc sera essentiellement la même (cf. Figure 12). RVN à comme unité une masse par unité de surface. Or, RVN fonction des RDT, ou RCS, et, Nrcs, est dégressif par rapport à rNS (Figure 4), la richesse relative des RCS par rapport à celles des RAC. En effet, et comme nous le voyons à la Figure 3, l'augmentation progressive de l'indice 40 végétatif (iV) établi au stade BBCH 95 (i.e. à la récolte) augmente les ratios rMS, voire rMN - les 3039034 - 10 - ratios de mobilisation de l'azote par les RCS et RAC. Notons aussi en abîme de la Figure 3 que cette augmentation d'iV est aussi associée à une baisse de rNS. Tableau 1 Exemple de données agronomiques (cf. Allard et al. 2013) permettant de calculer les fonction 5 empiriques rMS (Figure 4-a) et rNS (Figure 4-b) sur la base des valeurs de RDT et RVN, respectivement. Il est question ici, outre les RDT et RVN définis dans le texte, du %N des grains de blé tendre d'hiver à la récolte, des racines (RAC) et des résidus de culture cellulosiques au sol post récolte (RCS). rMS rNS RVN RDT g/m2 %N-grain %N-RAC %N-RCS RAC g/m2 RCS g/m2 5,074 1,016 12,59 499 1,600 0,390 0,396 122 619 5,375 0,932 14,72 590 1,716 0,430 0,401 128 688 5,231 1,103 10,90 493 1,597 0,410 0,452 104 544 5,115 0,655 17,94 482 1,701 0,410 0,269 131 670 4,744 0,859 12,99 480 1,756 0,430 0,369 121 574 4,574 1,057 15,00 618 1,547 0,390 0,412 155 709 5,095 1,027 12,81 592 1,897 0,450 0,462 126 642 3,913 0,643 14,89 479 1,680 0,500 0,322 150 587 7,029 0,945 19,46 680 1,581 0,370 0,350 104 731 5,252 0,846 14,88 516 1,628 0,410 0,347 111 583 5,929 0,808 19,31 624 1,904 0,400 0,323 127 753 5,266 0,948 12,81 595 1,659 0,490 0,464 124 653 6,982 1,027 14,19 583 1,879 0,400 0,411 109 761 3,742 0,737 13,40 464 1,577 0,470 0,346 163 610 5,551 1,060 13,24 505 1,899 0,360 0,382 136 755 5,545 1,070 17,83 649 1,610 0,340 0,364 123 682 5,276 0,913 14,58 553 1,702 0,416 0,379 127 660 5,977 1,139 7,51 633 2,114 0,740 0,843 132 789 7,213 1,015 9,31 803 2,221 0,850 0,863 127 916 6,322 1,155 9,64 846 2,178 0,760 0,878 143 904 6,544 0,910 9,41 702 2,447 0,820 0,746 158 1034 5,314 1,075 10,14 730 2,294 0,670 0,720 153 813 7,138 1,116 11,17 898 2,009 0,720 0,804 138 985 6,827 1,004 8,19 797 2,106 0,970 0,974 133 908 6,107 0,890 10,48 746 2,239 0,800 0,712 122 745 7,278 0,783 13,97 787 2,091 0,720 0,564 126 917 6,373 0,908 9,98 734 2,337 0,810 0,735 110 701 7,328 0,708 13,04 794 2,399 0,860 0,609 119 872 7,206 1,044 9,89 847 2,164 0,820 0,856 136 980 5,726 1,060 10,25 739 2,445 0,680 0,721 157 899 4,620 0,858 7,22 614 2,160 0,990 0,850 142 656 6,715 1,130 8,95 708 2,571 0,700 0,791 130 873 6,470 1,017 11,09 812 2,125 0,720 0,732 134 867 6,447 0,981 9,83 762 2,244 0,789 0,775 135 866 10 Donc, a priori des RDT importants favoriseront l'enrichissement en N des RAC au dépends des RCS, ce qui affectera nécessairement la dynamique de décomposition et de minéralisation des RCS et RAC in situ. Notons ici que les RAC sont ici surtout des biomasses racinaires résiduelles in situ, et non les racines vivantes au sens habituelle selon l'état de la technique). 15 rMS va donc progresser selon le niveau de RDT (Figure 4-a). De plus, plus RVN est important, plus l'azote résiduel des RAC sera important par rapport à celles des RCS. Il s'agit donc d'un courbe dégressive (Figure 4-b) analogue à celle de l'azote critique (Nc ; %) par rapport à la biomasse totale aérienne (DM ; t/ha) décrite par Justes et al. 1994. Sans être identiques, les coefficients a et b de l'équation de type y = aKb sont effectivement commensurables, soit pour a de 20 3 à 5 dans le cas de Nc et - 2 pour rNS, et pour b de 0,3 à 0,4 dans le cas de Nc et - 0,25 dans le 3039034 cas de rNS. On calcul ainsi l'indice iVAZ entant que iVAZ = [ rMS - rNS] (sans unités) et de rapporter celui-ci en fonction de RDT, mesure obtenue de manière routinière par l'agriculteur. pAZB est lui calculé en deux temps ; (i) entant que ratio entre les teneurs en N des RAC et RCS 5 (pAZB1), la relative pauvreté en N des RCS étant favorable à la diazotrophie non symbiotique in situ en proximité des RCS, et (ii) entant que ratio entre l'activité Nif (diazotrophe) en elle même au sein des RCS et RAC (pAZB2). On parle alors d'efficacité potentielle dans le cas du pAZB1 et réalisée dans le cas du pAZB2. Formellement, on note ; 10 pAZB1 = Nrac/Nrcs I ratio sans unités pAZB2 = AZBrcs/AZBrac I ratio sans unités L'obtention d'un iVAZ optimum, critique en sorte (iVAZc) pour reprendre la logique de Justes et al. 1994, est possible puisque du fait de l'importance du RDT, les relations entre pAZB et iVAZ sont 15 différentes et qu'il existe donc localement une intersection pAZB1 = pAZB2. En effet, cette analogie est fondée puisque dans le cas de Nc : MSPA au sens de Justes et al. 1994 il est question de la répartition de IN entre deux compartiments de la biomasse aérienne, M1 et M2 ; ici dans le cas la relation rNS : RVN il est plutôt question de répartition de l'N entre les parties résiduelles aériennes (RCS) et souterraines (RAC), au sol et dans le sol. 20 Le modèle iVAZ-R (Tableaux 2) a été appliqué aux différents scénarii d'enfouissement de RCS (Tableau 3) ; ces différents niveaux de RCS, c/oNrcs et Nm (i.e. reliquats automnaux d'azote minéral - mgN/kgsol, au moment de l'enfouissement des RCS) enregistrés via le code R au Tableau 2-a. Ici, sur 90 jpe les 245 scénarii comprennent les divers niveaux de RDT, et donc de 25 RCS, de (YoNrcs et de reliquats d'N automnaux (Nm), bien que ces derniers soient sans effets sur pAZB1 et 2 (Figure 8). Il y a donc 22 050 observations simulées ainsi générées. Tableau 2-a : Modèle iVAZ-R - code R permettant la modélisation de l'immobilisation, la minéralisation et la diffusion du l'azote minéral entre les résidusphères (RCS ; NI) et rhizosphères (RAC; N2). rm(list=ls()) data bdiazo = 21,569 x exp(-0.4338 x rNPo) I abîme A le calcul de DIAZO selon rNPo sur la base de bdiazo ; DIAZO = 14 1(1 + exp(-bdiazo x tbbch) I abîme B 45 le calcul de Ndiazo selon rNPo sur la base de DIAZO; Ndiazo = DIAZO x 36 x Nm(-0.2493/100) I courbe principale, Figure 5 3039034 - 13 - Il en résulte une courbe dégressive d'Ndiazo selon rNPo (Figure 5) fortement atténuée dès rNPo = 20 +-> 22, ce qui est raisonnable et en accord avec une accumulation d'azote d'origine diazotrophe lorsque les substrats sont trop riche en N par rapport à la biodisponibilité du P. 5 Pour ce qui est de l'estimation des quantités d'azote (minéral ; mg/kg) immobilisé (Nimmb), minéralisé (Nminr) et d'origine diazotrophique (Ndiazo) au sein des RAC, les calculs sont foncièrement les mêmes à l'exception des rCNrcs remplacé par rCNrac, i.e. les ratios C/N des biomasses souterraines provenant des biomasses racinaires résiduelles, ainsi que les Nrcs et MSrcs remplacées par Nrac et MSrac (cf. Tableau 2-b). Nous définissons par la suite les deux 10 compartiments du sol, N1 et N2, contenant les quantités d'azote minéral provenant des susdits processus d'immobilisation, minéralisation et diazotrophie. Nous établissons donc que ; Ni = Nimmb + Nminr I RCS, en mgN/kg (de sol) N2 = Nimmb + Nminr I.RAC, en mgN/kg (de sol) 15 Enfin, il faut tenir compte de la diffusion de l'azote minérale des RAC plutôt riches en N et donc en N minéralisé vers les RCS qui sont elles ici en principe plus pauvres en N. Plus précisément, et encore une fois tel qu'incorporé dans le code R (Tableau 2-c) ; 20 n12 = (N2/2)*(1-erf(x/(2*(D*tbbch)^0.5))) I mgN/kg n21 = (N1/2)*(1-erf(x/(2*(D*tbbch)^0.5))) I mgN/kg Tableau 2-c : Modèle iVAZ-R - code R permettant la modélisation de l'immobilisation, la minéralisation et la diffusion du l'azote minéral entre les résidusphères (RCS ; N1) et rhizosphères (RAC ; N2). #CALcui_ DE LA DYNAMIQUE DN1/DT TELLE QU'AFFECTÉE PAR LA DIFFUSION N12 ET N21. DIFF12 . 20 Bertheloot. Jessica. 2009. Nitrogen distribution within wheat plants (TriticumaestivumL.) after flow-ering: a dynamic model based on a functional-structural approach. Mathematics. AgroParis-Tech, 2009. 2009AGPT0007 / pastel-00005134 Campbell, C. A. et al. 1977a. Effects of fertilizer N and soil nnoisture on yield, yield components, protein content and N accumulation in the aboveground parts of spring wheat. Can. J. Soil Sci. 57:311-327. 25 Campbell et al. 1977b. Effects of fertilizer N and soil rnoisture on grorvth, N content, and moisture use by spring wheat. Can. J. Soil Sci. 57: 289-310. Cho, CM. 1971. Convective transport of ammonium with nitrification in soil. Can. J. Soil Sci, 51: 339-350 Claude, PP et L Fillion. 2004. Effet de l'apport d'un inoculum bactérien aux résidus de culture de maïs-grain au sol sur le rendement et la qualité de blés d'hiver panifiables en France. 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Méthode de fertilisation raisonnées comprenant le rationnement de la dose X (dX) d'engrais azotés en dose N (dN) à apporter aux grandes cultures agronomiques implantées sur résidus de culture cellulosiques au sol (RCS) comportant les étapes suivantes ; > détermination de la quantité de RCS; > échantillonnage représentatif des ces RCS recouvrant la surface arable en question, et caractérisée en ce qu'elle comprend aussi ; D la détermination de la teneur en N de ces RCS (Nrcs) ; > l'obtention de la valeur RVN = [ RCS / Nrcs ] ou encore = [ RDT / Nrcs ] ; D la détermination de la valeur rMS fonction de RDT - le rendement agronomique de la culture, rMS étant lui égale au ratio RCS/RAC, i.e. en entre les quantités de biomasses des RCS aériens et celles biomasses souterraines (RAC), celles-ci étant assimilable aux racines résiduelles post récolte ; D la détermination empirique à l'aide de courbes standards de la valeur rNS fonction de RVN, rNS étant ici égale au ratio Nrcs/Nrac, i.e. entre les susdites teneurs en N des biomasses aériennes (Nrcs) et celles des biomasses souterraines (Nrac), ces variables étant obtenues empiriquement à l'aide de relations univariées par rapport à RDT dans le cas de rMS, et par rapport à RVN dans le cas de rNS.; - le calcul de l'indice iVAZ = [ rMS - rNS ] ou encore = [ rMS / rNS ] ; D selon la quantité de RCS, l'obtention d'une valeur critique pour iVAZ (iVAZc), iVAZC étant calculé à partir de l'indice iVAZ = [ rMS - rNS] par rapport au potentiel de la diazotrophie non symbiotique du sol (pAZB) ; D si iVAZ calculé ou observé est inférieur à cette valeur critique, le rationnement de la dose X n'est pas préconisé, et enfin ; D l'apport de la dN à la culture agronomique sur la base de ce rationnement de la dose X. 2. Méthode de fertilisation raisonnées comprenant le rationnement de la dose X (dX) d'engrais azotés en dose N (dN) selon la revendication précédente caractérisée en ce que la quantité de RCS est établie, (i) indirectement via la détermination du rendement agronomique de la culture précédente (RDT) récoltée produisant ces résidus de culture cellulosiques laissés au sol, ou encore (ii) directement par repérage au sol. 3. Méthode de fertilisation raisonnées comprenant le rationnement de la dose X (dX) d'engrais azotés en dose N (dN) selon une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que les Nrcs peuvent être déterminées lorsque la culture précédente est toujours sur pieds. 4. Méthode de fertilisation raisonnées comprenant le rationnement de la dose X (dX) d'engrais azotés en dose N (dN) selon une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que les valeurs de rMS et rNS obtenues empiriquement à l'aide de relations univariées par rapport à RDT dans le cas de rMS, et par rapport à RVN dans le cas de rNS, proviennent ; (a) pour rMS, des corrélations entre rMS et RDT en puissances de type rMS = a - RDTb, a et b étant des coefficients empiriques, 3039034 - 21 - (b) pour rNS, des corrélations entre rNS et RVN en puissances de type rNS = a - RVNb, a et b étant des coefficients empiriques. 5. Méthode de fertilisation raisonnées comprenant le rationnement de la dose X (dX) d'engrais 5 azotés en dose N (dN) selon une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que l'indice iVAZc calculé à partir de l'indice iVAZ = [ rMS - rNS] par rapport au potentiel de la diazotrophie non symbiotique du sol (pAZB) est exprimée, (i) entant que ratio entre les teneurs en N des RAC et RCS (pAZB1) - la relative pauvreté en N des RCS étant ici favorable à la diazotrophie in situ non symbiotique, et (ii) entant que ratio entre l'activité diazotrophique en elle 10 même au sein des RCS et RAC (pAZB2), ou encore plus formellement ; pAZB1 = Nrac/Nrcs I ratio sans unités pAZB2 = AZBrcs/AZBrac I ratio sans unités 15 la valeur d'iVAZ critique (iVAZc), entant elle définie à l'intersection des ces deux fonctions, pAZB1 = pAZB2, et cela pour chaque niveau de ROT de la culture précédente et/ou de RCS retournés au sol par celle-ci. 6. Méthode de fertilisation raisonnées comprenant le rationnement de la dose X (dX) d'engrais 20 azotés en dose N (dN) selon une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que les RCS sont azotobactérisés (AZB). 7. Méthode de fertilisation raisonnées comprenant le rationnement de la dose X (dX) d'engrais azotés en dose N (dN) selon une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce 25 que le rationnement de la dX en dN progresse selon l'augmentation de la différence positive entre iVAZ calculé et l'iVAZc. 8. Méthode de fertilisation raisonnées comprenant le rationnement de la dose X (dX) d'engrais azotés en dose N (dN) selon la revendication précédente caractérisée en ce que le rationnement 30 de la dose X en dN progressivement plus marqué selon l'augmentation de la différence positive entre iVAZ calculé et l'iVAZc suivra avantageusement selon l'un des scénarii suivants ; (I) dN = dX: sans rationnement (ii) dN = dX: avec rationnement de 20UN1 avec retour de 20UN3 35 (iii) dN = dX: avec rationnement de 40UN1 avec retour de 40UN3 (iv) dN = dX -20UN : avec rationnement de 20UN1 sans retour d'UN (v) dN = dX -20UN : avec rationnement de 40UN1 avec retour de 20UN3 (vi) dN = dX -40UN : avec rationnement de 40UN1 sans retour d'UN, 40 les valeurs d'iVAZ les plus importantes permettant ainsi de préconiser des rationnements de dX en dN de plus en plus appréciables.