# Potentiels amendants et fertilisants des produits résiduaires organiques en conditions contrôlées de laboratoire

Garry Dorleon

► To cite this version:

Garry Dorleon. Potentiels amendants et fertilisants des produits résiduaires organiques en conditions contrôlées de laboratoire. MARNDR-PITAG. 2. Journées Scientifiques du PITAG - Contribution de la recherche-développement-formation à la souveraineté alimentaire en Haïti, Dec 2023, Port-au-Prince, Haïti. hal-04339203

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Submitted on 12 Dec 2023

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# Potentiels amendants et fertilisants des produits résiduaires organiques en conditions contrôlées de laboratoire

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RÉPUBLIQUE
FRANÇAISE

Liberté
Égalité
Fraternité

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L'INSTITUT
**agro** Montpellier

Montpellier
SupAgro

INRAE
la science pour la vie, l'humain, la terre

Garry Dorleon ¹,²,a,b

a Master 2 Science du Sol, b Doctorant Biogéochimie des Agroécosystèmes

¹ Institut Agro, Montpellier SupAgro, LISAH, 34060 Montpellier, France

² INRAE, AgroParisTech, Université Paris-Saclay, UMR ECOSYS, 78850 Therval-Grignon, France

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garry.dorleon@unimes.fr

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Ministère de l'Agriculture,
des Ressources Naturelles
et du Développement Rural

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Banque Interaméricaine
de Développement

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MARNDR

Programme d'Innovation Technologique en
Agriculture et Agroforesterie
(PITAG)

## Introduction

Les travaux de l'unité mixte de recherche ECOSYS (INRAE, AgroParisTech), localisée sur le centre de Versailles-Grignon, visent à traiter d'une manière intégrée le fonctionnement des agroécosystèmes et leurs relations avec l'environnement. Un des axes de recherche de l'unité concerne plus particulièrement l'évaluation et l'optimisation de la pratique du recyclage en agriculture des produits résiduaires organiques (PRO), tels que fumiers, lisiers, composites urbains ou digestat de méthanisation. Les PRO [1] présentent une grande diversité de potentiels amendants et fertilisants, c'est-à-dire respectivement de potentiels à contribuer à la matière organique du sol [2,3] et à la fourniture d'azote minéral aux cultures [4,5]. Bien les connaître est primordial afin d'optimiser la gestion de ces PRO. Ces potentiels peuvent être déterminés grâce à des essais au champ. Cependant, du fait de l'impossibilité de tester tous ces PRO au champ, des déterminations en laboratoire ont été proposées, par exemple basées sur des cinétiques de minéralisation du carbone organique et de l'azote organique des PRO lors d'incubations de mélanges sol+PRO en conditions contrôlées. A côté de ces données de minéralisation, des données de caractérisation des PRO (teneurs en nutriments, fractions biochimiques, etc.) sont acquises. De nombreuses données expérimentales sur les PRO ont ainsi été acquises ces vingt dernières années. Cependant, il manque une synthèse pour (i) proposer une analyse des valeurs amendantes (VA) et fertilisantes (VF) des PRO, (ii) étudier quels sont les principaux déterminants de VA et VF, et (iii) tester la prédiction de VA et VF sans passer par des incubations.

En essayant de combler ce manque avec nos travaux de recherche dans le cadre du projet COLLECT-OR (Collect and valorization "open science" of data of organic resources recycled in soil) à INRAE, nous voulons surtout stimuler de nouvelles opportunités de recherches.

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## Matériels et méthodes

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### Base de données

1

* Compilation des données d'incubations, d'analyses physico-chimiques (MS, C, Nmin, Norg) et biochimiques (fractions Van Soest, ISMO)

* Plupart des incubations dans des conditions standards (28°C, ajout N, PRO solides séchés...)

* Origine des données : projets divers, SOERE-PRO (QualiAgro, Colmar, Efele, Nouzilly)

* Utilisation d'une nomenclature « maison » adaptée au jeu de données

* Représentativité : beaucoup de composites...

* Des valeurs manquantes : MS (517/715), ISMO (61/715)...

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<table><thead><tr><th>Code</th><th>Nombre</th><th>Nom</th></tr></thead><tbody><tr><td>A ALG</td><td>5</td><td>Algues</td></tr><tr><td>A AUT</td><td>35</td><td>Autre</td></tr><tr><td>A ENGORG</td><td>5</td><td>Engrais organique</td></tr><tr><td>A EUAGR</td><td>23</td><td>Eaux usées IAA</td></tr><tr><td>A MA</td><td>6</td><td>Matières animales</td></tr><tr><td>A MV</td><td>19</td><td>Matières végétales</td></tr><tr><td>A VIN</td><td>8</td><td>Vinasse sucrière</td></tr><tr><td>B AGR</td><td>9</td><td>Boues IAA</td></tr><tr><td>B AUT</td><td>8</td><td>Autre Boue</td></tr><tr><td>B URB</td><td>55</td><td>Boues urbaines</td></tr><tr><td>C AUT</td><td>37</td><td>Autres composites</td></tr><tr><td>C BIO</td><td>56</td><td>Compost DV + déchets</td></tr><tr><td>C DV</td><td>25</td><td>Compost déchets verts</td></tr><tr><td>C DV+MA</td><td>13</td><td>Compost DV + MA</td></tr><tr><td>C DV+BIO</td><td>75</td><td>Compost DV + boues</td></tr><tr><td>C FUM</td><td>43</td><td>Compost fumier</td></tr><tr><td>C LP</td><td>11</td><td>Compost lisier porc</td></tr><tr><td>C OMIR</td><td>92</td><td>Compost ordures ménagères</td></tr><tr><td>D AUT</td><td>19</td><td>Autre digestat</td></tr><tr><td>D BIO BRUT</td><td>7</td><td>Digestats déchets brut</td></tr><tr><td>D CIVE BRUT</td><td>14</td><td>Digestat CIVE brut</td></tr><tr><td>D CIVE SOL</td><td>3</td><td>Digestat CIVE solide</td></tr><tr><td>D ELEV BRUT</td><td>12</td><td>Digestat élevage liquide</td></tr><tr><td>D ELEV LIQ</td><td>4</td><td>Digestat élevage liquide</td></tr><tr><td>D ELEV SOL</td><td>5</td><td>Digestat élevage solide</td></tr><tr><td>D TERR BRUT</td><td>6</td><td>Digestat territorial brut</td></tr><tr><td>D TERR SOL</td><td>4</td><td>Digestat territorial solide</td></tr><tr><td>E AUT</td><td>8</td><td>Autre effluent</td></tr><tr><td>E FB</td><td>52</td><td>Fumier bovin</td></tr><tr><td>E FCH</td><td>8</td><td>Fumier cheval</td></tr><tr><td>E FI</td><td>8</td><td>Fientes</td></tr><tr><td>E FP</td><td>6</td><td>Fumier porcin</td></tr><tr><td>E FV</td><td>20</td><td>Fumier volaille</td></tr><tr><td>E LB</td><td>3</td><td>Lisier bovin</td></tr><tr><td>E LP</td><td>11</td><td>Lisier orcin</td></tr></tbody></table>

### Effet de la matière sèche (MS) et des doses d'apport sur VA

8

* Résultats précédents exprimés sur la matière sèche des PRO

* Que se passe-t-il en considérant la matière brute ?
  VAMB = %MS × Teneur en C<sub>org</sub> × %C<sub>stable</sub>
  → %MS devient le principal facteur explicatif de la valeur amendante d'un PRO (R²=0.83)

* Ne pas oublier non plus que les doses usuelles d'apport sont très variables entre PRO

<table><thead><tr><th>PRO</th><th>C (g/kg MS)</th><th>%C<sub>stable</sub></th><th>VA<sub>MS</sub> (kg C stable/t MS)</th><th>% MS</th><th>VA<sub>MB</sub> (kg C stable / t MS)</th><th>Dose (t MB/ha)</th><th>Apport C (kg C stable /t ha)</th></tr></thead><tbody><tr><td>Compost DV</td><td>247</td><td>87</td><td>214</td><td>50</td><td>107</td><td>20</td><td>2140</td></tr><tr><td>Digestat CIVE</td><td>385</td><td>66</td><td>260</td><td>5</td><td>13</td><td>40</td><td>520</td></tr><tr><td>Fumier bovin</td><td>356</td><td>69</td><td>243</td><td>20</td><td>49</td><td>30</td><td>1470</td></tr><tr><td>Fientes séchées</td><td>398</td><td>46</td><td>194</td><td>70</td><td>136</td><td>5</td><td>680</td></tr><tr><td>Boues STEP</td><td>296</td><td>55</td><td>161</td><td>30</td><td>48</td><td>10</td><td>480</td></tr></tbody></table>

### Effet de la MS et des doses d'apport sur VF

* A la différence de la valeur amendante, le pourcentage de MS du PRO influe peu sur la valeur fertilisée (N-NH₄ soluble)

* Effet dose reste par contre important là-aussi

<table><thead><tr><th>PRO</th><th>Nmin (g/kg MS)</th><th>Norg (g/kg MS)</th><th>% N minéralisé</th><th>VF<sub>MS</sub> (kg N dispo/t MS)</th><th>% MS</th><th>VF<sub>MB</sub> (kg N dispo / t MB)</th><th>Dose (t MB/ha)</th><th>Apport N dispo (kg N/ha)</th></tr></thead><tbody><tr><td>Compost DV</td><td>0.4</td><td>16</td><td>-1</td><td>0.5</td><td>50</td><td>0.3</td><td>20</td><td>6</td></tr><tr><td>Digestat CIVE</td><td>42.8</td><td>36</td><td>13</td><td>47</td><td>5</td><td>2.4</td><td>40</td><td>96</td></tr><tr><td>Fumier bovin</td><td>1.4</td><td>21</td><td>4</td><td>2</td><td>20</td><td>0.4</td><td>30</td><td>12</td></tr><tr><td>Fientes séchées</td><td>3.3</td><td>45</td><td>30</td><td>15</td><td>70</td><td>10.5</td><td>5</td><td>53</td></tr><tr><td>Boues STEP</td><td>4.5</td><td>40</td><td>32</td><td>19</td><td>30</td><td>5.7</td><td>10</td><td>57</td></tr></tbody></table>

### Teneur en C et carbone stable

2

* Variabilité des teneurs en carbone et de la proportion de C stable entre type de PRO et pour un type de PRO donné

* Compensation possible entre teneur en C et %C<sub>stable</sub>

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### Teneurs en N minéral et organique, minéralisation N

5

* Quelques PRO seulement avec de fortes teneurs en N minéral (digestats, lisiers...)

* Variabilité du Norg : composites plus pauvres, boues, fientes, engrais orga + riches...

* Minéralisation (+ ou -) du Norg souvent faible, sauf pour quelques cas

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Forte teneur en N minéral des digestats et lisiers

Plus forte teneur pour les boues, fientes, engrais orga...
Plus faible teneur pour les composites

Minéralisation nette par les fientes et les boues

Immobilisation nette par le fumier de cheval

### Valeur amendante

3

* Variabilité de VA, entre type de PRO, et pour un type donné, mais limitée avec 50% des PRO avec une VA entre 160 et 250 kg C stable / t MS (1er et 3e quartiles)

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* Teneur en C = 1er déterminant de la valeur amendante

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<table><thead><tr><th></th><th>Variance VA expliquée (%)</th></tr></thead><tbody><tr><td>Teneur C</td><td>54</td></tr><tr><td>%C<sub>stable</sub></td><td>19</td></tr></tbody></table>

### Valeur fertilisée N

6

* Forte variabilité de VF, mais des PRO clairement + fertilisants : digestat, lisiers, boues, engrais organiques...

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* Teneur en Nmin = 1er déterminant de la valeur fertilisée

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<table><thead><tr><th></th><th>Variance VF expliquée (%)</th></tr></thead><tbody><tr><td>Teneur Nmin</td><td>71</td></tr><tr><td>Teneur Norg × minéralisation Norg</td><td>32</td></tr></tbody></table>

### Relation entre valeurs amendante et fertilisée

* Pas de relation entre valeur amendante et valeur fertilisée, mais des différences entre grands types de PRO

* Effluents d'élevage

* Digestats

* Boues

* Autres

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## Conclusion & perspectives

* Valeur amendante des PRO :

* Variabilité intra et inter type de PRO, mais plupart des PRO autour de 200 kg C stable / t MS

* Possible d'expliquer VA en considérant la teneur en C et l'ISMO des PRO

* Si VA considérée sur matière brute : effet de la teneur en MS masque les autres caractéristiques des PRO en grande partie

* Valeur fertilisée N des PRO :

* Forte variabilité mais quelques types de PRO se démarquent (digestat, lisier...)

* Teneur en N minéral = principal déterminant de la valeur fertilisée

* Teneur en N minéral, Norg et C/N permettent de prédire de façon satisfaisante la valeur fertilisée des PRO

* Au-delà des différences entre PRO, ne pas oublier l'effet dose (fientes ≠ composites !)

## Perspectives

* Une base de données riche (et unique ?), qui a vocation à être partagée

* Des questions sur la représentativité des incub pour le passage au champ à creuser (priming effect, effet de la préparation du PRO...)

* Usage de la base données pour la calibration de modèles :

* Paramètres pour de nombreux PRO proposés pour STICS (Levavasseur et al., 2021) → simulation des dynamiques du C et du N dans divers contextes pédoclimatiques et de systèmes de culture

* Ouverture de la base de données:

* Publication d'un data paper (2022)

* Partage de la base de données (portail data INRAE + base de données SQL)

* Utilisation des PRO de cette base de données comme co-produits de mélange avec des sédiments marins dragués pour fabriquer des Technosols (Thèse Doctorat de Garry Dorleon)

## Références

[1] Levavasseur F., Lashermes G., Mary B., Morvan T., Nicolardot B., Parnaudeau V., Thuriès L., Houot S., 2021. Quantifying and Simulating Carbon and Nitrogen Mineralization from Diverse Exogenous Organic Matters. Soil Use and Management. https://doi.org/10.1111/sum.12745.

[2] Peltre, C., Christensen, B. T., Dragon, S., Icard, C., Kätterer, T., & Houot, S. (2012). RothC simulation of carbon accumulation in soil after repeated application of widely different organic amendments. Soil Biology and Biochemistry, 52, 49-60. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2012.03.023

[3] Levavasseur, F., Mary, B., Christensen, B. T., Duparque, A., Ferchaud, F., Kätterer, T., Lagrange, H., Montenach, D., Resseguier, C., & Houot, S. (2020). The simple AMG model accurately simulates organic carbon storage in soils after repeated application of exogenous organic matter. Nutrient Cycling in Agroecosystems, 117(2), 215-229. https://doi.org/10.1007/s10705-020-10065-x

[4] Levavasseur, F., Mary, B., & Houot, S. (2021). C and N dynamics with repeated organic amendments can be simulated with the STICS model. Nutrient Cycling in Agroecosystems, 119(1), 103-121. https://doi.org/10.1007/s10705-020-10106-5

[5] Delin, S., Stenberg, B., Nyberg, A., & Brohede, L. (2012). Potential methods for estimating nitrogen fertilizer value of organic residues. Soil Use and Management, 28(3), 283-291. https://doi.org/10.1111/j.1475-2743.2012.00417.x

[6] Lashermes, G., Nicolardot, B., Parnaudeau, V., Thuriès, L., Chaussod, R., Guillotin, M. L., Linères, M., Mary, B., Metzger, L., Morvan, T., Tricaud, A., Villette, C., & Houot, S. (2009). Indicator of potential residual carbon in soils after exogenous organic matter application. European Journal of Soil Science, 60(2), 297-310. https://doi.org/10.1111/j.1365-2389.2008.01110.x

Remerciements:

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