Des applications régulières de matières organiques exogènes (MOE) dans le sol semblent apporter de nombreux avantages aux sols (fertilité chimique, restauration de la teneur en matière organique des sols cultivés soumis à une gestion intensive, contribution au stockage du carbone (C) dans les sols [1], amélioration  de la biodiversité des sols et les activités biologiques [2]…). Cependant, des impacts négatifs peuvent survenir et doivent également être pris en compte. En effet, la MOE peut contenir des contaminants [3] et son application peut entraîner une modification du pH ou bien un apport excessif de nutriments. Dans cette étude, l’objectif était de développer un outil multicritères permettant de comparer les pratiques de fertilisation basées sur des engrais minéraux ou des applications répétées de MOE, en tenant compte des impacts positifs mais également négatifs de ces pratiques. Un outil quantitatif permettant d’évaluer les effets globaux du recyclage de différents types de MOE a été développé à partir de 7 indices de qualité des sols et des cultures : fertilité du sol, biodiversité du sol, activités biologiques du sol, propriétés physiques du sol, deux indices de contamination du sol considérant les concentrations totales et extractibles de contaminants, qualité des cultures.

Résultats majeurs

L’objectif était de développer un outil multicritères permettant de comparer les pratiques de fertilisation à base d’engrais minéraux (CONT + N) ou d’applications répétées de matières organiques exogènes (MOE), en tenant compte des impacts positifs mais également négatifs de ces pratiques.

Trois composts urbains (un compost d'ordures ménagères résiduelles (MSW), un co-compost de boues d'épuration et de déchets verts (GWS) et compost de biodéchets (BIO)) et un fumier de ferme (FYM) sont appliqués sur les sols tous les deux ans depuis 14 ans à raison de 4t C/ha. Les sols et les cultures ont été échantillonnés régulièrement au cours du temps et plus de 100 paramètres ont été mesurés. Différents indices de qualité des sols et des cultures (QI) ont été utilisés pour développer un outil quantitatif permettant d’évaluer les effets globaux du recyclage de différents types de MOE. A partir d'un ensemble minimum de données, 7 indices de qualité des sols et des cultures ont été développés : fertilité du sol, biodiversité du sol, activités biologiques du sol, propriétés physiques du sol, contamination du sol (en considérant des teneurs totales et disponibles de contaminants) et qualité des cultures (figure 1). Les QI varient entre 0 et 1, 1 étant le meilleur score.

Figure 1 : Méthode utilisé pour l'élaboration des 7 indices de qualité (QI) (adapté de Andrews et al., 2004 et Bhardwaj et al., 2011). λj = vecteurs propres au carré, fj = composante principale sélectionnée, Si = scores d'indicateur normalisés.

Les amendements de MOE ont significativement augmenté la biodiversité des sols, les activités biologiques et les propriétés physiques des sols avec des intensités qui varient en fonction de leurs caractéristiques. FYM était la MOE la plus efficace pour améliorer les propriétés biologiques du sol. Des apports répétés deMOE conduisent à des rendements similaires à ceux obtenus avec des engrais minéraux, mais la qualité du grain a légèrement diminué. C'est pourquoi les engrais minéraux sont généralement à l'origine d'un'indice de qualité des cultures supérieur (QI = 0,88) par rapport aux MOE sauf dans le cas du BIO. Toutes les MOE améliorent la fertilité du sol, mais seul le BIO est à l'origine d'effets significatifs (QI = 0,86). Les MOE apportent divers nutriments, mais un excès de P (comme par exemple avec  GWS) peut avoir un impact négatif sur l’indice de fertilité du sol. Les apports de MOE affectent négativement l'indice de contamination du sol lorsqu'on considère les teneurs totales, mais diminuent les teneurs disponibles et, par conséquent, les risques de transfert. BIO est la MOE la plus efficace pour la plupart des indices. Cette étude a démontré l'impact positif des applications répétées de MOE sur la qualité du sol et des cultures dans un sol limoneux (figure 2).

Figure 2: Indices de qualité normalisés (0–1) dans les traitements minéraux et organiques. Avec BIO = compost de biodéchets (en rouge), GWS = co-compost de boues d'épuration et de déchets verts (en violet), MSW = compost d'ordures ménagères résiduelles (en bleu), FYM = fumier de ferme (en vert), CONT + N = fertilisation minérale (en noir). (Pour l'interprétation des références à la couleur dans la légende, le lecteur est invité à consulter la version Web de cet article.)

Références

1. Peltre, C., Christensen, B.T., Dragon, S., Icard, C., Katterer, T., Houot, S., 2012. RothC simulation of carbon accumulation in soil after repeated application of widely different organic amendments. Soil Biol. Biochem. 52, 49–60. doi:http://dx.doi. org/10.1016/j.soilbio.2012.03.023.

2. Garcı’a-Gil, J., Plaza, C., Soler-Rovira, P., Polo, A., 2000. Long-term effects of municipal solid waste compost application on soil enzyme activities and microbial biomass. Soil Biol. Biochem. 32, 1907–1913. doi:http://dx.doi.org/10.1016/S0038-0717(00)00165-6.*

3. Belon, E., Boisson, M., Deportes, I.Z., Eglin, T.K., Feix, I., Bispo, A.O., Galsomies, L., Leblond, S., Guellier, C.R., 2012. An inventory of trace elements inputs to French agricultural soils. Sci. Total Environ. 439, 87–95. doi:http://dx.doi.org/10.1016/j.scitotenv.2012.09.011.

Affiliations

a UMR ECOSYS, INRA, AgroParisTech, Université Paris-Saclay, 78850, Thiverval-Grignon, France

b UMR ECOSYS, INRA, AgroParisTech, Université Paris-Saclay, 78026, Versailles, France

c UMR SAS, INRA, Agrocampus Ouest, 35000 Rennes, France

d Technical University of Munich, Dept. of Geomorphology and Soil Science, D-85354 Freising, Germany

e Veolia Recherche & Innovation, Département Environnement et Santé, 78520 Limay, France