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Amélioration de l’efficacité de l’utilisation de l’azote

De Carmen Abad - Fertiberia et Bryan Sánchez - Chaire Fertiberia

Comment concilier la productivité agricole avec les objectifs de qualité de l’eau et de l’air

  • Document présenté par l’Université de Wageningen à l’International Fertilizer Society, lors d’une conférence à Cambridge, Royaume-Uni, le 12 décembre 2019.

En Europe, environ 60 % de l’azote appliqué est assimilé par les cultures, le reste est perdu dans l’environnement. Depuis les années 90, l’Efficacité de l’utilisation de l’azote (NUE) a augmenté de 51 % à 60 %, mais pas encore suffisamment pour pouvoir atteindre les objectifs environnementaux.

Les pertes d’azote (N) occasionnées en conséquence de l’emploi d’intrants agricoles azotés affectent la qualité de l’air et de l’eau. Des concentrations élevées de N dans les eaux de ruissellement provoquent l’eutrophisation des eaux superficielles. Les émissions d’ammoniac (NH3) ont un fort impact sur les écosystèmes terrestres et les concentrations élevées de nitrate (NO3) dans les eaux souterraines affectent la qualité de l’eau potable. Parmi ces intrants agricoles se trouvent aussi bien les fertilisants minéraux azotés que les fertilisants organiques issus de déjections de bétail et de biosolides, en plus de la fixation biologique de N.

À l’échelle mondiale, les impacts générés par ces intrants azotés diffèrent énormément selon les régions. Dans beaucoup de pays d’Afrique, ainsi que dans de vastes régions d’Amérique latine et du Sud-Est asiatique, les intrants de N sont insuffisants pour maintenir la fertilité du sol, ce qui implique des risques de dégradation de la terre. D’autre part, de nombreuses économies développées et en plein essor présentent d’importants excédents de N. Par conséquent, à de nombreux endroits du monde, il faut augmenter l’apport de N pour éviter la dégradation de la terre ainsi qu’augmenter les rendements des cultures, tandis qu’ailleurs, il est possible de réduire l’application de N tout en maintenant, voire en améliorant, les rendements et en réduisant l’impact environnemental. En définitive, des études détaillées sont nécessaires, en tenant compte des conditions particulières de chaque cas.

Dans l’UE des 27 (sans la Croatie et avec le Royaume-Uni), pour déterminer où sont dépassées les émissions dites « critiques » de N sous ses différentes formes (N, NH3 et NO3), concernant les impacts mentionnés, des modèles basés sur des bilans de N sont utilisés. Pour cela, un calcul est effectué des entrées de N nécessaires pour atteindre les objectifs de rendements et de productions, et les entrées réelles. Lorsque les entrées réelles ou nécessaires dépassent les entrées critiques, un autre calcul est réalisé de la réduction nécessaire et de l’augmentation de la NUE pour atteindre le rendement réel ou l’objectif de rendement, tout en atteignant simultanément les objectifs de qualité de l’air et de l’eau.

Pour cette étude, le modèle INTEGRATOR a été utilisé pour calculer les valeurs suivantes :

  • Entrées réelles de N, qui correspondent à la somme des apports au moyen de fertilisants minéraux, de fumier, de biosolides, de dépôt atmosphérique et de fixation biologique de N, tandis que l’absorption de N équivaut au N qui est éliminé du sol à travers la récolte.
  • Les entrées de N nécessaires pour atteindre l’objectif de rendement des cultures sont définies comme le rendement maximal qui peut être obtenu d’une culture avec une disponibilité d’eau de 80 %. Pour calculer ces entrées, une multiplication est faite des entrées réelles et du rapport entre l’objectif de rendement et le rendement réel, en supposant que tout le N supplémentaire requis est un fertilisant minéral et que tous les autres intrants restent constants. L’absorption et les pertes de N dans les entrées nécessaires sont obtenues en mettant à l’échelle l’absorption et les pertes réelles avec le rapport entre les deux rendements. Ces calculs supposent que la NUE des entrées nécessaires est la même que celle des entrées réelles.
  • Pertes de N dans l’air et dans l’eau. Les émissions de composés gazeux de N, et la lixiviation et le ruissellement des eaux superficielles sont dus aux apports de N des selles et de l’urine dans le stockage du fumier, du pâturage des animaux en liberté, de l’application de fumier et de fertilisants minéraux, du dépôt atmosphérique, de la fixation de N et de l’emploi de déchets dans les cultures. Ces pertes sont calculées en multipliant les entrées par des facteurs d’émission, lixiviation ou ruissellement.
  • Entrées de N critiques en rapport avec les impacts environnementaux, qui correspondent à celles où les pertes critiques dans l’eau et dans l’air ne sont pas dépassées pour atteindre les objectifs environnementaux. Elles sont obtenues en identifiant des valeurs critiques pour les indicateurs de N définis dans l’air et dans l’eau ; en évaluant les pertes critiques de N dans l’air et dans l’eau, qui correspondent aux valeurs critiques des indicateurs de N identifiés, et en évaluant les entrées critiques de N ainsi que les taux de fertilisation et d’excrétion de N en rapport avec les pertes de N critiques. Les intrants critiques de N font référence aux sources que l’agriculteur peut gérer, tandis que les indicateurs de N définis sont des émissions critiques de NH3 déterminées par le dépôt critique de N dans les écosystèmes, la concentration de NO3 dans la lixiviation dans les eaux souterraines et la concentration de N dans le ruissellement des eaux superficielles.

Les résultats montrent que les entrées de N de l’UE des 27 sont, en moyenne, inférieures de 27 % aux entrées nécessaires pour atteindre l’objectif de rendement des cultures. Cependant, en ce qui concerne les émissions de NH3 et le ruissellement de N dans les eaux superficielles, les entrées réelles sont supérieures de 31 % et 43 % aux entrées critiques de N, respectivement. Par ailleurs, concernant la lixiviation de NO3 dans les eaux souterraines, ces entrées se trouvent 1 % en dessous de la limite. Par conséquent, il est nécessaire d’augmenter la NUE.

Une réduction générale des entrées de N de 30 % semble une estimation raisonnable pour remplir les objectifs de qualité de l’air et de l’eau, tout en atteignant les objectifs de rendements. Cependant, dans l’UE des 27, il existe aussi d’importantes différences entre régions. Les entrées sont largement dépassées à des endroits où les applications de N sont élevées, comme en Irlande, aux Pays-Bas, en Belgique et au Luxembourg, en Bretagne (en France) et dans la Plaine du Pô (en Italie), en raison de la production intensive de bétail.

Comme nous l’avons indiqué, en Europe la NUE réelle est de 60 %. Cette valeur doit augmenter jusqu’à 72 % pour protéger la qualité des eaux superficielles aux rendements réels des cultures, et jusqu’à 74 % pour atteindre les objectifs de rendements des cultures. Par conséquent, il est possible de réduire l’impact environnemental de l’agriculture si ce facteur est augmenté, tout en favorisant également une augmentation de la production des cultures en Europe.

Cependant, à certains endroits, en raison des caractéristiques spéciales du sol et du climat, il faudrait augmenter la NUE à 90 % pour atteindre les objectifs environnementaux en atteignant également l’objectif de rendement. Dans ces régions, la solution consisterait à réduire l’application de N, au détriment de la production des cultures, qui serait diminuée.

Espagne

En ce qui concerne l’Espagne, cette étude indique que dans certaines régions, les entrées nécessaires de N sont différentes des entrées réelles, ce qui génère un fossé net dans le rendement (différence entre le rendement réel et le rendement potentiel).

D’autre part, à certains endroits, les émissions de NH3 sont dépassées, car les caractéristiques de la région imposent d’établir des limites réduites, bien qu’il ne s’agisse pas d’un pays à densité de bétail élevée, comme l’Irlande ou une partie du Royaume-Uni.

De plus, il est nécessaire d’augmenter de manière significative la NUE dans les régions d’Espagne qui dépassent le ruissellement critique dans les eaux superficielles pour protéger leur qualité.

En définitive, en Espagne, il faut améliorer la gestion des intrants agricoles avec de l’azote, afin de minimiser les conséquences sur l’environnement et d’améliorer les rendements agricoles des cultures. Pour cela, une utilisation efficace de fertilisants minéraux à base d’azote est essentielle, en appliquant toujours le fertilisant adéquat, dans la bonne quantité, et au moment et à l’endroit idéaux, en s’adaptant aux besoins de chaque culture et de chaque situation spécifique avec l’aide d’experts qui offrent des conseils sur le mode de réalisation de la fertilisation.

Bibliographie : IFS Proceedings 842, Required changes in nitrogen inputs and nitrogen use efficiencies to reconcile agricultural productivity with water and air quality objectives in the EU-27 by Prof. Wim de Vries and Lena Schulte-Uebbing, Wageningen University.

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