Effets de l'apport de bois raméal sur la plante et le sol : une revue des résultats expérimentaux

ARTICLE

Auteur(s) : Bernard G Barthès¹, Raphaël J Manlay^1,2, Olivier Porte¹

¹IRD UMR 210 Eco&Sols Montpellier SupAgro Bâtiment 12 2, place Viala 34060 Montpellier cedex 2 France
²AgroParisTech-Engref GFR « Gestion environnementale des écosystèmes et forêts tropicales » 648, rue Jean-Francois Breton BP 7355 34086 Montpellier cedex 4 France

Écosystèmes naturels et agrosystèmes diffèrent par le degré de fermeture des cycles biogéochimiques, du fait de leurs complexités structurale et fonctionnelle contrastées (Odum, 1969). La résilience des premiers est assurée par des mécanismes de maintenance biologique. En revanche les seconds sont très ouverts ; leur viabilité dépend du mode de gestion du sol et notamment de la compensation des pertes en minéraux et carbone (C). La gestion conventionnelle des agrosystèmes favorise une maintenance de substitution, visant à conserver certaines propriétés du sol dans des valeurs acceptables (Izac et Swift, 1994). Apports d'intrants minéraux et travail du sol permettent ainsi de compenser les pertes en éléments et de maintenir les propriétés physiques du sol, mais ils peuvent avoir des conséquences agronomiques et environnementales négatives (Tilman et al., 2002).

Face à cette stratégie, l'apport d'amendements organiques est perçu comme une alternative durable de gestion des sols (Manlay et al., 2007). Cependant, cette pratique est souvent limitée par la disponibilité de la ressource et la maîtrise délicate des dynamiques de décomposition des amendements (Kumar et Goh, 2000). L'émergence scientifique de l'agroécologie (Altieri, 2002) répond entre autres à la nécessité de lever ces limitations. L'agroécologie repose sur l'hypothèse que la pérennité des écosystèmes naturels dans un contexte local dépend de traits structuraux et fonctionnels propres, et propose leur transfert aux agrosystèmes via des stratégies d'imitation (Ewel, 1999). L'amendement du sol avec des branches d'arbres, ou bois raméaux (BR), s'inscrit ainsi dans une démarche d'imitation des écosystèmes arborés. Cette technique, inaugurée au Canada il y a une vingtaine d'années, consiste à enfouir dans le sol superficiel des rameaux de faible diamètre (Lemieux, 1996). Mises au point en climat tempéré, les recommandations portent en particulier sur l'utilisation de rameaux de diamètre inférieur à 7 cm et leur broyage, d'où le terme de bois raméaux fragmentés (BRF) pour désigner le matériau et la technique. Celle-ci vise à rapprocher le statut biologique du sol cultivé de celui du sol forestier supposé d'origine.

L'objectif du présent article est de synthétiser les résultats expérimentaux concernant les effets d'apports de BR sur la plante et le sol, en s'appuyant sur ceux ayant donné lieu à traitement statistique. Ces travaux font majoritairement référence à l'application de BRF, mais des pratiques voisines sont également considérées, comme le mulch de branches peu fragmentées. Cette synthèse est présentée par type de variables, concernant la plante, puis le sol : propriétés physiques et hydriques, chimiques et d'échange, matière organique, biologie. Elle distingue l'enfouissement de BRF en zone tempérée, en zone tropicale, puis les mulchs ligneux en zone tropicale (deux références seulement évoquant des mulchs de branches, plusieurs travaux sur les mulchs de copeaux de bois sont aussi considérés). Les résultats dits significatifs le sont au seuil de 5 %. L'ensemble des résultats est condensé dans le tableau 1.

Effets sur la plante cultivée

Enfouissement en zone tempérée (Canada)

Sur sol sableux fertilisé en PK, Beauchemin et al. (1990) observent un rendement en pomme de terre plus faible les deux années suivant l'apport de 25 tMS/ha de BRF de feuillus et conifères que sans BRF (- 50 puis - 25 %). L'utilisation de conifères semble en cause. Mais les rendements sont significativement plus élevés avec apport complémentaire de N que sans BRF. Le compostage des BRF ne modifie pas leur effet.

Sur sol limono-argileux, Larochelle (1994) constate que le rendement en orge diminue de 13 à 34 % l'année de l'apport de BRF (15 ou 30 tMS/ha) mais qu'un complément azoté peut compenser la baisse.

Pour une culture fertilisée de pomme de terre sur sol sableux après prairie, Tremblay et Beauchamp (1998) notent que l'apport de BRF n'a pas d'effet sur les pathogènes responsables de la galle commune et de la rhizoctonie.

Beauchemin et al. (1992b) constatent que les extraits hydrosolubles de BRF frais de feuillus et résineux réduisent la germination du cresson ; l'effet est accru lorsque les BRF sont broyés, mais très atténué après compostage.

Tableau 1 Synthèse des travaux cités.

Table 1. Synthesis of the cited references.

Enfouissement en zone tropicale

À Saint-Domingue (PAM : 800-1 200 mm), Gómez (2003) observe aussi une augmentation significative du rendement en maïs après enfouissement de 11 tMS/ha de BRF (40-56 %).

Au contraire, sur sol sableux après oignons au Sénégal (PAM : 700 mm), Soumare et al. (2002) notent une baisse souvent significative des rendements en tomate (- 2 à - 11 %) et des teneurs en N et P des feuilles après apport de 8 à 31 tMS/ha de BRF de Casuarina equisetifolia. Mais les rendements de la seconde culture suivant l'apport sont significativement plus élevés que ceux du témoin (40-60 %). De plus, les rendements augmentent quand l'apport passe de 8 à 16 tMS/ha de BRF, mais les auteurs n'expliquent pas pourquoi ils sont plus faibles avec 31 qu'avec 8 tMS/ha.

Au Kenya (PAM : 1 800 mm), sur sol argilo-sableux fertilisé en K après maïs-haricot sans aucun apport, Kwabiah et al. (2003) observent durant deux années que l'enfouissement de 5 tMS/ha/an de BRF conduit en général à des rendements en maïs qui ne diffèrent pas de ceux obtenus avec engrais minéral NP, sauf avec BRF de légumineuses, qui donnent de moins bons résultats.

Mulch en zone tropicale

Sur sol limono-argileux du Vietnam (PAM : 1 800 mm), Hoang Fagerström et al. (2001) mesurent un rendement en riz pluvial plus élevé avec mulch de BRF de Tephrosia candida (légumineuse) qu'en couloir avec Tephrosia ou qu'après jachère améliorée à Tephrosia.

Les autres travaux recensés concernent des mulchs de copeaux de bois d'origine probablement non raméale. Sur sol sablo-argileux du Nigeria (PAM : 1 800 mm) cultivé en ananas avec apport d'engrais NPK, Obiefuna (1991) note que le rendement est significativement plus élevé avec copeaux qu'avec balle de riz (+ 12 à 43 %) ou sans mulch (+ 64 à 87 %).

Sur sol sablo-argileux du Nigeria (PAM : 2 500 mm) sous bananier avec apport d'engrais NK, Salau et al. (1992) montrent qu'un mulch de 50 tMS/ha de copeaux permet d'augmenter les récoltes successives de 26 et 40 % (significatif la seconde année) par rapport au témoin sans mulch ; avec mulch de paille l'augmentation est plus forte (65-82 %) et significative dès la première récolte.

Sur Andosol limono-argileux d'Hawaii (PAM : 2 500 mm) après canne à sucre, Miyasaka et al. (2001) observent que le rendement d'une culture de taro fertilisée en P est significativement plus élevé avec mulch de copeaux (50 et 20 tMS/ha en années 1 et 2) ou d'ensilage (20 puis 28 tMS/ha) contenant un peu de fumier (< 2%) qu'avec fertilisation minérale (apport de N équivalent), surtout la seconde année (+ 100 %) ; mais cette augmentation ne compense pas celle des coûts de production. Plusieurs types de pourritures ont un développement significativement plus important avec mulch qu'avec engrais, en relation probable avec l'humidité accrue du sol.

Résumé des effets sur la plante cultivée

Effets sur les propriétés physiques et hydriques du sol

Enfouissement en zone tempérée (Canada)

Lalande et al. (1998) observent également une augmentation significative du taux de macroagrégats (> 0,25 mm) stables dans l'horizon 0-15 cm la seconde année suivant l'apport de BRF. Mais après neuf années d'apports biennaux de BRF avec ou sans apport azoté sur sol sableux cultivé en céréales, N'dayegamiye et Angers (1993) n'observent aucun effet significatif sur la macroagrégation dans l'horizon 0-15 cm ; ils suggèrent que celle-ci est peu affectée par l'humine stable produite par décomposition des BRF.

Enfouissement en zone tropicale

Mulch en zone tropicale

Sur une situation voisine sous bananier (PAM : 2 500 mm), Salau et al. (1992) constatent que l'infiltration est significativement plus importante avec copeaux qu'avec paille ou sans mulch, les différences diminuant au fil des mois. Sur l'année, l'humidité du sol est plus forte avec paille qu'avec copeaux (effet attribué à une meilleure couverture du sol), et avec copeaux que sans mulch. En revanche la densité apparente dans l'horizon 0-10 cm ne diffère pas entre traitements. De plus, la température du sol à 5 cm de profondeur varie moins sous copeaux que sous paille, et sous paille que sans mulch.

Sur sol sablo-argileux encroûté du Burkina Faso portant une savane herbacée (PAM : 500 mm), Mando (1997) note, deux ans après l'installation d'un mulch, que la porosité dans l'horizon 0-5 cm est peu affectée par sa présence ou sa nature (herbacée et/ou ligneuse). Mais, en général, la conductivité hydraulique et l'humidité du sol diminuent et la compacité augmente du mulch ligno-herbacé au mulch herbacé puis au mulch ligneux, surtout en présence de termites ; en l'absence de termites, les différences entre traitements sont souvent faibles.

Résumé des effets sur les propriétés physiques et hydriques du sol

Effets sur les propriétés chimiques et d'échange du sol

Enfouissement en zone tempérée (Canada)

Sur sol limono-argileux cultivé en orge, Larochelle (1994) constate la diminution de la teneur en nitrate (NO₃^-) dans l'horizon 0-15 cm avec apport de BRF sans complément azoté.

Sur sol sablo-limoneux cultivé en oignon puis blé avec fertilisation complète, Lalande et al. (1998) observent une teneur en NO₃^- dans l'horizon 0-15 cm significativement inférieure après enfouissement de 150 tMS/ha de BRF (feuillus) ; cet effet disparaît la seconde année. La corrélation négative (significative) entre teneur en NO₃^- et nombre de colonies microbiennes témoigne de leur rôle dans l'immobilisation de N.

Les travaux de N'dayegamiye et Dubé (1986) sur sol sablo-graveleux cultivé en blé puis prairie et ceux de Beauchemin et al. (1990) sur sol sableux cultivé en pomme de terre montrent que l'immobilisation de N est moins nette durant la seconde culture suivant l'apport de BRF, comme l'atteste l'augmentation des rendements et des prélèvements de N par les cultures. Par ailleurs, après quatre années de culture comportant deux apports de BRF, N'dayegamiye et Dubé (1986) ne constatent pas d'effet significatif sur la capacité d'échange cationique (CEC) du sol.

Sur sol sableux cultivé en pomme de terre avec fertilisation complète après prairie, Tremblay et Beauchamp (1998) notent que l'apport de 37,5 tMS/ha de BRF s'accompagne d'une diminution significative de teneur en P assimilable (P_ass) dans l'horizon 0-20 cm, qu'ils attribuent à son immobilisation par la microflore. Cette diminution perdure l'année suivante, avec ou sans second apport, mais n'est plus significative. Par ailleurs, le pH du sol n'est pas modifié.

Enfouissement en zone tropicale

Ces résultats sont contredits par ceux de Kwabiah et al. (2003) sur sol argilo-sableux du Kenya (PAM : 1 800 mm) cultivé en maïs, dans lequel la teneur en P_ass est corrélée positivement à la quantité de P apporté par les BRF. Quelques mois après l'apport ligneux, le sol contient autant de P_ass qu'après apport minéral de 25 kgP/ha.

Mulch en zone tropicale

Sur une situation voisine (PAM : 2 500 mm), deux ans après plantation de bananier fertilisé en N et P, Salau et al. (1992) observent que, dans l'horizon 0-15 cm, la CEC est similaire après mulch de copeaux ou de paille, et significativement plus élevée que sans mulch ; le pH est significativement supérieur et le stock de P_ass tend à être moindre avec copeaux qu'avec paille ou sans mulch.

Sur Andosol limono-argileux d'Hawaii cultivé en taro avec apport de P (PAM : 2 500 mm), Miyasaka et al. (2001) n'observent pas d'effet des traitements (mulch de copeaux ou d'ensilage, ou engrais) sur le pH et la teneur en K_éch lors des deux premières récoltes, mais les teneurs en calcium et magnésium échangeables sont significativement supérieures avec mulch (+ 100 %).

Résumé des effets sur les propriétés chimiques et d'échange du sol

Effets sur la matière organique du sol

Enfouissement en zone tempérée (Canada)

Sur sol sablo-limoneux cultivé en oignon puis blé fertilisé, Lalande et al. (1998) observent avec BRF des augmentations significatives des teneurs en C_t (+ 17 %) et N_t (+ 11 %) dans l'horizon 0-15 cm la deuxième année, mais pas la première.

Sur sol sableux cultivé en pomme de terre avec fertilisation complète, Tremblay et Beauchamp (1998) constatent que la teneur en C_t dans l'horizon 0-20 cm n'est pas affectée par l'apport de BRF la première année ; l'année suivante, avec ou sans second apport, elle est significativement supérieure avec BRF (+ 10 % en moyenne) ; le rapport C/N n'est pas affecté.

Après neuf années d'apports biennaux de BRF avec ou sans apports complémentaires de N sur sol sableux cultivé en céréales, N'dayegamiye et Angers (1993) observent que la teneur en C_t dans l'horizon 0-15 cm est significativement supérieure avec BRF (+ 16 à 37 %). Sans apport azoté, la teneur en N_t est significativement supérieure avec BRF (+ 9 à 27 %), mais pas le rapport C/N (0 à + 10 %) ; avec apport azoté, le rapport C/N est significativement supérieur avec BRF (+ 6 à 18 %) mais pas la teneur en N_t (- 8 à + 25 %). Avec BRF, les quantités respectives de C dans les fractions lourdes et légères augmentent de 17 et 38 % et la teneur en humine de 38 %, mais la teneur en acides humiques n'est pas affectée ; 80 % des différences entre traitements sont imputables aux fractions lourdes et humine.

Enfouissement en zone tropicale

Mulch en zone tropicale

Dans une situation voisine sous bananier (PAM : 2 500 mm), Salau et al. (1992) constatent que le stock de C_t dans l'horizon 0-15 cm est significativement plus élevé avec copeaux (+ 30 %) ou paille (+ 40 %) que sans mulch deux ans après la plantation, mais les différences entre traitements ne sont pas significatives avant cette date ; sur la période, les différences de stocks de N_t ne sont jamais significatives. Les traitements n'ont pas d'effet significatif sur la densité apparente et affectent donc similairement teneurs et stocks.

Sur Andosol limono-argileux d'Hawaii cultivé en taro avec engrais phosphaté (PAM : 2 500 mm), Miyasaka et al. (2001) observent, lors de la récolte qui suit le deuxième apport, que les teneurs en C organique et N_t sont significativement plus importantes avec mulch de copeaux ou d'ensilage qu'avec apport de N minéral (respectivement + 17 et + 8 % pour C, significativement plus élevé avec copeaux qu'avec ensilage ; + 8 et + 4 % pour N) ; mais il n'y a pas de différence significative entre traitements lors de la récolte qui suit le premier apport.

Résumé des effets sur la matière organique du sol

Effets sur l'activité biologique du sol

Enfouissement en zone tempérée (Canada)

Dans la couche 0-15 cm d'un sol sablo-limoneux cultivé en oignon puis blé fertilisé, Lalande et al. (1998) observent que les populations de bactéries, actinomycètes et surtout champignons sont significativement plus importantes avec BRF l'année de l'apport (+ 140, 163 et 2 300 %, respectivement) ; l'année suivante, la différence est significative pour les champignons seulement (+ 48, 21 et 700 %, respectivement). De fortes variations sont observées entre dates, avec des maxima 2 mois après apport. L'activité phosphatase alcaline n'est pas affectée l'année de l'apport, mais, l'année suivante, elle est significativement plus élevée avec BRF.

Dans la couche 0-5 cm d'un sol limono-argileux cultivé en orge, Larochelle (1994) observe que la mésofaune est plus abondante avec BRF (jusqu'à 23 fois), en particulier les acariens et collemboles (fongivores et leurs prédateurs), avec des variations sensibles selon les essences utilisées, le diamètre des rameaux, la taille des copeaux, l'apport éventuel de N, etc.

Enfouissement ou mulch en zone tropicale

Résumé des effets sur l'activité biologique du sol

Conclusion

De nombreux facteurs modulent ces effets, dans des proportions mal connues : espèces utilisées, diamètre des rameaux, dimension des fragments, dose, etc. Il semble néanmoins que l'utilisation de légumineuses n'ait pas d'effet particulièrement favorable.

Enfin, les BRF n'ont pas d'intérêt clairement décisif par rapport aux apports herbacés (propriétés physico-hydriques ou organiques du sol) ou azotés (statut organique du sol, rendement).

Remerciements

Références

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