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Restauration de la productivité des sols tropicaux et méditerranéens

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Éric Roose

Partie 2. La restauration des sols par la gestion des matières organiques et minérales des agrosystèmes

Chapitre 26. Les enjeux liés au phosphore dans les sols tropicaux

Philippe Hinsinger, Yacine Ndour, Thierry Becquer, Lydie Chapuis-Lardy et Dominique Masse

Résumé

Ce chapitre résume les enjeux autour du cycle biogéochimique de P, les déterminants de la biodisponibilité du P des sols pour les cultures, et les moyens mobilisables pour gérer de façon durable leur nutrition phosphatée. De nombreux sols des régions intertropicales sont limitants en P, en raison de leur fort pouvoir fixateur et de leur faible teneur en P. Les ressources en phosphates naturels utilisés pour fabriquer les engrais phosphatés sont finies, remettant en cause la durabilité des pratiques de fertilisation à l’échelle mondiale. L’augmentation inéluctable des prix de ces fertilisants minéraux risque de condamner les agriculteurs des pays du Sud à fertiliser insuffisamment. La valorisation de l’ensemble des ressources (roches, déchets et déjections) disponibles localement et l’intensification écologique des agroécosystèmes sont donc nécessaires. Cette dernière repose sur l’exploitation de la diversité végétale, au travers de la sélection de variétés efficientes dans leur capacité d’acquisition et d’utilisation de P, et de l’utilisation de rotations ou d’associations de cultures qui permettent de mieux utiliser les différents pools de P du sol, minéral et organique. Il s’agit également de mieux utiliser les intrants organiques comme source alternative de P, ou les biofertilisants (inoculants microbiens). La nécessité de préserver le P des sols tropicaux et de minimiser ses pertes par érosion renforce, en outre, le besoin de développer des approches telles que celles de l’agriculture de conservation et la GCES.

Texte intégral

Perturbation du cycle biogéochimique du phosphore

1Au cours de la Révolution verte, à l’échelle globale, l’utilisation des engrais minéraux azotés et phosphatés s’est accrue à un rythme largement supérieur à l’accroissement de la production agricole mondiale de denrées alimentaires. Ainsi, selon les données issues de la FAO, entre 1961 et 2008, la production mondiale de céréales a été multipliée par 2,9, tandis que la consommation d’engrais azotés s’est accrue d’un facteur 8,8 et que celle des fertilisants phosphatés a augmenté d’un facteur 3,6 (Hinsinger et al., 2011). En d’autres termes, si cette augmentation de la production alimentaire mondiale a permis quasiment de suivre l’évolution de la demande d’une démographie grandissante, elle s’est faite au travers d’une diminution de l’efficience des intrants minéraux, particulièrement l’azote, mais aussi le phosphore (P). La perturbation du cycle biogéochimique du P en lien avec l’utilisation d’engrais en agriculture est considérable, en particulier en termes de flux d’érosion entre les compartiments terrestres et aquatiques (Bouwman et al. 2009 ; Penuelas et al., 2013). Ces flux de P en lien avec l’érosion constituent la principale perte de P le long de sa chaîne d’utilisation, mais il existe de nombreuses autres pertes tout au long de celle-ci, qui est actuellement considérée comme excessivement inefficiente (Cordell et al., 2009). Ainsi, sur les 14 millions de tonnes de P utilisées annuellement pour la fabrication des engrais phosphatés, il est estimé que les pertes par érosion représenteraient 8 millions de tonnes (soit 57 %), tandis que seuls 3 millions de tonnes de P se retrouveraient in fine dans l’alimentation humaine, soit à peine 21 % des intrants utilisés en agriculture (Cordell et al., 2009). Enfin, ces 3 millions de tonnes sont retrouvés dans les déjections humaines, dont seule une fraction est recyclée en agriculture, le reste constituant une autre perte effective majeure.

2Une utilisation accrue de fertilisants phosphatés demeure particulièrement nécessaire en Afrique où, dans de nombreux cas, un déséquilibre existe entre les apports de fertilisants et les exportations par les productions et les pertes (Riskin et al., 2013), notamment par érosion, conduisant à la baisse des teneurs en nutriments et à la dégradation des sols (Drechsel et al., 2001). À titre d’exemple, l’utilisation d’engrais minéraux phosphatés, qui est en moyenne de 9,1 kg ha-1 en Afrique, peut être inférieure à 1 kg ha-1 dans certains pays (Congo, Madagascar, Niger, etc.) (FAO, 2014). Cependant, alors que pour l’azote, la ressource utilisée pour la fabrication des engrais minéraux n’est pas limitée, les phosphates naturels qui sont les roches exploitées pour la fabrication des engrais phosphatés sont désormais reconnus comme une ressource finie, leur pic de production devant être atteint dans les prochaines décennies (Cordell et al., 2009 ; Penuelas et al., 2013). Outre les tensions géopolitiques qui risquent de voir le jour du fait que le Maroc, avec les gisements situés en Mauritanie et dans les zones convoitées du Sahara occidental, détiendrait près de 70 % de la réserve mondiale, les prix des engrais phosphatés vont poursuivre leur augmentation actuelle, compte tenu de la demande croissante sur cette ressource finie (Brunelle et al., 2015), creusant ainsi les écarts entre pays développés et pays en développement, notamment en Afrique subsaharienne (Penuelas et al., 2013). En outre, ces prix devraient connaître d’autres fluctuations importantes comme celle qui s’est produite en 2008, année lors de laquelle les prix ont été multipliés par 8 pour ne jamais revenir à leur niveau de 2007. Cela tient en partie au fait que, dans une moindre mesure que pour les engrais azotés, la production et le transport des engrais phosphatés sont largement dépendants de l’énergie fossile. Le prix croissant des engrais phosphatés les rend de plus en plus inaccessibles aux nombreux agriculteurs des pays en développement qui ne disposent pas d’une trésorerie suffisante. Par ailleurs, en raison notamment du manque d’infrastructures de transport, le prix des engrais est supérieur dans de nombreux pays africains à ce qu’il est en Europe (Cordell et al., 2009), et cette situation ne pourra s’améliorer sans politique ambitieuse de développement d’infrastructures routières pérennes (Van der Velde et al., 2013). Enfin, la raréfaction de la ressource en phosphates naturels va conduire l’industrie des engrais à devoir exploiter des gisements de moindre qualité, présentant notamment de plus fortes teneurs en contaminants problématiques tels que le cadmium. Il est fort possible ici encore que les pays les plus pauvres aient ainsi accès à des fertilisants phosphatés de plus mauvaise qualité, conduisant à une entrée accrue de cadmium dans les denrées alimentaires qu’ils produisent. Ces différents points questionnent la durabilité des pratiques de fertilisation phosphatée actuelles et renforcent la nécessité d’envisager des solutions alternatives telles qu’une intensification écologique des agroécosystèmes (Hinsinger et al., 2011).

La biogéochimie du phosphore dans les sols tropicaux

3Contrairement à l’azote, P est assez abondant dans la croûte terrestre, dont la teneur moyenne est de 1,2 g P kg–1, principalement sous la forme de minéraux phosphatés (phosphates de calcium) de la famille des apatites. Cependant, au cours de la formation des sols et de leur altération, leur teneur en P total diminue, la part présente sous forme organique augmentant au détriment des formes inorganiques, ainsi que l’ont montré des travaux sur des chronoséquences (Chadwick et al., 1999). Dans ce contexte, il a bien été montré qu’aux stades les plus jeunes de développement des sols, les écosystèmes naturels terrestres étaient principalement limités par la faible teneur et disponibilité de l’azote, alors qu’aux stades les plus avancés de leur évolution, ils devenaient davantage limités par P (Vitousek et Farrington, 1997). C’est typiquement le cas des sols tropicaux qui se caractérisent souvent, excepté dans les régions volcaniques ou sédimentaires, par des degrés d’altération poussée et ainsi, par de faibles teneurs en P. En outre, dans ces sols, l’abondance de minéraux secondaires tels que les oxydes de fer et d’aluminium est propice à une forte rétention des ions phosphates, limitant leur disponibilité. Les sols tropicaux contribuent ainsi très largement aux sols jugés comme problématiques, en termes de limitation de la nutrition phosphatée des plantes, qui représenteraient 5,7 milliards d’hectares dans le monde (Hinsinger, 2001). Cette contrainte édaphique d’une faible disponibilité du P est telle que Penuelas et al. (2013) ont récemment montré qu’elle pourrait fortement réduire la capacité des écosystèmes terrestres à séquestrer du carbone pour participer à la mitigation du changement climatique. Une caractéristique majeure des ions phosphates est qu’ils se définissent par une faible mobilité dans les sols, comparativement à d’autres anions majeurs tels que le nitrate qui est au contraire très mobile (Barber, 1995). Cela tient au fait qu’il existe dans le cas du phosphate de nombreux processus qui contribuent à maintenir très faible sa concentration dans la solution du sol (Hinsinger, 2001) : il s’agit en premier lieu de processus physicochimiques d’adsorption sur les constituants portant des charges positives, tels que les oxydes métalliques, les argiles et les matières organiques. La protonation croissante de leurs surfaces lorsque le pH diminue fait que leur capacité d’adsorption est accrue en sols acides, tels que fréquemment rencontrés dans les sols les plus altérés des régions tropicales. Ces processus sont plus ou moins réversibles, la désorption des ions phosphates contribuant à la réalimentation de la solution du sol se produisant lorsque la concentration de cette dernière diminue, en particulier en présence d’autres anions minéraux (sulfate) ou organiques (citrate, par exemple) susceptibles de s’échanger (Duputel et al., 2013). L’abondance des oxydes de fer et d’aluminium, combinés au pH acide de nombreux sols tropicaux, contribue très largement à expliquer le caractère limitant du P dans ces sols (Hinsinger, 2001). Un second ensemble de réactions physico-chimiques intervient dans le contrôle de la concentration des ions phosphates dans la solution du sol. Il s’agit des processus de précipitation et dissolution de minéraux phosphatés tels que les phosphates de calcium à pH neutre ou alcalin, et de fer ou d’aluminium dans les sols à pH très acide (Lindsay, 1979). Le pH est un paramètre-clef de leur devenir. Les phosphates de calcium se dissolvent lorsque le pH diminue, alors que le phénomène inverse est observé pour les phosphates de fer et d’aluminium (Hinsinger, 2001). Le chaulage des sols acides peut donc modifier ces équilibres. Enfin, des processus biologiques contribuent également au contrôle de la concentration en ions phosphates dans la solution du sol. Il s’agit en premier lieu des processus d’immobilisation microbienne qui contribuent à l’élaboration de molécules organiques, et en second lieu de l’acquisition de P par les racines des végétaux. In fine, P est ainsi incorporé dans différents types de composés organiques qui nécessiteront d’être hydrolysés pour libérer à nouveau les ions phosphates. Ces processus de minéralisation du P organique du sol mettent en jeu des enzymes de la grande famille des phosphatases (Quiquampoix et Mousain, 2005) qui sont produites par les organismes du sol et les racines des végétaux. La part du P présente dans les pools microbien et organique du sol est généralement plus importante dans les écosystèmes présentant de plus fortes teneurs en matières organiques, tels les écosystèmes forestiers. Elle tend à être plus élevée dans les sols tropicaux où les processus d’altération poussée ont contribué à la disparition plus ou moins complète du pool de P inorganique contenu dans les minéraux primaires apatitiques (Turner et al., 2013).

La biodisponibilité du phosphore pour les plantes

4La biogéochimie complexe du P dans les sols, impliquant de multiples processus physico-chimiques et biochimiques, rend difficile l’évaluation de la disponibilité du P, comme en témoigne la multitude de méthodes développées dans les laboratoires d’analyse de routine (près d’une vingtaine, Harmsen et al., 2005). Elles constituent toutes de piètres indicateurs de la biodisponibilité du P pour les plantes qui a pour caractéristique intrinsèque d’être éminemment variable selon l’espèce végétale concernée (Harmsen et al., 2005), voire même selon le génotype au sein d’une espèce donnée, en lien avec leurs aptitudes à modifier la disponibilité du P dans la zone de sol influencée par les plantes, i.e. la rhizosphère (Hinsinger et al., 2015). En raison de la faible mobilité des ions phosphates dans le sol, ce volume de sol situé autour des racines vivantes est réduit, son épaisseur étant de l’ordre du millimètre (Hinsinger, 2001 ; Hinsinger et al., 2015). Elle est le lieu des flux de matière entre le sol et la plante, qui sont liés à la coexistence de multiples processus intenses liés à la physiologie des racines et à l’écologie des communautés du sol, microbiennes en particulier (Hinsinger et al., 2015) : (i) absorption de l’eau et des nutriments, se traduisant par un abaissement important de la concentration des nutriments peu mobiles comme les ions phosphates et par l’entretien d’un gradient de diffusion vers les racines, (ii) modification de pH pouvant atteindre 2 à 3 unités, (iii) exsudation de carboxylates (citrate, malate, etc.) et autres composés organiques stimulant les activités microbiennes, (iv) sécrétion de phosphatases, etc. La faible mobilité des ions phosphates dans les sols impose par ailleurs à la plante de maximiser sa surface d’échange avec le sol, en développant un système racinaire finement ramifié, en se dotant de poils racinaires capables de multiplier d’un facteur 2 à 10 le volume de la rhizosphère (Lynch, 2007) et, pour la plupart d’entre elles, en s’associant à des champignons symbiotiques pour former des mycorhizes dont les hyphes mycéliens permettent d’accéder à des ions phosphates situés à plusieurs centimètres de la surface des racines (Thonar et al., 2011). Les espèces végétales et leurs génotypes diffèrent considérablement dans leur aptitude à mettre en jeu ces divers processus, ainsi que dans les communautés microbiennes qu’ils sélectionnent dans leur rhizosphère. Ceci explique l’aptitude de certaines espèces à tolérer des conditions de très faible disponibilité (< 5-10 mg P kg-1 selon la méthode Olsen) où d’autres espèces manifesteraient des symptômes de carence phosphatée marqués, et seraient incapables d’accomplir leur cycle de vie. Ainsi, de nombreuses espèces de la famille des Protéacées et des Cyperacées ont été décrites en Afrique du Sud, Australie et Nouvelle-Calédonie, pour leur aptitude à tolérer de très faibles disponibilités en P du sol. Elles mettent en jeu des architectures racinaires singulières (cluster roots des Protéacées) et/ou la production massive de composés organiques (carboxylates et/ou phosphatases) permettant de mobiliser le P réputé non disponible (Wrage et al., 2010 ; Lambers et al., 2010). Ces traits se retrouvent également chez certaines espèces cultivées, notamment parmi les légumineuses (cf. infra).

La gestion de la nutrition phosphatée des cultures tropicales

Mieux exploiter la diversité du monde végétal et les ressources génétiques

5La sélection variétale telle qu’elle a été pratiquée lors de la Révolution verte a certainement contre-sélectionné les traits impliqués dans l’adaptation à des conditions limitantes en nutriments tels que P, puisqu’elle reposait sur le principe de sélectionner les génotypes les plus performants en conditions d’apport massif d’intrants minéraux (Lynch, 2007). Il convient désormais de revoir les schémas de sélection en vue de mieux tirer partie de l’aptitude de certains génotypes à faire face à des conditions de faible disponibilité, au travers de la valorisation des traits racinaires et rhizosphériques impliqués dans l’acquisition du P (Wissuwa et al., 2009). Il a ainsi été montré récemment que le gène Pstol1 de tolérance à la carence en P chez le riz, au travers de la stimulation de la formation de racines, était présent chez de nombreuses variétés locales en Asie du Sud-Est et en Afrique, mais absent chez les variétés modernes issues de la sélection sous apport d’engrais phosphatés (Gamuyao et al., 2012). Il existe de nombreuses perspectives pour tirer partie de la multiplicité des moyens déployés par les végétaux pour faire face à la faible disponibilité du P dans le sol, et augmenter ainsi l’efficience d’acquisition de ce nutriment chez les plantes cultivées. Outre l’accent mis sur l’acquisition du P dans la plupart des recherches actuelles, des travaux sont nécessaires sur son utilisation dans la plante. Lambers et al. (2010) ont en effet montré que les végétaux des écosystèmes les plus pauvres en P avaient la faculté d’abaisser fortement la concentration en P dans leurs tissus. Réduire la teneur en P des grains, qui représente une large part du P de la plante cultivée chez les céréales et l’essentiel de ce qui est exporté, apparaît comme une voie prometteuse d’augmentation de l’efficience d’utilisation de ce nutriment chez les plantes d’intérêt agronomique, sans impact négatif en matière d’alimentation humaine. Elle aurait au contraire l’avantage de réduire la teneur en phytate, principale forme de stockage de P dans la graine, qui est connu pour ses propriétés anti-nutritionnelles. Le phytate contribue en effet à diminuer la biodisponibilité du fer et du zinc chez les animaux monogastriques et l’homme, qui constitue un enjeu majeur en matière de nutrition et santé humaine (Sands et al., 2009).

Davantage recourir à des assemblages d’espèces dans le temps et dans l’espace

6La diversité d’aptitude à faire face à la faible disponibilité du P au sein du monde végétal a déjà été soulignée précédemment, principalement à l’intérieur d’une espèce. La gamme de variation est évidemment plus grande entre espèces végétales. Les agricultures traditionnelles ont toujours su tirer parti de cette diversité fonctionnelle en associant des espèces multiples dans le temps et/ou dans l’espace, tandis que l’intensification de l’agriculture a conduit à simplifier considérablement l’agroécosystème, à rendre uniforme le champ cultivé et le système de culture, le cas le plus extrême étant la monoculture (Gaba et al., 2015). L’intensification écologique repose au contraire sur l’élaboration de rotations diversifiées, intégrant des plantes particulièrement efficientes pour l’acquisition du P, par exemple via l’exsudation d’anions organiques par des légumineuses comme le lupin blanc (Horst et al., 2001) ou le pois d’Angole (Ae et al., 1990). L’augmentation de la disponibilité de P qui en résulte dans le sol permet à la culture suivante d’avoir une meilleure nutrition phosphatée. Une autre voie possible repose sur la culture en association d’espèces contrastées dans leur aptitude à la mobilisation du P du sol, telles que les cultures associées céréales-légumineuses (Li et al., 2007 ; Hinsinger et al., 2011) ou des systèmes relevant de l’agroforesterie (Isaac et al., 2012). Cette option permet de valoriser un partage de la ressource si les deux espèces associées mobilisent des pools de P du sol différents (Hinsinger et al., 2011). Elle permet également de tirer parti d’interactions positives entre les espèces associées, l’une pouvant faciliter l’acquisition du P de l’autre, par une augmentation de la disponibilité du P dans la rhizosphère (Betencourt et al., 2012). Des espèces végétales particulièrement performantes peuvent être également utilisées en inter-culture (cover crop ou plantes de couverture) ou en association au titre de plantes de service, leur rôle étant d’augmenter la disponibilité du P pour la plante cultivée. Des espèces telles que Tithonia diversifolia sont utilisées à cette fin en Afrique subsaharienne. Plusieurs mécanismes peuvent être impliqués, notamment l’excrétion d’acides organiques dans la rhizosphère et la stimulation des activités enzymatiques (phosphatases) permettant l’hydrolyse de P organique et la production d’ions phosphates disponibles pour les plantes cultivées (George et al., 2002).

Utiliser plus efficacement les intrants minéraux et organiques

7Outre le problème de leur coût, les engrais phosphatés solubles s’avèrent fréquemment peu efficaces dans les sols tropicaux, en raison du pouvoir fixateur de ces derniers qui est souvent très élevé. Dans ce cadre, il s’avérerait judicieux d’utiliser des formulations à libération lente d’ions phosphates (slow release fertilizers) parmi lesquels figurent en premier lieu les phosphates naturels. Lorsqu’il s’agit de phosphates apatitiques, leur application directe est particulièrement judicieuse en sols acides, qui sont favorables à leur dissolution, et de nombreux travaux ont montré leur plus grande efficience agronomique relativement aux engrais solubles conventionnels tels que le superphosphate (Khasawneh et Doll, 1978). Cependant, les phosphates naturels ont des teneurs en P plus faibles que les engrais solubles, ce qui grève le prix de leur transport et diminue leur champ d’application dans les pays du Sud où les infrastructures routières sont une limite majeure au transport des matières fertilisantes (Van der Velde et al., 2013). Plus accessibles pour les petits agriculteurs africains, les déchets verts tirés des ressources locales peuvent être combinés aux apports de phosphates naturels pour en augmenter la solubilisation. Ainsi, Nziguheba et al. (2002) rapportent une augmentation des rendements de maïs cultivé sur un sol kenyan, lorsque des résidus de Tithonia diversifolia sont combinés en quantité suffisante à un apport de phosphate naturel. En Afrique de l’Ouest, l’apport de résidus de coupe d’un arbuste local (Piliostigma reticulatum) permet sans apport supplémentaire de fertilisants commerciaux d’augmenter la concentration en phosphates dans la solution du sol, au bénéfice des cultures (mil et arachide) recevant cet amendement (Dossa et al., 2008).

8Les matières organiques qui participent à la gestion de la fertilité biophysique et chimique des sols dans les terroirs agricoles concernent pour l’essentiel les résidus de récolte ou de défriche (y compris les systèmes racinaires des plantes cultivées ou présentes dans les jachères), les déjections animales déposées directement sur les sols ou redistribuées à partir des zones de parcage ou à travers des fumiers récoltés dans les zones de stabulation, et enfin les déchets domestiques des villages. En périphérie des villes, les déchets urbains d’origine domestique ou industrielle constituent également une ressource organique largement utilisée par l’agriculture péri-urbaine. Rabekotonany (communication personnelle) a réuni, en provenance de l’île de la Réunion ou de Madagascar, 531 produits organiques résiduaires de différentes origines : des effluents d’élevage plus ou moins intensifs par rapport à ceux provenant d’industries agroalimentaires. Les teneurs en P de ces produits étaient en moyenne de 15,7 g P kg-1 (avec un coefficient de variation de 90 %). Les effluents d’élevage étaient les plus riches en P, notamment les fientes de volaille ou les lisiers de porc, 70 % du P ingéré par un animal se retrouvant dans les déjections (Chabalier et al., 2006). Kaboré et al. (2011) distinguent différents produits résiduaires organiques selon les catégories d’utilisateurs autour de la ville de Ouagadougou au Burkina Faso : les maraîchers préfèrent des matières riches en éléments fertilisants provenant de l’élevage, tandis que les producteurs de céréales utilisent des produits organiques avec des teneurs relativement élevées en P, K ou Ca qu’ils vont trouver notamment dans les déchets municipaux. L’accessibilité et la disponibilité de tel ou tel fertilisant ou amendement restent, bien entendu, un critère prépondérant pour ces deux catégories d’agriculteurs.

9Les techniques d’usage de ces différentes matières en tant que fertilisant ou amendement sont également variées. Il s’agit principalement de mettre en adéquation la libération des nutriments contenus dans des intrants organiques avec les besoins des plantes. Ainsi, avant leur application, ces matières organiques exogènes peuvent subir des transformations plus ou moins avancées. Le compostage est l’une des pratiques les plus préconisées dans les projets de développement agricole. Par ailleurs, jouer sur les quantités apportées, notamment en concentrant les apports autour de la plante, s’avère être un principe que l’on retrouve dans de nombreuses pratiques culturales, notamment dans des sols où la disponibilité en éléments nutritifs est naturellement faible, telle qu’on peut l’observer dans les régions intertropicales. L’exemple du zaï dans les régions sahéliennes (déjà évoqué dans un autre chapitre) peut être repris : les matières organiques apportées localement dans une cuvette aménagée dans le sol peuvent ainsi constituer des apports par unité de surface parfois très conséquents. De même, pendant la saison sèche dans les régions soudano-sahéliennes, les animaux d’élevage sont souvent concentrés sur de petites surfaces pendant plusieurs semaines, accentuant les effets sur le long terme (Freschet et al., 2008). Plus largement, à l’échelle des écosystèmes ou agroécosystèmes, on peut observer à partir des zones d’habitation des gradients de fertilité et de rendements agricoles. Cette variabilité n’est pas liée à des différences intrinsèques des sols, mais à une redistribution des ressources organiques disponibles sur le terroir agricole (Manlay et al., 2004a, b). Dans cette étude, le bilan des entrées et sorties de P entre les différentes parties du terroir d’un village de Haute Casamance montre que les champs de brousse cultivés en rotation culture-jachère exportent du P vers les champs de case qui sont cultivés en permanence en céréales pour la production vivrière. Ces transferts sont principalement dus à l’élevage, soulignant l’importance de l’intégration de l’agriculture et de l’élevage dans la viabilité des systèmes de production agricole soudano-sahéliens.

10L’augmentation du prix des engrais minéraux importés a replacé au centre des réflexions l’intégration des déjections animales, voire humaines, et le recyclage des effluents produits localement dans le raisonnement de la fertilité des sols. Une étude en cours à Madagascar (Fanjaniaina et al., communication personnelle) montre que les exportations par une culture de riz peuvent être pour partie compensées par des apports de fumier. Les analyses chimiques de la minéralomasse du riz, conduites sur 70 parcelles en milieu paysan, ont montré que les exportations étaient, en moyenne, de 13,7 kg de N, 2 kg de P, 3 kg de K par tonne de grains et 11,5 kg de N, 0,6 kg de P, 12,0 kg de K par tonne de pailles. Pour le fumier apporté aux parcelles, les teneurs étaient de 9 kg de N, 1 kg de P, 7 kg de K. Un apport de 5 à 6 t ha-1 de fumier serait donc nécessaire pour compenser les exportations occasionnées par une production de 2 tonnes de grains et 2 tonnes de pailles par hectare. Ces résultats mettent en évidence la nécessité d’une bonne gestion des ressources organiques dans des systèmes intégrant agriculture et élevage au niveau des exploitations agricoles, ou au niveau des paysages, afin de compenser les transferts de fertilité liés aux exportations des cultures. Ils montrent aussi le déséquilibre potentiel entre une production de paille de l’ordre de 2 t ha-1 et des besoins en fumier d’environ 5-6 t ha-1 pour avoir un bilan équilibré. L’utilisation raisonnée des autres ressources organiques de l’exploitation, incluant les déjections humaines, est donc nécessaire, sans que cela ne soit suffisant. Il est toutefois à noter que, dans le cas d’une céréale comme le riz, le flux de P est nettement moins important que ceux de N et K.

Évaluer le potentiel d’inoculants microbiens et de bio-effecteurs

11Une alternative aux intrants minéraux repose dans l’usage de biofertilisants, i.e. divers types d’inoculants microbiens. Parmi eux figurent trois catégories principales : (i) les champignons mycorhizogènes, en vue de faciliter la formation de la symbiose mycorhizienne des cultures, (ii) les micro-organismes solubilisateurs de phosphates, principalement des bactéries, mais aussi des champignons qui agissent en augmentant la disponibilité du P minéral (par la production d’acides) et/ou organique (par la production d’enzymes) et (iii) des rhizobactéries promotrices de croissance des plantes (PGPR : plant growth promoting rhizobacteria) dont les modes d’action sont variés, résultant souvent en une stimulation de la croissance racinaire via la production de substances hormonales. L’efficacité de ces divers inoculants microbiens n’est pas souvent démontrée au champ cependant (Faye et al., 2013), principalement parce que les populations microbiennes introduites sont peu compétitives par rapport aux communautés résidentes des sols, mais également en raison de la mauvaise qualité de nombreuses formulations commerciales qui souffrent d’un manque réel de contrôle qualité en amont de la commercialisation (Herrmann et Lesueur, 2013). De nombreux auteurs ont promu l’utilisation de souches isolées localement, en vue d’obtenir des inoculants plus compétitifs, mais cette stratégie ne permet pas toujours d’atteindre une bonne efficacité (Ndung’u-Magiroi, 2012). La combinaison de différents types d’inoculants peut cependant s’avérer parfois très efficace, comme l’ont montré Mäder et al. (2011) pour des combinaisons de PGPR et d’inoculants mycorhiziens sur des systèmes céréaliers en Inde. Il existe, en plus des inoculants microbiens, de nombreux produits qui ont la capacité de stimuler la croissance végétale au travers de leurs effets sur les systèmes racinaires, qualifiés de bio-effecteurs ou biostimulants, mais leur efficacité au champ pour l’amélioration de la nutrition phosphatée a été à ce jour peu éprouvée dans les contextes tropicaux.

Maintenir et favoriser l’activité de la macrofaune du sol

12Les organismes géophages de la macrofaune du sol peuvent affecter le cycle du P dans le sol. L’ingestion sélective de particules fines et les conditions physicochimiques particulières rencontrées durant le transit par l’intestin modifient les formes du P du sol (Chapuis-Lardy et al., 2011). La stimulation de l’activité microbienne initiée durant le transit intestinal et qui perdure dans les déjections fraîches conduit à une minéralisation accrue du P organique. Ainsi, les déjections de certaines espèces de vers de terre ou de termites couramment observées en milieu tropical ont une teneur en phosphates plus élevée que le sol environnant non ingéré (Chapuis-Lardy et al., 1998, 2011 ; López-Hernández et al., 2006). Dans le cas du ver de terre pantropical Pontoscolex corethrurus, Chapuis-Lardy et al. (2009) ont montré que le passage par le tractus intestinal du ver en sols à haut pouvoir fixateur vis-à-vis des ions phosphates favorisait également la dynamique d’échange entre la phase solide et la solution du sol. L’impact des organismes de la macrofaune dépend cependant des propriétés particulières du sol, de la source de P organique et des comportements spécifiques des organismes, notamment leur régime alimentaire. Favoriser la diversité, l’abondance et l’activité de la macrofaune du sol par des pratiques culturales adaptées (e.g. agriculture de conservation) est une piste non négligeable pour améliorer la gestion de la nutrition phosphatée des cultures en milieu tropical.

Conclusions

13Le phosphore est une ressource rare dans de nombreux sols des régions intertropicales, qui par ailleurs présentent fréquemment un fort pouvoir fixateur restreignant encore davantage la disponibilité de ce nutriment qui constitue ainsi un des principaux facteurs limitants dans les agroécoystèmes de ces régions. L’accès à la fertilisation phosphatée est cependant restreint pour des raisons de manque de trésorerie et d’infrastructures (coûts de transport rédhibitoires). Le caractère non renouvelable et fini des gisements de phosphates naturels utilisés pour fabriquer les engrais phosphatés remet en cause la durabilité des pratiques de fertilisation à l’échelle mondiale et se traduit par une augmentation inéluctable des prix de ces fertilisants minéraux. Dans ce contexte, il est essentiel de mieux utiliser l’ensemble des ressources (roches, déchets et déjections) disponibles localement, et de développer des approches alternatives telles que les pratiques relevant de l’intensification écologique des agroécosystèmes, qui sont fondées sur une meilleure valorisation de processus biologiques ou écologiques. Parmi ces pratiques figurent notamment l’exploitation de la diversité végétale, au travers de la sélection de variétés efficientes dans leur capacité d’acquisition et d’utilisation de P, au travers de l’utilisation de rotations ou d’associations de cultures qui permettent de mieux exploiter les différents pools de P du sol, minéral et organique. Les autres pratiques reposent notamment sur une meilleure utilisation des intrants organiques comme source alternative de P, ou de biofertilisants (inoculants microbiens). La combinaison de ces différentes pratiques mérite d’être davantage explorée et développée. La nécessité de préserver cette précieuse ressource que constitue le P des sols tropicaux renforce, en outre, le besoin de mettre en œuvre des techniques de travail du sol minimisant les pertes par érosion (abordée dans d’autres chapitres), telles que les techniques développées dans le cadre de l’agriculture de conservation.

Bibliographie

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