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La fertilité des sols : comment la mesurer ?

Article rédigé par
  • Anne-Sophie PERRIN (as.perrin@terresinovia.fr)
La fertilité des sols : comment la mesurer ?
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    Modifié le : 12 sept. 2023

    Connaître les caractéristiques générales des sols de ses parcelles (leur qualité) permet de ne pas surestimer leurs potentiels et d’adapter les systèmes de cultures aux caractéristiques du milieu. Cette caractérisation, nécessitant un investissement financier modeste, sera mobilisable ensuite durant plusieurs générations. Le suivi du statut acido-basique et chimique des sols, qui permet d’adapter les apports au plus près des besoins des cultures, requiert des analyses de terre plus régulières. Le transfert récent de bioindicateurs vers les laboratoires de routine devrait permettre d’optimiser la gestion des apports de matières organiques. Enfin, des indicateurs permettent d’évaluer le fonctionnement / la santé des sols en toute autonomie.

    Mesurer les principales qualités de son sol

    Quelques paramètres exercent une forte influence sur les propriétés agronomiques et les processus physiques, biologiques et chimiques intervenant dans les sols. La profondeur des sols (qui va fortement influencer le réservoir utilisable en eau), la texture, le pH et le taux de calcaire sont à connaitre impérativement :

     

    La texture du sol 

    C’est la proportion d’argiles, limons et sables de la fraction minérale du sol. Plus un sol est argileux plus il a tendance à se tasser et moins la vitesse d’infiltration est élevée. L’argile et les limons permettent de retenir plus de nutriments et d’oligoéléments. Au contraire plus un sol est sableux, moins il retient l’eau et les nutriments, moins les organismes du sols (notamment vers de terre) y sont actifs et moins le sol est capable d’assurer l’ancrage des racines des plantes. Les parcelles agricoles de grandes tailles présentent parfois des différences significatives de texture ; caractériser ces différences peut permettre d’adapter certaines pratiques en intra-parcellaires.

     

    Figure 1 - Classement des textures de Jamagne (1967) selon leur sensibilité au tassement et en fonction de leur classe texturale (d’après Rémy et Mathieu, 1972)

     

    La profondeur du sol et la profondeur d’enracinement des cultures

    Pour connaitre la profondeur de son sol, il faut effectuer un sondage à l’aide d’une tarière ou réaliser des fosses pédologiques dans ses parcelles. A défaut, observer la profondeur d’apparition de la roche-mère dans un fossé en bord de route peut également être informatif.

    Figure 2 - En France métropolitaine, la profondeur du sol varie surtout en fonction des roches à partir desquelles le sol s’est développé. (https://www.gissol.fr/donnees/cartes/la-profondeur-des-sols-en-france-metropolitaine-1493)  Carte issue du rapport sur l’état des sols de France. (RQ: les cartes existantes ne sont pas suffisamment précises à l’échelle parcellaire).

     

    Il est possible d’estimer le réservoir en eau utilisable par une/des cultures, à partir de la profondeur de prospection des racines de la/des cultures d’intérêt et de la texture de son sol.

    Figure 3 - Estimation de l’eau retenue pour différentes classes de textures de sol. Valeurs en millimètre d’eau par centimètre de sol pour la couche 0-30 cm du sol et pour les couches >30 cm de profondeur (en gris italique surligné).

    ALO : argiles lourdes S : sableux
    AL : argilo-limoneux SL : sablo-limoneux
    A : argileux LS : limono-sableux
    AS : argilo-sableux LMS : limons moyens sableux
    SA : sablo-argileux LM : limons moyens
    LSA : limono-sablo-argileux LLS : limons légers sableux
    LA : limono argileux LL : limons légers

    (triangle de texture de l’Aisne, Jamagne)

    Exemple : Pour un sol argilo-sableux (AS) prospecté par les racines sur une profondeur de 70cm le réservoir utilisable du sol est de 87 mm (30cm x 1.58 + 40cm x 0.99)
    D’après les données de Bruand et al. (2004), Al Majou et al. (2008) et Dobarco et al. (2019)


    Pour savoir comment estimer plus rigoureusement le réservoir utilisable en eau du sol, vous pouvez consulter "Le guide d'estimation du Réservoir en eau du sol utilisable par les cultures".

    La teneur en calcaire et le pH

    Le statut acido-basique d’un sol, qu’il est possible de définir en mesurant le pH de la solution de sol (mesure réalisée en routine par les laboratoires d’analyses de sol), indique la quantité d’acidité (de protons H+) présente dans le sol. Dans un sol calcaire les protons sont neutralisés par les ions carbonates (CO3-).

    Figure 4 - Dans les sols acides (non calcaires), le chaulage permet l’apport d’ions calciums (Ca2+) (et/ou magnésium Mg2+ si l’amendement se fait sous forme de dolomie) liés à des carbonates (CO3-). 

     

    Le Ca2+ et le Mg2+ prennent alors la place des protons H+ adsorbés sur les particules fines du sol qui forment le complexe organo-minéral (anciennement appelé complexe argilo-humique). 

    Un pH trop acide peut entrainer des problèmes ( « comment favoriser la fertilité des sols") de structure du sol, de vie du sol ou encore rendre certains éléments moins disponibles pour les plantes (comme le phosphore ou certains oligo-éléments). Un pH >6 est recommandé en grande culture.

    Brochure chaulage du Comifer

    Arvalis - Le chaulage en grandes cultures et prairies

    Outil CYCAS

    Le GIS SOL : un portail unique rassemblant les données nationales sur les sols

    Il existe pour la France de nombreuses cartographies de paramètres de la qualité des sols. Ces données sont regroupées au sein de la plateforme du Groupement d’intérêt Scientifique SOL. L’outil Refersols permet d’identifier les études cartographiques de sols recensées sur un territoire.

    Les Référentiels Régionaux Pédologiques (RRP) couvrent tout le territoire national.

    Basée sur les RRP, une typologie agronomique des sols, les TypTerres est en cours de construction. Les TypTerrres, doivent permettre d'établir des typologies de sols partagées par tous (organismes de développement, organismes économiques, chambres d'agriculture, instituts techniques, laboratoires ...) sur l'ensemble du territoire national.

    Terres Inovia est partenaire du projet IDTypterres (Casdar 2021-2024) qui vise à faciliter l’identification des types de sols, leurs qualité et paramètres agronomiques (Typterres) via des outils nomades et des données harmonisées. Cet outil permettra d’obtenir des valeurs d’estimations de paramètres ou propriétés des sols à partir de données de géolocalisation. L’échelle de résolution des RRP et des TypTerres n’est toutefois pas assez précise pour un usage à l’échelle parcellaire. Réaliser un diagnostic simple au champ permettra de vérifier l’adéquation entre un type de sol issu de RRP ou un TypTerres et la réalité au champ.

    L’outil Geosol permet d’obtenir un ordre de grandeur de certains paramètres de la qualité des sols (échelle du canton ou de la petite région agricole). Ces valeurs se basent sur les données d’analyses des laboratoires de routine (le nombre de données disponibles varie selon les zones).

    Liens utiles

    Carte des différents types de sols de France : https://www.gissol.fr/donnees/carte-sur-le-geoportail-4789

    Démarches TypTerres : https://sols-et-territoires.org/fileadmin/user_upload/documents/projets_lies/Typterres/fichiers_pdf/aes_vol9_n2_22_sauter-et-al.pdf

     

    Mesurer les stocks de nutriments pour adapter les apports au plus près des besoins

    L’azote fourni par le sol provient presque exclusivement des végétaux. Le phosphore, le potassium, le calcium et le magnésium par exemple peuvent présenter une seconde origine : le matériau parental (la roche-mère). Le stock d’éléments fourni par la roche, parfois très élevé au regard des besoins des cultures, est inclus dans des minéraux peu à très peu solubles à court terme. Les racines adsorbent les éléments présents dans la phase liquide du sol, qui fournit la seule fraction biodisponible.

    Tableau 1 : Comparaison des grands traits de la dynamique des éléments P, K et Mg (NB : toutes les quantités sont exprimées en P, K et Mg et non P2O5, K2O ou MgO (1 P <=> 2.29 P2O5 ; 1K <=> 1.20 K2O ; 1 Mg <=> 1.66 MgO). Extrait de la brochure Comifer La fertilisation P – K – Mg (2019), page 13.
    https://comifer.asso.fr/wp-content/uploads/2015/03/COMIFER_RAPPORT_fertilisation_15102019.pdf

     

    Les sols n’ont pas tous la même capacité à fournir, mais également à retenir, les éléments minéraux. 

    Mesurer la capacité d’un sol à retenir les cations (la capacité d’échange cationique ou CEC (voir figure 4)), ou encore les teneurs en nutriments ou en oligoéléments dans le sol implique de réaliser des analyses de terre en laboratoires. Ces mesures normées sont effectuées sur de la terre au préalable séchée et tamisée à 2 mm par les laboratoires. La vitesse de variation des mesures varie selon le type de paramètre du sol considéré : plusieurs dizaines d’années pour la CEC à moins d’un an pour le nitrate et l’ammonium qui sont très rapidement lessivés par les pluies.

     

    CEC: capacité d’échange cationique; MO: matières organiques ; NH4+ : ammonium; NO3-: nitrates; SO42-: sulfates; CaCO3: carbonates de calcium (calcaire)

     

    Comment et où faire analyser sa terre ? 

    1)    Prélevez un échantillon de terre à l’aide d’une tarière ou d’une bêche en suivant les recommandations et le protocole fourni par les laboratoires (les laboratoires agréés par le ministère de l’Agriculture en fournissent sur demande) 

    2)    Bien inscrire sur le sac de prélèvement : les références de l’échantillon (lieu, pratique évaluée etc.), la profondeur de sol échantillonnée ainsi que la date de prélèvement

    3)    Envoyez l’échantillon de terre accompagné de la fiche de renseignement (fournie par le laboratoire sur demande) précisant notamment ses coordonnées et les analyses souhaitées. 

    A savoir : l’analyse de la texture est aussi appelée analyse de la granulométrie 5 fractions. 
    Tarifs approximatifs : analyse de la texture ~20 euros par échantillon, pH eau ~5 euros, teneur en calcaire ~10 euros, CEC ~10 euros, teneurs en nitrates et ammonium (reliquat azoté) ~10 euros, teneur en K, Ca, Mg, P entre 5 et 10 euros chacun, teneur en oligo-éléments entre 5 et 15 euros.

    Liste de laboratoires agréés par le ministère de l’agriculture (carte du GEMAS) ​​​​​​​

    http://www.gemas.asso.fr/?documentation=publications

     

    La fertilisation doit tenir compte des exigences des cultures qui ne sont pas les mêmes en fonction de l’élément considéré.

    Niveau d'exigeance en potassium Cultures Pertes moyennes de rendement en régime d'impasse dans les essais, et conséquence sur les conseils
    Forte exigence Betterave sucrière, Pomme de terre 20 à 40%
    Conseils d'impasse annuelle très limités, en sol à teneur très élevé
    Moyenne exigence Colza, Maïs fourrage, Maïs grain, Pois protéagineux, Luzerne, cultures fourragères  9 à 20%
    Faible exigence Blé tendre, Blé dur, Orges, Tournesol 3 à 8%
    Conseils d'impasse annuelle plus fréquents, selon la teneur du sol

    Tableau 2 - Exigence des cultures en potassium et enjeux sur le rendement basé sur l’expertise d’Arvalis, ITB &Terres Inovia (Source : Interprétation de l’analyse de terre pour les grandes cultures et les prairies temporaires. Guide pratique. Arvalis 2020).

    Niveau d'exigence en phosphore Cultures Pertes moyennes de rendement en régime d'impasse dans les essais, et conséquence sur les conseils
    Forte exigence Betteraves sucrière 15 à 30%
    Conseils d'impasse annuelle très limités, en sol à teneur très élevé
    Colza
    Luzerne
    Pomme de terre
    Moyenne exigence Blé dur, Blé de blé, Orges 10 à 15%
    Maïs fourrage
    Pois protéagineux
    Graminées fourragères
    Faible exigence Maïs grain, Blé tendre 5 à 10%
    Conseils d'impasse annuelle plus fréquents, selon la teneur du sol
    Tournesol

    Tableau 3 - Exigence des cultures en phosphore et enjeux sur le rendement basé sur l’expertise d’Arvalis, ITB &Terres Inovia (Source : Interprétation de l’analyse de terre pour les grandes cultures et les prairies temporaires. Guide pratique. Arvalis 2020).

     

    Lors des récoltes, une grande quantité de nutriments est exportée. La source de nutriments que représente le sol doit, pour les systèmes en grandes cultures pures, être complétée par des apports d’engrais minéraux et/ou organiques. La fertilisation est à adapter en fonction des précédents culturaux, des cultures de rente à venir et du rendement visé. Il est possible de piloter les apports au plus près des besoins en tenant compte des teneurs en nutriments disponibles dans le sol. 

    Pour cela, il est recommandé de réaliser régulièrement des analyses de terre et de s’appuyer sur les brochures éditées par le Comifer qui sont issues de groupes de travail nationaux sur la fertilisation. Des teneurs seuils par élément et type de sol sont proposées par Arvalis dans la brochure Comifer (La fertilisation P – K – Mg 2019, page 24). Tous ces paramètres sont pris en compte dans le raisonnement COMIFER de la fertilisation.

    Phosphore, potassium et magnésium sont des éléments dont la dynamique se raisonne sur plusieurs années, en prenant en compte l’évolution progressive des stocks minéraux et organiques du sol.

    Figure 5 - Représentation schématique du raisonnement COMIFER de la fertilisation P K. 
    PRO : Produits Résiduaires organiques - Qté : masse de PRO apportée - [P] : concentration de P dans le PRO - [K] : concentration de K dans le PRO – Keq : coefficient équivalent engrais du P (celui du K
    est considéré égal à 1), Report = éventuelle quantité excédentaire de fertilisant apportée les années précédentes. Extrait de la brochure Comifer La fertilisation P – K – Mg, 2019, page 16).

    https://comifer.asso.fr/wp-content/uploads/2015/03/COMIFER_RAPPORT_fertilisation_15102019.pdf

     

    L’outil SYCAS, développé par Terres Inovia, permet d’adapter les besoins en fonction du système de culture. 

    Outil SYCAS.  https://www.facebook.com/GIEEMagellan/posts/1891405141033373/

     

    Mieux piloter le fonctionnement de son sol avec des indicateurs mesurables au champ

    Des mesures au champ à réaliser en autonomie

    Utiliser des indicateurs de l’état des composantes physiques, chimiques ou biologiques du sol de manière isolée, sans approche fonctionnelle, n’est pas suffisant pour refléter la nature complexe du sol. Prenons par exemple la stabilité des agrégats de sol qui va jouer un rôle majeur sur la capacité d’infiltration, la porosité du sol et la prospection racinaire etc.. Elle dépend à la fois de la texture du sol, de la quantité et de la qualité des matières organiques, de la diversité des bactéries et champignons, de la présence d’ingénieurs du sol (vers de terres, insectes) etc. La mesure individuelle de l’ensemble de ces composantes ne nous renseigne pas sur le niveau de stabilité de ces agrégats car celle-ci est essentiellement une résultante du niveau d’interaction entre la composante biotique (c’est à dire d’origine biologique) et abiotique (ex. origine minérale) (Kibblewhite et al., 2008).

    C’est pourquoi les approches fonctionnelles se développent. Elles visent à mesurer les améliorations des principales fonctions des sols agricoles, assurées par les assemblages biologiques. 

    Pour mieux approcher les dynamiques de la fertilité du sol d’une parcelle agricole, notamment suite à un changement de pratiques, il est possible d’évaluer relativement simplement l’évolution du fonctionnement et de la santé des sols avec des indicateurs mesurables au champ. 

    Le set d’indicateurs Biofunctool développé par l’IRD et le CIRAD depuis 2016 s’attache à évaluer la santé des sols à partir d’indicateurs sélectionnés pour leur pertinence à caractériser les trois principales fonctions des sols agricoles ; la transformation des matières organiques, le recyclage des nutriments et le maintien de la structure du sol. Ce set d’indicateurs rassemble des indicateurs low tech, facilement répétables à moindre coûts et qui peuvent être mesurés en autonomie.

    Terres Inovia évalue Biofunctool depuis 2019 et participe à l’amélioration de l’opérationnalité de ce set d’indicateurs.

    Poster Biofunctool à télécharger en fin d'article.

    Article Brauman A. et Thoumazeau A., 2020 - Biofunctool® : un outil de terrain pour évaluer la santé des sols, basé sur la mesure de fonctions issues de l'activité des organismes du sol, Etude et Gestion des Sols, 27, 289-303. https://www.afes.fr/wp-content/uploads/2020/07/EGS_2020_27_Brauman_289-304.pdf

    Webinaire RTTI "Fertilité des sols : la favoriser, la mesurer, la piloter" - octobre 2022

     

    Mieux piloter les apports de matières organiques avec des bioindicateurs de laboratoire

    Les systèmes en grandes cultures doivent être adaptés afin d’optimiser les pratiques permettant à la fois i) de stocker du carbone dans le sol sur le long terme et ii) d’augmenter la fourniture de nutriments aux cultures. 

    Ces deux fonctions sont fortement liées au mode de gestion des matières organiques restituées au sol. Cependant les conseils basés sur l’analyse de terre, en lien avec l’utilisation des couverts végétaux, l’apports de produits résiduaires organiques (PRO) ou encore le travail du sol sont trop rares du fait du manque de références en lien avec les fonctions du sol. Le projet Microbioterre (2017-2021) piloté par Arvalis et auquel Terres Inovia a activement contribué a permis des réelles avancées pour faire évoluer les conseils.  Il a évalué la pertinence d’un large panel d’analyses en lien avec les matières organiques et la microbiologique des sols impliqués dans les cycles du carbone et de l’azote.

    Le fonctionnement biologique des sols est intimement lié aux quantités et à la qualité des matières organiques. Le compartiment microbiologique évolue cependant plus rapidement. La teneur en matière organique est un indicateur global obtenu à partir de la mesure du carbone organique. Cette teneur est déjà utilisée en routine par les laboratoires. Cependant, elle ne réagit que très lentement à des changements de pratiques culturales. D’autres indicateurs physico-chimiques évoluent plus rapidement, comme par exemple le fractionnement granulométrique de la matière organique ou la mesure du carbone labile au permanganate de potassium (KMnO4). Par ailleurs, un large panel d’indicateurs microbiologiques a également été évalué dans le projet. Ces analyses sont utilisées par les laboratoires de recherche en écologie depuis plusieurs décennies, et techniquement au point pour être transférées aux laboratoires de routine. 

    Microbioterre a évalué comment ces bioindicateurs répondent à différents modes de gestion des matières organiques en grandes cultures et en polyculture-élevage à partir de mesures dans des essais de moyenne-longue durée, dans des systèmes de production diversifiés. D’autres critères de sélection des bioindicateurs ont porté sur leur coût et leur faisabilité technique en laboratoire de routine.

    Figure 6 - Bioindicateurs retenus dans le projet Microbioterre pour améliorer le conseil en lien avec la gestion des matières organiques. (Source : Perrin Anne-Sophie, Journée PNDAR/CASDAR 2023 – Comprendre, Protéger, Valoriser les sols agricoles – 2 février 2023 Paris).

     

    Des analyses bibliographiques poussées ont également permis d’approfondir les relations entre ces indicateurs et, d’une part les fonctions des sols et, d’autre part les pratiques culturales étudiées.

    Un guide pratique sur ces bioindicateurs et leur interprétation pour le diagnostic est disponible, à destination des conseillers agricoles et agriculteurs, ainsi que différents modules de formation. Le guide rassemble toutes les étapes nécessaires à l’utilisation de ces indicateurs : du prélèvement de terre jusqu’à un premier niveau d’interprétation pour le conseil.

     

    Guide d'interprétation à l'analyse des bioindicateurs
    MICROBIOTERRE

    A destination des conseillers agricoles, agriculteurs et laboratoires.

    Voir le guide

     

    Différents livrables du projet : https://urlz.fr/mfw0

    Documents à télécharger

    • Présentation webinaire RTTI "Fertilité des sols la favoriser, la mesurer, la piloter" - 27 octobre 2022 Télécharger le pdf
    • Poster "effet des couverts d’interculture sur la santé des sols dans le Lauragais" Télécharger le pdf
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