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 Fertilisation Minérale des Cultures

16/3/2009

Fertilisation Minérale desCultures
Leséléments fertilisants majeurs (Azote, Potassium, Phosphore)

Introduction

Les plantes prélèvent les élémentsminéraux du sol pour produire les composés organiques. Il est établi queplusieurs éléments sont nécessaires pour le fonctionnement normal de la machinebiochimique de la plante. Les éléments nutritifs doivent être présents sous uneforme assimilable pour que les végétaux puissent les absorber. La fertilisationminérale a pour but d'apporter le complément nécessaire à la fourniture du solen vue de répondre aux besoins physiologiques des plantes pour une croissanceet un développement optimums.

De nos jours, on connaît plus de100 éléments chimiques; mais seulement 17 sont considérés essentiels en raisonde leur importance pour la croissance et le développement des plantes (Tableau1, voir fichier PDF). Ces éléments sont classés en trois catégories: leséléments essentiels majeurs (Azote, Phosphore et Potassium); les élémentssecondaires (Calcium, Magnésium et Soufre); et les oligo-éléments (Fer, Zinc,Manganèse, Cuivre, Bore, Molybdène, Chlore et Nickel).

La diversité et l'importance desfonctions remplies par les éléments minéraux confirment la nécessité des'assurer de la disponibilité de ces éléments en quantités suffisantes pour uneproduction optimale des cultures.

Parmi ces 17 éléments chimiquesessentiels, le carbone, l'hydrogène et l'oxygène sont prélevés à partir del'air et de l'eau. Les 14 autres éléments sont normalement absorbés par lesracines de la plante à partir du sol.

Dans ce bulletin, nous allonstraiter des éléments minéraux majeurs, notamment les facteurs et conditions dedisponibilité et d'absorption, les problèmes de carence ainsi que lesconséquences pratiques pour une fertilisation adéquate en chacun des élémentsminéraux.

L'azote(N)

Formes de l'azotedans le sol

Dans le sol, l'azote se trouveessentiellement sous trois formes: organique, ammoniacale et nitrique. L'azoteest assimilé par la plante sous la forme nitrate (NO3-) ou ammonium (NH4+). Lesplantes peuvent utiliser ces deux formes à la fois dans leur processus decroissance. Cependant, la partie la plus importante de l'azote absorbée par laplante l'est sous forme de nitrate. Cet ion est mobile et circule avec lasolution du sol vers les racines de la plante. Sous certaines conditions detempérature, d'aération, d'humidité et de pH, les micro-organismes du solchangent toutes formes d'azote en nitrate.

La forme organique représentepresque 95% de l'azote total du sol, notamment sous forme de matière organique.Cet azote est minéralisé progressivement sous l'action de la flore microbienne(1 à 2% par an) pour se retrouver en fin d'évolution sous forme nitrique(NO3-).

Les formes inorganiquesrencontrées dans le sol sont constituées par l'azote nitrique (NO3-), l'azoteammoniacal (NH4+), l'azote gazeux (N2) et l'oxyde d'azote (NO2). La fractiond'azote minéral dans le sol représente moins de 5% de l'azote total. L'azoteminéral se trouve principalement sous forme d'ammonium et de nitrate.

La forme ammoniacale (NH4+) est lerésultat de la première transformation de l'azote organique du sol. Cette formeest soluble dans l'eau et bien retenue par le pouvoir adsorbant du sol, elleest transitoire et sera transformée ensuite en azote nitrique.

La forme nitrique (NO3-) est laplus mobile dans le sol et par conséquent la plus accessible aux plantes.

L'absorption de l'ammonium ou desnitrates dépend des conditions du milieu. L'ion ammonium peut inhiberl'absorption des nitrates. Lorsque les deux formes sont présentes à desconcentrations égales, l'absorption de l'ammonium par les plantules de blédépasse généralement celle des nitrates. Par ailleurs, l'absorption de l'une oude l'autre forme dépend de l'espèce et de l'âge de la plantule. Les céréalespréfèrent la forme ammoniacale durant les premières phases de leur croissance.

Carence et abondancede l'azote dans la plante

Carence

En situation de carence azotée,les plantes restent chétives, les feuilles se dressent, deviennent plus raideset tournent au vert-clair, le pétiole et les nervures sont plus prononcées àcause du retard de développement des parties succulentes. La déficience enazote chez les graminées se caractérise par un tallage défectueux et uneextension anormale du système radiculaire par rapport au système aérien. Lateneur en protéines est souvent élevée.

Abondance

Les feuilles sont vert-foncées,les plantes sont succulentes et très digestibles et il y a réduction desparties ligneuses. La maturité et par conséquent la récolte sont retardées carl'azote stimule la croissance végétative au détriment des organes dereproduction. En cas d'excès d’azote, les céréales sont sujettes à la verse.

Pratique de lafertilisation azotée

Méthode du bilan

Parmi les méthodes de raisonnementde la fertilisation azotée, il y a la méthode du bilan minéral prévisionnel. EnFrance, le bilan est calculé entre un état initial, représenté par la"sortie de l'hiver", époque pendant laquelle les quantités d'azoteminéral dans le sol sont relativement stables et un état final au moment de larécolte de la culture. Il consiste à équilibrer les besoins de la culture parune quantité d'azote disponible, provenant des fournitures du sol et del'engrais (Tableau 2, voir fichier PDF).

Dans les conditions marocaines,l'application de cette méthode est relativement délicate en raison de ladifficulté d'estimer correctement les niveaux de certains paramètres commel'azote minéral, le lessivage et la dénitrification, en plus de leurvariabilité extrême au cours du cycle de la culture.

Minéralisation dela matière organique

La teneur du sol en matièreorganique conditionne la quantité d'azote issue de la minéralisation. D'autresfacteurs agissent sur ce processus; ce sont la texture, le pH, la présence ducalcaire, le précédent cultural et les conditions climatiques de la région.Dans les conditions marocaines, l'azote minéral provenant de la matièreorganique est variable et se situerait entre 10 et 50 unités d'azote parhectare. La jachère et les engrais verts sont des précédents culturaux quilaissent une quantité appréciable d'azote minéral pour la culture suivante.

Lessivage

L'azote est l'élément le plusexposé au lessivage en raison de sa grande mobilité dans le sol. Les pertes parlessivage sont d'autant plus importantes que:

ttLes quantités d'eau (pluie etirrigation) reçues par le sol sont importantes,
ttLa texture du sol est grossière:l'azote est plus facilement lessivé dans les sols sableux,
ttL'engrais apporté est sous formenitrique. L'urée et le sulfate d'ammoniaque sont moins exposés au lessivage quel'ammonitrate.

Pour tenir compte des pertes parlessivage, il est conseillé de majorer les apports d'engrais de 5 à 30% selonla combinaison des facteurs cités ci-dessus, aggravant ce risque.

Volatilisation

C'est la transformation de l'azotesous forme d'ammonium en ammoniac qui est volatilisé selon la réaction:

NH4+ + OH- ---> NH3 + H2O

Les facteurs qui favorisent cespertes sont:

ttLa forme de l'azote choisie: lesrisques de volatilisation sont plus importants dans le cas de l'urée ou dusulfate d'ammonium.
ttLes sols alcalins.
ttLes températures élevées.
ttMode d'apport de l'engrais: sil'apport de l'engrais est immédiatement suivi d’un enfouissement et d'une pluieou irrigation, les pertes sont minimes.

De même, les pertes parvolatilisation sont négligeables si on pratique la fertigation.

Pour tenir compte de ces pertes,on applique des majorations des quantités apportées qui peuvent aller jusqu'à25% selon la combinaison des facteurs ci-dessus favorisant ces pertes.

Dénitrification

Dans les sols lourds, tassés ettrès humides, peuvent prévaloir des conditions anaérobiques favorisantl'activité des bactéries dénitrifiantes transformant les nitrates en N2. Cesconditions sont très limitées au Maroc (cas de certaines terres inondables auGharb), et les pertes qui en résultent sont faibles (moins de 5%).

Prélèvement d'azotepar les cultures

Les quantités prélevées par lescultures dépendent des organes récoltées et exportés. Le tableau 3 donne lesquantités totales d'éléments nutritifs prélevés par différentes cultures.

Détermination de la doseoptimale

A l'échelle d'une région et pour uneculture donnée, la dose optimale d'azote peut être déterminée à partir d'essaisdans lesquels la culture donnée a répondu positivement à l'apport d'azote.
La formule suivante a été établie pour le blé :

Dose de N à apporter (kg N/ha) = Gx (R - r) /CUA

ttG (quantité de N requise pour produire1 quintal de grain) = 3 kgde N par quintal de grain en irrigué et 3,5 à 4 kg en bour favorable.
ttR = Rendement objectif en qx/ha.
ttr = Rendement permis par la fertilitépropre du sol (témoin sans N) en qx/ha.
ttCUA = Coefficient d'utilisationapparent de N de l'engrais. CUA = 60% en irrigué et 50% en bour favorable.

Une formule similaire a étéétablie pour calculer la dose d'azote optimale pour la fertilisation dutournesol au Gharb (voir BTTA n° 80) où G = 3,47 kg de N par quintal degrain et CUA = 53%.

Lepotassium (K)

Le potassium est absorbé par laplante sous sa forme ionique K+. Il est essentiel pour la translocation dessucres et pour la formation de l'amidon. Il intervient dans la régulationosmotique et ionique, ainsi que dans le processus d'ouverture et de fermeturedes stomates. Le potassium est nécessaire pour plusieurs fonctions enzymatiqueset pour le métabolisme des protéines et des carbohydrates.

Formes du potassiumdans le sol

Pour raisonner la fertilisationpotassique, il est nécessaire de connaître la dynamique du potassium dans lesol ainsi que les modalités de l'alimentation potassique des plantes. Dans lesol, le potassium se trouve sous quatre formes principales de valeur inégalepour la plante. Celles-ci seront traitées ci-après en allant des formesimmédiatement disponibles pour la plante à celles qui le sont le moins, soitrespectivement: le potassium dans la solution du sol, le potassium adsorbé, lepotassium à l'intérieur des réseaux cristallins et le potassium nonéchangeable.

Le potassium dansla solution du sol

Le potassium dans la solution dusol est directement absorbé par la plante. Cette fraction du potassium est laplus faible et la plus variable dans le sol. La vitesse de réapprovisionnementde la solution du sol en potassium est une caractéristique intrinsèque du sol.Cette capacité est appelée le "pouvoir tampon". Quand les plantespuisent leurs besoins en potassium du sol par absorption racinaire, les solsargileux réapprovisionnent plus rapidement la solution du sol en cet élémentque les sols sableux.

Le potassiumadsorbé

Il existe un équilibre entre lepotassium de la solution du sol et celui qui est adsorbé sur le complexed’échange cationique, les deux états constituent un tout utilisable pourl'alimentation de la plante: C'est le potassium échangeable ou assimilable.

Le potassium échangeable correspondà la quantité de K+ de la solution du sol et celle adsorbée au complexed'échange et qui est extractible avec une solution d'acétate d'ammonium normaleet neutre. En utilisant l'acétate d'ammonium, 95% du potassium adsorbé aucomplexe argileux humique du sol peuvent être extraits. Le potassiuméchangeable est un très bon indice de la disponibilité du potassium dans lessols marocains.

Le potassium àl'intérieur des réseaux cristallins

C'est le potassium interne quiintervient plus difficilement dans l'alimentation de la plante. En effet, lesions K+ ne restent pas tous adsorbés à l'extérieur du complexe d’échange, ilspeuvent aussi pénétrer à l'intérieur entre les feuillets d'argile. On dit alorsque le potassium est rétrogradé ou fixé sous forme non échangeable. Mais quandle potassium repasse à l'extérieur du complexe, il redevient utilisable par laplante: on dit alors que le potassium est régénéré. Cette forme du potassiumpeut dans certaines conditions contribuer de manière très significative à l'alimentationdes plantes.

Le potassium nonéchangeable

Les formations cristallines etvolcaniques sont généralement riches en potasse (2 à 7% dans les feldspaths dugranite), mais cette potasse se trouve sous forme pratiquement insoluble doncinutilisable par la plante. Toutefois, sous l'action des agents atmosphériqueset des racines, une petite fraction pourrait être mise à la disposition desplantes.

Carence et abondancedu potassium dans la plante

Les symptômes visuels dedéficience se caractérisent par des nécroses sur les feuilles les plus âgées.Une carence en potassium se montre clairement par une couleur vert foncée etdes troubles d'évaporation dus à un fonctionnement défectueux de la régulationstomatique.

Sur céréales, les symptômes decarence se remarquent par un jaunissement de la pointe des feuilles. Sur maïs,on observe une ondulation de la feuille avec couleur plus claire. Sur pomme deterre, les folioles se courbent vers le dessous avec coloration vert bleueautour des nervures, puis brune au bord des feuilles. Sur vigne on remarque unecoloration d'abord violacée des feuilles.

Les apports massifs de potassiumainsi que des teneurs du sol en potassium trop élevées peuvent induire descarences en magnésium et en calcium.

Pratique de la fertilisationpotassique

Dose

Le raisonnement de lafertilisation potassique diffère selon que l'on dispose ou non de l'analysechimique du sol. Pour les sols pauvres en potassium, la fumure potassique estla somme arithmétique de la fumure de redressement et de la fumure d'entretien.

La fumure de redressementreprésente la quantité d'engrais à fournir au sol pour relever sa richesse à unniveau satisfaisant. La quantité à apporter pour combler un déficit de 10 ppms'élève à environ 50 unités/ha. La fumure d'entretien est le produit durendement escompté et la quantité de potassium exportée par unité de rendement(Tableau 3, voir fichier PDF). En plus, il faudrait majorer la valeur obtenuepour tenir compte du pouvoir fixateur du sol qui est d'autant plus importantque les sols sont argileux.

Si l’on ne dispose pas d'uneanalyse de sol, la fumure potassique est réduite au calcul de la dosed'entretien, ce qui pourrait engendrer des risques, à savoir:

ttSur-fertiliser un sol bien pourvu, etpar conséquent augmenter inutilement les charges.
ttSous-fertiliser un sol pauvre etcontribuer davantage à son appauvrissement.

Si l’on dispose des analyses desol, la dose sera déterminée sur la base des recommandations du laboratoired’analyse.

Date d'apport

Les meilleurs résultats sontobtenus, quand on procède à l'enfouissement des engrais au moment des travauxpréparatoires des sols, surtout dans le cas des sols pauvres. En sol riche, ladate d'apport est moins cruciale et on peut même appliquer l'engrais encouverture lorsqu'on utilise des engrais composés. Dans ce cas, la dated'application doit être raisonnée en fonction de l'azote.

Lephosphore (P)

Le phosphore dans lesol

Dans le sol, le phosphore estprésent sous plusieurs formes:

ttLe phosphore de la roche mère (nonassimilable par les plantes);
ttLe phosphore de la phase solide(disponible aux plantes au cours d'un cycle de culture). Cette forme a une plusgrande solubilité que le phosphore de la roche mère;
ttLe phosphore de la solution du sol quipeut être utilisé immédiatement par les plantes.

Trois ions phosphore existent:H2PO4-, HPO42-, PO43-. Ce dernier ne se rencontre en quantité notable qu'auxvaleurs élevées du pH. La plante absorbe le phosphore sous forme H2PO4- ouHPO42-, selon le pH du sol.

Le phosphoreinsoluble des roches mères

Il représente la très grandemajorité du phosphore total du sol, forme quasiment inutilisable par la plante.Mais, c'est la réserve générale à partir de laquelle une petite fractionparviendra au bout de la chaîne dans les solutions du sol, à la suite denombreuses et lentes transformations de nature physico-chimiques ou biotiques.

Le phosphore lié auxconstituants organiques

Dans ce cas, le phosphore setrouve engagé dans des structures moléculaires organiques plus ou moins stableset non assimilables par la plante. L’humus intervient dans l'alimentationphosphorique en limitant l'évolution de l'acide phosphorique vers des formesplus difficilement assimilables par le végétal, notamment en sol calcaire.

Le phosphore liéaux constituants minéraux

Les ions phosphoriques peuventêtre fixés sur le complexe argilo-humique, particulièrement sur les argiles.L'augmentation de la teneur en argile diminue le coefficient de diffusion duphosphore à cause de l'augmentation des sites d'adsorption à la surface desparticules. Le P2O5 adsorbé ne représente qu'une faible partie du phosphoretotal. Il constitue la majeure partie du phosphore assimilable ou échangeablequi, suivant les sols peut atteindre 300 à 500 Kg/ha.

Dans les sols calcaires, les ionsphosphore solubles s'insolubilisent très progressivement sous forme dephosphates tricalciques et pour une faible part sous forme d'apatite.

Le phosphore de lasolution du sol

C'est la fraction du phosphatetotal la plus faible et en même temps la plus importante pour l'alimentation dela plante. Le phosphore se trouve sous les deux formes H2PO4- et HPO42- quisont dominantes dans la solution du sol. La solubilité des minéraux dephosphore et la concentration des sols en H2PO4- et HPO42- sont fortementdépendantes du pH. L'ensemble des deux dernières formes de phosphore (celui dela solution du sol et celui adsorbé sur le complexe) représente le poolalimentaire qui constitue la fraction du phosphore total considéré comme laprincipale réserve alimentaire. Elle correspond au phosphore assimilable ouéchangeable.

Symptômes de carenceet d'abondance du phosphore dans la plante

Carence

La déficience en phosphoreengendre un ralentissement de la croissance des plantes et une colorationpourpre dans les feuilles qui commence surtout dans les feuilles âgées. Lacarence en phosphore peut se présenter sous un état bénin ou un état aigu.L'état bénin se manifeste par une réduction générale de la croissance; laplante est plus élancée, le pétiole s'allonge, les nervures sont plusprononcées et les feuilles sont minces et se dressent. A L'état aigu, lesfeuilles jaunissent et se nécrosent avec un brunissement roux (non bronzé commedans la carence potassique). Chez les céréales, les carences se manifestentparfois par des colorations pourpres ou violacées sur les bords du limbe, surle pétiole, sur l'ensemble de la feuille ou sur la tige (cas typique du maïs austade jeune).

Abondance

Bien qu’on observe rarement dessymptômes d'excès en phosphore dans la nature, cet excès se manifeste par unecroissance limitée et un jaunissement chlorotique général. En présence de trèshautes teneurs foliaires en phosphore (de l'ordre de 1 à 3% dans la matièresèche), on observe pour le blé un flétrissement progressant de la pointe versla base des feuilles. Pour le trèfle, le soja, l'avoine et l'orge, des nécrosesblanc- gris à la pointe et à la périphérie des feuilles, parfois de simplespointes ou taches.

Pratique de lafertilisation phosphatée

Dose

En l'absence d'analyse de terre,la dose à apporter correspond à la fumure calculée à partir du rendementobjectif et des exportations de la culture (Tableaux 3, voir fichier PDF).

Un coefficient de majoration estappliqué à la fumure d'entretien pour tenir compte des pertes dues àl'insolubilisation et à la rétrogradation en sol riche en carbonates, enmatière organique et en argile. Dans le cas des sols calcaires, il estconseillé de forcer les doses de 30% environ pour tenir compte de la lenterétrogradation, et la fumure de redressement est calculée en tenant compte dela richesse du sol sur la base de 50 unités par 10 ppm de P2O5.

Quand on dispose des analyses desol, le calcul de la dose de phosphore intègre la richesse du sol en P2O5, sarichesse en calcaire et en matière organique ainsi que la teneur en argile.

Modalités d'apport

Les modes d'apport et defractionnement varient selon le type de sol, le niveau de richesse chimique etle pouvoir fixateur, et selon les stades de forts besoins de la culture.

ttDans le cas de sols pauvres, surtoutsi le pouvoir fixateur est élevé, on a intérêt à mettre une partie au moins dela fumure sous forme soluble au dernier moment et localisée sur les lignes desemis, quand c'est possible.

ttS'il s'agit de plantes très exigeantes(Tableau 4, voir fichier PDF) et à croissance rapide (cultures maraîchères), ona intérêt à apporter une partie de la fumure sous forme soluble au moment dusemis, même en sol à teneur correcte.

Prof.Ali Chafai ELALAOUI
Ecole Nationale d'Agriculture deMeknès

 

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