Légumes de plein champ bio : à faible impact environnemental ?

Le stockage de carbone dans les sols du monde entier est évoqué comme un levier majeur pour réduire le bilan carbone de l’activité humaine, car il compenserait, en partie, les émissions de GES excédentaires ⁽¹⁾. En France, les agriculteurs sont donc encouragés à mettre en œuvre des pratiques culturales favorisant le stockage de carbone dans le sol. Ce carbone est la constituante majeure de la matière organique, bien connue pour ses qualités agronomiques. Carbone et azote sont très liés dans le sol, la proportion de ces deux éléments sous forme organique est relativement stable : aux alentours de 1 kg d’azote pour 10 kg de carbone. Quand le stock de matière organique dans le sol augmente ou diminue, les stocks de carbone et d’azote organiques augmentent ou diminuent dans les mêmes proportions.  

En minéralisant, la matière organique du sol produit de l’azote minéral et du dioxyde de carbone (CO₂). Ce dernier s’échappe dans l’atmosphère et alimente l’effet de serre. À l’inverse, l’intégration du carbone à la matière organique du sol nécessite de l’azote. Plus la composition en carbone et en azote de la biomasse restituée au sol (résidus végétaux ou engrais organiques) respecte la proportion de 1 pour 10, mieux elle sera intégrée à la matière organique. S’il n’y a pas assez d’azote organique apporté dans la biomasse, l’azote minéral du sol sera consommé pour que cette proportion soit respectée. 

Les pratiques jouant sur le stock de matière organique du sol auront donc un impact à la fois sur le bilan carbone de la ferme, mais aussi sur les quantités d’azote perdues dans l’air ou dans l’eau. En effet, l’azote contenu dans la biomasse apportée au sol peut être perdu quand il est en contact avec l’air, sous forme de protoxyde d’azote (N₂O, puissant GES), ou sous forme ammoniacale (NH₃, particule fine dégradant la qualité de l’air).  

Nous avons étudié trois systèmes légumiers biologiques, parmi les sept enquêtés, pour estimer leurs émissions de GES et leur niveau de pertes d’azote, en intégrant la dynamique du stock de carbone, évalué avec l’outil Simeos-AMG ⁽²⁾.

Trois rotations

Les trois rotations étudiées ont été choisies pour leurs pratiques différentes : avec ou sans prairie, apport d‘amendements organiques, irrigation ou couvert d’interculture (cf. tableau en fin d’article).

La dynamique des stocks de carbone dépend : du type de sol (les sols argileux et/ou calcaires ont tendance à stocker plus facilement la matière organique), du niveau initial du stock (il est plus difficile d’entretenir un stock déjà élevé que d’augmenter un stock faible), de la proportion de légumes racines dans la rotation (les légumes racines sont des cultures qui restituent très peu de carbone au sol), de la présence de prairies ou de luzerne (les cultures pluriannuelles restituent beaucoup de biomasse en développant un système racinaire conséquent), de l’apport d’amendements (compost, fumier pailleux, etc.), de la fréquence des couverts en interculture (ils augmentent significativement la quantité de biomasse restituée au sol).

GES : différentes causes

Malgré le contraste de ces trois systèmes, leurs émissions de GES estimées sont équivalentes : aux alentours de 3 000 kg CO₂/ha/an, soit un peu plus d’un aller-retour Paris-Mexico en avion. Cela cor-respond au niveau moyen estimé pour la SAU picarde en 2012 par le Commissariat général au développement durable. Les émissions de GES sont dues à trois facteurs, différents pour chacun des sys-tèmes : déstockage de carbone, combustion de carburant et émissions de protoxyde d’azote (N₂O).

Dans le système 1, le stock actuel de matière organique très élevé et l’absence de fortes restitutions de biomasse (pas de luzerne, ni de couverts, ni d’apports de compost) entraînent un déstockage important de matière organique. Il se traduit par un excédent de carbone minéralisé sous forme CO₂, qui représente 50 % des émissions totales. Ce déstockage représente 18 et 25 % des émissions totales des deux autres systèmes. 

Tous les systèmes émettent du CO₂ par combustion des énergies fossiles, qui représente 24 à 55 % des émissions totales des trois systèmes étudiés. La consommation de carburant pour le désherbage mécanique représente 6 à 14 % des émissions totales, mais c’est celle pour l’irrigation qui émet le plus de CO₂. Elle représente 22 % des émissions totales du système 2, le seul des trois à irriguer.

Les émissions de N₂O représentent 15 à 48 % des émissions des trois systèmes. Cette molécule à un pouvoir «effet de serre» 300 fois supérieur à celui du CO₂. Elle est émise lorsque les résidus végétaux et les engrais riches en azote sont en contact avec l’air. Ainsi, le système 3 a les émissions de N₂O les plus élevées, notamment à cause de l’absence d’enfouissement des bouses lorsque la prairie est pâturée. Le système 1 affiche le niveau d’émissions de N₂O le plus bas, la rotation intégrant très peu de légumineuses, les résidus végétaux laissés au sol ne contiennent que peu d’azote «sensible».

Pertes d’azote non maîtrisées

Le niveau de pertes d’azote dans l’air et dans l’eau a été estimé en calculant la différence entre les entrées d’azote minéral (engrais, résidus de légumineuses et minéralisation de l’azote organique du sol) et les sorties (récolte et azote minéral stocké dans la matière organique du sol). 

Ces pertes sont estimées à 53, 41 et 26 kgN/ha/an respectivement pour les systèmes 1, 2 et 3. À titre de comparaison, elles sont estimées à 63 kgN/ha/an pour l’ensemble du bassin de la Seine en 2006 par Gilles Billen (CNRS). Dans le cas des systèmes étudiés ici, elles ont trois origines : le dé-stockage de carbone du sol (les quantités d’azote minéralisées sont beaucoup plus importantes que celles stockées dans le sol), l’absence de couverts en l’interculture (les déchaumages sont systématiques pour gérer les vivaces. Le sol restant nu, l’azote minéralisé pendant l’été n’est pas absorbé et est perdu pendant l’hiver par lessivage) et la volatilisation de l’azote des engrais apportés s’ils ne sont pas enfouis dans les 24h. Les quantités d’azote volatilisé sont d’autant plus importantes que l’engrais en est riche. 

Entretenir le stock de MO 

La maîtrise des émissions de GES et des pertes d’azote dépend de la dynamique du stock de ma-tière organique du sol. Ainsi, les objectifs écologiques et agronomiques se rejoignent et mobilisent les mêmes pratiques-clés, qui sont : les amendements organiques riches en carbone, pour entretenir le stock de matière organique du sol, la luzerne, qui permet à la fois d’entretenir le stock de matière organique et de limiter les pertes d’azote par lessivage pendant les années en luzerne (attention toutefois aux pertes par lessivage lors de sa destruction, qui peuvent atteindre 100 à 200 kg N/ha), les couverts d’interculture, pour limiter les pertes d’azote par lessivage et entretenir le stock de matière organique, l’enfouissement des résidus de légumineuses et des engrais organiques pour limiter les pertes aériennes d’azote.

⁽¹⁾ www.4p1000.org/fr

⁽²⁾ www.agro-transfert-rt.org/ressources/simeos-amg-2/

Plus d’informations sur les pratiques-clés des systèmes légumiers biologiques ici : http://www.agro-transfert-rt.org/projets/vivlebio/agriculture-biologiqu…