L’état structural du sol : un enjeu fort en région ?

Le contexte agricole des Hauts-de-France se caractérise quant à lui par la présence, plus ou moins récurrente selon les systèmes, de cultures comportant un risque pour la structure du sol (pomme de terre, betterave, légumes …) de par les conditions d’intervention ou le matériel utilisé. Ainsi le poids des machines et les conditions parfois humides d’intervention, peuvent engendrer des tassements dits profonds (25 – 35 cm). De plus, la tendance générale à la réduction de la profondeur de travail du sol tend à limiter les possibilités de remédiation mécanique de ces tassements. Dans ces situations, seuls les mécanismes biologiques peuvent agir afin de remédier aux problèmes de structure du sol en profondeur.

Impact des tassements sur les propriétés du sol

Sous l’effet du poids des engins et en conditions humides, le sol se comprime. Sa densité apparente augmente, le volume des pores diminue. Les pores de grande taille sont les plus impactés. La capacité de stockage de l’eau et l’aération du sol se trouvent diminués. De plus, la compaction modifie la continuité du réseau porale ce qui affecte la circulation de l’eau dans le sol. Pour ces raisons, les tassements peuvent impacter la croissance des plantes et, au final, le rendement.

Qu’attendre des cultures intermédiaires ?

L’amélioration des propriétés physiques du sol est un service souvent mis en avant par les agriculteurs et la profession agricole. Cependant peu de choses sont réellement démontrées et surtout pas dans le contexte pédoclimatique et agricole des Hauts de France.

Figure 1: Réponse des agriculteurs sur leur perception des services rendus par les couverts d’interculture - Source : Enquête en ligne 2015-2016

En effet, beaucoup de références disponibles (voir fiche service « Effet des couverts sur la structure du sol »), nous proviennent d’études conduites sur le continent Américain dans des sols très différents (sols ferrugineux, sols tropicaux) et avec des pratiques culturales différentes (monoculture de céréales, système maïs – soja). De plus, les conditions d’interculture (humidité du sol, climat), la durée d’interculture et la nature des tassements (superficiels ou en profondeur) amènent à penser que l’effet des couverts sur la structure du sol pourrait être différent dans notre contexte.

Ainsi, dans le cas de parcelles tassées en profondeur, nous avons cherché à répondre aux questions suivantes :
1. Les couverts parviennent-ils à traverser les horizons tassés ?
De quoi est dépendante cette capacité à traverser les horizons profonds ? De l’espèce ? Du développement des couverts ? La sévérité des tassements influence-t-elle l’enracinement des couverts ?
2. Les racines utilisent-elles des passages préférentiels déjà existants (galeries de vers de terre, fissures) ? Cette propension à utiliser les voies préférentielles est-elle dépendante de l’espèce en couvert ? Des couverts jeunes (500°C.j) utilisent-ils plus ces passages que des couverts plus développés (1000°C.j) ?
3. Les couverts parviennent-ils à modifier le régime hydrique et donc influencer le retrait-gonflement des argiles ?
4. Quelles sont les propriété du sol affectées par la présence de cultures intermédiaires ?
a. L’état structural général. Les couverts diminuent-ils la proportion de zones tassées ?
b. La porosité du sol dans les zones tassées est-elle affectée par la présence de couverts ?
c. Les distributions (par classe de taille) des pores est-elle modifiée par la présence de couverts ? Les propriétés de rétention en eau sont-elles modifiées ?
d. La continuité du réseau poral et par conséquent la perméabilité du sol à l’air et à l’eau sont-ils également améliorés ?

7.1. Les couverts améliorent l’état structural

L’état structural est évalué grâce à la méthode du profil cultural décrite par Manichon et Gautronneau en 1987 complétée par Boizard et al. en 2016 pour prendre en compte notamment l’effet de l’activité biologique du sol.

Figure 6: Exemple de profil cultural - Observation mi septembre 2017

Les zones du profil sont décrites selon :

• L’état interne des mottes
  • Les mottes delta présentent un aspect continu sans porosité visible à l’oeil nu. Elles témoignent d’un tassement passé.
  • Les mottes phi ressemblent aux mottes delta mais présentent des plans de fissuration.
  • Les mottes gamma ont une structure interne grumeleuse dans laquelle les agrégats se dissocient bien les uns des autres et la porosité est visible à l’oeil nu. Il s’agit de l’état “souhaitable”.
    
• Le mode d’assemblage
  • massif si une seule motte est observée
  • fragmentaire si plusieurs mottes se distinguent tout en étant plus ou moins soudé
• L’activité biologique du sol
  • b0 : aucun marqueur biologique
  • b1 : présence de macropores tubulaires (issues des vers de terre ou des racines)
  • b2 : présence d’indice de vie biologiques (turricules de vers de terre)

Figure 7: Présentation des différents types de mottes

Des profils culturaux ont été réalisés, pour les deux années d’expérimentation aux deux dates d’observations (mi-septembre et mi-novembre). Il est donc possible d’appréhender l’évolution de l’état structural au cours de l’interculture en comparant les deux dates D1 (mi-septembre) et D2 (mi-du semis à la volée novembre) mais aussi d’évaluer l’effet des couverts d’interculture (Couverts vs Sol nu).

Figure 8: Proportion des types de mottes par couvert et par date d’observation pour l’horizon H6

La proportion de chaque type de mottes varie entre les deux dates d’observations pour une même modalité et tend à devenir moins tassé quelque soit la modalité. En effet pour les deux années, la proportion de mottes delta diminue au profit des mottes phi et gamma. On observe également cette tendance pour la modalité sol nu en 2018 même si l’évolution est plus forte sous les modalités couvertes. En 2017, les mottes créées entre les deux dates d’observation sont principalement de catégorie phi (tassé mais fissuré). Dans cet essai c’est uniquement à la deuxième date d’observation que les couverts semblent avoir un effet sur l’état structural du H6.

En 2018 alors que les profils présentent généralement des H6 moins tassés qu’en 2017 (proportion de delta plus faible), on assiste à la fois création de mottes phi et gamma. L’effet des couverts semble moins fort qu’en 2017 même si c’est pour ces modalités que l’évolution entre les deux dates est la plus forte.

Figure 9: Proportion des types de mottes par couvert et par date d’observation pour l’horizon H5

Bien que dans les contextes des essais (système avec labour occasionnel) la structure de l’horizon H5 (10 -25 cm) sera altérée par le travail du sol, l’état structural a également été évalué sur cet horizon. En 2017, on constate un effet des couverts sur la proportion de zones delta dès la première date d’observation en comparaison à la modalité sol nu (D2). En 2018, l’effet des couverts n’est visible qu’à la deuxième date d’observation. En conclusion, les couverts semblent avoir un impact sur l’état structural du sol en diminuant la proportion de zones delta au profit de zones phi et gamma suivant l’état structural initial.

7.2. Les couverts n’améliorent pas la porosité totale

Figure 10: Porosité totale de l’horizon H6 par modalité

Les couverts n’ont pas montré d’effet sur la porosité totale du sol quelque soit l’essai. Les changements, d’état structural abordés précédemment n’ont donc pas généré de porosité supplémentaire au niveau du H6. L’analyse des courbes de rétention en eau des échantillons de terre prélevés a toutefois permis de mettre en évidence des différences de taille des pores selon les modalités. Ainsi les couverts n’ont pas d’effet sur la porosité totale mais provoquent une redistribution de la porosité du sol. Bruand et al. 1996 fournissent l’explication suivante. Quand la racine d’une plante croît dans le sol, elle déforme le sol à son voisinage si bien que le volume occupé par la racine est pris sur celui des pores situés à proximité.

Figure 11: Proportion des types de mottes par couvert et par date d’observation pour l’horizon H5

Bien que dans les contextes des essais (système avec labour occasionnel) la structure de l’horizon H5 (10 -25 cm) sera altérée par le travail du sol, l’état structural a également été évalué sur cet horizon. En 2017, on constate un effet des couverts sur la proportion de zones delta dès la première date d’observation en comparaison à la modalité sol nu (D2). En 2018, l’effet des couverts n’est visible qu’à la deuxième date d’observation. En conclusion, les couverts semblent avoir un impact sur l’état structural du sol en diminuant la proportion de zones delta au profit de zones phi et gamma suivant l’état structural initial.

7.3. Les couverts améliorent en tendance l’infiltration de l’eau

Figure 12: Dispositif de mesure de la vitesse d’infiltration de l’eau à saturation - test Beer can

Une des propriétés du sol et de sa porosité est de permettre la circulation des fluides (eau et air) nécessaire au bon fonctionnement des racines et à la croissance des plantes. Dans ces essais, cette propriété a été mesurée à l’aide du test Beer can. Il consite à apporter successivement des volumes d’eau constants sur une surface délimitée par un cylindre et d’en mesurer les temps nécessaires à l’infiltration. L’application d’un volume d’eau s’effectue lorsque l’eau du précédent volume d’eau s’est totalement infiltrée. L’opération est renouvelée jusqu’à la stabilisation du temps d’infiltration (trois valeurs successives égales).

Figure 13: Exemple de définition de la vitesse d’infiltration à saturation pour une fosse pédologique - 3 mesures par fosses

Les premiers volumes d’eau s’infiltrent relativement vite car l’horizon H6 pouvait être plus moins sec selon les modalités. Les premiers volumes d’eau permettent de réhumecter le sol jusqu’à saturation pour toutes les modalités. La vitesse d’infiltration est donc déterminée lorsque la porosité pleine d’eau. C’est pourquoi on parle de vitesse d’infiltration à saturation.

Figure 14: Vitesse d’infiltration de l’eau à saturation au travers de l’horizon H6

Les vitesses d’infiltrations moyennes varient significativement d’un essai à l’autre et est meilleure en 2018. Pour les deux années, les vitesses d’infiltration sont supérieures en tendances sous les modalités couvertes (entre + 27 % et + 72 % selon les années et les modalités). Cependant le test “Beer can” est une mesure relativement imprécise de la vitesse d’infiltration de l’eau. En effet la variabilité des résultats nous empêche de formuler une conclusion définitive.

7.4. Les couverts ont peu d’effet sur la perméabilité à l’air

Figure 15: Perméamètre

La perméabilité à l’air est un indicateur qui permet d’évaluer la continuité de la porosité du sol et la facilité de circulation de l’air, l’autre fluide présent dans le sol tout aussi nécessaire que l’eau. Sa mesure est réalisée au laboratoire sur des échantillons de terre prélevés dans le H6 à l’aide de cylindre. Les échantillons sont tous préalablement maintenus à la même humidité (pF 3) afin de réaliser les mesures des différents échantillons dans les mêmes conditions. Dans la situation de l’étude, le perméamètre a été utilisé pour identifier le débit d’air qui traverse l’échantillon de sol lorsque celui-ci est soumis à une surpression de 500 pascals.

Figure 16: Vitesse d’infiltration de l’eau à saturation au travers de l’horizon H6

On observe peu de différence entre les modalités pour cet indicateur même si la présence de couverts entraîne des débits moyens supérieurs en tendance. Comme pour la vitesse d’infiltration de l’eau à saturation, le manque de précision de la mesure nous empêche de conclure si un effet des couverts. Contraire à la mesure précédente, les valeurs de perméabilité à l’air sont relativement homogènes entre les essais.

A vos claviers !