Rôle de l'efficacité d'utilisation des nutriments dans la nutrition responsable des plantes

L'efficience d'utilisation des nutriments (EUN) est un concept essentiel en agriculture moderne, jouant un rôle déterminant dans l'amélioration de la croissance des plantes et l'optimisation du rendement global des cultures. Face à la croissance démographique mondiale et à l'intensification de la demande alimentaire, il est impératif pour les agriculteurs d'adopter des pratiques agricoles durables et efficaces.

Les nutriments sont essentiels à la croissance, au développement et au métabolisme des plantes. Ils jouent un rôle important dans divers processus physiologiques, tels que la photosynthèse, la respiration, l'activité enzymatique, la division cellulaire, la transduction du signal et la réponse au stress.

Les plantes ont besoin de quantités et de types de nutriments différents selon leur espèce, leur stade de croissance et les conditions environnementales. Certains nutriments sont nécessaires en grande quantité (macronutriments), comme l'azote (N), le phosphore (P) et le potassium (K). D'autres sont nécessaires en petite quantité (micronutriments), comme le fer (Fe), le zinc (Zn) et le cuivre (Cu).

Qu’est-ce que l’efficacité d’utilisation des nutriments ?

Cela désigne la capacité d'une plante à utiliser efficacement les nutriments nécessaires à sa croissance et à son développement. En d'autres termes, c'est une mesure de l'efficacité avec laquelle les plantes absorbent et utilisent les éléments essentiels présents dans le sol, l'eau et l'air.

Son utilisation vise à minimiser les pertes et à maximiser l'absorption et l'utilisation des nutriments par les plantes, contribuant ainsi à améliorer le rendement des cultures. Elle peut être exprimée par le rapport entre la biomasse végétale ou le rendement et l'absorption ou l'apport de nutriments.

Un NUE élevé signifie que les plantes produisent plus de biomasse ou de rendement avec moins d'absorption ou d'apport de nutriments, tandis qu'un NUE faible signifie que les plantes ont besoin de plus de nutriments pour atteindre le même niveau de croissance ou de production.

De plus, la NUE peut être définie de différentes manières selon la question posée et les données disponibles. Voici quelques termes couramment utilisés pour exprimer la NUE :

• Productivité partielle des facteurs (PPF): la quantité de rendement des cultures par unité d'élément nutritif appliqué
• Efficacité agronomique (EA): l'augmentation du rendement des cultures par unité d'élément nutritif appliqué
• Bilan nutritionnel partiel (BNP): la quantité de nutriments absorbée par unité de nutriments appliqués
• Efficacité apparente de récupération (RE): la différence d'absorption des nutriments entre les cultures fertilisées et non fertilisées par unité de nutriment appliqué
• Efficacité d'utilisation interne (EI): la quantité de rendement des cultures par unité d'absorption d'éléments nutritifs
• Efficacité physiologique (PE): l'augmentation du rendement des cultures par unité de différence d'absorption des nutriments entre les cultures fertilisées et non fertilisées

Réponse mondiale à son importance

Selon l'Organisation des Nations Unies pour l'alimentation et l'agriculture (FAO), la consommation mondiale d'engrais a augmenté de plus de 500 millions de tonnes depuis 1961, atteignant plus de 200 millions de tonnes d'éléments nutritifs en 2023. Cela a contribué à une augmentation significative de la production agricole et de la disponibilité alimentaire, mais aussi à d'importantes pertes d'éléments nutritifs dans l'environnement.

En outre, la FAO estime que seulement 421 TP3T d'azote (N) et 151 TP3T de phosphore (P) appliqués comme engrais sont absorbés par les cultures à l'échelle mondiale, tandis que le reste est perdu par lessivage, ruissellement, érosion, volatilisation, dénitrification ou immobilisation.

Par conséquent, la FAO s'est fixé pour objectif d'augmenter l'efficience d'utilisation de l'azote (EUA) moyenne mondiale de 421 T/3 T à 521 T/3 T d'ici à 2030. Cela nécessiterait de réduire l'utilisation d'engrais azotés de 201 T/3 T tout en augmentant l'absorption d'azote par les cultures de 101 T/3 T. De même, le Groupe scientifique sur la nutrition responsable des plantes a proposé une vision pour parvenir à une nutrition des plantes respectueuse de l'environnement d'ici à 2050. Cette vision comprend cinq objectifs :

1. Réduire de moitié le gaspillage de nutriments tout au long du système alimentaire grâce à une consommation responsable, un recyclage accru et de meilleures pratiques de gestion.
2. L’appauvrissement du sol en nutriments et la perte de carbone ont été stoppés, ce qui a permis d’améliorer la santé du sol et la teneur en matière organique.
3. Les pertes de nutriments dans les plans d'eau sont réduites par le 75%, ce qui prévient l'eutrophisation et la prolifération d'algues.
4. Les émissions d'oxyde nitreux provenant de l'agriculture ont été réduites de 50%, contribuant ainsi à atténuer les émissions de gaz à effet de serre et les changements climatiques.
5. Les rendements et la qualité des récoltes ont augmenté de 50%, améliorant ainsi la sécurité alimentaire et la nutrition.

L'efficacité d'utilisation de l'azote (EUA) moyenne mondiale des céréales était de 33%, celle des oléagineux de 48%, celle des racines et tubercules de 62%, celle des légumineuses de 64%, celle des fruits de 66%, celle des légumes de 68% et celle des cultures sucrières de 69% en 2018/19.

En Chine, une expérience participative à grande échelle impliquant plus de 20 millions d'agriculteurs a montré que la réduction de l'application d'engrais azotés de 14% en moyenne augmentait le rendement du blé de 10% en moyenne, ce qui entraînait une augmentation de la productivité partielle des facteurs de 29% en moyenne.

En Inde, une expérience sur le terrain impliquant différentes variétés de riz a montré que l'application d'une gestion des nutriments spécifique au site basée sur des tests de sol augmentait le rendement en grains de 17% en moyenne, l'efficacité des ressources de 22% en moyenne et la rentabilité par équilibre des nutriments de 28% en moyenne, par rapport aux pratiques des agriculteurs. .

De même, au Kenya, une expérience sur le terrain impliquant différents systèmes de culture intercalaire maïs-légumineuses a montré que l'application de microdoses d'engrais avec du fumier organique augmentait le rendement en grains de 79% en moyenne, l'efficacité agronomique de 86% en moyenne, l'efficacité des ressources de 51% en moyenne et la rentabilité par équilibre nutritionnel de 50% en moyenne, par rapport à la monoculture sans engrais.

Ces exemples démontrent le potentiel d'amélioration de l'efficacité d'utilisation de l'azote (EUN) grâce à diverses stratégies et pratiques permettant d'accroître la production agricole tout en réduisant les pertes et les émissions de nutriments.

En quoi est-ce important pour la croissance des plantes ?

L'efficacité d'utilisation de l'azote (EUA) est importante pour des raisons à la fois économiques et environnementales, car elle permet de réduire les coûts de production agricole et les risques de pertes d'éléments nutritifs dans l'environnement. Voici quelques aspects majeurs de la croissance des plantes qui y sont étroitement liés.

1. Photosynthèse améliorée

L'un des principaux facteurs influencés par l'efficacité d'utilisation de l'azote (EUN) est la photosynthèse, processus par lequel les plantes convertissent l'énergie lumineuse en énergie chimique. La photosynthèse dépend de la disponibilité des nutriments, notamment de l'azote (N), composant essentiel de la chlorophylle, le pigment qui absorbe la lumière.

L'azote (N) intervient également dans la synthèse des acides aminés, des nucléotides et d'autres molécules essentielles à la croissance et au développement des plantes. Le phosphore (P) est indispensable au transfert d'énergie, tandis que le potassium (K) régule l'ouverture et la fermeture des stomates, influençant ainsi l'absorption du dioxyde de carbone.

Par conséquent, une utilisation efficace des nutriments influe directement sur le taux de photosynthèse, ce qui entraîne une augmentation de la production d'énergie pour la croissance des plantes.

2. Structure et fonction cellulaires

Un autre facteur affecté est la structure et la fonction cellulaires, qui déterminent comment les nutriments sont absorbés, transportés, stockés et utilisés au sein des cellules végétales. La structure et la fonction cellulaires dépendent de la disponibilité des nutriments, notamment du phosphore (P), du potassium (K), du calcium (Ca) et du magnésium (Mg).

Par exemple, le calcium intervient dans le développement de la paroi cellulaire, garantissant ainsi l'intégrité et la solidité des cellules. Le magnésium est un composant essentiel des molécules de chlorophylle, indispensables à la photosynthèse. Par conséquent, une utilisation efficace des nutriments assure le bon fonctionnement des cellules et des tissus, favorisant la santé globale de la plante.

3. Résistance au stress et aux maladies

Un troisième facteur affecté est la résistance au stress et aux maladies, qui peuvent réduire la croissance et le rendement des plantes en perturbant divers processus physiologiques et biochimiques. Le stress et les maladies peuvent être causés par divers facteurs, tels que la sécheresse, la salinité, les températures extrêmes, les carences ou les excès de nutriments, les ravageurs, les agents pathogènes, les adventices, etc.

Un apport adéquat en nutriments renforce donc les plantes, les rendant plus résistantes aux stress environnementaux et aux maladies. Des plantes bien nourries peuvent mieux supporter les conditions défavorables, telles que la sécheresse ou les attaques de ravageurs. De plus, les plantes qui utilisent efficacement les nutriments présentent une meilleure tolérance au stress, ce qui contribue à une croissance soutenue et à des rendements agricoles plus élevés dans des conditions difficiles.

Quels sont les facteurs qui l'influencent et comment les contrôler ?

L'efficience d'utilisation de l'azote (EUA) en agriculture n'est pas un concept unique et universel ; elle est influencée par une multitude de facteurs qui déterminent de manière complexe la façon dont les plantes absorbent, utilisent et réagissent aux nutriments essentiels. Parmi ces facteurs, on retrouve les propriétés du sol, les conditions climatiques, les espèces et variétés cultivées, les pratiques de gestion et les interactions entre ces différents éléments.

1. Propriétés du sol

Les propriétés du sol, telles que sa texture, sa structure, son pH, sa teneur en matière organique et son activité microbienne, ont un impact significatif sur l'efficience d'utilisation de l'azote (EUN). La texture et la structure du sol influencent sa capacité de rétention d'eau, son aération, son drainage et la pénétration des racines.

Ces facteurs influencent la disponibilité et la mobilité des nutriments dans la solution du sol ainsi que leur absorption par les racines des plantes. Par exemple, les sols sableux ont une faible capacité de rétention d'eau et un fort potentiel de lessivage, ce qui peut réduire l'efficience d'utilisation de l'azote (NUE) et du potassium (K).

Les sols argileux ont une capacité de rétention d'eau élevée et une faible aération, ce qui peut limiter l'efficacité d'utilisation de l'azote (EUN) du phosphore (P) et des micronutriments.

De plus, le pH du sol influe sur la solubilité et la disponibilité des nutriments. La plupart des nutriments sont plus disponibles dans les sols légèrement acides à neutres (pH 6-7), tandis que certains micronutriments, comme le fer (Fe), le manganèse (Mn), le zinc (Zn) et le cuivre (Cu), sont plus disponibles dans les sols acides (pH < 6).

La matière organique du sol et l'activité microbienne influencent le cycle et la transformation des nutriments dans le sol. La matière organique fournit du carbone (C) et de l'énergie aux micro-organismes du sol, qui peuvent minéraliser les nutriments organiques en formes inorganiques assimilables par les plantes.

Les micro-organismes peuvent également immobiliser les nutriments en les incorporant à leur biomasse ou en formant des complexes avec des molécules organiques.

2. Conditions climatiques

Les conditions climatiques, telles que la température, les précipitations, le rayonnement solaire et le vent, influent sur l'efficacité d'utilisation de l'azote (EUN) en agissant sur les processus du sol, la croissance des plantes et les pertes de nutriments. La température influe sur la vitesse des réactions chimiques et biologiques du sol, ainsi que sur l'activité métabolique et le développement des plantes.

Des températures plus élevées augmentent généralement la minéralisation de la matière organique et la disponibilité des nutriments dans le sol, mais elles peuvent également augmenter la volatilisation de l'ammoniac (NH3) provenant des applications d'urée ou de fumier, ou la dénitrification du nitrate (NO3-) en oxyde nitreux (N2O) ou en diazote (N2).

Des températures plus élevées peuvent également accélérer la croissance des plantes et leurs besoins en nutriments, mais elles peuvent aussi réduire l'absorption d'eau et la transpiration des plantes, ce qui peut affecter le transport des nutriments à l'intérieur de la plante.

De même, les précipitations influent sur le bilan hydrique et la dynamique des nutriments dans le système sol-plante. Des précipitations adéquates sont essentielles au maintien de l'humidité du sol et de la disponibilité des nutriments pour l'absorption par les plantes, mais des précipitations excessives peuvent entraîner le lessivage ou le ruissellement des nutriments présents en surface ou dans les couches profondes du sol.

Les précipitations peuvent également influencer le calendrier et la fréquence d'irrigation et d'application d'engrais, ce qui peut affecter l'efficience d'utilisation de l'azote (EUA). Le rayonnement solaire affecte l'activité photosynthétique et la production de biomasse des plantes, déterminant ainsi leurs besoins et leur absorption en nutriments.

De plus, le vent influe également sur l'efficience d'utilisation de l'azote (EUN) en agissant sur l'érosion des sols, l'évaporation et la volatilisation. Le vent peut provoquer l'érosion des sols en détachant et en transportant les particules de sol contenant des nutriments d'un endroit à un autre.

Le vent peut également accroître l'évaporation à la surface du sol ou au niveau du couvert végétal, ce qui peut réduire l'humidité du sol et la disponibilité des nutriments pour l'absorption par les plantes.

3. Caractéristiques et variétés des plantes

Les espèces et variétés cultivées diffèrent par leur potentiel génétique d'efficience d'utilisation de l'azote (EUA), ainsi que par leur réaction aux facteurs environnementaux et de gestion. Certaines cultures présentent une EUA intrinsèque plus élevée que d'autres en raison de leurs caractéristiques physiologiques, telles que la morphologie racinaire, la cinétique d'absorption des nutriments, l'efficacité de translocation, la capacité d'assimilation, l'efficacité de remobilisation, l'indice de récolte, etc.

Par exemple, les céréales ont généralement une efficacité d'utilisation de l'azote (EUA) plus élevée que les légumineuses en raison de leur indice de récolte plus élevé (le rapport entre le rendement en grains et la biomasse totale) et de la plus faible concentration en nutriments dans leurs grains.

De plus, l'efficience d'utilisation de l'azote (EUA) peut varier d'une variété à l'autre au sein d'une même espèce, en raison de différences génétiques ou de sélections variétales. Par exemple, certaines variétés de riz présentent une EUA supérieure à d'autres grâce à leur capacité à utiliser des sources alternatives d'azote (N), comme l'ammonium (NH₄⁺) ou la fixation de l'azote atmosphérique (N₂) par des bactéries symbiotiques.

Certaines variétés de blé présentent une meilleure efficacité d'utilisation de l'azote (EUN) que d'autres grâce à leur capacité à utiliser le phosphore (P) plus efficacement, en sécrétant des acides organiques ou des phosphatases qui solubilisent le P du sol. De même, certaines variétés de maïs présentent une meilleure EUN que d'autres grâce à leur capacité à utiliser le potassium (K) plus efficacement, soit en réduisant les pertes de K par les racines, soit en augmentant l'absorption de K en conditions de faible disponibilité.

4. Pratiques de gestion

Les pratiques de gestion, telles que le labour, la rotation des cultures, les cultures intercalaires, les cultures de couverture, l'irrigation, la fertilisation, la lutte contre les mauvaises herbes, la lutte antiparasitaire et la gestion des récoltes, peuvent affecter l'efficacité d'utilisation de l'azote (EUA) en modifiant l'environnement du sol, la croissance des cultures et les pertes d'éléments nutritifs.

Labour

Le travail du sol influence les propriétés physiques et biologiques du sol, telles que sa structure, sa teneur en matière organique, son activité microbienne et la répartition des nutriments. Il peut améliorer l'efficience d'utilisation de l'azote (EUA) en augmentant l'aération et le drainage du sol, ce qui favorise la disponibilité et l'absorption des nutriments par les racines des plantes.

Cependant, elle peut aussi réduire l'efficacité d'utilisation de l'azote (EUA) en augmentant l'érosion des sols et les pertes de nutriments, ou en diminuant la matière organique du sol et l'activité microbienne, ce qui peut réduire le cycle et la disponibilité des nutriments.

Rotation des cultures

La rotation des cultures apparaît comme une stratégie efficace pour améliorer l'efficience d'utilisation de l'azote (EUA) en diversifiant les besoins et les apports en nutriments entre les cultures. Outre ses effets sur les nutriments, elle se révèle également efficace pour rompre les cycles des ravageurs et des maladies, contribuant ainsi à une meilleure EUA.

Par exemple, la rotation des céréales avec des légumineuses peut améliorer l'efficacité d'utilisation de l'azote (EUN) en augmentant l'apport d'azote provenant de la fixation biologique de l'azote (N2) par les légumineuses, ou en réduisant la demande en azote des céréales en raison de leurs besoins en azote plus faibles.

Culture intercalaire

La culture intercalaire, qui consiste à cultiver simultanément deux ou plusieurs espèces végétales sur une même parcelle, est reconnue pour son impact positif sur l'efficacité d'utilisation de l'azote (EUA). Elle y parvient en favorisant la complémentarité et la synergie entre les cultures pour l'utilisation des nutriments. Par exemple, l'association de céréales et de légumineuses modifie les apports d'azote, ce qui influence positivement l'EUA.

Cultures de couverture

Les cultures de couverture, pratique consistant à semer une culture entre deux cultures principales afin de recouvrir la surface du sol et de prévenir l'érosion, ont un double impact sur l'efficience d'utilisation de l'azote (EUN). D'une part, elles y contribuent positivement en stimulant l'EUN grâce à une augmentation de la matière organique, de l'activité microbienne et du cycle des nutriments.

En revanche, des difficultés surviennent car les cultures de couverture peuvent entrer en compétition pour les nutriments, l'eau et la lumière, ce qui peut avoir un impact sur l'efficacité d'utilisation de l'azote.

Irrigation

L'irrigation, lorsqu'elle est judicieusement appliquée, améliore l'efficience d'utilisation de l'azote (EUA) en maintenant une humidité du sol et une disponibilité des nutriments optimales. Cependant, une irrigation mal maîtrisée peut réduire l'EUA par lessivage ou ruissellement des nutriments.

Fertilisation

La fertilisation, si elle est effectuée au bon moment et de manière appropriée, améliore l'efficacité d'utilisation de l'azote (EUA) en augmentant la disponibilité des nutriments pour les racines des plantes. Cependant, des apports excessifs peuvent entraîner des pertes de nutriments, soulignant ainsi l'importance d'un équilibre délicat dans les pratiques de fertilisation.

Désherbage

La maîtrise des adventices améliore l'efficience d'utilisation de l'azote (EUA) en réduisant la compétition pour les nutriments et les pertes dues aux adventices. Toutefois, son impact sur les propriétés du sol doit être soigneusement évalué, car il peut influencer la disponibilité et l'absorption de l'azote.

Lutte antiparasitaire

La lutte antiparasitaire a un impact positif sur l'efficience d'utilisation de l'azote (EUN) en réduisant les pertes d'éléments nutritifs dues aux dégâts causés par les ravageurs. Cependant, à l'instar de la lutte contre les adventices, son influence sur les propriétés du sol peut affecter la disponibilité et le cycle des éléments nutritifs.

Gestion des récoltes

La gestion des récoltes, qui englobe les décisions relatives au moment et à la méthode de récolte, joue un rôle crucial dans l'efficience d'utilisation de l'azote (EUA). Elle améliore l'EUA en optimisant le rendement et en réduisant la concentration des nutriments dans les parties récoltées. Cependant, une gestion inadéquate des récoltes peut laisser des nutriments dans les résidus, ce qui a un impact négatif sur l'EUA.

Quels sont les principaux indicateurs de NUE pour différents systèmes ?

L'efficience d'utilisation de l'azote (EUA) mesure l'efficacité avec laquelle un système de culture utilise les nutriments disponibles pour produire des récoltes. Cependant, l'EUA n'est pas un indicateur simple ni uniforme. Elle peut varier en fonction des intrants et des extrants considérés, de l'échelle et des limites du système, ainsi que de l'objectif de l'évaluation. Il est donc important d'utiliser des indicateurs appropriés qui reflètent les objectifs d'une nutrition végétale responsable.

Indicateurs d'engrais

Ces indicateurs portent sur l'efficacité de l'utilisation des nutriments provenant des engrais. Ils montrent dans quelle mesure les nutriments appliqués sont convertis en rendement des cultures, ce qui peut éclairer les décisions relatives à la gestion optimale des nutriments et à l'allocation des ressources. Voici quelques indicateurs courants relatifs aux engrais :

1. Productivité partielle des facteurs (PPF) : Il s'agit du rapport entre le rendement de la culture et la quantité d'engrais apportée. Il indique la productivité par unité d'engrais. Un PFP élevé signifie un rendement important avec une faible quantité d'engrais. Cependant, il ne tient pas compte des autres sources de nutriments ni des pertes dans l'environnement.

Par exemple, dans les cultures céréalières bien entretenues, la plage habituelle de PFP pour le rendement en grains par kilogramme d'azote appliqué est de 50 à 100 kilogrammes.

2. Efficacité agronomique (EA) : Il s'agit de l'augmentation du rendement des cultures par unité d'élément nutritif d'engrais appliquée. Elle indique le rendement marginal de l'apport d'engrais. Un AE élevé signifie une forte augmentation du rendement avec un faible apport d'engrais. Cependant, il ne tient pas compte de la fertilité initiale du sol ni des pertes pour l'environnement.

Prenons l'exemple de l'azote : dans les systèmes céréaliers bien gérés, l'efficacité d'utilisation de l'azote (EUA) est généralement de l'ordre de 20 à 30 kilogrammes de grain par kilogramme d'azote appliqué. Elle peut toutefois parfois être supérieure.

3. Efficacité de récupération (ER)Il s'agit de la fraction d'éléments nutritifs de l'engrais appliquée qui est absorbée par la culture. Elle indique l'efficacité de l'absorption des nutriments provenant des engrais. Un RE élevé signifie une faible perte d'engrais dans l'environnement. Cependant, il ne tient pas compte du rendement ni de la qualité de la culture.

Par exemple, selon une analyse mondiale de Zhang et al. (2015), le rendement moyen en grains (PFP), l'efficacité d'utilisation de l'azote (AE) et l'efficacité d'utilisation de l'azote (RE) des engrais azotés pour les céréales étaient respectivement de 42 kg de grains/kg N, 15 kg de grains/kg N et 0,33 kg d'azote absorbé/kg N appliqué. Ces valeurs variaient considérablement selon les régions et les cultures, reflétant les différences de conditions pédologiques, de climat, de systèmes de culture et de pratiques culturales.

Indicateurs de culture

Ces indicateurs définissent la répartition des nutriments au sein d'une plante et son impact sur le rendement et la qualité des cultures. Ils montrent avec quelle efficacité une culture utilise les nutriments absorbés pour produire de la biomasse ou des produits commercialisables. Voici quelques indicateurs de culture courants :

1. Indice de récolte des nutriments (IRN)Il s'agit du rapport entre la teneur en éléments nutritifs des parties récoltées et l'absorption totale d'éléments nutritifs par la partie aérienne. Il indique la proportion d'éléments nutritifs absorbés qui sont alloués aux produits commercialisables. Un NHI élevé signifie une forte exportation d'éléments nutritifs lors de la récolte et un faible retour d'éléments nutritifs au sol.

Les valeurs typiques de l'indice NHI chez le maïs se situent entre 59 et 701 TP3T pour l'azote (N), entre 79 et 911 TP3T pour le phosphore (P) et entre 13 et 191 TP3T pour le potassium (K) (13). De même, chez le riz, les valeurs rapportées sont de 54 à 651 TP3T pour N, de 61 à 711 TP3T pour P et de 12 à 191 TP3T pour K.

2. Efficacité interne (EI) : Il s'agit du rapport entre le rendement de la culture et la teneur en éléments nutritifs des parties récoltées. Il indique l'efficacité de la formation d'un produit économiquement viable par unité d'élément nutritif prélevé. Un IE élevé signifie un rendement élevé avec une faible concentration d'éléments nutritifs dans les parties récoltées.

Par exemple, les améliorations apportées à la sélection du maïs ont permis d'augmenter l'efficacité d'utilisation de l'azote de 45 kg par kg d'azote absorbé en 1946 à 66 kg/kg en 2015.

3. Efficacité physiologique (EP)Il s'agit du rapport entre le rendement de la culture et la teneur en éléments nutritifs de la biomasse aérienne. Il indique l'efficacité de la production de biens valorisables par unité de teneur totale en éléments nutritifs de la plante. Un PE élevé signifie un rendement élevé avec une faible concentration en éléments nutritifs dans la biomasse.

4. Concentration en nutriments (CN)Il s'agit de la teneur en éléments nutritifs par unité de matière sèche dans les parties récoltées ou la biomasse aérienne. Elle indique la qualité ou la valeur nutritionnelle du produit ou du résidu de la culture.

De plus, selon une méta-analyse de Dobermann (2007), les valeurs moyennes de NHI, IE, PE et NC pour N dans les cultures céréalières étaient respectivement de 0,67 kg N/kg N absorbé, 90 kg de grain/kg N dans le grain, 134 kg de grain/kg N dans la biomasse et 1,5% N dans le grain.

Indicateurs du système

Ces indicateurs prennent en compte l'ensemble du système de culture, y compris le sol, la culture et l'environnement. Ils montrent avec quelle efficacité un système utilise les nutriments disponibles de toutes sources et minimise les pertes pour l'environnement. Voici quelques indicateurs de système courants :

1. Limite du système NUE (SB-NUE) : Il s'agit du rapport entre les sorties totales d'azote et les entrées totales d'azote au sein d'un système défini. Il indique le bilan azoté global du système. Un SB-NUE élevé signifie des sorties d'azote importantes pour des entrées faibles. Cependant, il ne tient pas compte de la variabilité spatiale et temporelle des flux d'azote au sein du système.

2. Rapport d'équilibre partiel des nutriments (NUEPB) : Il s'agit de la différence entre les apports et les pertes d'éléments nutritifs dans les parties récoltées. Elle indique la variation nette de la teneur du sol en éléments nutritifs suite à la fertilisation. Un PNB positif signifie un excédent d'éléments nutritifs dans le sol, tandis qu'un PNB négatif signifie un déficit. Les moyennes mondiales du NUEPB, incluant les apports d'engrais, de fumier, la fixation et le dépôt, montrent une augmentation à 551 TP3T pour l'azote et à 771 TP3T pour le phosphore.

Pour la plupart des céréales, comme le blé et le maïs, le processus naturel d'absorption de l'azote (N) de l'air (fixation biologique) est généralement faible, inférieur à 10 kilogrammes par hectare. Mais pour des cultures comme le riz et la canne à sucre, il peut être un peu plus important, de l'ordre de 15 à 30 kilogrammes par hectare.

Pour certaines légumineuses, comme le soja, les arachides, les légumineuses à grains entiers et les légumineuses fourragères, les besoins en nutriments peuvent être encore plus élevés, de 100 à 300 kilogrammes par hectare. Parfois, l'arrosage des plantes (irrigation) apporte également des nutriments, ce qui peut s'avérer important dans certaines situations.

3. Ratio d'équilibre des nutriments à la sortie de la ferme (NUEFG)

Ce modèle étend le périmètre du système au-delà de la surface du sol, en prenant en compte les exploitations agricoles intégrant production végétale et animale. L'inclusion de l'élevage réduit souvent le rendement en nutriments non fertilisants (RNNF) en raison de la complexité accrue qu'il engendre. Améliorer le RNNF implique d'optimiser l'utilisation des nutriments sur l'ensemble de l'exploitation, de gérer le fumier et de minimiser les apports externes de nutriments.

En élargissant encore le champ d'application, l'efficacité d'utilisation des nutriments de la chaîne alimentaire (EUN) évalue la disponibilité des nutriments pour la consommation humaine par rapport à l'apport total de nutriments dans l'ensemble du système alimentaire. Pour l'azote, les estimations de l'EUN varient de 101 TP3 T à 401 TP3 T parmi les pays européens. Cependant, en raison de la complexité de la chaîne de production alimentaire, les applications pratiques et les évaluations pertinentes demeurent difficiles à mettre en œuvre.

4. Excédent de nutriments (EN) : Il s'agit de la différence entre les apports totaux de nutriments et les pertes totales de nutriments au sein d'un système défini. Elle indique la perte potentielle de nutriments dans l'environnement. Un NS élevé signifie un risque élevé de pollution environnementale.

Par exemple, selon une analyse mondiale de Lassaletta et al. (2014), les valeurs moyennes de SB-NUE, PNB et NS pour N dans la production agricole étaient respectivement de 0,42 kg N/kg N entrant, 65 kg N/ha et 65 kg N/ha.

Comment améliorer l'efficacité de l'utilisation des nutriments pour de meilleurs résultats ?

La nutrition responsable des plantes est une stratégie visant à garantir la sécurité alimentaire et la protection de l'environnement en optimisant l'utilisation des nutriments dans les systèmes agricoles. Il est donc important de surveiller et d'évaluer l'efficience d'utilisation de l'azote (EUA) à l'aide d'outils appropriés capables de saisir sa complexité et sa variabilité. Voici quelques méthodes importantes. qui peuvent aider les agriculteurs et les chercheurs à améliorer l'efficacité d'utilisation de l'azote (EUA) dans le cadre d'une nutrition végétale responsable.

1. Analyse des nutriments

L'analyse des nutriments est une méthode permettant de mesurer la teneur en éléments nutritifs d'échantillons de sol et de tissus végétaux. Elle fournit des informations précieuses sur la disponibilité et l'absorption des nutriments dans le système sol-plante, ainsi que sur les risques de pertes ou de carences. L'analyse des nutriments peut aider les agriculteurs et les chercheurs à :

• Identifier le type, le taux, le moment et l'emplacement optimaux des apports en nutriments, tels que les engrais, le fumier, l'eau d'irrigation, etc.
• Évaluer les performances agronomiques et économiques de différentes pratiques de gestion des nutriments, telles que la rotation des cultures, les cultures intercalaires, les cultures de couverture, etc.
• Détecter et corriger les déséquilibres ou troubles nutritionnels susceptibles d'affecter le rendement et la qualité des cultures, tels que les carences en azote, la toxicité du phosphore, les carences en micronutriments, etc.
• Surveiller l’impact environnemental des apports de nutriments, tels que le lessivage, le ruissellement, la volatilisation, les émissions de gaz à effet de serre, etc.

L'analyse des nutriments peut être réalisée par différentes méthodes, telles que des kits d'analyse de sol, des capteurs portables, des analyses en laboratoire, etc. Cependant, il ne s'agit pas d'une opération ponctuelle. Elle doit être effectuée régulièrement et fréquemment afin de suivre l'évolution de la teneur en nutriments tout au long de la saison de culture et d'une parcelle à l'autre.

2. Télédétection et technologie

La télédétection est une technique de collecte de données à distance utilisant des dispositifs tels que des satellites, des drones, des caméras, etc. Elle permet d'obtenir des informations spatialement et temporellement continues sur divers aspects de la croissance et du développement des cultures, comme la production de biomasse, l'indice de surface foliaire, la teneur en chlorophylle, le stress hydrique, etc. La télédétection peut aider les agriculteurs à :

• Évaluer le potentiel de rendement des cultures et sa variabilité selon les champs ou les régions.
• Évaluer la réponse des cultures à différents apports d'éléments nutritifs ou pratiques de gestion
• Détecter et diagnostiquer les carences ou les stress nutritionnels susceptibles d'affecter la croissance et la qualité des cultures
• Optimiser le moment et le taux d'application des nutriments en fonction des besoins des cultures
• Réduire les coûts et la main-d'œuvre liés à l'échantillonnage et aux tests sur le terrain

La télédétection peut être réalisée à l'aide de diverses plateformes et capteurs, tels que des capteurs optiques, thermiques, radar, hyperspectraux, etc. Cependant, la télédétection n'est pas un outil autonome. Elle doit être calibrée et validée à l'aide de données de terrain issues de mesures in situ ou d'analyses de nutriments.

3. Modélisation des cultures

La modélisation des cultures est une méthode qui utilise des équations mathématiques pour décrire et prédire le comportement des cultures dans différentes conditions. Elle permet d'obtenir des informations quantitatives sur les interactions entre les cultures, les nutriments, le sol, l'eau, le climat et les pratiques culturales. La modélisation des cultures peut notamment aider à :

• Comprendre les mécanismes et processus sous-jacents qui affectent l'efficacité d'utilisation de l'azote (EUA) dans les cultures
• Évaluer les effets de différents scénarios ou interventions sur les résultats NUE
• Optimiser la conception et la mise en œuvre des expériences ou essais sur le terrain
• Extrapoler ou généraliser les résultats des mesures de terrain ou de la télédétection à des échelles ou des régions plus vastes.

La modélisation des cultures peut être réalisée à l'aide de différents types de modèles, tels que les modèles empiriques, mécanistes ou hybrides. Cependant, la modélisation des cultures n'est pas un outil simple.

L'étalonnage et la validation des modèles, ainsi que l'interprétation correcte des résultats, exigent une grande quantité de données et une expertise pointue. De plus, la modélisation des cultures doit être utilisée conjointement avec d'autres outils, tels que l'analyse des nutriments ou la télédétection, afin de vérifier et de compléter les résultats du modèle.

Comment GeoPard peut-il contribuer à améliorer l'efficacité de l'utilisation des nutriments ?

Dans la recherche d'une nutrition végétale durable et responsable, le rôle des technologies de pointe devient de plus en plus crucial. GeoPard, plateforme innovante spécialisée dans l'agriculture de précision, propose une gamme de services conçus pour améliorer l'efficience d'utilisation des nutriments (EUN) grâce à l'analyse des données du sol, aux tests de nutriments et à une surveillance intelligente des cultures.

1. Analyse des données du sol

La fonction d'analyse des données du sol de GeoPard fournit une carte détaillée des propriétés du sol, facilitant la création de cartes de prescription pour la fertilisation à dose variable (VRA). Cette fonctionnalité permet aux agriculteurs de :

• Optimiser la fertilisationAdapter l'application d'engrais aux caractéristiques spécifiques du sol, afin d'éviter la surfertilisation et de réduire l'impact environnemental.
• Délimiter les zones de gestion: Comparer les caractéristiques du sol avec celles des autres couches et générer des fichiers de prescription d'engrais à taux variable pour une distribution efficace des nutriments.
• Planifier l'échantillonnage du solPlanifier stratégiquement les points d'échantillonnage du sol en fonction de zones pluriannuelles, reflétant les schémas historiques de développement des cultures.

Elle excelle également dans l'amélioration de l'efficacité de la nutrition des plantes grâce à sa gamme de services. Elle simplifie l'interprétation des données du sol grâce à des visualisations cartographiques thermiques faciles à lire, permet une application précise d'engrais grâce à la fertilisation à taux variable (VRA) et fournit des informations fiables sur l'état du sol grâce à des scanners de sol haute densité.

De plus, il garantit la mise en œuvre précise du plan de fertilisation, surveille les données d'application et de plantation, et offre des cartes 3D et des analyses topographiques précieuses pour une prise de décision optimisée par les agriculteurs. En résumé, GeoPard est une solution performante pour une gestion simplifiée et durable de la nutrition des plantes.

Conclusion

En conclusion, l'efficience d'utilisation des nutriments (EUN) joue un rôle crucial dans le paysage agricole mondial, et son importance pour une croissance optimale des plantes est indéniable. Face à la multiplicité des facteurs influençant l'EUN et à la diversité des indicateurs selon les systèmes, la nécessité d'interventions stratégiques s'impose.

GeoPard s'impose comme un acteur clé dans ce domaine, en proposant des solutions innovantes pour améliorer l'efficacité d'utilisation de l'azote (EUA). Grâce à ses fonctionnalités conviviales, telles que des visualisations cartographiques thermiques faciles à lire et une fertilisation à taux variable (VRA) de précision, il permet aux agriculteurs de prendre des décisions éclairées et de rationaliser leurs pratiques de gestion des nutriments.