Fertilisation minérale : quelle influence sur le stock de carbone des sols ?

Dans les sols agricoles, la quantité totale de carbone (C) stockée fluctue en permanence en fonction de la quantité et de la qualité de ce qui y rentre (résidus de cultures, racines, exsudats racinaires) et ce qui en sort (minéralisation due à l’activité de la vie microbienne). L’objectif de l’étude est de comprendre comment la fertilisation minérale vient influencer ces flux.

Dans une logique simple, deux hypothèses à effets antagonistes ont été posées. La première est celle d’un impact positif des apports minéraux lié à une amélioration des rendements. À l’opposé, la deuxième suppose un déstockage dû à une activation des processus de minéralisation venant « faire fondre » le stock de carbone stable du sol, à l’instar de ce qui se passe avec le chaulage. Cette étude s’est basée sur une large recherche bibliographique, comprenant de nombreux résultats d’essais de fertilisation de longue durée aussi bien en France qu’à l’international.

Plus de résidus de cultures, donc plus de carbone !

Les résultats des recherches confirment la première hypothèse selon laquelle la fertilisation minérale vient abonder le stock de carbone du sol. En effet, en favorisant la croissance végétative et les rendements, elle vient augmenter la quantité de résidus de cultures retournant au sol, que ce soient les parties aériennes ou racinaires. La contribution de la masse accrue des résidus de culture est significative dans ce mécanisme d’accrétion du carbone dans le sol ; mais certaines études montrent également une augmentation du carbone du sol malgré l’exportation des résidus.

C’est principalement la fertilisation azotée qui joue un rôle, avec en moyenne 1 à 2 kg de carbone stocké dans le sol pour 1 kg d’azote minéral (N) apporté. L’apport d’azote aboutit toujours à une augmentation du stockage du carbone comparé à des cultures qui ne reçoivent aucun fertilisant, ce qui constitue, il faut le reconnaître, une modalité assez rare en agriculture. En revanche, les apports uniquement de phosphore ne sont pas forcément corrélés à une augmentation de ce stockage.

Un effet inattendu sur les micro-organismes

En parallèle, la fertilisation minérale modifie le fonctionnement de l’activité des micro-organismes en enrichissant la solution du sol ainsi qu’en modifiant le rapport C/N des résidus de culture.

Malgré un préjugé tenace, celle-ci n’aboutit pas à du déstockage du carbone. Au contraire, la fertilisation oriente l’organisation de la matière organique et donc le stockage du carbone : en présence d’azote minéral, les micro-organismes, généralement avides d’azote pour compléter la ration offerte par les résidus de culture en général trop carbonés, ne s’attaquent pas à l’azote de la matière organique stable.

De plus, une source disponible d’azote leur permet de dégrader les résidus de culture avec moins de dépense d’énergie (donc d’émission de CO₂).
La croissance accrue des micro-organismes participe aussi, par leur matière organique morte (nécromasse), à enrichir le compartiment de matière organique stable du sol.

En résumé, la fertilisation azotée fait pencher le système sol ‒ micro-organismes ‒ résidus de cultures vers de l’organisation nette, alors que son absence est plus susceptible d’entrainer une minéralisation des stocks de matière organique.

D’autres leviers à intégrer 

Au cours de cette étude, il a aussi été comparé l’effet de la fertilisation minérale au regard d’autres techniques culturales. L’introduction de cultures intermédiaires, tout comme les apports directs d’amendements organiques, ont un impact plus significatif sur l’augmentation du stock de carbone des sols que la fertilisation minérale seule (+10 à +30 %, respectivement). L’apport d’engrais minéraux n’est donc pas l’unique solution, ni la plus efficace.
De plus, en termes de bilan global de carbone, les 2 kg de carbone stockés dans les sols grâce au kilo d’azote minéral apporté ne permettent pas de compenser les émissions équivalentes de CO₂ émises lors de sa fabrication et suite à son épandage.

La fertilisation principalement azotée est davantage un moteur qu’un frein au stockage de carbone dans les sols, qu’il faut intégrer aux autres moyens d’apports de matière organique selon les systèmes agricoles en place.