Production de compost et usage dans les systèmes agricoles durables
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Production de compost et usage dans les systèmes agricoles durables
Center for Environmental Farming Systems Notes prises sur le terrain à l’intention des agriculteurs Production de compost et usage dans les systèmes agricoles durables Partout en Caroline du Nord et dans le reste du sud-est des États-Unis, les petits producteurs ont recours au compostage dans leurs systèmes de production – que ce soit dans les exploitations biologiques à petite échelle (agriculture soutenue par la communauté – ASC) et les jardins maraîchers qui fournissent aux citadins de l’État des produits frais et cultivés de façon durable ou les exploitations plus importantes dans lesquelles on cultive des tomates ou des fraises à des fins de transformation ou de vente en gros. Les producteurs de la région, tout comme leurs homologues de l’ensemble de la planète, appliquent des déchets organiques décomposés afin de maintenir la fertilité des sols, d’obtenir un bon rendement et d’améliorer la qualité globale des sols. La croissance de l’industrie de la production biologique observée au cours des dix dernières années, de même que le fait que l’on a admis de No 3 façon générale qu’il fallait employer des pratiques qui régénèrent les ressources agricoles ont poussé les producteurs à chercher des solutions de rechange aux méthodes conventionnelles concernant la fertilité des sols. Résultat : les producteurs et les chercheurs ont modifié et amélioré le compostage à toutes les échelles – des petites piles pour les jardins aux andains industriels servant à la gestion des déchets municipaux et agricoles. Processus En bref, la dégradation de la matière organique (aussi appelée matière première) durant le compostage dépend de plusieurs facteurs interreliés, notamment l’humidité, les populations microbiennes, l’oxygène (O2) et le ratio carbone:azote (C:N). Les bactéries vivant dans la matière première consomment le C facilement digérable sous forme de glucides, de sucres et de protéines (Figure 1). À mesure que cette nourriture est métabolisée, la température dans la pile de compost augmente et du dioxyde de carbone (CO2) est libéré. La chaleur attire ensuite les bactéries thermophiles (qui aiment la chaleur), dont les populations s’établissent rapidement et consomment le reste du C dégradable. Pendant ce temps, la pile se « dépose » et rapetisse. Lorsque les microbes n’ont plus de C facilement digérable, la température dans la pile chute. Cela créé des conditions propices à la colonisation par les champignons, lesquels consomment lentement la majeure partie des formes restantes de C qui se dégradent plus lentement (lignine et cellulose). L’humus friable et terreux qui en résulte est beaucoup plus stable que le fumier, ce qui signifie que ses nutriments sont moins susceptibles de se déplacer par lessivage ou de se volatiliser. À mesure que le compost vieillit, le N organique se transforme en N minéral, soit en ammonium et en nitrate, la forme la mieux absorbée par les végétaux. Comparativement à la mise en tas traditionnelle de fumier ou de déchets de ferme, le compostage s’entend de la gestion active de déchets organiques visant à fournir les meilleures conditions possible dans la pile, à produire une décomposition rapide et à réduire au minimum la perte de nutriments. Pourvu que les producteurs agricoles et les propriétaires de pépinières veillent à ce que les micro-organismes aient suffisamment d’eau et d’oxygène et assurent un ratio C:N adéquat, les déchets organiques peuvent s’avérer des agents d’amendement fort utiles. Figure 1. Compostage Chaleur O2 CO2 H2O Matière organique (MO), y compris le carbone, l’azote et les protéines Minéraux (N et autres nutriments) MO, minéraux et microorganismes TÔT Micro-organismes H2O Glucides Sucres Protéines Gras Hémicellulose Lignine TARD Matière première Compostage Plus d’humus Moins de volume, de H2O, de carbone et de protéines Produit fini Fabrication du compost Régler le ratio carbone:azote (C:N). Le rapport C:N doit se situer entre 20 et 30. Les matières premières à forte teneur en C, telles que les déchets de jardin, les copeaux de bois, la paille et les tiges sèches doivent être mélangées à des matières à forte teneur en N, telles que le fumier, l’herbe fraîchement coupée, les résidus végétaux et les déchets de cuisine. Si le ratio C:N est trop élevé, la pile de compost ne se réchauffera pas et se dégradera très lentement. Par contre, si le ratio est trop faible, de l’azote précieux sera perdu sous forme d’ammoniac. Pour que le compost puisse être utilisé dans des champs certifiés 2 biologiques, il doit présenter un ratio C:N initial se situant entre 40:1 et 25:1. Pour connaître le ratio C:N de la matière première, une analyse chimique des déchets doit être menée. Cette analyse peut être effectuée au laboratoire de la division de l’agronomie du N.C. Department of Agriculture and Consumer Services (NCDA & CS), moyennant un léger tarif. On peut également se servir des ratios fournis au tableau 1 pour avoir une idée du type de mélange nécessaire. Tableau 1. Ratio C:N de diverses matières premières Matière Plage de ratios C:N Lisier de porc De 8 à 20 Déchets de légumes De 10 à 20 Herbe De 12 à 25 Litière de volaille De 5 à 20 Fumier de vache De 20 à 25 Fumier de cheval De 20 à 30 Paille De 40 à 100 Feuilles sèches De 30 à 80 Tiges de maïs De 60 à 70 Journaux De 400 à 800 Copeaux de bois De 100 à 500 3 Pour calculer le ratio C:N de plus d’une matière première, utiliser l’équation suivante : (ratio C:N de la matière première 1 x % dans le mélange total) + (ratio C:N de la matière première 2 x % dans le mélange total) = ratio C:N du mélange À titre d’exemple, le ratio C:N d’une pile composée de 50 % de fumier de vache et de 50 % de paille est calculé ainsi : (20 x 50 %) + (40 x 50 %) Le ratio C:N du mélange de compost est donc de 30. Afin d’accélérer le compostage, déchiqueter ou couper en morceaux les matières à forte teneur en C (p. ex., déchets de jardin, paille, résidus de culture, journaux) avant de les ajouter à la pile de compost. En coupant la matière en morceaux, on en augmente la surface et, donc, le nombre de sites sur lesquels les microbes peuvent agir. Maintenir une humidité adéquate. Pour maintenir des conditions optimales de compostage pour les microbes travaillants, veiller à ce que l’humidité soit adéquate – entre 40 et 50 % du poids total. La façon la plus simple d’estimer l’humidité consiste à utiliser le « test de compression ». Ce test consiste à prendre une poignée de compost et la comprimer dans la main. Si des gouttelettes d’eau tombent et que le compost garde la forme d’une balle après que l’on relâche la main, l’humidité est adéquate. Si l’eau s’écoule abondamment, cela signifie que le compost a une teneur en eau trop élevée et qu’il doit être séché pendant quelques jours. Par contre, si le compost est friable, sec et se défait après que l’on relâche la main, cela signifie qu’il est trop sec et qu’il a besoin d’eau. De nombreuses matières premières humides telles que le fumier de cochon ou de bovin laitier n’ont pas besoin d’eau additionnelle au départ, mais peuvent en avoir besoin à mesure que l’eau s’évapore et se détache de la pile par lessivage. Aérer pour fournir de l’oxygène et de la chaleur. Si on ne brasse pas une pile de matière organique, elle finira par se décomposer. Toutefois, cela peut prendre plus d’un an et, pendant ce temps, des nutriments forts utiles se seront lentement détachés par lessivage. En brassant régulièrement les piles de compost, on les aère, ce qui fournit aux bactéries aérobies l’oxygène dont elles ont besoin pour effectuer leur travail. Si la pile n’est pas aérée, elle peut dégager des odeurs à mesure que les micro-organismes anaérobies s’activent et libèrent du méthane et du sulfure d’hydrogène. Si la pile sent les œufs pourris, cela signifie qu’elle est devenue anaérobie et qu’elle doit être brassée immédiatement. Si la pile est chaude mais trop humide, l’azote est perdu sous forme d’ammoniac. Si, en labourant la pile, une odeur d’ammoniac est sentie, ajouter de la matière à forte teneur en carbone (ratio C:N élevé) afin de « piéger » une partie de l’azote (Tableau 2). La température de la pile de compost doit dépasser les 57 °C dans les trois à cinq premiers jours. Lorsqu’elle atteint son maximum et commence à diminuer, il faut aérer la pile. La température grimpera de nouveau. Cette période de chauffage et d’aération dure entre deux et trois semaines. Il faut maintenir cette chaleur afin de tuer les agents pathogènes et les semences de mauvaises herbes pouvant s’introduire dans les sols à partir de la matière première. 4 Tableau 2. Anomalies liées à la température Problème Solution La pile ne se réchauffe pas. Si la pile est sèche, ajouter de l’eau; si la pile est humide, ajouter de l’azote. La pile est chaude seulement La pile est trop petite; ajouter en son centre. de la matière première, aérer. La pile se décompose, mais Ajouter de l’azote. n’est pas chaude. La pile dégage une odeur de Aérer. pourriture. La pile dégage une odeur Aérer, ajouter du carbone. d’ammoniac. Nous recommandons aux producteurs biologiques de consulter les National Organic Standards (normes nationales sur la culture biologique), lesquelles indiquent quelles matières premières peuvent servir de compost, de même que la température des piles et la fréquence d’aération recommandées. À titre d’exemple, les andains (longues piles de compost) doivent conserver une température de 55 à 77 °C pendant quinze jours et être brassés au moins cinq fois. Pour de l’information détaillée, consulter le site Web du National Organic Program : http://www.ams.usda.gov/nop/NOP/standards.html. Assurer la qualité du compost Voilà sans doute la difficulté principale en ce qui concerne l’intégration du compostage dans les systèmes de production agricole. Puisqu’il existe très peu de normes, la qualité du compost sur le marché varie considérablement. Les composts sont composés de diverses matières premières, c’est pourquoi ils varient quant à leur composition chimique et physique. Il est important de savoir sur quoi il faut se pencher lorsque l’on cherche un compost à des fins d’utilisation dans son exploitation. L’origine des matières premières utilisées dans le compost doit être connue. Bon nombre de matières de compost couramment utilisées (p. ex., gyproc et autres matériaux de construction) sont interdites en vertu des National Organic Standards et peuvent nuire aux sols. En général, un compost mature de haute qualité est foncé, friable et dégage une odeur de terre. Il ne contient aucun gros fragment de matière à forte teneur en carbone, comme des bâtons ou des mottes. Il n’est plus chaud, parce que le compostage est terminé. Les acides organiques dans le compost « chaud » peuvent « brûler » les cultures. Le ratio C:N doit être inférieur à 25 et les niveaux de nitrate doivent être supérieurs aux niveaux d’ammonium (pour le vérifier, il faut qu’une analyse chimique soit effectuée). Les niveaux élevés d’ammonium indiquent que le compost n’est pas mature et qu’il peut être toxique pour les végétaux. Un compost stable et mature est neutre (pH de près de 7,0). Le ratio C:N d’un compost mature est de 8:14 environ. Utilisation du compost Bien que le compost soit une source d’importants nutriments, il se peut qu’il ne fournisse pas tous les nutriments dont la culture a besoin. En moyenne, le compost contient entre 0,5 et 2 % d’azote. Si le ratio C:N est inférieur à 15, seulement un quart ou la moitié de l’azote organique peut être transformé en azote minéral au cours de la saison de végétation. Avec une application d’une tonne de compost par acre (40,47 ares), il se peut qu’on ne fournisse qu’entre 1 et 9 kg d’azote (approximation) par acre au cours de la première année. La 5 vitesse de libération des nutriments dépend de plusieurs facteurs : le type de sol, le ratio C:N, l’homogénéité du compost et la méthode d’application. Le compost libère les nutriments plus rapidement lorsqu’il est incorporé au sol que lorsqu’on l’applique sous forme de paillis. Un ratio C:N élevé (supérieur à 20) ou un compost hétérogène contenant des fragments de matière à forte teneur en carbone peuvent immobiliser ou « retenir » l’azote, ce qui réduit la quantité disponible de ce nutriment pour la culture. La disponibilité du phosphore (P) et du potassium (K) est plus élevée (près de 80 %). Déterminer la dose d’application. Il faut examiner les résultats de l’analyse du compost pour connaître le ratio C:N et la teneur en nutriments. Si le ratio se situe entre 10 et 15 et on entend incorporer le compost au sol, il faut présumer que 25 % de l’azote total sera disponible. D’abord, calculer l’azote total du compost sur la base du poids humide : N total x % matière sèche (MS) Exemple : 18 785 ppm (N total sec) x 54 % MS = 10 144 ppm (N total humide) Convertir en kilogrammes de N par tonne de compost; multiplier par 0,00089 : 10 144 ppm x 0,00089 = 9 kg par tonne Multiplier par le coefficient de disponibilité` 9 kilogrammes par tonne x 25 % = 2,25 kilogrammes par tonne Si, après analyse du sol, on recommande une application de 63 kilogrammes par acre pour une culture de maïs, diviser par le N disponible : 63/2,25 = 28 tonnes de compost par acre Bien qu’elle permette de satisfaire aux besoins en azote d’une culture de maïs, l’application de 28 tonnes de compost peut ne pas être rentable; cela dépend de la grandeur du champ. Dans les systèmes durables de production agricole, les producteurs tentent d’enrichir le sol au fil du temps au moyen d’applications moins fortes (de 5 à 10 tonnes par acre), ce qui améliore la structure et la capacité de rétention des nutriments des sols et fournit une libération lente et à long terme de nutriments à partir de leur forme organique. Pour répondre aux besoins en nutriments de leurs cultures, bon nombre de producteurs de la Caroline du Nord ont recours à des cultures qui fixent l’azote, telles le trèfle, la vesce et le soja, ou à des agents d’amendement biologiques comme la farine de soja, la farine de plumes et les émulsions de poisson pour fertiliser les cultures. Le compost libère les nutriments lentement. Une seule application peut avoir un effet résiduel, entraînant la libération de nutriments pendant un ou deux ans de plus. Le transport et l’application de compost peuvent être coûteux et le fait d’effectuer une application à des intervalles de quelques années plutôt que chaque année peut être plus rentable. Le compost accroît la matière humique dans les sols. Plutôt que de voir le compost comme un engrais, il faut le considérer comme un conditionnant pouvant améliorer les propriétés physiques, chimiques et microbiennes des sols. Les substances humiques présentes dans le compost, lesquelles 6 donnent à celui-ci sa texture friable, agissent comme une sorte de colle qui lie les particules du sol aux particules organiques. Résultat : les « grumeaux » de sol, que l’on appelle agrégats, sont plus résistants à l’érosion. L’accroissement de l’agrégation des sols augmente également la porosité des sols, ce qui signifie qu’il y a plus d’espace ou de pores entre les particules du sol. Cela favorise l’infiltration de l’eau et le maintien de l’humidité et réduit les risques de ruissellement de surface érosif. L’augmentation de la porosité permet également aux racines d’atteindre de plus grandes profondeurs, ce qui rend les végétaux plus forts et plus en santé. Cela favorise également l’aération des sols, ce qui fournit de l’oxygène aux racines végétales et aux microbes des sols. Le compost peut accroître la diversité microbienne dans les sols. Les microbes transforment les nutriments organiques en formes pouvant être absorbées par les végétaux et peuvent nuire aux agents pathogènes terricoles. Les champignons et les rhizobactéries constituent, à plusieurs égards, des agents de lutte biologique efficaces. Ils peuvent supplanter les agents pathogènes qui s’attaquent aux végétaux en accaparant les ressources et favoriser la croissance des végétaux ou accroître leur résistance aux maladies. Certains microbes présents dans le compost possèdent des propriétés antibiotiques pouvant détruire les microbes nuisibles des sols. L’augmentation de la matière organique attire également les gros organismes des sols, tels que les vers de terre, lesquels aident dans la dégradation des résidus de culture, la libération de nutriments et l’infiltration. Figure 2. Application de compost avant la plantation de blé en hiver (CEFS) aliments pour animaux, notamment ceux pour la volaille, mais, à forte concentration, peuvent être toxiques pour les cultures et les humains. Certains producteurs ont soulevé des inquiétudes concernant l’introduction d’antibiotiques dans leurs systèmes résultant de l’application de compost et de fumier. Combinaison compost-cultures de couverture : le meilleur de deux mondes? La matière organique présente dans le compost augmente la capacité d’échange cationique (CEC) des sols. Il s’agit de la capacité d’un sol de retenir les nutriments, leur permettant de devenir disponibles pour l’absorption par les végétaux et les empêchant de se détacher par lessivage. En outre, l’augmentation de la matière organique résultant de nombreuses applications de compost peut élever le pH des sols acides. Le compost à base de fumier peut contenir des métaux à l’état de traces. Si ce type de compost est utilisé, surveiller les résultats des analyses annuelles du sol afin de vérifier s’il y a augmentation du taux de cuivre ou de zinc. Les métaux à l’état de traces peuvent s’accumuler au bout de plusieurs années d’application de compost ou de fumier. Ces métaux sont utilisés comme médicaments et agents de conservation dans les 7 Dans la majorité des systèmes de production durables, on a recours aux cultures de couverture pour accroître la fertilité, pour lutter contre les mauvaises herbes et l’érosion et pour maintenir la santé des sols. Même si le compost peut ne contenir que la moitié de l’azote présent dans une culture de couverture de trèfle incarnat, par exemple, il peut fournir au sol de l’humus plus rapidement qu’une culture de couverture. On voulait, au Center for Environmental Farming Systems (CEFS), examiner ce qui survenait dans les systèmes qui combinaient le compost aux cultures de couverture. Obtient-on le meilleur de deux mondes, soit une fertilité élevée grâce à une légumineuse (p. ex., trèfle) qui fixe l’azote et les avantages du compost? Obtient-on une libération de nutriments plus durable, avec l’apport initial de la culture de couverture incorporée au sol, suivi de la libération lente des nutriments du compost? Observe-t-on un « effet d’activation » lorsque les deux sont utilisés conjointement, où l’apport rapide de nutriments suivant le labour des cultures de couverture « active » les microbes des sols, ce qui entraîne une libération plus importante de nutriments disponibles par rapport aux sols dans lesquels on utilise soit du compost, soit des cultures de couverture? Afin de répondre à ces questions, on a, au CEFS, ajouté à des cultures de maïs sucré du compost de litière de volaille en vrac disponible sur le marché, du trèfle incarnat, de la farine de 8 Figure 3. On a observé un « effet d’activation » avec une combinaison compost-trèfle dans un sol analysé par le CEFS. mélange compost-trèfle compost + trèfle (pris individuellement) N organique du sol, mg/kg soja, ou un mélange de compost et de trèfle avant la plantation. On a observé un rendement final légèrement supérieur pour les cultures auxquelles on a ajouté seulement du trèfle, les cultures auxquelles on avait ajouté du compost ayant affiché le rendement le plus faible. Cela était peut-être dû à la mauvaise qualité du compost – en effet, celui-ci était grumeleux et s’incorporait mal au sol. Dans les cultures auxquelles une combinaison trèfle-compost a été employée, le compost peut avoir « retenu » l’azote, ce qui en aurait réduit la quantité disponible pour le maïs. Toutefois, dans le cadre d’une expérience de laboratoire, on a prélevé du sol des champs et on y a ajouté du trèfle haché, du compost broyé ou un mélange des deux. Un effet d’activation a été constaté – le mélange trèfle-compost a entraîné une libération plus importante d’azote disponible pour les végétaux, comparativement à la somme du trèfle et du compost pris individuellement (Figure 3). Ce type de synergie, que l’on peut favoriser dans les exploitations bien conçues, est essentiel dans les systèmes de production durables. Il n’existe aucune stratégie universelle, et ces relations synergiques varient selon le type de sol. Lorsque l’on utilise du compost dans un système de production, il faut se rappeler que la qualité du compost est d’une grande importance et qu’elle peut influer sur la productivité. Parmi les autres facteurs devant être pris en considération (et que l’on espère étudier plus en profondeur au CEFS), citons la dose et le moment d’application du compost et la façon dont ces aspects peuvent être intégrés le mieux possible à un système de cultures de couverture. Sources Moisture and C to N Ratio Calculation Spreadsheet du Cornell Waste Management Institute : http://compost.css.cornell.edu/downland.html On-Farm Composting Handbook (NRAES-54), North-eastern Regional Agricultural Engineering Service : www.nraes.org Farm-Scale Composting Resource List de l’ATTRA : http://www.attra.org/attra-pub/farmcompost.html Document préparé par Nathan C. McClintock Juin 2005 Center for Environmental Farming Systems, Raleigh, NC 27695-7609 www/cefs/ncsu.edu NC STATE UNIVERSITY A&T STATE UNIVERSITY COOPERATIVE EXTENSION AG-676-01W 10/2006/bs E07-45840 Distribué conformément aux lois du Congrès du 8 mai et du 30 juin 1914. La North Carolina State University et la North Carolina A&T State University s’engagent à prendre des mesures positives afin d’offrir des chances égales à tous, sans égard à la race, à la couleur, aux croyances, à l’origine, à la religion, au sexe, à l’âge ou à l’incapacité. De plus, les deux universités accueillent toute personne, peu importe l’orientation sexuelle. Une collaboration de la North Carolina State University, de la North Carolina A&T State University, du département de l’Agriculture des États-Unis (USDA) et des administrations locales. This report was originally published in English by Center for Environmental Farming Systems, USA. The Organic Agriculture Centre of Canada (OACC) gratefully acknowledges CEFS for permission to publish the report in French. Le présent rapport a été publié à l’origine en anglais par Center for Environmental Farming Systems, aux États-Unis. Le Centre d’agriculture biologique du Canada (CABC) remercie CEFS de lui avoir accordé la permission de publier ce rapport en français.