The Effect of organic fertiliser application on the nitrogen biogeochemical cycle of sugarcane crops in Réunion Island

Effet de l'apport de produits résiduaires organiques sur le cycle biogéochimique de l’azote en culture de canne à sucre à la Réunion Les engrais azotés ont contribué de manière substantielle à la sécurité alimentaire et à la nutrition mondiales. Toutefois, l’azote qu’ils contiennent peut être accumulé en quantités excessives dans les écosystèmes ou dans l'atmosphère ; il entraîne alors des impacts environnementaux négatifs. Il existe souvent une grande disparité entre ce qui est fourni par la fertilisation et ce qui est utilisé par les cultures, ce qui entraîne de faibles rendements d'efficience de l'utilisation de l'azote (NUE) des engrais. Le recyclage des résidus organiques dans les agroécosystèmes pourrait être une alternative ou un complément prometteur aux engrais synthétiques, et un moyen de promouvoir une durabilité économique et agricole circulaire. L'objectif général de cette thèse de doctorat était dans un premier temps de dresser un bilan complet et dynamique des entrées et sorties d'azote dans un site expérimental fortement instrumenté cultivé en canne à sucre. Dans un second temps, il a s'agit d’étudier le devenir de l'azote apporté avec deux types d’engrais organiques (lisier de porc et boues d'épuration méthanisées chaulées séchées) dans ce système sol-plante en comparaison d’un apport d'engrais de référence (urée), pour la canne à sucre à la Réunion. L’évolution de la biomasse et de la minéralomasse de N a été mesurée au pas de temps mensuel au cours des 24 mois de l’étude dans les 4 traitements distincts (non fertilisé, urée, lisier de porc, boues de STEU). Les résultats a révélé que la part de l’azote de la plante contenu dans les racines pouvait être considérable et représenter jusqu’à 65 % et 104 % de l’azote mesurée dans la biomasse aérienne des traitements non-fertilisé et fertilisé. Un ensemble de méthodes peu destructives a été proposé afin d’estimer le NUE tout au long du cycle de croissance de la canne à sucre. Les contributions respectives de différentes sources de N pour la nutrition de la canne ont été déterminées à l’aide de microplacettes enrichis en 15N. Le paillis et les apports précédents d'engrais présentaient une contribution constante mais inférieure à 5 %, les engrais, qu’ils soient minéraux ou organiques, représentaient environ 4.4-17.8 % ; c’est donc le sol qui représentait de loin (>74 %) la principale source de N. Des calculs de NUE ont été élaborés avec deux méthodes, par différence et isotopique, mettant en évidence 1/ un écart de résultats entre méthodes, 2/ une baisse au cours des 6 derniers mois avec l’approche isotopique uniquement suggérant un déficit de 15N qu’il reste à élucider, 3/ une efficience faible autour de 9.2 – 16.1% pour l’engrais de référence en raison notamment d’un fort niveau de volatilisation. La lixiviation de l’azote apporté avec les engrais a été étudiée grâce à un dispositif de bougies poreuses à trois profondeurs du sol et dans les 4 traitements, et des sondes TDR pour la modélisation des flux hydriques. Les pertes estimées à 100 cm n’ont pas dépassé 18.3 kgN/ha quel que soit le traitement. Ce résultat est probablement à mettre au compte d’une capacité des sols à retenir les nitrates mais surtout à la dynamique de croissance de la canne. Un bilan complet des flux d'azote à l'échelle de l'agroécosystème a été établi pour chaque traitement fertilisant, et a montré des niveaux élevés de perte d'azote pour l'urée et le lisier de porc par volatilisation (36 % et 63 % respectivement), ainsi qu'un niveau élevé d'immobilisation pour les boues de STEU (70 % de l'azote apporté). En conclusion, ces travaux ont mis en évidence le rôle central du sol en tant que pourvoyeur de N. Ils ont mis en lumière le rôle de premier plan du compartiment racinaire ainsi que la nécessité d’améliorer l’efficience d’utilisation des fertilisants en abaissant le niveau de volatilisation à la Réunion. Le recours à des engrais organiques en substitution partielle des engrais minéraux apparait comme un bon moyen de nourrir les cultures et d’amender les sols, tout en limitant les pollutions environnementales.