LTE-PK : Long-Term Experiment on mineral P-K fertilisation

Essai de longue durée comparant différents niveaux de fumures minérales phosphatées et potassiques en grandes cultures depuis 1967

Contexte

L’objectif qui a présidé à la mise en place, en 1967, de cette expérimentation de longue durée était, selon Darcheville (1972) de « Etudier l’influence des fumures minérales (N, P et K) sur le rendement, les normes qualitatives, les teneurs et les exportations des récoltes ainsi que sur les paramètres chimiques du sol sans négliger l’aspect économique ».

Il convient de signaler que cet essai faisait initialement partie d’un réseau de plusieurs essais dispersés sur le territoire belge afin de rencontrer des situations pédo-climatiques variées. Deux répétitions de cet essai avaient été implantées à Ernage mais avec un décalage dans la rotation. Un essai similaire avait notamment été mis en place dans le domaine de la Station de Haute Belgique, à Libramont. Actuellement, seul l’un des deux essais implantés à Ernage subsiste.

Objectifs

L’objectif de l’essai est de suivre, sur le long terme, l’évolution de la fertilité du sol (teneurs en éléments nutritifs, MO, pH, …) ainsi que celle des rendements/qualité des produits, en réponse aux différentes modalités de fertilisation minérale P et K qui y sont testées.

Les résultats obtenus permettent non seulement de formuler des recommandations pratiques à destination des agriculteurs en matière de fertilisation minérale, mais également de fournir des références indispensables à l’étude de la durabilité des systèmes agricoles. Cet essai constitue par ailleurs un support expérimental dans le cadre d’études plus fondamentales et relatives à l’impact des pratiques agricoles sur l’évolution de la fertilité chimique et biologique des sols, les cycles des éléments P et K, etc.

Mode opératoire

De 1967 à 1990, le dispositif expérimental consistait en un dispositif en factoriel 3³ combinant 3 facteurs (N, P et K) déclinés chacun selon 3 niveaux (3 niveaux d’apports) et comprenant 2 répétitions complètes.

A partir de 1990, la variante N a été éliminée (même fumure azotée appliquée sur toutes les parcelles). Le dispositif actuel se résume donc en un dispositif factoriel 3² (Figure 1). Deux facteurs (P et K) sont déclinés chacun selon 3 niveaux (niveaux 0, 1 et 2) avec cette fois 6 répétitions de chacun des 9 traitements.

Figure 1 : Traitements comparés dans l’essai.

Au départ, le principe de base de l’essai était de tester 3 niveaux de fumure différents par élément N, P ou K en fonction de ce qui était généralement apporté par les agriculteurs de l’époque (dose agriculteur, 2/3 dose agriculteur et 1/2 dose agriculteur). Ce n’est qu’à partir de 1973 que le protocole d’essai correspond à celui que nous connaissons actuellement : impasse (dose 0), bilan (dose apportée = exportations), sur-fumure (2 x dose bilan jusqu’en 2000, puis 1,5 x dose bilan depuis).

Concernant les modalités pratiques, la base de la fertilisation phosphatée ou potassique a toujours été réalisée à l’aide d’engrais minéraux simples : Superphosphate 18 % ou superphosphate triple 45 % pour le P₂O₅ et KCl 40 % ou KCl 60 % pour le K₂O. Cela signifie que cet essai ne reçoit plus aucune matière organique exogène depuis 1967. Afin de maintenir un statut humique satisfaisant et stable, tous les sous-produits des cultures sont systématiquement restituées (pailles, feuilles et collets) et un couvert d’interculture est implanté avant la tête de rotation (betterave). De 1967 à 1975, la rotation culturale était une rotation quadriennale dont la tête de rotation était la betterave suivie d’un froment puis de 2 céréales secondaires (avoine, escourgeon) ou d’une cérale secondaire et d’une féverole. Par après, la rotation triennale (betterave - froment - escourgeon) a été adoptée de manière quasi systématique.

Résultats obtenus

Un essai maintenu sur une aussi longue période fait figure d’exception et génère de nombreux résultats. Parmi les résultats emblématiques figurent l’évolution des teneurs en P et en K du sol (Figure 2), ainsi que celle des rendements (Tableau 1), depuis 1967 selon les facteurs étudiés.

En ce qui concerne l’évolution des teneurs en P et en K , dosés selon la méthode à l’acétate-lactate, les résultats mettent en évidence une différenciation marquée entre les modalités de fertilisation. Pour le phosphore, avec une teneur initiale élevée dans la couche 0-25 cm, les teneurs diminuent progressivement en l’absence de fertilisation, jusqu’à passer sous le seuil de 11 P mg/100g après envrion 20 années. En revanche, la stratégie de fertilisation appliquée selon la méthode du bilan dans les traitements P1 permet de maintenir les teneurs en P à un niveau de fertilité adéquat sur le long terme. Comme attendu, la surfertilisation en P2 entraîne une augmentation des teneurs en P par rapport à leur niveau initial. Les tendances observées pour le K sont comparables, mais leur dynamique diffère en raison d’une fertilité initiale du sol plus faible pour cet élément. En situation d’impasse, les teneurs en K atteignent ainsi plus rapidement des niveaux critiques. Ces résultats soulignent l’importance de raisonner la fertilisation en fonction du statut initial du sol et des besoins des cultures, afin de maintenir une fertilité chimique compatible avec une production agricole durable.

Figure 2 : Evolution des teneurs en P disponible et K échangeable du sol (mg/100g) dans la couche arable (0-25 cm) de 1967 à 2021, selon les niveaux de fertilisation P et K. Les points représentent les résultats annuels obtenus dans chacune des parcelles. Les lignes correspondent aux courbes de régression ajustées aux données, et les zones grisées délimitent leurs intervalles de confiance à 95 %. Les zones vert clair indiquent les plages de teneurs correspondant à un sol normalement pourvu en P et en K.

Les effets des traitements sur les rendements varient fortement d’une année à l’autre et selon les cultures (Tableau 1). Les données de rendements n’étant disponibles qu’à partir de 1988, il n’est pas possible de tirer des conclusions quant aux effets à court et à moyen terme des différentes modalités de fertilisation. Parmi les cultures étudiées, la betterave sucrière et l’escourgeon sont celles pour lesquelles les effets de la fertilisation sur les rendements sont les plus marqués. Pour la betterave, les effets des facteurs P et K sont hautement significatifs, sans effet d’interaction entre ceux-ci. En moyenne, l’impasse de fertilisation P entraîne une diminution du rendement de 11% par rapport au traitement de référence (P1K1), tandis que l’impasse de fertilisation K induit une baisse de 7%. Pour l’escourgeon et le froment d’hiver, seul l’effet du facteur P est statistiquement significatif. Cet effet est hautement significatif, pour lequel l’absence de fertilisation P entraîne une diminution moyenne du rendement de 11 %. Pour le froment d’hiver, les différences observées sont plus limitées et ne sont que faiblement significatives, avec un écart de rendement de 3 % entre les modalités P0 et P2.

Enfin, quelle que soit la culture considérée, la surfertilisation de niveau 2 n’entraîne aucune augmentation significative des rendements par rapport au traitement P1K1.