Le Phosphore : Comment gérer cette ressource non renouvelable indispensable à la production agricole ?
Le phosphore est un élément nutritif indispensable et non substituable pour les plantes. Il joue un rôle physiologique et structural (ADN/ARN, ATP/ADP, phospholipides…). Une déficience modérée entraine une réduction de la croissance foliaire. Les plantes l’accumulant dans les graines sous forme phytates, le phosphore est donc exporté par les récoltes, de l’ordre de quelques dizaines de kg de P /ha /an. Dans les sols, c’est un élément peu mobile dont la biodisponibilité est fortement limitée des interactions physico-chimiques avec la phase solide.
Le phosphore est un élément déclencheur de l’eutrophisation des eaux, entrainant des blooms algaux et à terme un déficit d’oxygénation des eaux profondes. Le transfert de P des sols vers les eaux se fait essentiellement par entrainement particulaire mais l’origine du P des eaux n’est pas que d’origine agricole. Il est d’autant plus important de limiter ce phénomène de pollution que le phosphore n’est pas une ressource renouvelable. 23 Mt de roches phosphatées sont extraites par an dont 82% servent pour la fabrication d’engrais phosphatés et 8% pour les compléments minéraux pour les animaux d’élevage. Par ailleurs, les réserves sont détenues par seulement quelques pays, faisant certainement du phosphore un enjeu géopolitique fort à l’avenir.
La ressource en phosphore en France et dans le monde : état des lieux
La ressource en phosphore à l’échelle mondiale
A l’échelle mondiale, l’agriculture consomme 90 % de l’extraction des roches phosphatées. Un article de 2009 évoquait la possibilité d’un pic d’extraction de P vers 2033 mais depuis bien que des controverses existent, les rapports convergent vers un pic mondial d’extraction vers 2050 et un épuisement des réserves avant 2150.
Les conséquences pour le marché sont :
- Une augmentation à terme des prix car la demande est croissante et l’offre est relativement inélastique (pas d’ouverture de nouveaux sites)
- Des difficultés croissantes d’exploitation des gisements : minerais de moindre concentration et contamination
- Une tendance à devenir plus volatil.
Par ailleurs, plus de 85 % des ressources mondiale sont contrôlées par seulement trois pays, dont le Maroc concentre à lui seul 51 billions de tonnes et la Chine 3,7. Au-delà des réserves de roches phosphatées, il existe un stock de phosphore dans les sols agricoles.
A l’échelle mondiale, les apports annuels d’engrais P et d’effluents d’élevage excèdent les prélèvements des cultures.
10 % des terres arables reçoivent plus de 50 % des apports d’engrais et d’effluents. 15 % des terres sont en déficits importants et 35 % en excès significatifs.
Les échanges internationaux de produits agricoles contribuent à des déplacements massifs de ressources phosphore. En 2011, les flux de phosphore via les échanges internationaux représentaient l’équivalent de 17 % de la quantité mondiale d’engrais P épandue.
Le ressource en phosphore en France
En France, des apports excédentaires de phosphore ont contribué à constituer des stocks dans les sols. Ainsi, 80 % du phosphore des sols agricoles serait d’origine anthropique. Mais depuis les années 70, les apports de P minéral ont été divisés par quatre et l’excédent de bilan des sols français s’est réduit, passant de +18 kg P / ha en 1990 à + 4 kg P / ha en 2006. Toutefois, il existe une forte hétérogénéité régionale.
Il existe des possibilités de recyclage dans nos systèmes alimentaires. L’efficience globale d’utilisation du phosphore est d’environ 1 0% ce qui reste très faible. Cela est lié à des gaspillages alimentaires, des pertes depuis les sols et un stockage dans les sols encore importants.
Pour recycler les flux de phosphore, il faut également mieux valoriser les effluents d’élevage et urbains. Des pistes sont à l’étude pour recycler le phosphore des effluents en produisant des engrais de seconde génération : procédé AshDec par traitement des cendres issues de boues de STEP digéré par NaSO4, procédé Ostara pour produire des struvites. Mais il existe encore de nombreux verrous technologiques, économiques et réglementaires pour le développement de ces procédés.
Les leviers mobilisables pour optimiser la biodisponibilité du phosphore en agriculture ?
Il existe une unique forme d’absorption pour la plante appelé Pi mais elle est très peu présente dans les sols.
Pour connaître le Pi de ses sols, trois méthodes d’analyse existent : Olsen, Joret Hebert et Dyer.
Toutefois, les analyses ne transcrivent pas réellement le phosphore disponible car elles ne prennent pas en compte la « boite à outils racines » qui comprend cinq facteurs modulant la biodisponibilité du phosphore :
- (1) la morphologie des racines,
- (2) les phénomènes d’acidification /alcalinisation,
- (3) la production de ligands,
- (4) la production d’enzymes
- (5) les champignons mycorhiziens.
Importance de la morphologie du système racinaire
Elle influence la capacité de prélèvement : plus le système est fasciculé et développé, plus il est performant. Un exemple est possible avec les espèces prairiales
Importance de la rhizosphère
La racine modifie le sol autour d’elle, on parle de rhizosphère qui est très différente du reste du sol. La disponibilité du phosphore dans la rhizosphère est influencée par les processus mis en jeu par les racines et dépend des capacités de l’espèce à modifier le pH, produire des exsudats et des enzymes. En conséquence, la biodiversité du phosphore varie en fonction de l’espèce végétale.
Mise en solution
La solution autour de la racine est capable de se remplir en Pi.
Variation du pH rhizosphérique
Pour absorber des cations (K+, NH4+, Ca2+…), la racine sécrète des ions H+ qui acidifie le milieu. A l’inverse, l’absorption d’anions (NO3–…) entraine la sécrétion d’ions OH- entrainant une alcalinisation. La forme d’azote disponible est donc un facteur essentiel dans ce processus.
L’acidification autour des racines permet de dissoudre le phosphate de roche.
Production de ligands et d’enzymes
Le ligand entraine la chélation du phosphore présent dans la phase solide du sol et augmente la concentration de Pi dans la solution. Les enzymes sécrétés entrainent quant à elle une hydrolyse du phosphore sous forme organique qui devient alors disponible.
Le rôle des Mycorhizes
Les hyphes des mycorhizes explorent un volume du sol considérable : 100 m / cm3 de sol. Les mycorhizes vont donc chercher le phosphore là où les racines des plantes ne pourraient pas l’atteindre et contribuer à l’augmentation de la biomasse des plantes (cf graph ci-contre à droite).
Ainsi, la quasi-totalité du phosphore de la plante peut être d’origine mycorhizienne.
En résumé
Pour augmenter la biodisponibilité du phosphore des sols, différents leviers sont donc à mettre en œuvre :
- (1) Utiliser la fertilisation azotée pour induire soit une acidité en sol calcaire (ammonium) soit une alcalinisation en sol acide (nitrate)
- (2) Jouer sur la complémentarité des espèces : Les céréales ont un système racinaire très ramifié et donc très efficace pour absorber P en explorant plus de volumes de sol. Les légumineuses ont un système racinaire moins étendu mais elles sont capables de produire des ligands et des enzymes et donc d’augmenter la biodisponibilité du phosphore.
- (3) Limiter les pratiques néfastes pour les mycorhizes notamment le travail du sol
- (4) Intégrer de nouveaux critères de sélection des variétés sur sols à faible niveau de disponibilité en phosphore :
- La morphologie, l’architecture racinaire
- Des critères d’efficience d’absorption de P et d’utilisation du P
- Variétés avec moins de phytates donc moins d’exportation par le grain
Source :
Webinaire « Le phosphore : nutrition des plantes, qualité des eaux et gestion d’une ressource non renouvelable » Académie d’Agriculture 03 06 2020
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