Effets à long terme d'apports répétés de produits résiduaires organiques en agriculture sur la production agricole et la fertilité des sols : apports des résultats de deux essais au champ de longue durée en France

Long-term effects of repeated inputs of organic wastes in agriculture on crop production and soil fertility : insights from two French long term field experiments

• Auteur / Autrice : Haotian Chen
• Direction : Sabine Houot, Florent Levavasseur
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'environnement
• Date : Soutenance le 05/06/2023
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Agriculture, alimentation, biologie, environnement, santé (Paris ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : AgroParisTech (France ; 2007-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Biosphera (2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Écologie fonctionnelle et écotoxicologie des agroécosystèmes (2014-....)
• Jury : Président / Présidente : Yves Coquet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Lionel Jordan-Meille, Tusheng Ren, Marie-Liesse Vermeire
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Lionel Jordan-Meille, Tusheng Ren

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sols -- Fertilité

Agriculture industrialisée

Aspect environnemental

Évaluation

Utilisation

Recyclage

Produits Résiduaires Organiques

Mots clés libres

Produits résiduaires organiques

Production agricole

Impacts environnementaux

Fertilité du sol

Santé du sol

Organic waste

Agricultural production

Environmental impacts

Soil fertility

Soil health

Résumé

Les engrais minéraux jouent un rôle crucial pour assurer la sécurité alimentaire mondiale. Cependant, la production de ces engrais est fortement tributaire de ressources non renouvelables, et leur utilisation excessive peut entraîner divers problèmes environnementaux et sanitaires. Le recyclage des produits résiduaires organiques (PRO) en agriculture peut améliorer la fertilité des sols et substituer les engrais minéraux. Ce travail de thèse vise à évaluer les impacts à long terme d'applications répétées de PRO en agriculture sur la production agricole et la fertilité du sol, ainsi que les déterminants de ces effets. À cette fin, nous avons mobilisé les résultats de deux essais au champ de longue durée situés en France et qui testent différents PRO représentatifs de ceux fréquemment utilisés en zone périurbaine (composts urbains, fumier bovin, boue d'épuration), dans deux conditions de sol, climat et système de culture différentes. Plus précisément, nous avons étudié i) la dynamique des rendements des cultures et des propriétés des sols, ii) les facteurs déterminants des changements dans les rendements des cultures et les propriétés des sols, et iii) les différences d'effet entre les différents types de PRO et les sites. Dans l'ensemble, notre étude a montré les avantages et les limites potentiels de l'utilisation de PRO en agriculture. Les applications à long terme de PRO améliorent principalement la fertilité chimique du sol, sans avoir d'impact négatif sur l'activité biologique du sol. L'amélioration des propriétés du sol par les PRO peut être limitée dans les sols qui sont déjà très fertiles. Une substitution partielle des engrais minéraux par les PRO est possible sans diminuer les rendements. Cependant, l'application de PRO seuls aux doses réglementaires européennes peut ne pas être suffisante pour atteindre des rendements optimaux. De plus, l'influence de l'application de PRO sur les propriétés du sol et le rendement des cultures dépend fortement de plusieurs facteurs, notamment des flux d'apport de carbone et de nutriments dépendant eux-mêmes du type de PRO et de la dose d'application, et des propriétés initiales du sol. Néanmoins, l'intégration du recyclage des PRO dans un plus large éventail de pratiques agricoles durables peut constituer une stratégie judicieuse pour renforcer la fertilité des sols et améliorer la productivité des cultures.

Fertilizers play a crucial role in ensuring global food security. However, mineral fertilizer production relies on non-renewable resources, and their excessive use result in environmental and health issues. Recycling organic waste (OW) in agriculture can improve soil fertility and substitute mineral fertilizers. This work aims to assess the long-term effects of repeated applications of OW in agriculture and their driving factors. We used two French long-term field experiments testing various OW representative of frequently used OW in periurban agriculture (urban composts, farmyard manure and sewage sludge) with two different cropping system, soil and climate conditions. Specifically, we investigated i) the dynamics of crop yields and soil properties, ii) the driving factors behind changes in crop yields and soil properties, and iii) the differences of the effects between the different types of OW and the two sites. Overall, our study has shown the potential benefits and limitations of using OW in agriculture. Long-term applications of OW mainly improve soil chemical fertility without negatively impacting soil biological activity. The extent to which OW can improve soil properties may be constrained in soils that are already fertile. A partial substitution of mineral fertilizers is possible without decreasing crop yields. However, applying OW alone at European regulatory rates may not be sufficient for achieving optimal yields. Additionally, the influence of OW application on soil properties and crop yield heavily depends on several factors, especially on the input fluxes of carbon and nutrients related to the type of OW and to the application rate, and on the initial soil properties. Nevertheless, integrating OW recycling into a wider range of sustainable agricultural practices can be a judicious strategy for enhancing soil fertility and improving crop productivity.