Sabine Houot (1) , Laurent Thuries (2)
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CIRAD – Gestion des matières organiques ; 23-27 Juin 2008
Déchets et fumiers compostés : indicateurs d’état et de prévision de leur
dynamique de transformation
Sabine Houot (1), Laurent Thuries (2)
(1) UMR INRA AgroParisTech « Environnement et Grandes Cultures », 78850 Thiverval-Grignon
(2) CIRAD, UR Recyclage et risques, La Réunion
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CIRAD – Gestion des matières organiques ; 23-27 Juin 2008
essai INRA-CREED 1998-2012
4 blocs de 10 parcelles (450 m2)
4 amendements organiques:- fumier- c. ordures ménagères résiduelles (OMG ou OMR)- c. biodéchets (BIO)- c. déchets verts et boue (DVB)- témoin
2 niveaux de fertilisation azotée
Succession blé - maïs
Épandage tous les 2ans, 4 t C/ha
Valeur amendante des apports organiques
Mise en évidence de l’efficacité différente des produits
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CIRAD – Gestion des matières organiques ; 23-27 Juin 2008
Valeur amendante des composts: augmentation des teneurs en C
% DVB FUM BIO OMR T+N 20,2* 20,0
*14,4*** 11,3 -6,4
Evolution des teneurs en C dans les traitements (en % des teneurs initiales)
Evolution des teneurs en C (en g C /kg)
* p<0,05***p<0,001
• Augmentation des teneurs en C
• Augmentation différente en fonction de l’apport
• Lien avec biodégradabilité des composts
• Besoin d’indicateurs
0
2
4
6
8
10
12
14
FUM+N OMR+N DVB+N BIO+N T+N
g C
/ kg
1998 2000 2002 2004 2006
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CIRAD – Gestion des matières organiques ; 23-27 Juin 2008
Outils diagnostic analytiques pour évaluer l’efficacité des matières organiques
0
10
20
30
40C-CO2 (% C total)
0 50 100 150
Temps (jours)
Sol
DVB
OMG
• Même teneur en MO: 50%• Biodégradabilité résiduelle
évaluées au cours d ’incubations• Indicateur normalisé (XPU 44-163)
Les analyses classiques sont insuffisantes
Exemple: 2 composts 35%
10%
Stabilité = contraire de biodégradabilité
Valeur amendante des apports organiques
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CIRAD – Gestion des matières organiques ; 23-27 Juin 2008
Quelle fraction K1 de la matière organique apportée (mo) contribue à l ’augmentation de la matière organique du sol (MO)?
K1 x mo K2 x MO≥
Matière organiquedu sol MO
mo K1 x mo K2 x MO
(Modèle Hénin - Dupuis)(1-K1) x moCO2
Valeur amendante des apports organiques
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Fractionnement biochimique de la matière organique :- substances solubles (SOL)- hémicellulose (HEM)- cellulose (CEW)- lignines et cutines (LIC)
ISB = 2.112-(0.02009* SOL)-(0.02378*HEM)-(0.02216*CEW)+(0.00840*LIC)
proportion de matière organique susceptible d ’entretenir le stock de matière organique du sol: estimation du coefficient
isohumique K1
Outils diagnostic analytiques pour évaluer l’efficacité des matières organiques
OMG: 33 DVB: 69
Valeur amendante des apports organiques
Définition d’un Indice de Stabilité Biologique
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Valeur amendante des composts: validation de l’ISB
Total C apporté(tC/ha)
Delta C sol (tC/ha)
Rdt Humus(tC/tC
apporté)
ISBmoyen
OMR 15.4 5.5 0.36 0.35
DVB 18.6 9.4 0.51 0.54
BIO 14.8 8.0 0.54 0.56
Fumier 18.7 9.8 0.53 0.52
Validation ISB: bon indicateur de l’efficacité des composts à augmenter MOS
0
2
4
6
8
10
12
14
FUM+N OMR+N DVB+N BIO+N T+N
g C
/ kg
1998 2000 2002 2004 2006
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Quelle fraction K1 de la matière organique apportée (mo) contribue à l ’augmentation de la matière organique du sol (MO)?
K1 x mo K2 x MO≥
Matière organiquedu sol MO
mo K1 x mo K2 x MO
(Modèle Hénin - Dupuis)(1-K1) x moCO2
Valeur amendante des apports organiques
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)(*)(*)(*)()1( 112 tCresKtCproKtCKtCtC RESPRO Calcul annuel bilan humique (Hénin-Dupuis, 1945):
esFeucherollàCaCOArg
TMAK 0206,0)*0015,01(*)*005,01(
))10(*2,01(*03,0
32
avecMarin-Laflèche, 1996)
K1RES = 0,13 K1PRO = ISB
8
9
10
11
12
13
14
8 9 10 11 12 13 14
C mesuré (g/kg sol)
C c
alcu
lé IS
B (g
/kg
sol)
BIO
DVB
FUM
OMR
T
Y= 0,8321 x + 1,7151R2=0,899
Evolution C bien simuléeComparaison C calculé - C mesuré
% C apporté
Simulé mesuré ISB
FUM 58 50 52OMR 34 34 35DVB 43 46 54BIO 51 49 56
Rdt en MO des pro (% du C apporté en 8 ans)
Valeur amendante des apports organiques
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MOs = K1 x mo K2Temps (t)
MOt = MOs - (MOs-MOi) exp(-K2t)
MOt
MOi
MOs
(Modèle Hénin-Dupuis)
Valeur amendante des composts: stockage à long terme
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CIRAD – Gestion des matières organiques ; 23-27 Juin 2008
0
2
4
6
8
10
12
14
FUM+N OMR+N DVB+N BIO+N T+N
g C
/ kg
1998 2000 2002 2004 2006
Valeur amendante des composts: stockage à long terme
0102030405060708090
100
0 20 40 60 80 100 120Time (years)
T C/
ha
Fumier OMGDVBFFOMTémoin
Prédictions à long terme
Hénin-Dupuis
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Exemples de calculs de valeur amendante
compost âgeMOT
(%MS)
DV 3 mois6 mois
BIO 3 mois6 mois
OM 3 mois6 mois
373830285335
28291518 916
757650651747
ISB(%MS)
Valeur amendante = ISB*MOT
Si Augmentation ISB > diminution MOT, alors valeur amendante augmente (cas des composts d ’OM qui se stabilisent beaucoup entre 3 et 6 mois)
MS(%MB)
687165656850
MOT(%MB)
252720183618
1882051001176185
Valeur amendante
(kg/t MB)(%MO)
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Compartiments (0-29 cm) Temps moyen de résidenceDPM (Decomposable Plant Material) 1,2 moisRPM (Resistant plant material) 3,3 ansBIO (Microbial Biomass) 1,5 anHUM (Humified and protected matter) 50 ansIOM (Inert organic carbon) infini
Valeur amendante des composts: ROTH C (1/2)(Coleman & Jenkinson, 1999)
RPM
DPM
BIO
HUM
IOM
CO2
Compost
• Fonction T°, Teneur en eau, couverture du sol• Partition CO2/(BIO+HUM) identique pour tous les compartiments,
dépend de la teneur en argile
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RPM
DPM
BIO
HUM
IOM
CO2
Compost
1. Partitionnement du C des composts en DPM, RPM, HUM
• Sur la base de l’évolution au champ du Stock de C dans l’horizon labouré• En comparaison avec le témoin• En prenant en compte les restitutions des plantes2. Simulation de l’évolution des stocks de C au fur et à mesure des apports
Valeur amendante des composts: ROTH C (2/2)
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CIRAD – Gestion des matières organiques ; 23-27 Juin 2008
02468
10121416
1998 2000 2002 2004 2006
Temps (années)
T C/
ha
DVB+N
OMR+NDVB+N
OMR+N
Décomposable
DPM
RécalcitrantRPM
OMR 0.62 0.38FUM 0.32 0.68DVB 0.20 0.80BIO 0.07 0.93
Valeur amendante des composts: ROTH C
R2 = 0,9866
0,2
0,3
0,4
0,50,60,7
0,80,9
1
0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4
LIC
RP
M
Lignine
Réc
alci
trant
• Lien entre paramètres et mesures
• Ajustement des paramètres Roth C avec les mesures
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CIRAD – Gestion des matières organiques ; 23-27 Juin 2008
0
10
20
30
40C-CO2 (% C total)
0 50 100 150
Temps (jours)
Sol
DVB
OMG
50
100
150
200N min (mg kg-1 sol)
0 50 100 150Temps (jours)
DVB
Sol
OMG
Valeur fertilisante azotée des apports organiques
XPU 44-163 : Minéralisation du N au cours d’incubations dans un sols en conditions contrôlées de laboratoire
C/N: 10
C/N: 15
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Suivi minéralisation N au cours d’incubation (XPU 44 163)
(V. Parnaudeau, INRA Reims; T. Morvan, INRA Quimper; S. Houot, INRA EGC)
Effluents d'élevage (48)
Jours (28°C)0 10 20 30 40 50
% N
org
aniq
ue
-40
-20
0
20
40
60
Boues STEP (15)
Jours (28°C)0 50 100 150
Produits compostés (17)
Jours (28°C)0 20 40 60 80 100
% N
org
aniq
ue
-40
-20
0
20
40
60
Forte variabilité de comportement
Valeur fertilisante azotée des apports organiques
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Construction d’une base de données pour la définition de classes de produits
G. Lashermes1, S. Houot 1, B. Nicolardot 2, V. Parnaudeau 2, T. Morvan 3, M. Linères 4 , B. Mary 2, L. Thuries5, L.
Metzger6, C. Villette7, A. Tricaud8, ML Guillotin9
INRA (1) EGC Grignon, (2) Agronomie Laon-Reims-Mons, (3) USARQ Rennes-Quimper, (4) Bordeaux(5) Phalippou-Frayssinet, (6) RITTMO, (7) LDAR-Laon, (8) SAS-Orléans, (9) LCA-La Rochelle
ADEME
Valeur fertilisante azotée des apports organiques
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• 273 MOE : suppression données incomplètes, rééquilibrage des types de MOE, conversion des cinétiques à 28°C
BouesComposts urbainsComposts d’effluentsDigestatsFumiersLisiers + Fientes Matières animalesMatières végétalesMulchsEngraisAutres
5470276
44146
1457
26
total 273
Conversion des données N minéral en g N kg-1 MS : N14k… N91k
Valeur fertilisante azotée des apports organiques
273 MOE
jours à 28°C
0 20 40 60 80 100
N m
inér
al (g
kg -1
MS
)
-20
0
20
40
60
80
100
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Valeur fertilisante azotée des apports organiquesClasse 1
Temps (Jours à 28°C)
0 20 40 60 80 100
N m
inéral (g kg-1
MS
)
-20
0
20
40
60
80
100
DéfinitionValidation
Classe 2
Temps (Jours à 28°C)
0 20 40 60 80 100
N m
ineral (g kg-1
MS
)
-20
0
20
40
60
80
100Classe 3
Temps (Jours à 28°C)
0 20 40 60 80 100
N m
ineral (g kg-1
MS
)
-20
0
20
40
60
80
100
Classe 5
Temps (Jours à 28°C)
0 20 40 60 80 100N
mineral (g kg
-1 M
S)
-20
0
20
40
60
80
100Classe 6
Temps (Jours à 28°C)
0 20 40 60 80 100
N m
inéral (g kg-1 MS
)
-20
0
20
40
60
80
100
Classe 4
0 20 40 60 80 100
N m
inéral (g kg-1 MS
)
-20
0
20
40
60
80
100
Temps (Jours à 28°C)
Classe 1
Temps (Jours à 28°C)
0 20 40 60 80 100
N m
inéral (g kg-1
MS
)
-20
0
20
40
60
80
100
DéfinitionValidation
Classe 2
Temps (Jours à 28°C)
0 20 40 60 80 100
N m
ineral (g kg-1
MS
)
-20
0
20
40
60
80
100Classe 3
Temps (Jours à 28°C)
0 20 40 60 80 100
N m
ineral (g kg-1
MS
)
-20
0
20
40
60
80
100
Classe 5
Temps (Jours à 28°C)
0 20 40 60 80 100N
mineral (g kg
-1 M
S)
-20
0
20
40
60
80
100Classe 6
Temps (Jours à 28°C)
0 20 40 60 80 100
N m
inéral (g kg-1 MS
)
-20
0
20
40
60
80
100
Classe 4
0 20 40 60 80 100
N m
inéral (g kg-1 MS
)
-20
0
20
40
60
80
100
Temps (Jours à 28°C)
Classe 4
0 20 40 60 80 100
N m
inéral (g kg-1 MS
)
-20
0
20
40
60
80
100
Temps (Jours à 28°C)
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CIRAD – Gestion des matières organiques ; 23-27 Juin 2008
Classes de disponibilité d’azote
Lashermes et al., en préparation
ADEME
Valeur fertilisante azotée des apports organiques
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CIRAD – Gestion des matières organiques ; 23-27 Juin 2008
Norg(%MS)
CEL(%MO)
LIG(%MO)
SOL(%MO)
Norg(%MS)
N minéral (gN kg-1 MS) Classe
> 9 N14 ≥ 40N91 ≥ 40 1
] 6.5 ; 9] 20 ≤ N14 ≤ 3025 ≤ N91 ≤ 40 2
≤ 6.5 ≤ 40 ≤ 20 >70 0 ≤ N14 ≤ 100 ≤ N91 ≤ 15 4
]45;70] >3 0 ≤ N14 ≤ 1510 ≤ N91 ≤ 25 3
≤ 3-10 ≤ N14 ≤ 5-5 ≤ N91 ≤ 5 5≤ 45
> 20
> 40 -10 ≤ N14 ≤ 0-10 ≤ N91 ≤ 0 6
Valeur fertilisante azotée des apports organiques
Analyses factorielles multiples et classifications ascendantes hiérarchiques
ADEME
1ère étape, besoin d’affinage par classe
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CIRAD – Gestion des matières organiques ; 23-27 Juin 2008
Valeur fertilisante azotée: constitution des classes
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CIRAD – Gestion des matières organiques ; 23-27 Juin 2008
BouesComposts urbainsComposts d’effluentsDigestatsFumiersLisiers + Fientes Matières animalesMatières végétalesMulchsEngraisAutres
547027644146145726
total 273
BaseMOE ISMO = 44.5 + 0.5 SOL – 0.2 CEL + 0.7 LIC - 2.3 MinC3
Lashermes et al., 2008
ADEME
Nouvel indicateur d’estimation de la MO récalcitrante
Décomposable
DPM
RécalcitrantRPM
ISMO
OMR 0.62 0.38 0.52FUM 0.32 0.68 0,67DVB 0.20 0.80 0,80BIO 0.07 0.93 0,79
02468
10121416
1998 2000 2002 2004 2006
Temps (années)
T C/
ha
DVB+N
OMR+N
DVB+NOMR+N
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CIRAD – Gestion des matières organiques ; 23-27 Juin 2008
Ordre de grandeur d’ISMO pour differents apports
à exprimer en % PBrut,
alors discriminant
0 10 20 30 40
lisiers
fientes
fumiers
composts defumiers
composts dedéchets verts
compostsd'ordures
ménagères
digestats
tourteaux
IPHAO en % PBRUT
Source: L. Thuriès d’après Lashermes 2006 (INRA)
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CIRAD – Gestion des matières organiques ; 23-27 Juin 2008
MERCI
Repères
Lashermes* G., Houot S., Nicolardot B., Parnaudeau V., Morvan T., Linères M., Mary B., Thuriès L., Metzger L., Villette C., Tricaud A., Guillotin M.L. (2005) ‘Caractérisations des produits résiduaires organiques : une base de données pour la définition de classes de produits opérationnelles’ 7èmes rencontres de la fertilisation raisonnée et de l'analyse de terre « Fertilisation et Société » GEMAS Comifer, Blois (France), 15-16 Novembre.
Lashermes G., Houot S., Nicolardot B., Parnaudeau V., Mary B., Morvan T., Chaussod R., Linères M., Metzger L., Thuriès L., Villette C., Tricaud A., Guillotin M.L. (2007) ‘Apport de matières organiques exogènes en agriculture : indicateur de potentialité de stockage de carbone dans les sols et définition de classes de disponibilité d’azote’, Echo MO, 05-2007.
Lashermes, G., Nicolardot B., Parnaudeau V., Thuriès L., Chaussod R., Guillotin M.L., Linères M., Mary B., Metzger L., Morvan T., Tricaud A., Villette C., Houot S. (2008) ‘Indicator of potential carbon storage in soils via exogenous organic matter’. European Journal of Soil Science (accepté).
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CIRAD – Gestion des matières organiques ; 23-27 Juin 2008
Maturité
1 2 3 4 5 6 7 81 2 3 4 5
SolvitaRottergrad
Frais mûr
Test Solvita
Rottergrad
Indicateurs de procédé: évaluation de la maturité des composts
C orga C/N Autoéchauffement
Solvita
(% MS) T (°C) Indice Indice
DV 3 mois 24 16,3 24,2 5 4
DV 6 mois 21 13,6 19,0 5 6
BIO 3 mois 23 13,4 23,5 5 3
BIO 6 mois 20 12,4 23,5 5 5
OMG 3 mois 28 17,9 61,0 1 2
OMG 6 mois 21 11,1 24,5 5 6
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laitue
Tests de phytotoxicité : germination et croissance de graines
(P. Morel, INRA Angers)
Utilisation en support de culture, voir maraîchage à forte dose
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CIRAD – Gestion des matières organiques ; 23-27 Juin 2008
Composts murs uniquement, non phytotoxiques
Recherche de la proportion maximale potentielle en remplacement de la tourbe
(P. Morel, INRA Angers)
Utilisation en support de culture, voir maraîchage à forte dose