L’azote en agriculture

Après le carbone, N est le nutriment le plus abondant dans toutes les formes de vie, puisqu’il est contenu dans les protéines, les acides nucléiques et divers autres composés. Les humains et les animaux finissent par acquérir leur azote à partir des plantes, qui se retrouvent dans les écosystèmes terrestres principalement sous forme minérale (par exemple NH4 + et NO3-) dans le sol. Le matériel parental des sols ne contient pas de quantités significatives de N (par opposition aux nutriments P et autres), et son principal renouvellement provient de la fixation de N2 atmosphérique par un groupe spécialisé de biotes du sol. Cependant, le plus grand flux de N dans les sols est généré par le recyclage continu du N interne dans le système plante-sol: le N minéral du sol est absorbé par la plante, il est absorbé dans la biomasse, et finalement N retourne dans le sol sous la forme d’azote organique par les résiduss végétaux. Ici, les résidus végétaux sont décomposés par le biote du sol et une partie du N est minéralisée pour le rendre disponible pour la croissance des plantes. Une partie des résidus végétaux est transformée en matière organique du sol (MOS) et le reste de l’azote contenu dans la plante participe à contribuer au stockage d’azote stable dans le sol. L’azote est perdu du sol par les excès d’eau et le lessivage, ou dans l’atmosphère émissions gazeuses, par dénitrification (NH3, N2O et N2). Dans la plupart des écosystèmes, la disponibilité de N peut limiter la productivité et il est donc nécessaire de faire en sorte que N soit recyclé dans le système sol-plante avec des pertes minimes. L’azote existe sous de nombreuses formes et différents états physiques dans les composés organiques et inorganiques, de sorte que les transformations entre ces formes rendent le cycle N assez complexe (FAO-UN, 2016) La Figure 1 montre le cycle de l’azote pour des parcelles cultivées avec les principaux flux. Dans les études sur les sols, les études se concentrent en général sur la minéralisation de la MOS et des résidus de culture; l’immobilisation de N par la biomasse microbienne, notamment pour les systèmes en Agriculture de Conservation, caractérisés par des apports importants en résidus organiques. Au cœur de ce cycle se trouve le nitrate qui est un composé essentiel pour soutenir la production végétale mais également source de pollution par lixiviation et par son influence sur les pertes gazeuses (Scopel E., et al., 2005).

L’efficience de l’utilisation de l’azote

L’efficience de l’utilisation de l’azote peut-être généralement exprimée par le gain obtenu en production par unité d’azote apporté sous forme d’engrais ou d’apports organiques (Chikowo, R., et al., 2010). Le gain en production s’exprime généralement donc en kg ha-1 mais peut également être défini par la quantité d’azote absorbée par la plante selon la finalité de l’étude, qu’elle soit plus économique dans le premier cas ou plus agronomique dans le second cas. Pour les études menées en 4 terme d’efficience agronomique, on peut étudier plus généralement la notion d’efficience d’utilisation de l’azote en deux aspects principaux, avec dans un premier temps, la relation entre N disponible dans le sol et N absorbé par la culture, puis celle de d’azote absorbé et de la production en grains. L’efficience de l’absorption de l’azote et de la transformation de d’azote font intervenir différents facteurs abiotiques (climat, type de sol, pratiques culturales), comme biotiques (génétique, inter-action génétique et micro-organismes du sol). Les besoins en N de la culture de riz pluvial sont premièrement estimés par le niveau de rendement souhaité avec le calcul des exportations liées à la production de grain et de paille avec pour le riz 12.6 kg et 5.7 kg respectivement d’azote exportés pour produire 1 tonne de grain et 1 tonne de paille (cas théorique de la variété de référence NERICA 4 qui a un Indice de récolte d’environ 0.5 (rapport grain/biomasse totale) (Rakotoarivelo, M., 2017). De manière empirique, pour produire 3 tonnes de grain de riz pluvial, un apport de fertilisation d’environ 60 N pourrait être suggéré. L’amélioration de l’efficience de l’utilisation de l’azote dans les agroécosystèmes à base de riz pluvial présente ainsi des avantages agronomiques, socio-économiques et environnementaux, et permet d’améliorer la sécurité alimentaire et les conditions de vie des petits exploitants agricoles. Figure 1. Cycle de l’azote (inspiré du travail de Scopel E., et al., 2005)

Le riz pluvial

Les variétés de riz pluvial cultivées dans notre zone d’études sont issues d’un programme de sélection ancien avec l’intégration dans la recherche internationale, et notamment au niveau de l’Africarice, avec comme principal critère de sélection sur cette zone, la résistance au Striga asiatica, qui est un véritable fléau régional. Différentes variétés sont disponibles avec de réelles aptitudes à répondre aux critères des agriculteurs en matière de cycle cultural (100 à 130 jours de cycle, qualité du goût, battage, …). La variété NERICA 4 d’un cycle moyen de 120 jours à 1000 m d’altitude, montre un certain nombre de qualité outre sa bonne résistance et tolérance au striga et fait l’objet d’une diffusion spontanée en milieu réel. Cette variété aurait l’avantage selon des premiers résultats obtenus d’offrir une bonne efficience au niveau de la transformation de l’azote absorbé, en grains. Cette variété NERICA 4 (New Rice for Africa) fait partie des variétés créées par l’Africarice et issue de croisement inter-spécifique entre Oryza sativa d’origine asiatique et Oryza glaberrima d’origine africaine.

Problématique, hypothèses et objectif

Problématique

Pourquoi étudier l’efficience d’utilisation de l’azote par le riz pluvial ? Selon les estimations compilées par la FAO, d’ici à 2050, la production alimentaire devra augmenter de 60% pour nourrir une population mondiale de 9,3 milliards. Les productions agricoles doivent augmenter de 50 à 70% (FAO, 2015). A Madagascar, le rythme annuel de croissance démographique est estimé à 4,25% entre 1990 et 2010 (Banque mondiale, 2016). Au cours de cette période, les besoins alimentaires de la population ont respectivement augmenté de 60% et de 16% pour le riz et les produits d’origine animale (FAO, 2015). Afin de nourrir cette population à croissance rapide, le secteur agricole doit améliorer à la fois sa productivité et sa durabilité aux moyens de différentes techniques plus en harmonie avec les écosystèmes, en optimisant l’utilisation et la gestion des ressources productives qui se raréfient et en réduisant l’utilisation des intrants externes souvent trop coûteux. Les sols d’altitude ou tanety ont besoin d’un apport considérable en fertilisation et doivent être mis en valeur dans le Moyen Ouest et c’est très important pour la sécurité alimentaire. La question de recherche principale de la présente étude concerne l’identification de déterminants de l’efficience de l’azote (N) dans des systèmes agroécologiques contrastés, basés sur les systèmes conventionnels améliorés et des systèmes d’Agriculture de Conservation. Les questions de recherche secondaires associées à cette question principale sont principalement: le poids des facteurs climatiques et des rotations de culture dans des systèmes de culture à base de riz pluvial. Les études antérieures ont montré une forte variabilité de l’efficience de N suivant le climat, le travail du sol et la présence des légumineuses avec le riz pluvial dans les systèmes de culture.