L'auteur est professeur et spécialiste de la vulgarisation fourragère à la Division de l'agriculture de l'Université de l'Arkansas.
Les légumineuses ont été utilisées comme pâturages et cultures de foin à travers l'histoire. Ce sont des fourrages de haute qualité qui améliorent le gain de poids du bétail, réduisent les problèmes d'endophytes fétuques, prolongent la saison de pâturage et réduisent les apports d'engrais azotés dus à la fixation de l'azote (N). L'association unique des légumineuses avec les bactéries rhizobia pour fixer N est un processus souvent promu mais aussi largement mal compris.
La quantité totale de N fixé dépend de l'espèce de légumineuse et de la population dans le champ. La quantité signalée de N fixé à partir de peuplements complets par différentes espèces de légumineuses varie considérablement. Par exemple, le N fixé par la vesce velue varie de 50 à 150 livres par acre et pour la luzerne, la plage signalée est de 128 à 250 livres par acre (tableau 1). Les légumineuses annuelles telles que le trèfle incarnat ou le trèfle à feuilles striées fixent N à un taux plus élevé que les légumineuses vivaces, mais des saisons de croissance plus longues permettent aux légumineuses vivaces de fixer une quantité totale de N plus élevée.
En raison de la quantité potentielle élevée de N disponible à partir de la fixation, les légumineuses sont promues comme source d'engrais azoté libre. Des travaux effectués en Arkansas ont montré que dans les peuplements de fétuque-trèfle, le rendement fourrager était similaire pour plusieurs doses d'engrais azoté (tableau 2). Des résultats comme celui-ci et des études similaires ont conduit à la croyance communément erronée selon laquelle les légumineuses fixent l'azote et le libèrent dans le sol pour être utilisé par les herbes compagnes dans le mélange. Cependant, les légumineuses ne partagent pas librement l'azote avec les graminées, car cela créerait plus de concurrence qui menacerait la survie de la légumineuse.
Un processus coûteux
La fixation symbiotique de N permet aux légumineuses de pousser dans un environnement déficient en N. La fixation de l'azote est un processus biologiquement coûteux à la fois pour la légumineuse et pour la bactérie rhizobium responsable de la fixation de l'azote. Les bactéries infectent les racines des légumineuses, ce qui fait que la racine forme un nodule où les rhizobiums vivent et font leur travail.
Les bactéries rhizobium fixent l'azote de l'air qui se trouve dans le sol et la légumineuse profite de l'azote fixé. À son tour, la légumineuse fournit des glucides et des sucres de la photosynthèse à la rhizobium. Chaque organisme tire les nutriments nécessaires de l'association. La fixation de l'azote favorise directement la croissance des légumineuses sans nécessiter de fertilisation azotée. L'amélioration de la croissance de l'herbe n'est qu'un effet indirect de la fixation de N.
Les plantes utilisent du N provenant de diverses sources, y compris la neige ou la pluie, qui peuvent apporter annuellement 5 à 10 livres de N par acre; la matière organique du sol (MO), qui peut apporter annuellement 10 à 30 livres de N par acre pour chaque unité de pourcentage de MO dans le sol ; engrais ou fumier animal, qui varie selon le taux d'application; et N fixé par les légumineuses.
Lorsque l'azote est appliqué par le biais de fumier animal ou d'engrais, la fixation de l'azote s'arrête car les légumineuses utiliseront l'azote libre provenant d'autres sources, tout comme le font les graminées. Cependant, les graminées sont plus compétitives pour N que les légumineuses. Les légumineuses ont généralement des feuilles orientées horizontalement, tandis que les graminées sont plutôt orientées verticalement. Au fur et à mesure que les graminées grandissent grâce à l'ajout de N, elles ombragent les légumineuses. L'ombre lourde réduit également les taux de fixation de N.
Ainsi, l'ajout de N n'a pas d'impact négatif direct sur la plante de légumineuses, mais l'effet net est une plus grande concurrence de la part des graminées, qui encombrent les légumineuses du gazon. Une étude menée en Arkansas a montré que le pourcentage de trèfle dans un gazon de trèfle des Bermudes diminuait de moitié pour chaque incrément supplémentaire d'engrais azoté utilisé (tableau 3).
La plupart se trouve dans la croissance supérieure
Il est important de noter que les nodules racinaires sont l'usine, mais pas l'entrepôt N. Des recherches effectuées au Texas par Gerald Evers ont montré que jusqu'à 90% de l'azote se trouve dans la partie supérieure des légumineuses annuelles. Dans les légumineuses vivaces, environ 70 à 80 % de l'azote se trouve dans la partie supérieure de la croissance de la plante. La croissance aérienne des légumineuses contient généralement environ 2,5 % à 4 % de N, ce qui équivaut à environ 50 à 80 livres de N par tonne de matière sèche (MS) de fourrage.
Des travaux effectués en Virginie ont montré qu'un peuplement à 53 % de trèfle rouge ou à 59 % de luzerne cultivé avec de la fétuque élevée fixait suffisamment d'azote pour un rendement total de MS de 4,7 et 5,8 tonnes par acre, respectivement. La croissance supérieure des légumineuses contenait 2,8 % à 2,9 % de N.
Trois modes de transfert
Si l'azote fixe se trouve dans la partie aérienne de la plante et n'est pas librement partagé avec les graminées compagnes du peuplement, comment atteint-il les graminées et les autres plantes de la pelouse ?
Il existe trois principaux mécanismes de transfert de N. La plus petite de ces trois voies passe par le contact racine à racine et les associations de champignons mycorhiziens. Les deux autres voies principales sont le cycle plante-animal par le pâturage et la décomposition des plantes. De loin, la voie de transfert la plus importante consiste à faire passer le matériel végétal par des animaux au pâturage, principalement au-dessus du sol, mais également par des herbivores souterrains.
Seule une petite quantité proportionnelle de N est retenue dans le corps de l'animal au pâturage. Jusqu'à 80% à 90% du N ingéré est excrété dans l'urine et les matières fécales. Environ 50% du N dans l'urine est perdu par volatilisation.
De toute évidence, le système présente des fuites et tout l'azote fixé n'est pas capté dans le sol. De plus, l'utilisation de l'azote excrété par les graminées dépend de la distribution des excréments à travers le pâturage. Les chercheurs ont montré que seulement 14 à 22 % environ de la superficie des pâturages est couverte par ce transfert annuellement.
La gestion du pâturage et le taux de charge influencent la distribution. Plus de fumier et d'urine ont tendance à être concentrés près de l'eau et de l'ombre à faible taux de charge et dans les systèmes de pâturage continu. Une plus grande partie de l'azote est distribuée dans le pâturage à des taux de chargement élevés et dans des systèmes de rotation.
C'est différent dans les champs de fauche
Dans les systèmes de foin, la majeure partie de la croissance supérieure contenant de l'azote est supprimée, de sorte qu'un mécanisme de transfert secondaire entre en jeu. La deuxième plus grande voie de transfert de N après le pâturage est la décomposition des plantes. Au fur et à mesure que les plantes sont broutées ou récoltées pour le foin, les racines meurent, ce qui entraîne la desquamation de nodules. La maturation et les dommages normaux des plantes entraînent également la mort des couronnes, des feuilles et des tiges. Ces parties de plantes doivent se décomposer sous l'action des bactéries et des champignons pour libérer du N au fil du temps.
Cette voie peut être une source importante d'azote dans les systèmes de graminées de saison chaude où une graminée telle que l'herbe des Bermudes est surensemencée de légumineuses annuelles. Au fur et à mesure que la légumineuse annuelle mûrit et meurt à la fin du printemps, les résidus végétaux se décomposent, libérant du N pour être utilisé par l'herbe de saison chaude pendant l'été. Une étude texane a montré qu'une combinaison de trèfles annuels d'hiver sursemés dans l'herbe des Bermudes produisait autant de MS que l'herbe des Bermudes fertilisée avec l'équivalent de 113 à 142 livres par acre de N.
La fixation de l'azote prend du temps
Il y a un délai après la plantation pour que la nodulation et la fixation de N commencent. Cette période est d'environ trois semaines après l'émergence de la plante. La fixation de l'azote est la plus faible au cours de l'année d'établissement pour les plantes vivaces et atteint plus de 90 % la deuxième ou la troisième année.
Une étude de l'Arkansas a montré que le pourcentage de trèfle ou de luzerne augmentait sur quatre ans lorsque ces légumineuses étaient intercalées dans des pâturages d'herbe des Bermudes. Le gain de poids corporel des veaux par acre avait tendance à s'améliorer à mesure que le pourcentage de légumineuses augmentait au cours de l'étude de quatre ans, en particulier pour la luzerne, mais les gains étaient généralement plus faibles dans les traitements sans légumineuses où un engrais azoté était appliqué. Fait intéressant, les gains de veaux par acre ont chuté de façon drastique au cours d'une année de sécheresse sévère pour les traitements d'engrais azotés, mais sont restés plus stables au fil des ans dans les traitements de légumineuses-graminées (figures 1 et 2).
Les légumineuses sont des fourrages importants et réduisent le besoin d'apports d'azote. Connaître le fonctionnement du cycle de l'azote dans les systèmes fourragers est essentiel pour utiliser efficacement ces fourrages. Un concept important à comprendre est le suivant :la culture du fourrage à partir de la fixation de l'azote est un processus, tandis que la culture du fourrage à partir de la fertilisation azotée est un événement ponctuel.
Cet article est paru dans le numéro d'avril/mai 2020 de Hay &Forage Grower aux pages 6 à 8.
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