AGRONOMIE ET NUTRITION DES PLANTES > Le rapport optimal d’éléments nutritifs ou loi du minimum (d’après LIEBIG)

« Le niveau du rendement dépend du facteur de croissance dont la plante dispose proportionnellement dans la plus faible quantité. »

Dés le début de la recherche agrochimique (au 19ème siècle), presque toutes les substances de la plante étaient connues.

Carl Sprengel (1787-1859) parle déjà de douze éléments nutritifs des plantes qui seraient nécessaires pour leur croissance et dit que tous les éléments nutritifs doivent être disponibles pour un développement optimal.
Il formule aussi l’exigence d’une quantité déterminée de chaque élément nutritif justifiée par la nature de la plante.

Liebig ( 1803-1873 ) quelques années plus tard a condensé cette affirmation dans la loi du minimum selon laquelle l'élément le moins disponible limite le rendement et une surdisponibilité des autres éléments ne peut équilibrer ce manque.

Il put déterminer, sur la base d’analyses chimiques, la teneur en éléments nutritifs dans les différentes plantes, mais aussi dans le sol et a toujours essayé de trouver ce qui limitait le rendement dans un champ.

Ce n’est qu’ensuite qu’il donna sa recommandation pour l’emploi d’engrais minéraux, la plupart du temps en complément des engrais organiques qui étaient habituels à cette époque.

Certes, chaque apport d’élément nutritif procure un accroissement de rendement jusqu’à un optimum biologique. Cependant, il diminue avec chaque unité d’élément nutritif.

D’autre part, le rendement chute en raison d’un rapport déséquilibré entre substances nutritives, de capacités d’absorption limitées, de maladies ou d’attaques parasitaires ou d’effets toxiques.

Le rendement biologique maximum possible n’est pas identique à l’optimum économique.
La dépense optimale pour l’agriculteur est limitée par le coût pour les engrais. Cette limite économique sera donc atteinte lorsque les coûts pour la dépense de la dernière unité d’élément nutritif seront encore couverts.

La fertilisation, comme d’autres mesures agronomiques, a aussi un effet sur l’environnement. La dépense en éléments nutritifs n’est donc pas définie seulement par l’optimum économique. Les exigences à l’égard de l’environnement gagnent en importance.

Ainsi, les éléments nutritifs dissous dans les eaux d’infiltration peuvent être transférés dans les couches du sol plus profondes ou bien être entraînées avec les eaux superficielles.

Les éléments nutritifs liés aux particules du sol peuvent être également déplacés par érosion. D’une part ils sont perdus pour les plantes et constituent aussi une perte pour l’agriculteur. D’autre part, ils peuvent conduire à des augmentations de concentration dans les eaux avec des conséquences dommageables comme par exemple le développement excessif d’algues dans les mers.

• Interactions entre différents éléments nutritifs

Les éléments nutritifs favorisent de nombreuses interactions, les uns contre les autres ( antagonisme) et les uns avec les autres ( synergie) . Les interactions dans l’absorption, le déplacement, et la fonction des éléments nutritifs sont connues.

1. antagonisme d’absorption

La concurrence des ions les uns entre les autres s’exprime le plus entre cations des éléments majeurs. Ainsi :

• une offre croissante de K diminue l’absorption du Mg (Ca)
• une offre croissante de Ca diminue l’absorption de Mg et de K
• une offre croissante de Mg diminue l’absorption de K, Ca.

L’antagonisme d’absorption résulte de la capacité toujours limitée de la plante, c’est pourquoi la hauteur du prélèvement d’un élément ne peut se faire qu’au détriment d’un autre.
Etant donné que les cations et les anions sont absorbés en quantité à peu près équivalentes, il en découle la règle de la constance du quotient cation /anion (exprimée en val) :

NH4 + K + Ca + Mg	=    à peu près constant (un peu supérieur à 1)
NO3 + Cl + SO4 + PO3

Ce quotient peut à peine être modifié par la fertilisation. Par exemple une augmentation de l’absorption de K sera compensée par une moindre absorption de Mg (antagonisme) ou bien une absorption élevée de NO3 sera compensée par une absorption plus forte de cations (synergie).

2. antagonisme de déplacement

Cet antagonisme est conditionné la plupart du temps par la réaction réversible de combinaisons difficilement solubles, ou l’inactivation sous forme de complexes. Il existe des antagonismes de déplacement entre P et Fe, Mn et Si, Fe et Mn, Fe et Mo, etc.

3. antagonisme de fonction

C’est un antagonisme au sens le plus étroit du terme ( possible effet ion d’un élément nutritif ou dans des fonctions spéciales, par exemple influence Fe/Mn sur des enzymes; influence de Mg sur la toxicité du bore). Dans ce domaine, il existe aussi beaucoup de synergies.

4. Interactions multiples

Le changement de teneur d’un élément n’influence souvent en réalité qu’un autre élément dans de fortes proportions. Cependant, les interactions sont en général étendues à de nombreux éléments.

• Fertilisation et fertilité

La fertilité d’un sol est la capacité de ce sol à produire des rendements de culture élevés dans des conditions durables de croissance favorables.

La caractéristique la plus importante de la fertilité d’un sol est la capacité de ce sol à stocker les éléments nutritifs et l’eau pour qu’ils puissent être absorbés en fonction des besoins par les racines des plantes.

A côté de cela : la capacité du sol à la pénétration et au développement racinaire joue un rôle déterminant.

En effet, le développement racinaire est dépendant de la profondeur, du profil, de la texture et de la structure du sol (échanges gazeux libres) ainsi que de l’acidité du sol.

L’importance centrale revient à l‘humus en tenant compte de la structure du sol, de la gestion de l’air et de l’eau, de l’activité biologique et de la dynamique des éléments nutritifs. D’une part la matière organique pourvoit à une structure du sol favorable (structure grumeleuse ) par la « construction vivante » des colloïdes du sol en agrégats stables ; d’autre part, des quantités importantes d’éléments nutritifs sont stockées dans la matière organique qui pourront devenir disponibles pour les plantes par minéralisation.

Les principales caractéristiques déterminant la fertilité du sol peuvent être influencées dans une certaine proportion par des mesures d’exploitation telles que fertilisation, le travail du sol, un apport de matière organique, le chaulage, etc.
Le rôle de l’agriculteur sera donc d’entretenir durablement la fertilité du sol par une exploitation raisonnable ou bien de l’augmenter.

Chaque apport d’élément nutritif dans le but visé de produire un rendement de culture optimal à un effet direct et un effet indirect.
L’effet direct est à court terme, il influence le rendement de la culture annuelle.
L’effet indirect est à considérer sur le long terme. Les résidus de récolte restés sur le champ et la plus grande masse de racines formées en regard d’une situation sans fertilisation minérale conduit également à une activité biologique plus élevée, à une amélioration de la disponibilité des éléments nutritifs, et finalement à une augmentation de la fertilité du sol. La condition est un approvisionnement en éléments organiques ou minéraux, ou bien combinés, qui soit orienté en direction des besoins en éléments nutritifs des cultures implantées.
Ainsi la fertilité naturelle du sol peut être entretenue ou améliorée par l’effet indirect ou également à long terme de la fertilisation avec le concours d’une exploitation raisonnée.