Les phosphates naturels (PN) peuvent être employés en tant que sources d'engrais phosphaté (P) dans les systèmes agricoles. Dans certaines conditions, les agriculteurs peuvent les appliquer afin de fournir du phosphore aux cultures à un coût inférieur aux engrais phosphatés hydrosolubles. Cependant, avant d'appliquer un PN, un agriculteur se posera probablement des questions comme: «les PN sont-ils adaptés à mon terrain?» et «un engrais phosphaté hydrosoluble serait-il plus rentable?» Les chercheurs qui ont travaillé avec des PN répondront en disant: «cela dépendra du type de PN que vous employez et des conditions environnementales dans vos champs». En fait, beaucoup de facteurs déterminent si un PN donné sera un engrais phosphaté efficace dans le champ d'un agriculteur. La façon dont ces facteurs interagissent pour influencer la performance du PN est complexe quelles que soient les conditions spécifiques. Ainsi, il est difficile de faire des recommandations techniques générales.
Les systèmes d'aide à la décision (SAD) sont des outils simples qui permettent aux services de recherche et de vulgarisation de fournir aux agriculteurs des recommandations techniques et une assistance à la décision. Un SAD pour l'usage des PN (PN-SAD) utilise les informations disponibles sur les facteurs ci-dessus pour prévoir si un PN donné sera efficace dans l'environnement d'une culture donnée. Ce chapitre présente différents types de SAD pour prédire la performance des PN, y compris les approches employées pour développer un PN-SAD en Nouvelle-Zélande et en Australie. Il présente des exemples qui illustrent ces approches. En conclusion, sont décrites les étapes entreprises pour développer un SAD plus global par la FAO, le Centre international de développement des engrais (IFDC) et l'Agence internationale de l'énergie atomique (AIEA) pour l'utilisation dans les pays tropicaux et subtropicaux pour une gamme de cultures vivrières.
Les agriculteurs doivent savoir si l'utilisation du PN: (i) sera capable de fournir du phosphore à un sol déficient et (ii) économisera de l'argent par rapport à l'emploi d'engrais phosphaté hydrosoluble. Ils pourraient obtenir ces renseignements d'un expert confirmé dans l'utilisation des PN. Cependant, il existe des restrictions à l'accès à l'information concernant ces recommandations techniques. Ce chapitre montre qu'un SAD est la manière la plus efficace d'intégrer les principaux facteurs qui déterminent l'efficacité des PN, pour indiquer ensuite si le PN sera efficace dans les champs des agriculteurs.
Un SAD est un système informatisé interactif qui aide les décideurs à utiliser des données et des modèles pour résoudre des problèmes non structurés (Sprague et Carlson, 1982). Le but principal d'un tel système est d'améliorer la performance des décideurs tout en réduisant le temps et les ressources humaines nécessaires pour analyser des situations complexes. Un PN-SAD pourra prévoir si un PN particulier sera efficace pour la fourniture de phosphore à la plante cultivée au champ. Certains SAD ont été développés pour prévoir la performance des PN dans différents environnements.
Dans la pratique, un PN sera agronomiquement efficace dans un système de culture s'il peut se dissoudre assez rapidement pour fournir du phosphore disponible pour la plante à une dose qui est en adéquation avec la croissance de la culture. Ainsi, la question est de savoir si la vitesse de dissolution du PN correspond à la demande de phosphore de la culture. Divers auteurs ont passé en revue les conditions nécessaires pour que cela se produise en région tempérée (Khasawneh et Doll, 1978) et tropicale (Hammond et al., 1986b, Sale et Mokwunye, 1993). Le chapitre 5 présente cet aspect en détail.
FIGURE 24
Processus de détermination de la
faisabilité de l'utilisation d'un PN en application directe
Source: Heng, 2003.
Le cadre conceptuel proposé dans la figure 24 récapitule les facteurs qui déterminent la faisabilité de l'utilisation d'un PN en application directe (Heng, 2003-). Cinq facteurs principaux déterminent si le taux d'approvisionnement en phosphore dissous à partir des PN répondra à la demande de phosphore de la culture. Ces facteurs sont: la réactivité du PN, les propriétés du sol, les conditions climatiques, le type de culture, et le système de gestion utilisé pour la culture et l'application du PN.
Une des questions finales est la prise en compte de l'effet du temps. Une caractéristique commune aux PN est que la réponse initiale des plantes au PN peut être limitée. Cependant, leur performance par rapport aux engrais hydrosolubles tend à s'améliorer avec le temps, en raison de la solubilisation continue du PN par comparaison avec la disponibilité en baisse du phosphore provenant des résidus et des produits de réaction des engrais phosphatés hydrosolubles. Ainsi, le PN peut avoir un «effet résiduel» supérieur par comparaison avec l'engrais hydrosoluble. L'agriculteur voit croître les avantages du PN avec le temps.
Le cadre conceptuel présenté dans la figure 24 met l'accent sur la complexité du système dans sa globalité. Indépendamment des facteurs qui affectent la performance agronomique du PN, beaucoup d'autres points entravent l'utilisation du PN, par exemple la taille du gisement potentiel de PN qui assurerait la fourniture, le coût de l'exploitation, du broyage et de la distribution, le rapport coût/bénéfice pour tous les participants dans la chaîne d'approvisionnement, l'impact sur l'environnement, le social, l'économie ainsi que la politique du gouvernement. Dans l'analyse finale, ces points détermineront si un gisement sera mis en exploitation afin de permettre à des agriculteurs d'utiliser le PN comme engrais.
Le chapitre 10 pose la question de savoir si les agriculteurs locaux adopteront le PN comme engrais phosphaté. Les instruments SAD décrits dans ce chapitre ne prennent pas en compte la question de l'adoption par l'agriculteur et les aspects socioéconomiques et politiques décrits ci-dessus. Ces SAD se focalisent seulement sur la question de savoir si le PN sera efficace dans un système agricole spécifique.
L'approche peut-être la plus complète pour prévoir comment un PN se solubilisera est le modèle mécaniste construit par Kirk et Nye (1985a, 1985b, 1986). Ce modèle part de l'hypothèse que l'étape limitant le taux de dissolution est l'éloignement (par dilution/diffusion) des ions solubilisés à la surface des particules de PN. Le modèle peut fournir des prévisions tout à fait précises de la dissolution de PN dans des conditions contrôlées (Anderson et Sale, 1993). Cependant, il ne peut pas déterminer si une culture particulière répondra à une application de PN au champ.
La limitation principale à l'utilisation des modèles mécanistes complexes est le besoin d'entrer un grand nombre de paramètres qui sont relativement difficiles à déterminer. Par exemple, le modèle de Kirk et de Nye nécessite dix paramètres afin de définir l'environnement du sol. Ces paramètres incluent: la concentration et les activités des ions phosphate et calcium dans la solution du sol, le pH du sol, le pouvoir tampon pour le pH, le pouvoir tampon pour le phosphore, les coefficients des isothermes d'adsorption de phosphore, la densité apparente du sol, la teneur volumétrique en eau, et le pourcentage d'argile. Cette approche est trop complexe pour l'usage d'un PNSAD en exploitation agricole.
Le SAD de la Nouvelle-Zélande
Des chercheurs en Nouvelle-Zélande ont développé un SAD pour l'usage des PN dans des régions à fortes précipitations avec des prairies permanentes pâturées par des moutons et/ou du bétail. Ce système est construit autour de cinq composantes (Perrott, 2003). La première est un modèle empirique qui prédit l'adaptabilité d'un emplacement pastoral particulier pour l'usage de PN, donnée par le coefficient moyen de diffusion (Dm) du phosphate dans le sol à un emplacement spécifique. Ceci est basé sur des mesures directes de dissolution d'un PN standard (PN de Sechura, 0,075-0,150 millimètre) dans 90 emplacements pastoraux en Nouvelle-Zélande sur une période de deux ans, qui ont fourni des données de régression pour prévoir la variable Dm. Le type de sol, le pH, le magnésium (Mg) échangeable, le drainage du sol et les précipitations sont employés comme paramètres pour prédire cette variable.
La deuxième composante est un test en laboratoire qui détermine la réactivité du PN en mesurant à l'équilibre la concentration en phosphore donnée par le PN (CR) dans une solution de sol simulée maintenue à un pH constant (5,5) en employant un titrimètre automatique. La valeur de CR, ainsi que la densité de particules, la concentration en phosphore, la gamme et la quantité de dimensions de particules du PN, fournit une mesure de la «réactivité intrinsèque du PN» (Perrott, 2003).
La troisième composante est un modèle mécaniste développé à partir d'une version simplifiée du modèle de Kirk et Nye (Watkinson, 1994a). Il calcule le taux annuel de dissolution d'un PN particulier dans un pâturage, en utilisant les variables prédéterminées de PN et d'emplacement. Ce taux annuel de solubilisation est alors exprimé comme un taux constant pour l'utilisation dans un modèle exponentiel de dissolution (quatrième composante) et la libération annuelle de phosphore du PN est alors traitée comme un intrant de phosphore disponible pour la plante dans le pool de phosphore labile du sol, pour l'OverseerTM, qui est un SAD intégrant les engrais (cinquième composante). OverseerTM est un outil permettant de faire des recommandations spécifiques pour un site donné, concernant l'utilisation d'engrais phosphatés, potassiques (K) et soufrés (S) sur la base des critères économiques et environnementaux (Metherell et Perrott, 2003).
Le SAD de Nouvelle-Zélande est spécifique pour les PN réactifs dans les systèmes pâturés sur les types de sols de Nouvelle-Zélande. Bien que le système soit limité à cette forme d'utilisation de la terre dans cette partie du monde, l'approche peut être recommandée. Elle essaye de définir et mesurer les étapes séquentielles dans le processus de dissolution des PN. En déterminant des éléments prédictifs empiriques basés sur des expériences simples au champ, elle simplifie les interactions complexes sol-emplacement-climat qui déterminent la probabilité de solubilisation rapide des PN dans un environnement pastoral particulier. En déterminant la quantité de PN dissous entrant chaque année dans le pool labile des plantes, le processus de modélisation permet au PN d'être comparé aux engrais phosphatés hydrosolubles, qui donnent également du phosphore disponible pour les plantes au pool labile du sol.
Le SAD de Nouvelle-Zélande est le produit de beaucoup d'années de recherche par des chimistes, des agronomes et des informaticiens. L'importance des activités liées au pâturage en Nouvelle-Zélande et le besoin d'intrants d'éléments nutritifs pour maintenir la productivité de ces activités ont soutenu cet effort de recherche.
Le PN-SAD développé par l'IFDC
L'IFDC a également développé une version préliminaire d'un PN-SAD pour estimer l'efficacité agronomique d'un PN fraîchement appliqué par rapport aux engrais phosphatés hydrosolubles (Hellums et al., 1992, Chien et al., 1999, Singh et al., 2003). Le développement est basé sur le travail de l'IFDC en Afrique occidentale. Le modèle incorpore l'effet de la source de PN (solubilité du PN), du pH du sol, de la texture du sol, de la matière organique, du type de culture, et du régime d'humidité/pluviosité dans la prédiction de l'efficacité agronomique relative (EAR) du PN par rapport aux engrais solubles. La version en cours du modèle ne peut pas déterminer si le phosphore est limitant ou ce que devrait être la dose d'engrais phosphaté. Elle suppose que les autres éléments nutritifs et les parasites ne sont pas limitants. Elle ne considère aucune évaluation socio-économique.
Un exemple d'utilisation du PN-SAD de l'IFDC
Le PN-SAD de l'IFDC devait prévoir dans quelle mesure le PN efficace de Minjingu (République unie de Tanzanie) pourrait augmenter le rendement d'une culture de maïs sur un sol à Kabete, Kenya (Singh et al., 2003). Le SAD demandait les données suivantes: la solubilité dans le citrate d'ammonium neutre (CAN) du PN modérément réactif (8,45 pour cent de P2O5 du PN), le pH eau du sol (5,02), la teneur en carbone organique du sol (1,44 pour cent), sa teneur en argile (25 pour cent) et en sable (38 pour cent), les précipitations au cours de la saison de culture (800 millimètres), et le type de culture (maïs). Le SAD a prédit que l'EAR (Efficacité Agronomique Relative) du PN de Minjingu serait de 85 pour cent. Singh et al. (2003) ont rapporté que les valeurs observées d'EAR à cet endroit étaient de 68 à 100 pour cent, avec des valeurs pour la quatrième application annuelle allant de 80 à 90 pour cent.
Il est également possible d'employer des systèmes experts pour développer un SAD. Ils ne nécessitent pas des années de recherche indispensables pour développer les modèles mécanistes. Au lieu de cela, ils ont besoin de l'action d'un expert «ingénieur de la connaissance», qui passe un temps substantiel à travailler avec des spécialistes en PN, et avec d'autres experts ayant des années d'expérience au champ. Les chercheurs australiens ont utilisé cette approche pour construire un SAD permettant de donner un avis sur l'utilisation des PN sur des pâturages. La tâche était de déterminer où les PN pourraient être efficaces sur des prairies pâturées par des moutons et/ou du bétail dans des régions à fortes précipitations en Australie orientale et méridionale.
Un système expert a été préparé à partir des résultats d'un grand projet national qui est parvenu à établir 25 expérimentations au champ efficaces et répétées sur des sols représentatifs dans les régions visées. Le projet a généré des valeurs annuelles de substitution du phosphate super triple (TSP) par le PN fortement réactif de Caroline du Nord pour chaque emplacement pendant une période de quatre ans. Le paramètre SV50 est la quantité de phosphore (en kilogrammes) fournie sous forme de TSP qui a produit 50 pour cent de la réponse maximum de la culture à un apport de phosphore dans un endroit particulier, divisée par la quantité de phosphore (en kilogrammes) apportée par le PN de Caroline du Nord nécessaire pour donner le même rendement au même endroit.
Le projet a fourni une image de la performance des PN dans une gamme d'environnements pastoraux qui différaient par les précipitations, les propriétés des sols, et les types de pâturage. Cela a pris en compte des environnements où le PN de Caroline du Nord était: (i) aussi efficace que le TSP dès la première année, (ii) presque aussi efficace que le TSP après un certain temps et (iii) complètement inefficace comparé au TSP. L'effet du temps a été pris en compte étant donné que l'efficacité des PN était mesurée après 1 et 4 ans avec des applications annuelles de PN. Un ingénieur de qualité a alors utilisé cette information empirique, ainsi que la compréhension scientifique de la manière par laquelle les quatre variables environnementales déterminent l'efficacité des PN, pour construire un système expert appelé le «conseiller PNR» qui pourrait conseiller les fermiers australiens sur l'utilisation des PN (Gillard et al., 1997).
L'approche adoptée en construisant le conseiller PNR était d'attribuer un poids proportionnel à chaque climat ou facteur de sol qui a semblé affecter la performance des PN. Ceci incluait: la réactivité du PN, les précipitations, le pH et la texture du sol, la possibilité de lixiviation du phosphore des engrais hydrosolubles, la capacité de rétention de phosphore, et la composition du pâturage. Chaque facteur a été fixé indépendamment, avec la prévision globale réalisée en multipliant ensemble toutes les pondérations des facteurs.
Le système expert a pu fournir des prévisions précises des valeurs de SV50 qui se sont produites (le coefficient de corrélation entre les valeurs de SV50 calculées et observées était de 0,92) (Gillard et al., 1997). Il a été également possible de valider les résultats d'un certain nombre d'expériences de terrain indépendantes en employant des réponses de rendement de pâturages au PN et au superphosphate. Les variables nécessaires pour le système expert étaient simples et n'exigeaient pas de laboratoire spécialisé. Les variables du lieu étaient: les précipitations annuelles, la probabilité que le phosphore soluble soit lixivié en dehors de la zone d'exploration racinaire, et la composition du pâturage. Les variables du sol exigées étaient: le pH, le phosphore Colwell, la texture et la couleur du sol, avec la couleur et la texture comme substituts pour estimer la capacité de rétention de phosphore du sol.
Les chercheurs ont trouvé quelques indications utiles pour l'usage du SAD automatisé. Comme il n'y avait aucune propriété intellectuelle commerciale impliquée, le conseiller PNR a été rendu disponible sans frais à l'adresse suivante: www.latrobe.edu.au/www/rpr/, ce qui a facilité l'étendue de son utilisation. En outre, en ayant des notes et des messages liés, il est possible d'expliquer comment une décision a été prise. Une bonne assistance peut aider l'utilisateur à employer le système avec confiance.
Les agriculteurs en Australie ont reçu un SAD simplifié sous la forme d'une liste de questions. Les questions donnaient une indication des conditions pouvant avoir comme conséquence l'utilisation efficace de PN sur les pâturages australiens. Si les agriculteurs pouvaient répondre par l'affirmative à toutes les questions, alors il y aurait une probabilité élevée que les PN réactifs soient des engrais phosphatés utiles à l'emplacement spécifique du pâturage.
Un exemple de l'utilisation du conseiller PNR
Un éleveur de bœufs dans le Gippsland méridional, une zone de fortes précipitations en Australie du Sud-est, a voulu déterminer si un PN réactif pouvait être un engrais phosphaté efficace, comparé au superphosphate simple, pour maintenir la productivité des pâturages de trèfle blanc et de ray-grass pérenne. L'agriculteur a téléchargé le conseiller PNR à partir d'Internet et a répondu aux questions posées par le SAD. Les réponses étaient que les précipitations annuelles étaient de 1 000 millimètres, le PN à employer était fortement réactif, le sol n'était pas rouge ou latéritique (indiquant que la capacité de rétention de phosphore n'était pas élevée), le sol a une profonde texture sableuse, et le pH eau du sol était de 5,3. N'étant pas sûr de ce que signifiait une question au sujet de l'ampleur de la lixiviation dans le sol, l'agriculteur a vérifié le dossier d'aide et a reçu une brève explication. L'agriculteur a alors donné la réponse qu'une lixiviation modérée était possible. Le SAD a répondu en indiquant que le PN fortement réactif serait aussi efficace que le superphosphate dès la première année si l'agriculteur changeait pour un PNR. Cette prévision est conforme à la performance des PNR dans des environnements semblables à travers l'Australie méridionale. Le SAD a alors conseillé à l'éleveur de bœufs de faire un calcul économique du choix basé sur le coût par kilogramme de phosphore appliqué. En outre, le SAD a également donné l'information d'un manque possible de soufre dans ce sol de pâturage si des PNR simples étaient employés sans soufre supplémentaire.
Heng (2003) a décrit un cadre conceptuel (Figure 24) pour le développement ultérieur d'un PN-SAD plus global. Il est possible de prescrire un certain nombre d'étapes et des séries de directives pour le développement de ce genre de système. Un tel système est maintenant nécessaire pour offrir des conseils sur l'efficacité des PN pour des cultures vivrières et de rente dans les zones tropicales et subtropicales, en particulier dans les pays en voie de développement.
Les caractéristiques inhérentes des minéraux comportant du phosphate varient considérablement. Par conséquent, la caractérisation du potentiel agronomique des PN est la première et essentielle étape pour évaluer leur adaptation pour l'application directe et pour le développement d'un SAD complet destiné à évaluer l'utilisation des PN. Les tâches spécifiques incluent: (i) rassembler des données sur la solubilité des PN dans le CAN (deuxième extraction) avec des procédures standard (vitesse et temps d'agitation spécifiés), (ii) corréler les données de solubilité obtenues avec d'autres données disponibles issues de tests de réactivité sur les mêmes PN, (iii) conduire une analyse de régression pour établir le rapport entre les deux méthodes étudiées, (iv) analyser les données hors gamme en utilisant des procédures standard et (v) analyser tous les échantillons restants en utilisant des procédures standard.
La Division mixte FAO/AIEA des techniques nucléaires pour l'Alimentation et l'Agriculture et l'IFDC mettront en commun leurs bases de données des propriétés de PN afin de créer une base de données globale pour un PN-SAD. Depuis longtemps, l'IFDC conduit de nombreux essais au champ en Afrique, Asie et Amérique latine et une grande base de données a été compilée. De même, grâce au réseau international de recherches sur les PN mis en œuvre de 1993 à 1999 dans les pays en développement et développés, la Division mixte FAO/AIEA des techniques nucléaires pour l'Alimentation et l'Agriculture a rassemblé des données intéressantes sur l'efficacité agronomique des engrais phosphatés, avec une variété d'origines de PN et de nombreuses cultures dans une large gamme d'environnements (Zapata, 2000, 2003, IAEA, 2002).
Une caractérisation standard des échantillons de sol provenant des régions où des PN pourraient être utilisés est exigée afin de fournir des entrées d'informations fiables pour le SAD. Ceci impliquera de rassembler des mesures pour les principales propriétés des sols qui affectent la dissolution des PN. La caractérisation standard des propriétés des PN et des sols a été entreprise par la Division mixte FAO/AIEA des techniques nucléaires pour l'Alimentation et l'Agriculture grâce au projet de recherches en réseau sur «l'utilisation des techniques nucléaires pour évaluer l'efficacité agronomique des engrais phosphatés, en particulier les phosphates naturels» (Truong et Zapata, 2002, Montange et Zapata, 2002).
Les informations sur les performances des PN employés pour construire un SAD doivent couvrir une gamme complète de PN, de climats, de types de sol et de systèmes de production susceptibles d'être rencontrés dans la région considérée. Par exemple, si un SAD est préparé pour certaines régions d'Afrique, alors tous les résultats possibles sur les performances des PN dans ces régions doivent être incorporés dans le SAD. Ceci inclura les facteurs socio-économiques qui sont partie intégrante du système de culture. Ceux-ci peuvent très bien déterminer si un PN local pourra être utilisé dans une situation de culture spécifique. Une idée émergeante veut que les applications de SAD se concentrent sur des problèmes réels se posant aux gens ordinaires, et essayent de développer des solutions propres à ceux-ci (Matthews et al., 2002). La fourniture de sources rentables d'éléments nutritifs pour les plantes afin de combattre l'épuisement des éléments nutritifs des sols est un problème complexe dans tous les pays en voie de développement.
Les renseignements à apporter au SAD doivent être simples et pouvoir être fournis par les utilisateurs potentiels. Il n'est pas utile de demander des mesures complexes de propriétés de sol, telles que le pouvoir tampon pour le pH, comme variables à apporter au SAD si l'utilisateur n'a aucune idée de la mesure et que celle-ci peut seulement être obtenue en laboratoire de recherche. La couleur, la texture et le pH du sol ainsi que les précipitations sont des exemples de variables aisément connues.
Il doit également y avoir une collaboration étroite entre les personnes construisant le SAD et les chercheurs qui évaluent les PN au champ. Les premières ont besoin de recevoir toutes les informations possibles sur les performances des PN et l'environnement dans lequel le PN a été utilisé, alors que les autres doivent fournir toutes les informations possibles sur les performances des PN pour les incorporer dans le SAD. Les chercheurs projetant l'évaluation au champ d'un PN devraient consulter les concepteurs du SAD afin de déterminer s'il pourrait y avoir un traitement additionnel à inclure dans l'expérience au champ qui pourrait être utile pour faire évoluer le SAD.
L'IFDC et la FAO/AIEA ont accepté de collaborer au développement d'un PN-SAD global. Les plans pour ce développement sont en cours en termes de création d'une base de données des PN simplifiée par rapport à la grande quantité de renseignements disponibles. Le développement ultérieur exigera le traitement de données additionnelles afin d'établir des relations fonctionnelles et statistiques et ensuite leur inclusion dans le PN-SAD.
Un réseau de tests pilotes et d'expériences de validation au champ sera également établi dans un éventail de zones agro-écologiques. Ceux-ci seront situés dans des sites choisis en Afrique, Asie et Amérique latine et rassembleront des renseignements au niveau des systèmes de culture, y compris la gestion agronomique et les données socio-économiques. Ceci permettra une prévision accrue des résultats attendus et une prise de décision améliorée. Le SAD résultant sera ensuite développé en un système bâti en réseau et permettra de communiquer les résultats sur Internet. Ceci facilitera le partage des ressources, l'adhésion aux normes collectives et l'utilisation des outils et des normes développés par le Centre Mondial d'Information Agricole (World Agricultural Information Center).
La disponibilité d'un PN-SAD global sera un outil utile de recherche et de vulgarisation pour les chercheurs, les vulgarisateurs, les agriculteurs, les planificateurs, et les commerçants en produits agricoles. Cela favorisera l'utilisation des ressources de PN dans les pays en voie de développement tropicaux et subtropicaux.
