Légumineuses

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Les légumineuselégumineuseDéfinition: Famille de plantes dicotylédones dont le fruit est une gousse ( pois, haricots, luzerne, trèfle, soja…)....
s (ordre des Fabacées) ont développé une symbiose spécifique avec des bactéries de type Rhizobium capables de fixer l'azote de l'air en azote ammoniacal N2 -> NH4+ puis en acides aminés fournis à la plante.
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La symbiose entraine la formation de nodosités qu'on observe sur les racines de la légumineuselégumineuseDéfinition: Famille de plantes dicotylédones dont le fruit est une gousse ( pois, haricots, luzerne, trèfle, soja…)....
. Cette capacité à fixer l'azote de l'air permet à ces cultures de se passer de fertilisants azotés et d'avoir une teneur en protéines deux à trois fois plus élevée que chez les graminées.

 

La nutrition azotée des légumineuselégumineuseDéfinition: Famille de plantes dicotylédones dont le fruit est une gousse ( pois, haricots, luzerne, trèfle, soja…)....
s

La légumineuselégumineuseDéfinition: Famille de plantes dicotylédones dont le fruit est une gousse ( pois, haricots, luzerne, trèfle, soja…)....
commence par prélever l'azote minéral présent dans le sol sous forme de nitrate et d'ammonium comme les autres plantes. Lorsque la disponibilité en nitrate diminue, la légumineuselégumineuseDéfinition: Famille de plantes dicotylédones dont le fruit est une gousse ( pois, haricots, luzerne, trèfle, soja…)....
active la formation de nodules abritant le Rhizobium. Elle envoie alors à ses racines une part importante des sucres qu'elle métabolise par photosynthèsephotosynthèseDéfinition: La photosynthèse végétale consiste à réduire le dioxyde de carbone de l'atmosphère par l'eau absorbée par les racines à l'aide de l'énergie solaire captée par les feuilles, en présence de sels minéraux, avec libération d'oxygène, afin de produire des glucides....
dans les feuilles. Ces sucres fournissent l'énergie nécessaire au Rhizobium pour la fixation d'azote de l'air. La légumineuselégumineuseDéfinition: Famille de plantes dicotylédones dont le fruit est une gousse ( pois, haricots, luzerne, trèfle, soja…)....
peut alors devenir autonome en azote et continue d'accumuler des protéines sans plus avoir besoin de l'azote du sol.

L'ordre de grandeur des quantités d'azote de l'air fixé dépend de la durée du cycle de la légumineuselégumineuseDéfinition: Famille de plantes dicotylédones dont le fruit est une gousse ( pois, haricots, luzerne, trèfle, soja…)....
et de la fourniture en azote minéral du sol. Il dépend aussi de l'efficacité de la symbiose. Les souches de Rhizobium présentes dans les sols français permettent une bonne nodulation de la plupart des espèces de légumineuselégumineuseDéfinition: Famille de plantes dicotylédones dont le fruit est une gousse ( pois, haricots, luzerne, trèfle, soja…)....
s à l'exception du soja et dans certaines conditions du lupin et de la luzerne qu'il est possible d'inoculer au moment du semis. Sur une luzerne, la fixation d'azote peut atteindre 300 kg de N/ha en 2ème année d'exploitation.

Le développement du Rhizobium est très sensible aux conditions du milieu. Il lui faut un sol aéré laissant circuler l'oxygène et un pHpHDéfinition: Notation qui rend compte de la concentration en ions H+ du milieu et désigne ainsi le caractère très acide (pH 4 à 5,5), acide (5,5 à 6,8), neutre (6,8 à 7,2) ou alcalin (supérieur à 7,2) d’un sol....
variant dans une plage optimale assez étroite. Les exigences en phosphore et potassium sont également assez élevés à la fois pour le Rhizobium et pour la croissance de la légumineuselégumineuseDéfinition: Famille de plantes dicotylédones dont le fruit est une gousse ( pois, haricots, luzerne, trèfle, soja…)....
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Effets sur la fertilité biologique action
sur la fixation symbiotiquefixation symbiotiqueDéfinition: Phénomène biologique dû à des bactéries (Rhizobium) vivant en symbiose sur les racines des légumineuses, ayant pour conséquence la transformation de l’azote de l’air en azote organique utilisable par la plante....
d'azote

Effets fixation

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La production de protéines végétales est plus couteuse en énergie que la production d'amidon. Les légumineuselégumineuseDéfinition: Famille de plantes dicotylédones dont le fruit est une gousse ( pois, haricots, luzerne, trèfle, soja…)....
s accumulent deux à trois fois plus de protéines exprimées en teneur dans leur grain ou dans la plante entière comparées aux céréales mais leur potentiel de rendement est plus faible.

 

production proteines vegetales

Source : support Légumineuses UNIP 2014

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Les légumineuselégumineuseDéfinition: Famille de plantes dicotylédones dont le fruit est une gousse ( pois, haricots, luzerne, trèfle, soja…)....
s dans les systèmes de culture 

L'intérêt d'insérer des cultures de légumineuselégumineuseDéfinition: Famille de plantes dicotylédones dont le fruit est une gousse ( pois, haricots, luzerne, trèfle, soja…)....
s dans les successions de culture a été identifié très tôt de façon empirique par les agriculteurs dans le monde entier. Il tient d'abord à l'avantage procuré par la fixation symbiotiquefixation symbiotiqueDéfinition: Phénomène biologique dû à des bactéries (Rhizobium) vivant en symbiose sur les racines des légumineuses, ayant pour conséquence la transformation de l’azote de l’air en azote organique utilisable par la plante....
de l'azote de l'air. Il reste essentiel dans le mode d'agriculture biologique pour introduire de l'azote dans le sol en raison de l'interdiction des engrais azotés minéraux.

Pour accroitre la part des légumineuselégumineuseDéfinition: Famille de plantes dicotylédones dont le fruit est une gousse ( pois, haricots, luzerne, trèfle, soja…)....
s, plusieurs possibilités existent en :

Culture annuelle

protéagineux et légumes secs (pois, féverole, lupin, lentille, haricot) ainsi que soja. On récolte les graines en laissant au sol des résidus riches en azote (racines et parties aériennes).

Cultures fourragères pluriannuelles (luzerne, trèfles, vesces, sainfoin...)

Ces cultures fournissent du fourrage et peuvent être également transformées en aliment par déshydratation. Après plusieurs années, leur destruction entraine la minéralisationminéralisationDéfinition: Transformation de la matière organique qui conduit à la formation de sels minéraux où les éléments fertilisants deviennent solubles et accessibles aux plantes....
d'une quantité importante d'azote qu'il faut utiliser rapidement en semant immédiatement une autre culture (ex : un maïs après une luzerne).

Mélange avec des graminées dans une prairie temporaire ou permanente

La réduction de l'apport d'azote et le sur-semis sur une prairie en place sont des techniques pour favoriser la part des légumineuselégumineuseDéfinition: Famille de plantes dicotylédones dont le fruit est une gousse ( pois, haricots, luzerne, trèfle, soja…)....
s dans le mélange prairial au cours des années.

Cultures intermédiaires ou dans tout type de couvert

Les légumineuselégumineuseDéfinition: Famille de plantes dicotylédones dont le fruit est une gousse ( pois, haricots, luzerne, trèfle, soja…)....
s y sont généralement en mélange avec d'autres espèces car elles ont une moindre capacité à piéger l'azote minéral du sol.

 

L'association d'une légumineuselégumineuseDéfinition: Famille de plantes dicotylédones dont le fruit est une gousse ( pois, haricots, luzerne, trèfle, soja…)....
et d'une autre culture

Cette association associe une légumineuselégumineuseDéfinition: Famille de plantes dicotylédones dont le fruit est une gousse ( pois, haricots, luzerne, trèfle, soja…)....
et une céréale récoltées ensemble (ex : orge-pois ou vesce...), une culture principale avec une plante de service (ex : colza et lentille) ou encore des légumineuselégumineuseDéfinition: Famille de plantes dicotylédones dont le fruit est une gousse ( pois, haricots, luzerne, trèfle, soja…)....
s en mélange à des graminées dans les cultures intermédiaires et les prairies. Généralement l'espèce non légumineuselégumineuseDéfinition: Famille de plantes dicotylédones dont le fruit est une gousse ( pois, haricots, luzerne, trèfle, soja…)....
est plus efficace pour utiliser l'azote minéral du sol et a un avantage de croissance sur la légumineuselégumineuseDéfinition: Famille de plantes dicotylédones dont le fruit est une gousse ( pois, haricots, luzerne, trèfle, soja…)....
en début de cycle. Pour compenser la rareté de l'azote minéral, la légumineuselégumineuseDéfinition: Famille de plantes dicotylédones dont le fruit est une gousse ( pois, haricots, luzerne, trèfle, soja…)....
active la symbiose avec le Rhizobium et fixe davantage d'azote de l'air après quelques semaines. Il y a complémentarité des deux espèces dans la fourniture d'azote. Cependant un apport de fertilisant azoté peut être nécessaire pour améliorer la productivité de la culture associée, il réduit généralement la compétitivité de la légumineuselégumineuseDéfinition: Famille de plantes dicotylédones dont le fruit est une gousse ( pois, haricots, luzerne, trèfle, soja…)....
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Les deux espèces s'échangent peu d'azote durant leur cycle de végétation. Un peu d'azote peut être réémis par les racines d'une espèce et récupéré par l'autre mais les échanges nets sont faibles ou nuls. Par contre la récolte ou la destruction de la légumineuselégumineuseDéfinition: Famille de plantes dicotylédones dont le fruit est une gousse ( pois, haricots, luzerne, trèfle, soja…)....
entraine une décomposition puis une minéralisationminéralisationDéfinition: Transformation de la matière organique qui conduit à la formation de sels minéraux où les éléments fertilisants deviennent solubles et accessibles aux plantes....
des parties végétatives laissées au sol. Il en résulte un supplément d'azote minéral disponible pour la culture qui suit. Cet effet précédent est pris en compte dans le calcul du bilan prévisionnel de l'azote sur la culture qui suit.

 

 

Cultures intermédiaires, compagnes, intercalaires

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On parle aussi de plantes de service. Ce sont des cultures qui ne sont pas destinées à être récoltées. Elles forment un couvert qui protège le sol, améliore sa structure et piège le nitrate et d'autres éléments nutritifs. Après destruction, le couvert est laissé au sol et lui fournit de la matière organique fraîche.
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Les différents couverts végétaux

Deux types de cultures intermédiaires CI sont à distinguer selon la durée de leur cycle :cultures inter1

  • La CI longue (4 à 6 mois) entre la récolte d'une culture l'été et le semis d'une culture de printemps
  • La CI courte (2 à 3 mois) entre la récolte d'une culture en été et le semis d'une céréale d'automne.

Il est possible aussi de semer la CI dans la culture principale en place par exemple dans un maïs au printemps, pour bénéficier du redémarrage de la CI après la récolte et avant l'hiver.

Culture dérobée, culture à vocation énergétique : définitions

Ce sont des cultures à cycle court (moins de 6 mois) intercalées entre deux cultures principales. Alors que la CI est détruite et laissée sur place, la culture dérobée est exploitée soit en pâturage, soit en récolte de fourrage et la culture à vocation énergétique ou CIVE est récoltée en plante entière pour produire de la bioénergie.

cultures inter2La culture compagne est semée en combinaison avec la culture principale pour rendre un service (fixation d'azote pour une légumineuselégumineuseDéfinition: Famille de plantes dicotylédones dont le fruit est une gousse ( pois, haricots, luzerne, trèfle, soja…)....
, concurrence avec les adventices) sans gêner la culture principale. Il s'agit souvent d'une culture gélive qui disparait par le gel en hiver. Un couvert herbacé occupe l'espace entre les rangs d'arbres fruitiers ou de vignes, c'est une forme de couvert intercalaire qui interagit également avec la fertilité du sol et la culture principale.

Semer une seule espèce ou un mélange d'espèces dépend des effets agronomiques recherchés. La CI introduit aussi de la biodiversité dans la succession des cultures en ayant recours à de nombreuses familles végétales: graminées, crucifères, légumineuselégumineuseDéfinition: Famille de plantes dicotylédones dont le fruit est une gousse ( pois, haricots, luzerne, trèfle, soja…)....
s et autres familles.

 

Les multiples effets agronomiques d'un couvert végétal

La culture intermédiaire contribue à améliorer la fertilité du sol et l'activité biologique. Dans le cas des légumineuselégumineuseDéfinition: Famille de plantes dicotylédones dont le fruit est une gousse ( pois, haricots, luzerne, trèfle, soja…)....
s, elle contribue aussi à introduire de l'azote dans l'écosystème cultivé.

 

Absorption du nitrate du sol

L'effet piège à nitrate (CIPAN) est supérieur à 50% d'après l'INRA à la fois sur la réduction de la quantité d'azote lixiviée et sur la diminution de la concentration en nitrate dans l'eau. La CI absorbe le nitrate présent dans le sol. Elle l'immobilise sous forme d'azote organique qui ne sera pas entrainé par l'excès d'eau en profondeur. Les crucifères (moutarde, radis, colza) et les graminées (ray grass, avoine) sont plus efficaces que les légumineuselégumineuseDéfinition: Famille de plantes dicotylédones dont le fruit est une gousse ( pois, haricots, luzerne, trèfle, soja…)....
s pour capter le nitrate du sol.

 

Protection du sol

Le feuillage et le système racinaire de la CI protège le sol de l'action dégradante de la pluie, limitent le ruissellement, réduisent l'érosion et améliorent l'infiltration de l'eau de pluie.

 

Amélioration de l'état structural

Les racines de la CI « travaillent » le sol. La décomposition de la CI préserve mieux la structure grumeleuse et améliore la résistance à la battance en surface. Cet effet se renforce avec les années.

 

Stimulation de l'activité biologique

Le couvert végétal stimule l'activité microbienne du sol. Il peut cependant entretenir une humidité au sol favorable à certains ravageurs comme les limaces. Il a d'autres effets complexes sur les écosystèmes, la biodiversité et la faune sauvage.

 

Stock de matière organique

Cet effet dépend de la quantité de matière sèche produite par la CI. Entre 2 et 3t de MS par ha, l'INRA a calculé qu'il était possible de stocker de 0.5 à 1 t de matière organique supplémentaire dans le sol. Cet effet annuel modeste devient intéressant si la CI revient régulièrement dans la succession. La matière organique stocke du carbone et aussi de l'azote. Après quelques années, la teneur en MO augmente significativement et entraine un gain de minéralisationminéralisationDéfinition: Transformation de la matière organique qui conduit à la formation de sels minéraux où les éléments fertilisants deviennent solubles et accessibles aux plantes....
qu'on peut estimer entre 5 et 10kg de N/ha/an. Dans un système de cultures avec paille récoltée, la CI compense partiellement l'exportation de la paille. Par contre, si la CI est récoltée en dérobée ou pour une valorisation énergétique, elle a peu d'effet sur le stock de MO du sol.

 

Fourniture d'éléments nutritifs après destruction 

La CI réduit le reliquat d'azote minéral à la sortie de l'hiver comparé à un sol laissé nu durant l'hiver. D'un autre côté, elle libère après destruction, une partie de l'azote qu'elle a fixé sous forme organique. La fraction minéralisée de cet azote devient alors disponible pour la culture suivante.

 

Espèce utilisée en CI Rapport
C/N
Destruction en
Nov/Décembre
Destruction après
le 31 janvier
Phacélie   0 5
Seigle, avoine 15-35 0 5
Ray grass   5 10
Moutarde, radis   5 10
Mélange Crucifère + Légumineuse   8 15
Légumineuse pure 7-10 10 20

Fourniture d'azote minéral en kg de N/ha pour la culture suivante (maïs, pdt)
CI produisant entre 1 et 3 t de MS/ha
D'après COMIFERCOMIFERDéfinition: Comité français d'études et de développement de la Fertilisation raisonnée...
2013

 

En l'absence d'apport de fertilisants, la CI ne fait qu'immobiliser puis restituer les éléments nutritifs du sol à bilan nul. La disponibilité de ces éléments dans le sol est influencée par la date de destruction de la culture. Une destruction suffisamment précoce permet la décomposition puis la libération du potassium et la minéralisationminéralisationDéfinition: Transformation de la matière organique qui conduit à la formation de sels minéraux où les éléments fertilisants deviennent solubles et accessibles aux plantes....
de l'azote et du phosphore. La date et le délai laissé entre la destruction du couvert et le semis de la culture suivante déterminent la fraction de ces éléments minéralisés.

 

Fiche FERTI-pratiques N° 29 : Cultures intermédiaires, leur place dans la fertilisation     ▶ Télécharger