Ces aménagements dont l'histoire remonte à l'origine de l'agriculture dans plusieurs régions du monde améliorent le fonctionnement de l'écosystème sol-plante.

Ils permettent une maîtrise partielle du facteur hydrique en prévenant les périodes prolongées d'excès d'eau ou en palliant l'insuffisance de la pluviométrie. En réduisant l'impact des aléas climatiques liés à l'excès comme au manque d'eau, ils contribuent à régulariser la production végétale et améliorent les conditions d'efficacité des fertilisants. Des études fréquentielles du climat et la connaissance du fonctionnement hydrique des sols doivent en garantir le bon dimensionnement car ces investissements sont coûteux.

Le plus souvent réalisés séparément, ils peuvent parfois être combinés sur la même parcelle.

La maitrise de l'excès d'eau par le drainagedrainageDéfinition: Evacuation des eaux excédentaires dans le sol par gravité (drainage naturel) ou au moyen de drains ou de fossés....

Le drainagedrainageDéfinition: Evacuation des eaux excédentaires dans le sol par gravité (drainage naturel) ou au moyen de drains ou de fossés....
est constitué d'un réseau de drains enterrés à une profondeur de 80 à 90 cm et régulièrement espacés. Ce réseau permet l'élimination de l'excès d'eau en assurant son écoulement par le bas du profil.

Il en résulte des conditions plus favorables à la croissance racinaire et à l'alimentation des plantes. Plus particulièrement les effets du drainagedrainageDéfinition: Evacuation des eaux excédentaires dans le sol par gravité (drainage naturel) ou au moyen de drains ou de fossés....
se remarquent sur :

La limitation du ruissellement en surface

l'infiltration de l'eau est plus facile lorsque l'excès d'eau est évacué.

La réduction du risque d'érosion hydrique

les particules de terre et les éléments nutritifs qui y sont fixés ne sont pas entrainées vers le bas de la parcelle. L'érosion constitue une perte de fertilité pour le sol cultivé et une grave nuisance pour les riverains en aval (coulées de boues). 

L'absence d'engorgement du sol en surface

l'activité biologique a besoin de l'oxygène de l'air pour minéraliser la matière organique et libérer l'azote, le soufre et le phosphore qu'elle contient. A contrario, l'absence d'oxygène ou anoxie entraine des conditions réductrices qui provoquent la dénitrification du nitrate NO₃^- et à la décomposition du sulfate SO₄^2- en sulfure d'hydrogène H₂S, gaz donnant une odeur d'œuf pourri au sol engorgé d'eau.

La circulation de l'air dans le sol

l'excès d'eau est évacué et libère la macroporosité du sol permettant aux racines de respirer. Beaucoup de cultures sont sensibles à l'excès d'eau. Les racines n'alimentent alors plus la plante en eau et en éléments nutritifs. Dans les cas extrêmes pouvant aller jusqu'à l'immersion de la plante en surface, les plantes meurent d'asphyxie.

Dans les sols hydromorphes non drainés, les conditions sont défavorables à la croissance des plantes et plus particulièrement à celle de leur système racinaire. Les éléments nutritifs sont difficilement absorbés, donc les engrais sont mal valorisés et le risque de lixiviationlixiviationDéfinition: Processus au cours duquel l'eau de ruissellement passe au travers des pores du sol (percolation) en entraînant par dissolution certains sels, ions ou substances solubles....
ou de perte par ruissellement est plus important.

Dans les sols drainés, l'excès d'eau entraine des éléments nutritifs solubles présents dans le sol. Le traitement de ces eaux par lagunage dans des fossés peut être recommandé avant de les rejeter dans les cours d'eau. L'apport d'engrais azotés doit être fractionné pour correspondre aux périodes de forts besoins des cultures de façon à limiter le risque de lixiviationlixiviationDéfinition: Processus au cours duquel l'eau de ruissellement passe au travers des pores du sol (percolation) en entraînant par dissolution certains sels, ions ou substances solubles....
comme dans toute autre parcelle.

L'apport d'eau par l'irrigation 

L'irrigation consiste à apporter de l'eau en complément des pluies reçues. Deux grands modes d'irrigation sont possibles par apport sur toute la surface, en plein, et par un réseau de micro-irrigation, en localisé. L'irrigation permet d'apporter la quantité d'eau s'ajustant aux besoins de la culture dans la période de déficit hydrique au cours du cycle de la culture. L'apport d'eau maintient un certain niveau de réserve utile (RU) dans le sol et évite de descendre au point de flétrissement, synonyme de perte de production végétale importante.

Selon le Recensement agricole (Agreste), 6% de la surface agricole utile (SAU) a été irrigué en 2010. Cela représente 1.6 million d'hectares dont la moitié en maïs ; 94% de la SAU est donc cultivé en agriculture exclusivement pluviale ; en maïs la part du pluvial est de 75% contre 25% pour l'irrigation.

Grâce à son climat tempéré et à son régime pluviométrique favorable, le recours à l'irrigation reste limité en France comparé à d'autres pays.

L'irrigation bien conduite entretient un sol humide sans excès où l'air et l'eau peuvent à la fois circuler. Ces conditions sont favorables à la croissance des racines et à l'absorption des éléments nutritifs solubles. Plus particulièrement les effets de l'irrigation se remarquent sur :

L'activité biologique du sol

elle est favorisée par l'humidité 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 la matière organique y est plus active, libérant des éléments nutritifs : azote, soufre, phosphore

La croissance des racines

plus facile dans un sol frais où l'air peut circuler

La nutrition des plantes

l'accès aux éléments minéraux solubles est optimal

La quantité d'eau apportée à chaque irrigation doit être calculée pour ne jamais dépasser la capacité au champ afin d'éviter le drainagedrainageDéfinition: Evacuation des eaux excédentaires dans le sol par gravité (drainage naturel) ou au moyen de drains ou de fossés....
ou le ruissellement de l'excès d'eau. En l'absence de drainagedrainageDéfinition: Evacuation des eaux excédentaires dans le sol par gravité (drainage naturel) ou au moyen de drains ou de fossés....
, il n'y a pas de lixiviationlixiviationDéfinition: Processus au cours duquel l'eau de ruissellement passe au travers des pores du sol (percolation) en entraînant par dissolution certains sels, ions ou substances solubles....
des éléments nutritifs solubles (nitrate, sulfate...).

L'intensité horaire de l'irrigation ne doit pas dépasser la capacité d'infiltration du sol pour ne pas créer d'engorgement en surface avec un risque de ruissellement. De plus l'apparition d'un excès d'eau en surface s'accompagne d'un risque accru de dénitrification conduisant à une émission de diazote et de protoxyde d'azote, gaz à effet de serre, à partir du nitrate présent dans le sol.

Le travail du sol, les facteurs climatiques, les racines et les organismes vivants présents dans le sol sont à l'origine de l'assemblage d'éléments constitutifs de la structure dont les vides déterminent la porosité structurale.

Cette porosité permet la circulation de l'eau et de l'air dans le sol et favorise la pénétration des racines et l'activité biologique. Elle se modifie de façon plus ou moins réversible au rythme de l'activité saisonnière de l'agriculture. 

La réalisation d'un lit de semence favorable à la germination et à la croissance des plantules est un autre objectif du travail du sol qui peut se limiter à une action sur la ligne de semis.

Réduire l'intensité et la fréquence du travail du sol

Se passer du labour est désormais pratique courante. Selon une enquête du ministère de l'Agriculture datant de 2011, 44% des surfaces de blé tendre et 51% des surfaces de colza sont implantées sans labour. On parle de techniques culturales sans labour (TCSL), de techniques culturales simplifiées (TCS), de strip-till (seule une bande est travaillée pour préparer la ligne de semis), de semis direct (SD), de semis direct sous couvert végétal (vivant ou mort). Ces techniques sans labour sont aussi désignées par le terme d'agriculture de conservation.

Les définitions varient autant que les façons culturales qui se déclinent à l'infini selon la profondeur de sol travaillée et le type de matériel utilisé.

On peut classer les TCS en trois sous rubriques :

• les techniques avec travail profond, au-delà de 15 centimètres avec un chisel ou un canadien,
• les techniques avec un travail superficiel inférieur à 15 centimètres et
• le semis direct où le sol n'est travaillé que sur des bandes (strip-till) ou pas du tout.

Interaction avec le cycle du carbone

Par rapport à un écosystème naturel, les flux d'entrées et de sortie du cycle du carbone sont modifiés par les pratiques culturales : les récoltes sont exportées mais les résidus des parties aériennes et les racines sont laissées au sol, des engrais organiques et minéraux sont apportés, enfin le travail du sol favorise 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....
grâce à un meilleur accès de l'oxygène à la couche travaillée.

La fréquence et la profondeur du travail du sol d'une part, l'importance des apports de carbone organique au sol d'autre part déterminent l'intensité de 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....
annuelle d'un sol cultivé et la teneur en matière organique qui s'établit à long terme dans un sol. Un sol cultivé contient, pour une épaisseur de sol identique, moins de carbone organique que son homologue non cultivé sous prairie permanente ou sous forêt.

D'après Arvalis, le travail du sol avec ou sans labour affecte peu la quantité de matière organique stockée dans le sol mais peut progressivement modifier sa localisationlocalisationDéfinition: Action de placer l'engrais dans une zone bien définie : Localisation « starter » en ligne à quelques cm de la semence et de la surface du sol Localisation profonde dans l'inter-rangs, dans la zone de prospection des racines avec l'utilisation d'un coutre enfouisseur. ...
dans le profil. En TCS et encore plus en semis direct, la matière organique se relocalise dans les dix ou quinze premiers centimètres alors que la teneur peut diminuer en profondeur comparé à une situation avec un labour épisodique. L'incorporation de couverts végétaux aussi appelés engrais verts a un effet positif sur le stock de matière organique en apportant une source supplémentaire de carbone organique au sol.

Interaction avec 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

Le non-travail du sol modifie la dynamique de 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....
des matières organiques du sol. L'essai de longue durée mis en place en 1970 par Arvalis à Boigneville (91) montre l'évolution du stock de matières organiques du sol dans trois conditions différentes : labour « classique », travail superficiel et semis direct ainsi que des vitesses 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....
du carbone et de l'azote organique provenant de l'humus.

En l'absence complète de travail du sol en semis direct, 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....
est plus tardive en sortie d'hiver qu'après un labour ou des techniques culturales simplifiées. Le travail du sol accélère le réchauffement en surface et la circulation de l'air et favorise 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....
d'azote et de soufre plus précoce. Au final la quantité d'azote minéralisée dans l'année est peu différente entre les traitements (on parle aussi 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....
nette).

Cette dynamique 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....
peut conduire à modifier légèrement le fractionnement des apports d'azote ou à privilégier la localisationlocalisationDéfinition: Action de placer l'engrais dans une zone bien définie : Localisation « starter » en ligne à quelques cm de la semence et de la surface du sol Localisation profonde dans l'inter-rangs, dans la zone de prospection des racines avec l'utilisation d'un coutre enfouisseur. ...
en ligne d'une partie de l'engrais associé au semis direct.

Interaction avec l'action des engrais et des amendements

Les techniques de non-labour limitent l'incorporation des éléments fertilisants dans le sol. Le semis direct en particulier ne permet plus de mélanger les amendements minéraux basiques et organiques à la couche superficielle du sol. Les effets de ces amendements semblent alors limités aux premiers centimètres du sol ce qui peut s'avérer insuffisant si le sol reste acide ou si sa teneur en matière organique est faible en profondeur.

L'apport d'azote en surface du sol ou sur une couche de résidus de culture constituant un mulch accroit le risque de perte d'ammoniac par volatilisationvolatilisationDéfinition: Perte d’azote, à partir du sol ou d’une matière fertilisante, par dégagement direct dans l’atmosphère de N2, d’oxyde d’azote ou d’ammoniac....
. Ce risque concerne l'azote ammoniacal contenu dans les effluents organiques en l'absence d'incorporation au sol (lisiers, digestats de méthanisation, fumiers frais). Les formes uréiques et ammoniacales des engrais azotés liquides (solution azotée) ou solides (urée, sulfate d'ammoniaque...) y sont également sensibles.

Le phosphore apporté est peu mobile et se fixe aux particules solides du sol. Le ruissellement et l'érosion qui arrache des particules en surface est à l'origine d'une perte relativement faible de phosphore. L'incorporation de l'engrais au sol ou sa localisationlocalisationDéfinition: Action de placer l'engrais dans une zone bien définie : Localisation « starter » en ligne à quelques cm de la semence et de la surface du sol Localisation profonde dans l'inter-rangs, dans la zone de prospection des racines avec l'utilisation d'un coutre enfouisseur. ...
en ligne au semis des cultures offre une possibilité de placer les engrais contenant du phosphore à une profondeur de quelques centimètres qui les protège de ce risque.

Les références pour l'interprétation de l'analyse de terre sont établies pour un volume de terre correspondant à la profondeur de prélèvement standard de 0-25 cm. Pour conserver la possibilité de comparer les anciennes analyses avec les nouvelles, les laboratoires d'analyses de terre regroupés au sein du GEMAS recommande de maintenir cette profondeur de prélèvement. En semis direct ou en travail superficiel, un deuxième prélèvement sur une profondeur de 0-10 cm ou 0-15 cm permet de suivre la progression des teneurs dans cette partie du sol où se concentrent les apports de résidus végétaux et de fertilisants. Les teneurs obtenues dans cette zone se rapportent alors à un volume de sol plus faible. Elles ne peuvent pas être directement interprétées avec les références obtenues sur un horizon labouré. Un nouveau référentiel d'interprétation est à construire dans ces situations.