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Quelle est l'importance des transferts d'éléments minéraux de l'agriculture conventionnelle à l'agriculture biologique

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La gestion des éléments minéraux est un élément clé de la conduite des systèmes de culture biologique. Le cahier des charges européen de l'agriculture biologique interdit strictement l'utilisation des engrais de synthèse. Toutefois, il autorise l'usage de certains produits issus de l'agriculture conventionnelle. Dans cette étude, nous avons quantifié l'intensité des importations d'azote (N), de phosphore (P) et de potassium (K) provenant de l'agriculture conventionnelle pour 63 exploitations biologiques réparties dans trois régions agricoles françaises définies par leurs orientations de productions (productions végétales, productions animales ou mixte). Les entrées en provenance de l'agriculture conventionnelle correspondent respectivement à 23 %, 73 % et 53 % des importations de N, P et K. Ces entrées sont principalement expliquées par les systèmes de production des exploitations et sont positivement corrélées à la demande en fertilisants de ces exploitations. Abstract: To what extent does organic farming rely on nutrient inflows from conventional farming? Nutrient management is a critical factor for organic farming. European organic regulations ban the use of artificial fertilisers. However organic farms may import nutrients coming from conventional farming. In this study we quantified the magnitude of nitrogen (N), phosphorus (P) and potassium (K) inflows from conventional farming to organic farming for 63 organic farms located in three French agricultural districts characterized by their degree of specialisation (crop productions, animal productions or both). Inflows from conventional farming amounted to 23%, 73% and 53% for N, P and K, respectively. These inflows were strongly correlated with farm production systems and positively correlated with the fertilisor demand of the farms.
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Innovations Agronomiques 32 (2013), 175-183
Quelle est l'importance des transferts d'éléments minéraux de l'agriculture
conventionnelle vers l'agriculture biologique?
Nowak B.1,2, Nesme T.2,1, David C.3, Pellerin S.1,2
1 INRA, UMR 1220 TCEM, CS 20032, F-33882 Villenave d'Ornon
2 Bordeaux Sciences Agro, UMR 1220 TCEM, CS 40201, F-33175 Gradignan Cedex
3 ISARA Lyon, UP SCAB, F-69364 Lyon
Correspondance : bjn.nowak@gmail.com
Résumé
La gestion des éléments minéraux est un élément clé de la conduite des systèmes de culture
biologique. Le cahier des charges européen de l'agriculture biologique interdit strictement l'utilisation
des engrais de synthèse. Toutefois, il autorise l'usage de certains produits issus de l'agriculture
conventionnelle. Dans cette étude, nous avons quantifié l'intensité des importations d'azote (N), de
phosphore (P) et de potassium (K) provenant de l’agriculture conventionnelle pour 63 exploitations
biologiques réparties dans trois régions agricoles françaises définies par leurs orientations de
productions (productions végétales, productions animales ou mixte). Les entrées en provenance de
l'agriculture conventionnelle correspondent respectivement à 23 %, 73 % et 53 % des importations de
N, P et K. Ces entrées sont principalement expliquées par les systèmes de production des exploitations
et sont positivement corrélées à la demande en fertilisants de ces exploitations.
Mots-clés : Agriculture biologique, agriculture conventionnelle, engrais de synthèse, azote,
phosphore, potassium, transferts
Abstract: To what extent does organic farming rely on nutrient inflows from conventional
farming?
Nutrient management is a critical factor for organic farming. European organic regulations ban the use
of artificial fertilisers. However organic farms may import nutrients coming from conventional farming. In
this study we quantified the magnitude of nitrogen (N), phosphorus (P) and potassium (K) inflows from
conventional farming to organic farming for 63 organic farms located in three French agricultural districts
characterized by their degree of specialisation (crop productions, animal productions or both). Inflows
from conventional farming amounted to 23%, 73% and 53% for N, P and K, respectively. These inflows
were strongly correlated with farm production systems and positively correlated with the fertilisor
demand of the farms.
Keywords: Organic farming, conventional farming, artificial fertiliser, nitrogen, phosphorus,
potassium, inflows
Introduction
Les engrais de synthèse, tels que les engrais azotés (N) obtenus grâce au procédé Haber-Bosch et les
minerais de phosphore (P) et de potassium (K) permettent l'apport d'éléments minéraux solubles
directement assimilables par les cultures. L'utilisation de ces fertilisants a permis une augmentation
importante des rendements durant les dernières décennies (Sutton, 2013). Toutefois, une proportion
importante des éléments minéraux apportés n'est pas prélevée par les cultures (Gardner et Drinkwater,
B. Nowak et al.
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2009). Ces surplus sont susceptibles d'être transférés aux écosystèmes naturels, causant d'importants
dégâts environnementaux (Galloway et al., 2003). D'autre part, la fabrication de ces engrais a un coût
énergétique important (cas du N) ou utilise des ressources non renouvelables en voie d'épuisement
(cas du K et surtout du P) (Cordell et al., 2009). Il est donc nécessaire de diminuer la dépendance de
l'agriculture aux engrais de synthèse au profit d'un meilleur recyclage des éléments minéraux au sein
des systèmes agricoles. L'agriculture biologique (AB) peut alors être considérée comme un prototype
d'agriculture durable car elle interdit strictement l'utilisation des engrais de synthèse. Toutefois, le cahier
des charges européen de l'agriculture biologique autorise l'utilisation de matières organiques en
provenance de l'agriculture conventionnelle
1
. Ainsi, certaines exploitations biologiques importent de
façon conséquente des fertilisants en provenance de l'agriculture conventionnelle (Nesme et al., 2012).
Ces importations peuvent avoir des conséquences cruciales pour le développement de l'agriculture
biologique. Notre objectif a donc été de quantifier l'importance relative des ces importations de produits
d'origine conventionnelle pour les exploitations biologiques.
Afin d'atteindre cet objectif, nous avons quantifié les transferts de N, P et K issus de l'agriculture
conventionnelle pour un jeu de 63 exploitations biologiques situées dans trois régions agricoles qui
présentent des chargements animaux et des occupations des sols très contrastés . Nous avons formulé
à cet égard trois hypothèses :
(H1) Les transferts en provenance de l'agriculture conventionnelle sont plus importants pour le
P et le K que pour le N qui peut être importé via la fixation symbiotique.
(H2) Les transferts de l'agriculture conventionnelle vers l'agriculture biologique sont déterminés
par la demande en fertilisants des exploitations biologiques. Les importations d'amendements
et d'engrais organiques provenant de l'agriculture conventionnelle sont autorisées par le cahier
des charges alors que l’alimentation animale doit provenir de l'agriculture biologique.
(H3) Les transferts de l'agriculture conventionnelle vers l'agriculture biologique sont moins
importants dans les régions mixtes où cohabitent des productions biologiques animales et
végétales en raison d'échanges locaux potentiels d'amendements entre exploitations
biologiques d’élevage et exploitations biologiques sans élevage.
1. Matériels et Méthodes
1.1. Régions d'étude et collecte des données
Trois régions agricoles, présentant des densités d'exploitations AB similaires, ont été sélectionnées
(Figure 1).
La Lomagne (limite départementale du Gers et du Tarn-et-Garonne) est une région agricole spécialisée
dans les grandes cultures : 79% de la SAU totale (agriculture biologique et agriculture conventionnelle
confondues) est occupée par des Céréales, Oléagineux et Protéagineux (COP). Le chargement animal
de la région est faible (0.2 UGB.ha-1 de SAU) mais quelques exploitations avicoles sont présentes dans
la région.
1
Pour cette étude, nous nous sommes intéressés aux exploitations certifiées AB selon le règlement (CE) n°834/2007 qui
précise l’ensemble des règles à suivre pour la production et la transformation des produits biologiques. Ce règlement
autorise l'usage d'effluents d'élevage provenant de l'AC à condition que ceux-ci ne proviennent pas d'élevages industriels
(communément définis comme des exploitations hors-sol, sans surface épandable et où les animaux sont gardés en
bâtiment de façon permanente). Les engrais organiques composés de co-produits d'industries de la viande (tels que les
farines de viande et de plume, poudres d’os) sont autorisés par ailleurs quelle que soit leur origine. Concernant les
productions animales en agriculture biologique, les troupeaux doivent êtres nourris avec des aliments produits selon les
principes de l'agriculture biologique mais des dérogations temporaires autorisant l'utilisation d'aliments AC peuvent être
concédées lorsque la disponibilité en aliments biologiques est faible (OFIS, 2013). Enfin, pour la litière des troupeaux, les
exploitations biologiques sont autorisées à utiliser des pailles provenant de l'agriculture conventionnelle.
Transferts d’éléments minéraux de l’agriculture conventionnelle vers l’AB
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Le Pilat (département de la Loire) est une région agricole spécialisée dans l'élevage de bovins laitiers,
avec un chargement animal moyen (1.15 UGB.ha1). La culture des céréales est limitée par des sols
acides, un hiver long et marqué et un relief semi-montagnard. En conséquence, la SAU est
principalement constituée de prairies (86% de la SAU).
Le Ribéracois (Dordogne) est une région agricole "mixte", cohabitent productions végétales (55%
de la SAU en COP) et productions animales (chargement animal modéré de 0.63 UGB.ha-1,
principalement composé de bovins allaitants pour la production de veaux sous la mère).
Dans chacune de ces régions, plus des trois-quarts des exploitations biologiques présentes ont été
enquêtées afin de collecter des données quantitatives et qualitatives concernant la gestion des
éléments minéraux pour les années 2010 et 2011.
Dans la Lomagne (n=25 exploitations enquêtées) et le Pilat (n=21), les caractéristiques des
exploitations enquêtées sont proches des caractéristiques générales de la région. Par exemple, en
Lomagne, les exploitations biologiques sont spécialisées en grandes cultures (88% de la SAU en COP)
avec un faible chargement animal (0.07 UGB.ha-1). Dans le Pilat, les exploitations biologiques sont
spécialisées dans l'élevage de bovins laitier, avec un chargement animal élevé pour l'agriculture
biologique (0.93 UGB.ha-1). La SAU est principalement occupée par des prairies (87%), avec une très
faible proportion de COP (11%).
En revanche, les exploitations biologiques du Ribéracois (n=17) sont plus fortement orientées vers les
productions animales que les caractéristiques générales de la région (chargement animal de 0.60
UGB.ha-1, principalement élevage de bovins allaitants et de petits ruminants laitiers), avec une faible
proportion (18%) de COP dans la SAU.
1.2. Entrées d'éléments minéraux
Pour chaque exploitation, les entrées de N, P et K prises en compte sont (i) les entrées de N, P et K via
les importations de matières (engrais organiques, effluents d'élevage, aliments, compléments minéraux,
pailles et fourrages) et (ii) les apports atmosphériques de N (fixation symbiotique et déposition). Les
entrées d'éléments minéraux via les importations de matières ont été estimées par le produit entre le
flux de matières et leur concentration en N, P et K (CORPEN, 1999 ; Agabriel, 2007; COMIFER, 2009).
Les dépôts atmosphériques totaux ont été estimés à partir du réseau de mesure RENECOFOR (ICP
Figure 1 : Localisation des trois
régions agricoles étudiées
B. Nowak et al.
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Forests, 2012). La fixation symbiotique a été estimée à partir du modèle proposé par Høgh-Jensen et
al. (2004), estimant la quantité de N fixé à partir du rendement des légumineuses. Les produits entrant
dans les exploitations enquêtées ont été répartis en cinq origines différentes : (1) N issu de
l'atmosphère (déposition et fixation) ; (2) N, P et K provenant de l'agriculture biologique (entrant via
l'importation de produits biologiques) ; (3) N, P et K provenant de l'agriculture conventionnelle (entrant
via l'importation de produits conventionnels) ; (4) P et K provenant de sources minérales (compléments
minéraux P et fertilisants minéraux P et K non traités, autorisés en agriculture biologique) ; (5) N, P et K
provenant de sources urbaines (tels que les composts végétaux). Les engrais organiques composés de
co-produits des industries de la viande pouvaient provenir de l'agriculture biologique ou de l'agriculture
conventionnelle : la proportion d'éléments minéraux provenant de l'agriculture biologique a été estimée
à partir du ratio entre les effectifs des troupeaux biologiques (AgenceBio, 2013) et le total des effectifs
des troupeaux français (Agreste, 2013) en prenant en compte l'importance de chaque espèce animale
dans la composition des engrais organiques (SIFCO 2011). Cette proportion a ainsi été estimée à 2 %.
Tous les résultats sont présentés comme la moyenne des années 2010 et 2011, l'écart entre les deux
années étant faible.
1.3. Classification des exploitations en fonction de leur demande en fertilisants
Les exploitations enquêtées ont été classées selon leur chargement animal (en UGB.ha-1) et la diversité
de leurs assolements (en % de la SAU) en trois grands types : "Grandes cultures", "Mixte" et "Elevage",
qui représentent respectivement une demande en fertilisants élevée, modérée et faible. Pour chaque
exploitation biologique, nous avons quantifié le pourcentage d'éléments minéraux provenant de
l'agriculture conventionnelle sur le total des éléments minéraux entrants. Le pourcentage moyen
d'éléments minéraux provenant du conventionnel a ensuite été calculé pour chaque type d'exploitations.
2. Résultats
2.1. Importations moyennes d'éléments minéraux
Pour notre échantillon d'exploitations biologiques enquêtées, les importations de N, P et K s'élevaient
respectivement à 87, 9 et 17 kg.ha-1.an-1 (Figure 2). Les entrées en provenance de l'agriculture
conventionnelle correspondaient respectivement à 23 %, 73 % et 53 % des importations de N, P et K
contre 13 %, 20 % et 30% pour les entrées en provenance de l'agriculture biologique. Comme attendu,
les entrées en provenance de l'agriculture conventionnelle étaient proportionnellement moins
importantes pour le N en raison d'importantes entrées en provenance de sources atmosphériques (64%
des entrées de N) (Figure 2). Les entrées en provenance de sources minérales étaient plus importantes
pour le K que pour le P avec respectivement 15 % et 3 % des entrées. Les importations en provenance
de sources urbaines étaient faibles et représentaient moins de 2 % pour chacun des trois éléments. La
majorité des produits conventionnels entrants étaient des amendements et engrais organiques, ainsi
que des fourrages et pailles dans une moindre mesure (Figure 3). Par exemple, plus de 80 % des
éléments minéraux entrant sous forme d'effluents d'élevage provenaient de l'agriculture
conventionnelle. La moitié des pailles et des fourrages provenaient de l'agriculture conventionnelle. En
revanche, aucun aliment pour animaux ne provenait de l'agriculture conventionnelle.
Transferts d’éléments minéraux de l’agriculture conventionnelle vers l’AB
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Figure 2 : Origine des éléments minéraux entrant pour les 63 exploitations AB enquêtées et pour la période
2010-2011. A propos de l'origine des éléments, Atm correspond au N provenant de l'atmosphère; Bio correspond
aux N, P et K provenant de l'agriculture biologique; Con correspond aux N, P et K provenant de l'agriculture
conventionnelle; Min correspond aux P et K provenant de sources minérales; Urb correspond aux N, P et K
provenant de sources urbaines.
Figure 3 Origine des éléments minéraux entrant, en fonction de la nature des produits importés pour les 63
exploitations AB enquêtées et pour la période 2010-2011. Concernant la nature des produits importés, Effluent
correspond aux importations d'effluents d'élevage, Engrais correspond aux importations d'engrais organiques et
minéraux, Fourrage correspond aux importations de fourrages et de pailles, Aliment correspond aux importations
d'aliments et de compléments minéraux pour les troupeaux. A propos de l'origine des éléments, la légende est
similaire à celle de la Figure 2.
B. Nowak et al.
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2.2. Effet des systèmes de production
Les exploitations enquêtées ont été réparties en trois grands types (Tableau 1). Les exploitations dites
de "Grandes cultures" étaient caractérisées par des chargements animaux faibles et d'importantes
surfaces occupées par les céréales, oléagineux ou protéagineux : en moyenne, 78% de la SAU est
dédiée à ces cultures. Les exploitations "Mixtes" présentaient des chargements animaux relativement
modérés (0.45 UGB.ha-1). La SAU de ces exploitations était majoritairement composée de prairies ou
de cultures fourragères annuelles mais, en moyenne, un quart de la SAU était dédiée à la production de
grains ou d'autres cultures spécialisées (ail, oignon…). Les exploitations "Elevage" étaient caractérisées
par des chargements animaux relativement élevés (1.06 UGB.ha-1) et d'importantes surfaces
fourragères (90% de la SAU). Pour les trois éléments minéraux considérés, le pourcentage d'éléments
minéraux entrants d'origine conventionnelle était lié positivement à la demande en fertilisants (Tableau
2). Par exemple, pour N, les importations en provenance de l'agriculture conventionnelle s'élevaient
respectivement à 41%, 10% et 3% pour les exploitations "Grandes cultures", "Cultures/Elevage" et
"Elevage". En raison de l'absence d'apports atmosphériques, l'importance relative des importations en
provenance de l'agriculture conventionnelle était encore plus élevée pour le P et K, s'élevant
respectivement à 85% et 79% pour les exploitations "Grandes cultures".
Tableau 1 : Classement des 63 exploitations AB enquêtées selon les assolements et les chargements animaux
de ces exploitations
Typologie des exploitations
Grandes cultures
Mixte
Elevage
Nombre total d'exploitations AB enquêtées
26
17
20
Situation des
exploitations :
Lomagne
22
3
0
Ribéracois
4
10
3
Pilat
0
4
17
Chargement animal moyen
(UGB.ha-1 de SAU)
0.08
0.45
1.06
Pourcentage de la
SAU occupée par :
Céréales,
oléagineux et
protéagineux
78%
15%
9%
Prairies et autres
fourrages
20%
75%
90%
Autres cultures
2%
10%
1%
Tableau 2 : Pourcentage moyen d'éléments minéraux importés provenant de l'agriculture conventionnelle sur le
total des éléments minéraux importés par type d'exploitation
Typologie des exploitations
Grandes cultures
Mixte
Elevage
Pourcentage des
éléments minéraux
entrants provenant
de l'agriculture
conventionnelle
Azote
41%
10%
3%
Phosphore
85%
37%
19%
Potassium
79%
35%
30%
Transferts d’éléments minéraux de l’agriculture conventionnelle vers l’AB
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2.3. Effet du contexte agricole local
Afin d'évaluer l'influence du contexte agricole local, nous avons sélectionné des exploitations présentant
des caractéristiques similaires c’est à dire les 17 exploitations "Cultures/elevage" (dont 3 exploitations
de Lomagne, 10 exploitations du Ribéracois et 4 exploitations du Pilat). Le pourcentage d'éléments
minéraux entrants d'origine conventionnelle était plus important pour les exploitations de Lomagne
comparées à celles du Ribéracois et du Pilat (Tableau 3). Cette différence était notamment due au fait
que certaines exploitations biologiques du Ribéracois et du Pilat importaient des effluents en
provenance d'autres exploitations biologiques voisines alors qu'en Lomagne tous les effluents importés
provenaient d'exploitations conventionnelles. Les transferts en provenance de l'agriculture
conventionnelle étaient similaires (cas du N) ou supérieurs (cas du P et K) pour les exploitations
biologiques du Ribéracois par rapport aux exploitations biologiques du Pilat.
Tableau 3 : Pourcentage d'éléments minéraux importés provenant de l'agriculture conventionnelle sur le total des
éléments minéraux importés pour les exploitations Mixte en fonction de la situation de ces exploitations.
Situation des exploitations Mixte
Lomagne
Ribéracois
Pilat
Pourcentage des
éléments minéraux
entrants provenant
de l'agriculture
conventionnelle
Azote
32%
5%
7%
Phosphore
95%
36%
11%
Potassium
95%
33%
11%
3. Discussion
Ces résultats montrent que les exploitations biologiques utilisent des quantités importantes d'éléments
minéraux en provenance de l'agriculture conventionnelle. Ainsi, les entrées en provenance de
l'agriculture conventionnelle correspondaient respectivement à 23 %, 73 % et 53 % des importations de
N, P et K. Ce ratio était moins important pour le N en raison d'importantes entrées en provenance de
sources atmosphériques, ce qui valide notre première hypothèse. La quantification de ce recours de
l'agriculture biologique à l'agriculture conventionnelle est très rare dans la littérature scientifique. Si
certains auteurs ont déjà mentionné l'existence de flux de matières entre agriculture conventionnelle et
agriculture biologique (Kirchmann et al. 2008 ; Oelofse et al. 2010 ; Nesme et al. 2012), en revanche,
leur quantification n'a été réalisée que pour le Danemark (Oelofse et al. 2013), où les apports
d'éléments minéraux via les effluents importés en provenance de l'agriculture conventionnelle
représentaient respectivement 27%, 28% et 22% des quantités de N, P et K contenues dans l'ensemble
des effluents épandus dans les exploitations biologiques en 2011. Ces chiffres sont inférieurs à nos
résultats car ils intègrent les effluents produits sur les exploitations biologiques et épandus directement
sur ces mêmes exploitations.
Les entrées d'éléments minéraux en provenance de l'agriculture conventionnelle correspondaient
principalement à des importations de matières fertilisantes (effluents d'élevage et engrais organiques).
Elles étaient donc fortement déterminées par la demande en fertilisants des exploitations, ce qui valide
notre seconde hypothèse. Les exploitations biologiques céréalières sans élevage importaient ainsi
d'importantes quantités d'éléments minéraux en provenance de l'agriculture conventionnelle. De telles
exploitations ne sont pas rares en Europe et leur nombre augmente avec la tendance à la spécialisation
des exploitations biologiques (David, 2009). Par exemple, en 2011, 66% des exploitations biologiques
françaises étaient des exploitations sans élevage (AgenceBio, 2013).
B. Nowak et al.
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Enfin, pour des exploitations présentant des demandes en fertilisants similaires, les transferts en
provenance de l'agriculture conventionnelle étaient moins importants dans la région mixte (Ribéracois)
et dans la région d'élevage (Pilat) que dans la région céréalière (Lomagne), en raison d'échanges de
fumiers entre exploitations biologiques dans ces deux premières régions. Ces échanges peuvent être
un moyen d'améliorer l'autonomie de l'agriculture biologique. Ainsi, à la fin des années 1990, les
organismes de développement de l'agriculture biologique en Hollande ont essayé d'accompagner ces
échanges à travers le concept de "fermes partenaires" (Nauta et al., 1999).
Ces résultats présentent un intérêt pour la construction de scénarios d'extension de l'agriculture
biologique. Ils suggèrent que l'important recours de l'agriculture biologique aux éléments minéraux en
provenance de l'agriculture conventionnelle démontré ici pourrait limiter le futur développement de
l'agriculture biologique, en raison d'une compétition pour les fertilisants issus de l'agriculture
conventionnelle Toutefois, il faut aussi garder à l’esprit que l'augmentation du nombre d’élevages
biologiques pourrait aussi augmenter l'offre en fertilisants biologiques. Afin d'améliorer l'autonomie de
l'agriculture biologique, différentes pistes peuvent être envisagées. Tout d'abord, des discussions sont
en cours au sujet d'un éventuel durcissement du cahier des charges européen de l'agriculture
biologique. En effet, celui-ci autorise de façon assez permissive l'usage d'effluents d'élevage
conventionnels à la condition qu'ils ne proviennent pas d'exploitations industrielles mais des discussions
sont en cours au sein du Comité Permanent de l'Agriculture Biologique afin de clarifier ce point (E.
Salomon, comm. pers). De plus, certains pays ont ajouté des contraintes supplémentaires à ce cahier
des charges. Ainsi au Danemark, les importations en provenance de l'agriculture conventionnelle sont
limitées à 70 kgN.ha-1.an-1 et les autorités ont même prévu de bannir complètement ces importations
d'ici 2022 (Oelofse et al., 2013). Une autre piste pourrait être d'assouplir la règlementation AB en
autorisant les importations en provenance de sources urbaines (telles que les boues d'épuration),
aujourd'hui non autorisées (Figure 2) ce qui pourrait être un moyen de diminuer les transferts en
provenance de l'agriculture conventionnelle. Enfin, nos résultats montrent qu'une plus grande diversité
des productions biologiques à l'échelle locale favorise les échanges d'effluents entre exploitations
biologiques, rendant ainsi les exploitations biologiques moins dépendantes de l'agriculture
conventionnelle. De tels résultats s'inscrivent dans la tendance générale à reconnaître que la diversité
des systèmes de production au niveau des territoires est une des conditions de leur plus grande
durabilité.
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Sutton M.A., 2013. Centre for Ecology and Hydrology (Great Britain). Our nutrient world: the challenge
to produce more food and energy with less pollution
... L'analyse a également montré que les entrées d'éléments minéraux dans les exploitations biologiques en provenance de l'agriculture conventionnelle se faisaient essentiellement sous forme d'amendements et d'engrais organiques, le plus souvent issus d'élevages, ainsi parfois que sous forme de fourrages ou de pailles (Figure 2). Il en résulte que plus de 80% des éléments minéraux entrants sous forme d'effluents d'élevage provenaient de l'agriculture conventionnelle, tandis que la moitié des pailles et fourrages étaient conventionnels (Nowak et al., 2013b ;Nowak et al., 2013c). Cela résulte du fait que, les effluents d'élevage jouant un rôle majeur dans les stratégies de fertilisation des cultures biologiques 2 , leur exportation en dehors des fermes conduites en AB est très rare. ...
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The Ecology principle is at the core of organic farming. Regarding nutrient management, this principle implies that chemical fertiliser should be banned and be replaced by enhanced recycling (within and among farms) and biological nitrogen fixation by legumes. However, based on the survey of 63 organic farms in three French districts, we demonstrated that organic farming can be somehow, indirectly reliant on chemical fertiliser. Such reliance is due to two major factors. First, organic farms import a large share of their nutrients (23% of nitrogen and 73% of phosphorus entering organic farms, mostly as manure) from conventional farms. Second, organic farms can rely on nutrient accumulated in soils prior to the conversion: this legacy effect results in the 70% anthropogenic signature of the P in organic crop and animal products. These results suggest that organic farming development can conflict with the Ecology principle. However, this paper also demonstrates that some solutions exist to limit the indirect reliance on chemical fertilisers. In particular, the diversity of agricultural productions at the district scale is a strong leverage to increase nutrient recycling among organic farms.
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The message of this overview is that everyone stands to benefit from nutrients and that everyone can make a contribution to promote sustainable production and use of nutrients. Whether we live in a part of the world with too much or too little nutrients, our daily decisions can make a difference. Without swift and collective action, the next generation will inherit a world where many millions may suffer from food insecurity caused by too few nutrients, where the nutrient pollution threats from too much will become more extreme, and where unsustainable use of nutrients will contribute even more to biodiversity loss and accelerating climate change. Conversely with more sustainable management of nutrients, economies can play a role in a transition to a Green Economy in the context of sustainable development and poverty eradication. The Global Overview develops these essential themes, to prepare societies to take the next steps.
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Soil fertility management in organic systems, regulated by the organic standards, should seek to build healthy, fertile soils and reduce reliance on external inputs. The use of nutrients from conventional sources, such as animal manures from conventional farms, is currently permitted, with restrictions, in the organic regulations. However, the reliance of organic agriculture on the conventional system is considered problematic. In light of this, the organic sector in Denmark has recently decided to gradually phase out, and ultimately ban, the use of conventional manures and straws in organic agriculture in Denmark. Core focal areas for phasing out conventional nutrients are as follows: (1) amendments to crop selection and rotations, (2) alternative nutrient sources (organic wastes) and (3) increased cooperation between organic livestock and arable farmers. Using Denmark as a case, this article discusses the background and implications of the strategy to phase out conventional manure and straw, and explores possible solutions to the challenge of ensuring a sustainable nutrient supply to organic systems. Alternative strategies to ensure nutrient supply will require a tapestry of small solutions. One element of this tapestry is to review the volume and type of nutrient sources available in alternative, non-farm organic waste streams and consider their suitability for use in organic systems.
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Organic farming is gaining interest worldwide due to its low environmental impact. However, questions still remain about its long-term sustainability, particularly in terms of nutrient management. There is debate about the ability of organic farming systems to compensate for nutrient exports due to crop and animal production. Stockless systems are considered as the most critical and they are generally associated with negative farm-gate nutrient budgets. In this study, we examined the farm-gate nutrient budgets of 23 organic farms located in southwestern France, with special focus on stockless farming systems. Phosphorus (P) was taken as a case study due to the issue of its critical management in organic farming systems. The farms were characterised on the basis of interviews with farmers and the soil nutrient status was assessed through soil sampling. Results showed that none of the farms imported rock phosphate fertiliser. On the contrary, most farms imported organic fertiliser and/or compost and manure, the latter from neighbouring farms or urban areas. As a consequence, stockless farm P budgets were not necessarily negative and options existed from achieving better nutrient cycle closure. However, soil P test was low to moderate in many cases. These results suggested that P management in organic farming systems is not simply related to the mixed versus specialised characteristics of the farms and that nutrient cycling should be addressed and assessed at a larger, e.g., district, scale.
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Increased demand for certified organic products has led to an increase in the number of certified organic farms in developing countries. Knowledge of farmer nutrient management practices on certified organic farms in developing countries is limited. Thus, the aim of this study was to investigate the impact of the adoption of certified organic agriculture on farm nutrient flows and nutrient budgets, and evaluate to which degree organic farms comply with organic principles relating to nutrient management. The study is based on five case studies of different types of certified organic farming systems in Brazil, Egypt and China. Farm nutrient flows and nutrient budgets for nitrogen, phosphorous and potassium were created for each farm. Four of the five organic systems studied had nutrient surpluses on the farm budget. The surpluses were of varying magnitude. The main difference between organic and non-organic farm nutrient flows was the replacement of mineral fertilizers with organic inputs. However, the magnitude of nutrient flows were generally similar for organic and non-organic farms. Certified organic farms with positive nutrient budgets had a heavy reliance on external inputs. Continued high dependence on an external supply of nutrients, which typically originate from mineral sources, poses a significant challenge to organic farmers’ fulfilment of the principles of organic agriculture.
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Human production of food and energy is the dominant continental process that breaks the triple bond in molecular nitrogen (N2) and creates reactive nitrogen (Nr) species. Circulation of anthropogenic Nr in Earth’s atmosphere, hydrosphere, and biosphere has a wide variety of consequences, which are magnified with time as Nr moves along its biogeochemical pathway. The same atom of Nr can cause multiple effects in the atmosphere, in terrestrial ecosystems, in freshwater and marine systems, and on human health. We call this sequence of effects the nitrogen cascade. As the cascade progresses, the origin of Nr becomes unimportant. Reactive nitrogen does not cascade at the same rate through all environmental systems; some systems have the ability to accumulate Nr, which leads to lag times in the continuation of the cascade. These lags slow the cascade and result in Nr accumulation in certain reservoirs, which in turn can enhance the effects of Nr on that environment. The only way to eliminate Nr accumulation and stop the cascade is to convert Nr back to nonreactive N2.
Chapter
This chapter examines the practice of applying nutrients in organic or slowly soluble inorganic form in the belief that plants will obtain balanced nutrition through the actions of soil microbes. The organic principle of only fertilising the soil and not directly feeding the crop with water-soluble nutrients has no support in science. The release of organically bound nutrients in soil through biological activity is not necessarily synchronised with crop demands and occurs even at times when there is no crop growth. Changes in the soil biological community do not overcome this limitation. Despite the ideal of organic agriculture being self-sustaining through cycling of nutrients, in principle only on-farm wastes are recycled and most municipal wastes are excluded due to concerns about pollutants and philosophical views on life (biodynamic agriculture). Nutrient supply in European organic agriculture is mainly covered through purchase of straw, manure and fodder from conventional agriculture and by-products from the food industry. Untreated minerals seem to play a minor role. The fertility of agricultural soils can only be maintained over the long-term if plant nutrients removed are replaced with equivalent amounts and if added sources have a higher solubility than those present in the soil. These conditions are in most cases not fulfilled in organic agriculture. It can thus be concluded that the naturalness of nutrient sources is no guarantee of superior quality and that promotion of organic principles does not improve the supply and recycling of nutrients but excludes other more effective solutions for nutrient use in agricultural systems.
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Symbiotically fixed dinitrogen (N2) is an important nitrogen (N) source in many agricultural systems. In spite of this fact, the input of symbiotically fixed N to a particular cropping system is usually not known and exact measurements are costly and laborious. Consequently, there is a demand for an uncomplicated and reliable tool to estimate symbiotic N2 fixation (SNF) in leguminous crops. A simple empirical model is proposed for quantification of SNF in forage legumes under low external input conditions. The model estimates SNF using dry matter yield as input and parameters for (i) N concentration in dry matter and the (ii) proportion of the N in the legume that is derived from the atmosphere. Further, the model includes fixed N not included in the estimate of SNF in aboveground herbage. Thus the model operates with parameters for (iii) the ratio of fixed N in below-ground plant tissue, (iv) the ratio of fixed N transferred below-ground to the grass, (v) the ratio of fixed N transferred to the grass through the grazing animals, and (vi) the ratio of fixed N immobilised to the soil organic pool by rhizodeposition. A general value for each parameter is suggested although the need for site-specific parameterisation is underlined.
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Intensively managed grain farms are saturated with large inputs of nitrogen (N) fertilizer, leading to N losses and environmental degradation. Despite decades of research directed toward reducing N losses from agroecosystems, progress has been minimal, and the currently promoted best management practices are not necessarily the most effective. We investigated the fate of N additions to temperate grain agroecosystems using a meta-analysis of 217 field-scale studies that followed the stable isotope 15N in crops and soil. We compared management practices that alter inorganic fertilizer additions, such as application timing or reduced N fertilizer rates, to practices that re-couple the biogeochemical cycles of carbon (C) and N, such as organic N sources and diversified crop rotations, and analyzed the following response variables: 15N recovery in crops, total recovery of 15N in crops and soil, and crop yield. More of the literature (94%) emphasized crop recovery of 15N than total 15N recovery in crops and soil (58%), though total recovery is a more ecologically appropriate indicator for assessing N losses. Findings show wide differences in the ability of management practices to improve N use efficiency. Practices that aimed to increase crop uptake of commercial fertilizer had a lower impact on total 15N recovery (3-21% increase) than practices that re-coupled C and N cycling (30-42% increase). A majority of studies (66%) were only one growing season long, which poses a particular problem when organic N sources are used because crops recover N from these sources over several years. These short-term studies neglect significant ecological processes that occur over longer time scales. Field-scale mass balance calculations using the 15N data set show that, on average, 43 kg N x ha(-1) x yr(-1) was unaccounted for at the end of one growing season out of 114 kg N x ha(-1) x yr(-1), representing approximately 38% of the total 15N applied. This comprehensive assessment of stable-isotope research on agroecosystem N management can inform the development of policies to mitigate nonpoint source pollution. Nitrogen management practices that most effectively increase N retention are not currently being promoted and are rare on the landscape in the United States.
Partner farms: a participatory approach to collaboration between specialised organic farms. Danish Research Centre for Organic Farming (DARCOF)
  • W J Nauta
  • G J Van Der Burgt
  • T Baars
Nauta W.J., Van der Burgt G.J., Baars T., 1999. Partner farms: a participatory approach to collaboration between specialised organic farms. Danish Research Centre for Organic Farming (DARCOF), Tjele, Denmark
ICP Forests Technical Report
  • Icp Forests
ICP Forests, 2012. ICP Forests Technical Report. http://icp-forests.net/page/icp-forests-technicalreport.Accessed 3 May 2013