Les agriculteurs biologiques comptent depuis longtemps sur un travail fréquent du sol pour lutter contre les mauvaises herbes, mais avec les nouveaux systèmes de culture de couverture biologique sans labour, le fermier biologique Daniel Brubaker voit des résultats prometteurs en matière de lutte efficace contre les mauvaises herbes, de maintien de la productivité et d'amélioration de la santé du sol.
La demande de céréales biologiques continue d'augmenter aux États-Unis en réponse à la demande croissante des consommateurs. Cependant, la transition vers l'agriculture biologique à partir de l'agriculture chimique conventionnelle peut être à la fois enrichissante et difficile pour les agriculteurs. Outre une prime de prix accrue qui profiterait aux agriculteurs biologiques et une alimentation saine qui est essentielle à la santé humaine, l'agriculture biologique apportera également une série d'avantages en termes de qualité de l'environnement, notamment une réduction de la pollution due au ruissellement d'azote et une meilleure qualité de l'eau; réduction de la consommation d'énergie dans l'agriculture; réduction des émissions de gaz à effet de serre; et l'amélioration de la biodiversité et des habitats naturels, etc. Cependant, comme les agriculteurs biologiques ne pulvérisent pas d'herbicides pour lutter contre les mauvaises herbes, des cultures fréquentes sont souvent nécessaires pour obtenir des rendements égaux à la production conventionnelle. Cependant, le travail du sol lié aux perturbations physiques a longtemps été considéré comme nuisible à la santé du sol et peut augmenter le risque d'érosion. Par conséquent, une utilisation excessive du travail du sol peut annuler les avantages de l'agriculture biologique sur le sol et l'environnement.
Daniel Brubaker, producteur laitier biologique et passionné d'agriculture à Kutztown, PA, travaille avec Rodale Institute d'explorer des systèmes de gestion innovants «sans labour». L'essai collaboratif se concentre sur la culture biologique du maïs, mais sans la perturbation physique du sol généralement utilisé dans les systèmes biologiques afin de contrôler les mauvaises herbes.
Ce système innovant, initialement proposé et testé par Rodale Institute dans la première décennie du 21st siècle, est conçu pour exploiter la puissance des cultures de couverture annuelles d'hiver pour parvenir à un contrôle efficace des mauvaises herbes. Les cultures de couverture plantées à l'automne sont terminées mécaniquement au printemps avant d'être plantées par le rouleau-sertisseur (Figure 1). Les résidus de cultures de couverture forment un paillis épais qui peut fournir une suppression des mauvaises herbes tout au long de la saison.
Dans cet essai à la ferme, qui fait également partie d'un projet financé par une subvention pour l'innovation de la conservation (CIG) de l'USDA NRCS, Brubaker travaille avec des chercheurs, des techniciens et du personnel agricole à Rodale Institute pour tester l'efficacité des «systèmes de culture de couverture biologique sans labour» pour mettre fin aux cultures de couverture, supprimer les mauvaises herbes, maintenir les rendements et améliorer la santé des sols. Des expériences similaires sont menées dans le Wisconsin et l'Iowa par des agriculteurs et des chercheurs de l'Université du Wisconsin-Madison et de l'Iowa State University de 2019 à 2021.
Brubaker a planté de la vesce velue (Villosa villosa Roth.), Une légumineuse de couverture résistante à l'hiver, à l'automne 2018. Au printemps 2019, il a utilisé deux méthodes différentes, (1) le travail du sol ou (2) le semis direct, pour mettre fin aux cultures de couverture et lutter contre les mauvaises herbes. La méthode de travail du sol comprend l'utilisation d'une charrue à versoir pour tuer la vesce velue, le disque et l'emballage pour préparer le lit pour la plantation de maïs, et de multiples cultures pendant la saison de croissance pour lutter contre les mauvaises herbes. Les deux méthodes de semis direct ont été réalisées en arrêtant la vesce velue à l'aide d'un rouleau-sertisseur et en plantant du maïs directement dans les résidus de vesce, ou en plantant dans le couvert végétal sans terminer les cultures de couverture, une méthode appelée «plantation verte» .
Le rouleau-sertisseur a été conçu par Jeff Moyer, PDG de Rodale Institute et construit par John Brubaker au début des années 2000. Il s'est avéré être un outil efficace pour mettre fin aux cultures de couverture annuelles d'hiver grâce à des essais de recherche menés dans différentes régions des États-Unis. Ses bords émoussés cassent la tige de la culture de couverture sans la couper et son motif en chevron sur le rouleau permet de multiples points de sertissage et empêche la perturbation du sol.
Les résultats sont spectaculaires. Les traitements par sertissage à rouleaux (RC) et «plantation en couverture vivante» (PLC) ont montré des avantages dans la suppression des mauvaises herbes, avec un poids nettement inférieur des mauvaises herbes par rapport au traitement «labourer et cultiver» (PC) (Figure 2). Il n'y avait aucune différence dans la densité des mauvaises herbes, la teneur en éléments nutritifs des feuilles ou le rendement en ensilage de maïs entre ces traitements. Ces résultats suggèrent que les systèmes de semis direct peuvent contrôler efficacement les mauvaises herbes, fournir des quantités adéquates de nutriments pour soutenir la croissance du maïs et maintenir le rendement par rapport aux systèmes de labour organiques courants.
Cependant, malgré aucune différence dans le rendement de l'ensilage de maïs, le nitrate de tige de maïs de fin de saison était significativement plus faible dans les traitements sans labour que dans le traitement PC (Figure 3). Cette énorme différence pourrait avoir des implications importantes sur la santé des sols et la gestion des nutriments. La teneur en nitrate des tiges de maïs en fin de saison est un indicateur fiable de l'état azoté du maïs qui peut fournir une bonne évaluation pour savoir si la culture contenait la bonne quantité d'azote, trop d'azote ou était limitée en azote. Le contenu dans les parcelles PC (> 5000 ppm) était clairement dans la gamme de l'excès d'azote, ce qui signifie que les plants de maïs ont continué à absorber l'azote du sol même après que leurs besoins en azote avaient été satisfaits. Le travail fréquent du sol avait peut-être stimulé la minéralisation de l'azote en exposant la matière organique autrefois protégée aux microbes du sol et en introduisant de l'oxygène dans le sol. Un excès d'azote dans le sol pourrait entraîner un lessivage de l'azote dans les eaux souterraines et de surface.
La matière organique du sol est le fondement des fonctions physiques, chimiques et biologiques du sol, et l'amélioration de la matière organique du sol est généralement associée à des avantages pour la fertilité du sol, la capacité de rétention d'eau, la capacité d'échange cationique et une meilleure structure du sol. La recherche a montré que 30 à 50% de la matière organique du sol a été perdue des sols agricoles dans le monde entier, entraînant une dégradation de l'environnement et une augmentation des émissions de gaz à effet de serre. La reconstruction de la matière organique du sol dans les systèmes agricoles est essentielle à la résilience de la production alimentaire face au changement climatique.
Les résultats des expériences sur le terrain de Brubaker suggèrent que les sols sous gestion biologique sans labour pourraient libérer des nutriments lentement et progressivement par minéralisation microbienne de la matière organique, pour soutenir la demande des cultures. Lorsque le travail du sol est fréquent, des nutriments excessifs peuvent être libérés dans l'environnement et perdus par la suite par lessivage ou par accumulation dans la tige de maïs. En attendant, une baisse progressive de la matière organique du sol et une perte de carbone sous forme de dioxyde de carbone (CO2) peut arriver. Ces données de recherche recueillies par des scientifiques ont été mises en évidence lors de la conférence de la Soil Science Society of America à San Antonio, Texas, en novembre 2019 et en Rodale Institute webinaires. le en direct présenté par le Dr Yichao Rui, le scientifique principal de ce projet à Rodale Institute, a attiré 157 participants de 12 pays.
Cet essai à la ferme a également attiré beaucoup d'attention pendant Rodale Institute's Journée annuelle des champs biologiques le 19 juillet 2019. Les participants à la journée sur le terrain ont été surpris par le succès des Brubakers dans la gestion de la production de maïs biologique sans l'utilisation d'engrais et de pesticides / herbicides coûteux et sans culture fréquente en saison. Les résultats robustes fournissent aux agriculteurs des preuves de la faisabilité de ces systèmes innovants et du potentiel d'améliorer la rentabilité, de réduire les pertes d'azote dans l'environnement et d'améliorer la résilience des sols à long terme.