Ecologie R

Luzerne et Qualité de l’eau

Document de synthèse (Février 2010) -P.ROBERT (1) P.THIEBEAU (2) D.COULMIER (3) D.LARBRE (4)
AUTEURS:     (1)ASAE 2 esplanade R Garros 51100 REIMS  (2) INRA 2 esplanade R Garros 51100 REIMS
                       (3) DESIALIS Complexe Agricole du Mt Bernard  Route de Suippes 51000 Chalons en Champagne
                       (4) COOP de FRANCE Déshydratation, 43 rue Sedaine, CS 91115 – 75538 PARIS CEDEX 11-
                       Chambre d’Agriculture de la Marne, 2 esplanade R. Garros 51100  REIMS

1/ Préambule

Le règlement CE n° 72/2008 du Conseil de l’Union Européenne du 19 janvier 2009 en vue d’adapter la politique agricole commune stipule ce qui suit : « Le régime des fourrages séchés a été réformé en 2003, lorsqu'une partie de l'aide a été octroyée au secteur et le reste a été découplé et intégré dans le régime de paiement unique. Étant donné la tendance générale consistant à privilégier une approche plus adaptée à la logique du marché, les perspectives actuelles sur les marchés des aliments pour animaux et des protéagineux et la découverte récente de l'incidence particulièrement négative de la production de fourrage déshydraté sur l'environnement, il convient d'achever la transition vers un découplage intégral de l'ensemble des aides du secteur en procédant au découplage des aides encore couplées.   En vue d'atténuer les conséquences de la suppression du paiement de l'aide au secteur, il convient de procéder à une adaptation appropriée du prix payé aux producteurs des matières premières, lesquels bénéficieront de droits plus importants aux paiements directs à la suite du découplage. Bien que le secteur fasse l'objet d'une restructuration depuis la réforme de 2003, il convient néanmoins de prévoir une période de transition jusqu'au 1er avril 2012 pour lui permettre de s'adapter. » 

Cette position, à travers le découplage total des Droits à Paiement Unique (DPU) d’ici à l’horizon 2012 induisant une perte significative de rentabilité de cette production, aura comme impact probable la diminution des surfaces de luzerne, mouvement observé depuis 2006 consécutivement à la diminution des prix payés aux producteurs. Le signal « prix » est donc bien le curseur qui a la capacité de faire varier fortement les surfaces agricoles cultivées en luzerne dans un sens ou dans un autre.

La mise en cause de la filière de production de luzerne déshydratée « à travers une incidence particulièrement négative » sur l’environnement parait manquer d’objectivité. En effet, l’analyse des rédacteurs de ce texte semble ne prendre en compte que la seule partie « transformation » de la filière, et non l’ensemble du cycle de production justifiant la présence de la luzerne dans cette région de grandes cultures.

 Or, cette culture bénéficie d’atouts considérables sur/pour l’environnement, déjà maintes fois étayés par des résultats issus de la recherche. Nous rappellerons donc dans ce document les impacts de la culture sur les indicateurs qualitatifs de l’eau qui percole vers la nappe, indicateurs clefs dont les niveaux sont à maintenir voire à améliorer dans le cadre de la Directive Cadre sur l’Eau.

2/ La culture de la luzerne

2.1/ Place de la luzerne dans la rotation

En région Champagne-Ardenne, berceau national de production de luzerne en culture pure
destinée à l’industrie de la Déshydratation, la luzerne (Medicago sativa L.) est généralement
semée en juillet, pour être exploitée pendant deux ou trois ans à partir du printemps suivant.
Implantée après une orge d’hiver, la luzerne limite à quelques jours la durée pendant laquelle le
sol reste « nu ». Restant en place 26 à 38 mois, la luzerne diminue fortement l’exposition des sols
cultivés qu’elle occupe aux phénomènes d’érosion dus aux écoulements de surface des pluies ou
aux vents.

Dans cette région de France, l’exploitation de la luzerne se réalise en quatre coupes annuelles,
espacées de 42 jours en moyenne entre la fin avril et la mi-octobre. Elle cumule une production
moyenne de 13 tonnes de matière sèche par hectare et par an (MS.ha-1.an-1) ; davantage dans les
zones où le déficit hydrique estival peut être compensé par les réserves en eau du sol.

La luzerne possède un système racinaire pivotant, très développé et profond (jusqu’à deux
mètres) : il permet de fragmenter le sol et d’améliorer sa structure (Thiébeau et al., 2003). Ces
qualités incitent les agriculteurs à placer cette culture en tête de rotation: détruite au cours de la
seconde quinzaine du mois de septembre en dernière année de production, à la luzerne succèdera
un blé implanté dès le début du mois d’octobre.
En conséquence, l’introduction de la luzerne dans les assolements de grandes cultures optimise
l’occupation de l’espace en réduisant au strict minimum le temps sans culture.

2.2/ Conduite phytosanitaire de la culture

L’année d’implantation est l’étape la plus délicate puisque la luzerne doit se mettre en place.
Cette période concentre l’essentiel des interventions.

Cependant, en 2006, les résultats de l’enquête menée conjointement entre les CDER/CA 51/CdF (mai 2008) montraient que seules 44% des parcelles recevaient un traitement de désherbage contre les dicotylédones : les produits à base de 2.4 DB et de bentazone en positionnement à l’implantation sont les seuls homologués.Les traitements anti-graminées concernaient 50% des parcelles de luzerne.
Dans cette même période, 47% des parcelles recevaient un insecticide, dont 40% dans le cadre
de la lutte contre les sitones (Sitona lineatus L. et Sitona humeralis L.). La pratique des semis
simplifiés et semis directs laisse un volume de résidus de paille au sol servant d’abri à ces
insectes, nécessitant parfois 2 à 3 traitements (7% des situations).
En année d’exploitation, aucun traitement anti-dicotylédones n’est possible. Seule la lutte contre
les graminées l’est encore. Néanmoins, la rapidité de repousse et de couverture du sol de la
luzerne permet d’étouffer les adventices entre 2 coupes. Par ailleurs, le retour régulier des coupes
sur une même parcelle nettoie les situations qui pourraient présenter un problème.

 In fine, la culture de la luzerne va laisser à la culture suivante un sol dont le stock de graines de mauvaises herbes sera réduit, limitant l’utilisation de produits phytosanitaires. Les populations d’insectes pathogènes sont bien régulées par les quatre coupes annuelles.

Aucune lutte fongicide ne se justifie. La sélection a permis de lutter efficacement contre les
maladies majeures (Verticillium, Anthracnose) ou contre des parasites du sol (Nématodes).
En conséquence, la culture de la luzerne réduit significativement le recours aux pesticides en
région de grandes cultures ; ce qui représente un atout pour l’environnement (respect de la faune,
de la qualité de l’air et de l’eau).

2.3/ Les besoins de la culture en azote

La luzerne est une plante de la famille des Légumineuses, qui a la capacité de fixer l’azote
atmosphérique grâce à la symbiose racinaire réalisée avec une bactérie fixatrice de l’azote de
l’air (Rhizobium meliloti L.) pour pourvoir à ses besoins en cet élément. Les différents organes
(feuilles, tiges, pivots racinaires) sont donc largement pourvus en azote organique. Ainsi, la
production de 13 t MS.ha-1.an-1, à la teneur moyenne de 18% de protéines, reconnait à cette
culture une exportation de 370 kg N.ha-1.an-1, ce qui est bien au-delà d’autres légumineuses telles
que le pois protéagineux (environ 150 kg N.ha-1.an-1) ou le trèfle violet (environ 250 kg N.ha-
1.an-1) (Muller et al., 1993).

Aussi, une quantité d’azote non négligeable est stockée dans les collets et pivots racinaires de la
luzerne : Justes et al. (2001) ont montré que cette quantité pouvait atteindre 160 kg N.ha-1.an-1 au
moment de la destruction de la luzernière.

 La culture de blé suivante valorisera cet azote qui, par ailleurs, sera restitué progressivement par les résidus de la luzerne (Beaudoin et al., 1992 ;Muller et al., 1993; Justes et al., 2001 ; Waligora,2009). Cet atout, connu des exploitants et du conseil agricole, permet aux agriculteurs de réduire leurs apports en cet élément dans l’établissement de leurs bilans d’azote pour les cultures suivantes.

De plus, des études ont montré que la luzerne possède également une forte capacité à prélever
préférentiellement l’azote minéral du sol avant d’utiliser celui de sa fixation symbiotique
(Thiébeau et al., 2004). La part respective de ces deux voies est variable en fonction de la
disponibilité en azote minéral du sol (Spallacci et al., 1996 ; Thiébeau et al., 2004). Plusieurs
auteurs ont montré que la disponibilité ou l’apport d’azote minéral provoque une diminution du
nombre de nodules par plante et de l’activité symbiotique de fixation d’azote atmosphérique
(Schertz et Miller, 1972 ; Bottomley et Jenkins, 1984 ; Eardly et al., 1985 ; Wéry et al., 1986).
Ainsi la luzerne passe d’un mode d’alimentation en azote à l’autre sans dommage pour la
production et la qualité du fourrage récolté (Spallacci et al., 1996 ; Thiébeau et al., 2004).
En conséquence, la quantité totale d’azote exportée est directement dépendante de la quantité de
matière sèche produite, quel que soit le mode d’alimentation en azote de la luzerne (Lemaire et
al., 1985 ; Coulmier, 1990).

2.4/ Les conséquences d’un apport d’azote sur le rendement et la qualité de la luzerne

La capacité d’absorption d’azote minéral par la luzerne est utilisée en région de grandes cultures
pour gérer les stocks d’effluents d’élevage ou des eaux résiduaires générés par les process de
l’agro-industrie (Muller et Ledain, 1992). Ces pratiques ont fait l’objet d’expérimentations et de
suivis qui aboutissent toutes aux mêmes conclusions : la fertilisation azotée, minérale ou par
produits organiques, ne présente pas d’effet sur le rendement, ni sur la teneur en azote du
fourrage récolté (Thiébeau et al., 2004).

Des effets positifs ont été mesurés sur les périmètres d’épandage des agro-industries en période de déficit hydrique où l’apport d’eau de l’effluent permet de limiter temporairement l’impact d’un stress hydrique. Des apports d’azote sur luzerne n’ont donc pas d’impact sur le rendement et la qualité du
fourrage récolté.

2.5/ L’effet d’une culture de luzerne sur les risques de fuites en nitrates.

L’Institut National de la Recherche Agronomique de Châlons en Champagne, puis de Reims, a
conduit de nombreux travaux sur la culture de la luzerne, au champ et/ou sur cases lysimétriques.
Les résultats montrent que :
a) Dans les conditions pédo-climatiques de cette région, et comparativement à d’autres
cultures (betteraves, blé), l’introduction de la luzerne dans les successions culturales réduit la
concentration en nitrates des eaux de drainage à l’échelle de la rotation culturale (Denys et al.,
1990 ; Beaudouin et al., 1992 ; Muller et al., 1993) ;
b) Le retournement des luzernes n’entraîne pas de libération intempestive d’azote (donc
de nitrates). En effet, contrairement aux idées reçues, l’incorporation de l’azote présent dans les
racines et les collets (parties aériennes non récoltées) provoque d’abord une organisation de
l’azote minéral du sol par les micro-organismes avant d’être progressivement reminéralisé,
notamment au printemps suivant (Justes et al., 2001). Son effet a été mesuré sur deux campagnes au moins (Beaudoin et al., 1992 ; Justes et al., 2001) ; Muller et al. (1993) rapportant un arrière
effet 10 ans après le retournement d’une luzerne ayant fait l’objet d’un marquage isotopique 15N.
Les risques de fuites de nitrates sous culture de luzerne sont donc faibles, ce qui est un atout en
régions de grandes cultures, au bénéfice de l’environnement.

2.6/ L’effet d’un apport d’azote sur culture de luzerne

Les études réalisées avec de grandes quantités d’apports d’azote (250 à 600 kg N.ha-1.an-1.) sur
luzerne en production (lisier de porcs ou de bovins, effluents de distillerie vinicole et d’usine de
déshydratation de luzerne) montrent qu’il y a un enrichissement temporaire en azote minéral des
premiers horizons de sols juste après les apports, mais qu’en fin de campagne d’exploitation de
la luzerne, les quantités présentes dans l’ensemble du profil de sol exploité par les racines de la
luzerne ne sont pas significativement différentes de celles des témoins (même apport d’eau mais
sans azote) (Denys et al., 1990 ; Beaudoin et al., 1992 ; Muller et Ledain, 1992 ; Muller et al,
1993 ; Spallacci et al., 1996 ; Thiébeau et al., 2004).
Ainsi, ces études ont permis de faire accréditer cette culture au panel des surfaces agricoles
autorisées à recevoir des effluents d’agro-industries (sucrerie, déshydratation de luzerne,
féculerie,..).

En effet, les process de ces industries alimentaires utilisent d’importantes quantités
d’eaux, dont une part importante est issue des végétaux (riches en eau) qu’elles travaillent. Leur
activité saisonnière, dû au cycle de croissance des cultures, ne leur permet pas de se soustraire à
l’épandage de ces eaux résiduaires brutes (chargées également d’éléments minéraux) sur des
surfaces agricoles. Cette pratique permet de concilier les besoins de l’agriculture en éléments
fertilisants, et les obligations des agro-industries d’épurer ses effluents.
Cette pratique permet également de réaliser un apport d’eau aux cultures, ce qui sera soustrait
aux consommations d’eau du sol par les plantes. La capacité de la luzerne à valoriser ces
effluents d’agro-industries est confirmée chaque année par les suivis agronomiques réalisés sur
l’ensemble des périmètres d’épandage.
L’apport d’azote en quantités raisonnables sur des luzernes en période végétative permet donc de
recycler et de valoriser des effluents d’agro-industries.

3/ Conclusion : La luzerne, plante épuratrice, une alliée essentielle pour préserver la
qualité de la ressource en eau.

Essentielle en termes d’enjeux agronomiques (diversité des assolements, allongement des
rotations, protection et structuration des sols,…) la luzerne présente de nombreux avantages
environnementaux (soustraction d’azote minéral au processus de lessivage, traitement d’effluents
riches en azote, impact positif sur la biodiversité,..).

Elle est également un enjeu stratégique et économique pour une Europe qui souhaiterait une indépendance protéique pour l’alimentation de ses élevages (Thiébeau et al., 2003). Le maintien des surfaces de luzerne dans cette région de grandes cultures est capital.

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