Stockage des engrais humiques issus de la léonardite et changement de leur composition chimique
Jusqu'à récemment, lors de l'utilisation de la léonardite comme engrais, sa préparation et la fabrication de composts ou de mélanges étaient réalisées exclusivement par les consommateurs. Cependant, ces formes de production ne pouvaient pas satisfaire pleinement les besoins croissants de l'agriculture, ce qui a rendu nécessaire l'organisation d'une production industrielle d'engrais humiques.
Actuellement, le marché agricole est confronté à la tâche de produire en masse des engrais organo-minéraux humiques, ce qui nécessite de résoudre un certain nombre de questions organisationnelles, et tout d'abord, le moment de la production des engrais et la durée de leur stockage.
L'objectif de nos recherches était d'étudier les changements dans la composition chimique des engrais humiques lors de leur stockage sur une longue période.
Les expériences ont été menées dans les régions de Tchernihiv et de Jytomyr, ainsi que dans différentes entreprises.
Les échantillons pour l'étude ont été prélevés à l'aide d'une sonde le long de la crête des tas, perpendiculairement au plan du fond et le long de la pente, perpendiculairement à son plan, tous les demi-mètres par horizons. Pour prélever un échantillon, trois forages ont été effectués en un seul endroit, mais en trois points, en approfondissant progressivement chaque point. Ainsi, les échantillons provenant de trois navettes de sonde, prélevés à la même profondeur, constituaient un échantillon moyen. Les prélèvements ont été effectués à des intervalles de stockage spécifiques.
Dynamique des températures, de la teneur en cendres et de l'humidité
Les observations de la température, de l'humidité et de la teneur en cendres ont été réalisées dans le district de Zamhlai, dans la région de Tchernihiv. Vingt jours après l'empilement, la température sur tout son profil correspondait à la température de l'environnement extérieur. Après 70 jours de stockage pendant la période estivale, une augmentation brutale de la température jusqu'à 50-57° a été enregistrée, qui s'est maintenue dans ces limites pendant 35 jours, puis a commencé à diminuer.
Des changements de température ont également été observés le long du profil du tas : elle atteignait son maximum à une profondeur de 1-2 m, puis diminuait progressivement. Les observations ultérieures de la température dans les tas d'engrais ont montré que même dans une même entreprise, leur échauffement ne se produit pas simultanément, ce qui semble dépendre de l'humidité et de la teneur en cendres de la matière première.
Il est important de noter qu'une humidité relativement élevée de la léonardite (50-60%), qui est une condition nécessaire à la fabrication des engrais, ralentit l'augmentation de la température dans le tas jusqu'à des limites plus élevées, ce qui maintient des conditions optimales pour l'activité des micro-organismes.
La teneur en cendres n'a pratiquement pas changé au cours des périodes de stockage. Les variations observées sont plus probablement dues à une répartition inégale des cendres dans le produit initial qu'à des pertes de matière organique.
Dynamique de l'azote total et de ses formes
La teneur en azote total, comme l'ont montré les observations dans le district de Zamhlai, n'est pas stable pendant le stockage, elle change. Il est évident qu'au fur et à mesure du stockage, une redistribution des réserves totales d'azote se produit. Au moment de la fin de l'empilement des tas expérimentaux, la teneur en azote ammoniacal dans la léonardite + NPK était nettement supérieure à celle en azote nitrique. Pendant le stockage, une augmentation des formes mobiles d'azote a été observée. La quantité maximale a été enregistrée aux quatrième et sixième mois, période durant laquelle la teneur en azote ammoniacal était supérieure à celle en azote nitrique. Après un an de stockage, la quantité de formes mobiles d'azote dans la léonardite + NPK a considérablement diminué, mais elle était tout de même supérieure à la quantité initiale. À ce moment, l'azote ammoniacal était presque entièrement transformé en azote nitrique.
À titre d'exemple, le tableau 1 présente certaines données provenant d'une entreprise de Tchernihiv.
| Durée de stockage, mois | Formes d'azote | Teneur | ||
|---|---|---|---|---|
| 3 mois | 6 mois | 12 mois | ||
| Teneur à un mètre de profondeur | Hydrolysable | 0,344 | 0,354 | 0,292 |
| dont ammoniacal | 0,242 | 0,125 | 0,092 | |
| nitrique | 0,102 | 0,229 | 0,200 | |
| Teneur à deux mètres de profondeur | Hydrolysable | 0,346 | 0,497 | 0,307 |
| dont ammoniacal | 0,159 | 0,063 | 0,071 | |
| nitrique | 0,187 | 0,434 | 0,236 | |
| Moyenne dans le tas | Hydrolysable | 0,330 | 0,388 | 0,341 |
| dont ammoniacal | 0,212 | 0,175 | 0,094 | |
| nitrique | 0,118 | 0,213 | 0,246 | |
La teneur en formes mobiles d'azote augmente avec la profondeur de prélèvement jusqu'à deux mètres, puis une diminution progressive est observée.
Dans différentes entreprises, l'accumulation de formes mobiles d'azote varie dans les tas expérimentaux selon les mois. Ainsi, dans une entreprise de la région de Jytomyr, la quantité maximale d'azote mobile dans le tas expérimental a été enregistrée au début du troisième mois après l'empilement pour stockage, à Zamhlai — dans la deuxième décade du cinquième mois, et dans une troisième entreprise — seulement au septième mois de stockage des engrais. Ne disposant pas de données expérimentales pour une évaluation objective de ce phénomène, nous pouvons seulement dire que les modes de stockage des tas ne sont pas identiques. Apparemment, la capacité de la léonardite à s'auto-échauffer joue un rôle déterminant dans ce processus.
La redistribution de l'azote dans l'épaisseur du tas et le changement de ses formes pendant le stockage doivent probablement s'expliquer par les processus microbiologiques qui se déroulent dans la masse des engrais humiques, car toutes les conditions nécessaires y sont réunies. Il est possible que dans l'épaisseur du tas, une décomposition enzymatique des substances organiques de la léonardite se produise avec libération d'ammoniac. Cet ammoniac, restant à l'état diffus, se déplace avec les vapeurs d'eau vers les limites supérieures du tas. Une partie de l'ammoniac peut être nitrifiée. L'acide nitrique, à son tour, en se combinant avec l'ammoniac, forme du nitrate d'ammonium.
En expliquant le déplacement de l'azote dans le tas d'engrais humiques pendant le stockage et en accordant une grande importance aux processus microbiologiques, il est impossible de ne pas mentionner l'idée que le régime de température a également influencé l'ensemble de ces transformations. Cependant, compte tenu du fait que la température dans le tas d'engrais est inférieure à celle dans le tas de léonardite, on peut supposer que le rôle proprement dit du facteur thermique lors du stockage des engrais humiques est moindre que lors du stockage de la léonardite.
Changement de la mobilité du phosphore
Les analyses réalisées ont montré (tab. 2) que la quantité de composés phosphorés solubles dans H₂SO₄ 0,5 N augmente dans les engrais au fur et à mesure du stockage. Elle varie également selon le profil du tas.
| Nom des gisements | Durée de stockage, mois | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 11 | |
| District de Zamhlai (région de Tchernihiv) | 0,192 | - | 0,313 | 0,337 | - | 0,421 |
| Velikoye (région de Kiev) | 0,394 | - | 0,391 | - | - | 0,703 |
| Remarque : « - » — non déterminé. | ||||||
Jusqu'à 140 jours de stockage, la solubilité maximale est observée à une profondeur de 1,5-2,5 m, puis la quantité de formes mobiles d'acide phosphorique augmente considérablement et se répartit plus uniformément sur tout le profil du tas, atteignant un maximum au 340e jour. En ce qui concerne le phosphore soluble dans l'eau, une tendance à l'augmentation de la solubilité est également observée à la fin du stockage.
La tendance générale — l'augmentation des formes mobiles de phosphore pendant le stockage des engrais — doit probablement s'expliquer par la mobilisation du phosphore des phosphates peu solubles en présence d'acide nitrique formé. La formation de composés organophosphorés mobiles n'est pas exclue, car on sait que l'acide phosphorique peut former des composés complexes avec l'acide humique. Cependant, les données expérimentales sur cette question ne nous ont pas encore été obtenues.
Mobilité des acides humiques et changement du pH
Comme l'ont montré les analyses, lors du stockage des engrais humiques dans le tas expérimental du district de Zamhlai, le pH de l'extrait aqueux évolue vers l'alcalinité jusqu'à 90-120 jours de stockage, puis avec l'augmentation de la durée de stockage, l'alcalinité de la réaction diminue et atteint parfois l'acidité. Des changements de réaction sont également observés selon le profil du tas. L'alcalinité maximale des engrais est atteinte à une profondeur de 2-2,5 m, puis l'alcalinité commence à diminuer, une réaction acide étant observée dans les couches superficielles du tas.
Il est intéressant de noter que l'augmentation du pH se produit parallèlement à l'accumulation d'azote ammoniacal, et la diminution correspond à l'augmentation de l'azote nitrique. Les phénomènes décrits ci-dessus ont également été observés dans les tas expérimentaux de Velikoye, dans la région de Kiev.
Pendant le stockage des engrais humiques, la quantité de formes solubles dans l'eau d'acides humiques augmente jusqu'à une certaine période. L'accumulation maximale de formes mobiles d'acides humiques se produit au cinquième-sixième mois de leur stockage. Durant cette période, la léonardite + NPK accumule également la quantité maximale de formes mobiles d'azote. La teneur en acides humiques varie également selon le profil du tas. Si l'on compare les graphiques caractérisant la quantité d'acides humiques solubles dans l'eau et la quantité d'azote ammoniacal, on peut facilement remarquer un parallélisme, ce qui signifie que l'ammoniac libéré lors de la décomposition de la matière organique de la léonardite est capté par les acides humiques, formant ainsi des sels solubles — les humates d'ammonium. Par la suite, à mesure que la durée de stockage s'allonge, la teneur en acides humiques solubles dans l'eau diminue, en particulier dans les couches superficielles du tas. Il convient de noter que la diminution de la solubilité de l'acide humique dans ces couches est presque parallèle à l'accumulation d'azote nitrique. Ainsi, l'acide nitrique provoque la coagulation des acides humiques, ce qui rend l'accumulation de cette forme d'azote indésirable.
En résumé, on peut dire qu'au cours d'une année de stockage des engrais humiques, on observe une diminution absolument insignifiante de la teneur en acides humiques solubles dans l'eau et une acidification de l'engrais lui-même. L'azote ammoniacal est presque entièrement transformé en azote nitrique pendant cette période. De tels engrais ne peuvent plus être appelés tourbe-minéraux-ammoniaques-humiques, car ils ne contiennent plus d'acides humiques mobiles dans l'eau ni d'azote ammoniacal à ce stade. Il semble plus approprié de les qualifier à ce moment d'organo-minéraux-nitratés.
Dans les cas où une diminution de la teneur en formes solubles dans l'eau d'acides humiques est observée, il est possible de recommander un traitement supplémentaire de ces engrais avec de l'eau ammoniacale, en calculant sa dose en fonction de la capacité d'échange libre. L'acide nitrique accumulée sera neutralisée par l'ammoniac, les engrais à réaction acide deviendront faiblement alcalins, et les acides humiques redeviendront solubles dans l'eau.
En conclusion, il est nécessaire de préciser que la hauteur optimale des tas lors de l'empilement des engrais humiques pour stockage est de 3,5-4 m. L'empilement de tas plus hauts n'est pas judicieux, car dans les couches profondes, l'accumulation de substances nutritives est insignifiante.
Résultats des expériences microvégétatives et des essais en plein champ
Pour étudier les qualités fertilisantes des engrais humiques ayant subi un stockage, des expériences microvégétatives et des essais en plein champ ont été réalisés avec des tomates, des choux, du maïs, des pommes de terre, des betteraves sucrières et du lin.
En laboratoire, une expérience microvégétative en culture sableuse avec des tomates a été mise en place, dont l'objectif était de déterminer les changements dans les qualités fertilisantes des engrais humiques en fonction de leur position dans le tas lors du stockage. Le poids de sable dans le récipient était de 1 kg, le nombre de plantes — 15, avec une répétition quadruple. Pour l'expérience, des échantillons de léonardite + NPK dans la région de Kiev après 6 mois de stockage ont été prélevés dans le tas à des profondeurs de 0,5 ; 1,5 ; 2 et 3 m. Des doses d'engrais de 20 g de matière absolument sèche ont été introduites dans les récipients en remplacement de l'azote et du phosphore dans le mélange de Pryanishnikov. L'expérience a débuté le 15 février 2020 et s'est terminée trois semaines plus tard. Le poids absolument sec des plantules et l'exportation d'azote et de phosphore par récipient ont été enregistrés (tab. 3).
| Schéma de l'expérience, indicateurs | Mélange complet de Pryanishnikov (témoin) | léonardite + NPK, prélevée à une profondeur, m | |||
|---|---|---|---|---|---|
| 0,5 | 1,5 | 2 | 3 | ||
| Poids de la masse verte de 10 plantes, mg | 3550 | 3920 | 5250 | 5130 | 5610 |
| Poids de matière absolument sèche de 10 plantes, mg | 208 | 304 | 326 | 438 | 417 |
| Azote mobile introduit par récipient, mg | 77,5 | 80,0 | 77,0 | 80,0 | 98,0 |
| Exportation d'azote par récipient, mg | 8,6 | 7,3 | 8,8 | 12,4 | 12,7 |
| Coefficient d'utilisation de l'azote | 11,09 | 9,12 | 11,42 | 17,47 | 12,96 |
| P₂O₅ mobile introduit par récipient, mg | 82,0 | 48,0 | 58,0 | 46,0 | 50,0 |
| Exportation de P₂O₅ par récipient, mg | 4,80 | 4,80 | 4,00 | 4,80 | 5,93 |
| Coefficient d'utilisation de P₂O₅ | 5,85 | 10,0 | 6,70 | 10,43 | 11,87 |
Les résultats de l'expérience montrent clairement que le coefficient d'utilisation des différentes substances nutritives de la léonardite + NPK est plus élevé que dans le mélange de Pryanishnikov, et qu'il augmente avec la profondeur de prélèvement des échantillons, ce qui signifie que la léonardite + NPK après six mois de stockage n'a pas perdu ses qualités fertilisantes.
Le 30 mars 2020, une deuxième expérience microvégétative en culture sableuse avec des tomates a été mise en place. L'objectif de cette expérience était de comparer les qualités fertilisantes des engrais humiques provenant de différentes entreprises de tourbe après sept mois de stockage. À cette fin, des échantillons identiques en termes de position ont été prélevés dans les tas du district de Zamhlai, dans la région de Tchernihiv, ainsi que dans des entreprises des régions de Jytomyr et de Kiev. Des doses de léonardite + NPK de 10 g par récipient, calculées en poids absolument sec, ont été utilisées en remplacement de l'azote et du phosphore minéraux dans le mélange de Pryanishnikov. L'expérience s'est terminée le 24 avril. Le tableau 4 présente les données de cette expérience.
| Schéma de l'expérience, indicateurs | Mélange complet de Pryanishnikov (témoin) | Noms des districts où sont situées les entreprises | |||
|---|---|---|---|---|---|
| Zamhlai | Kiselevsky | Buchmansky | Kodransky | ||
| Poids de la masse verte de 100 plantes, g | 58,467 | 48,797 | 56,205 | 60,00 | 62,115 |
| Poids de matière absolument sèche de 100 plantes, g | 5,029 | 4,489 | 3,721 | 4,454 | 4,550 |
| Azote mobile introduit par récipient, mg | 77,5 | 39,0 | 56,0 | 28,6 | 58,4 |
| Exportation d'azote par récipient, mg | 23,2 | 22,2 | 15,0 | 21,7 | 23,5 |
| Coefficient d'utilisation de l'azote | 29,9 | 56,9 | 26,7 | 75,8 | 40,2 |
| P₂O₅ mobile introduit par récipient, mg | 82,0 | 24,6 | 14,4 | 19,2 | 29,0 |
| Exportation de P₂O₅ par récipient, mg | 4,1 | 3,5 | 5,4 | 3,3 | 4,9 |
| Coefficient d'utilisation de P₂O₅ | 5,0 | 14,2 | 37,5 | 17,1 | 16,9 |
| Remarque : Le tableau présente les résultats de l'expérience sur des échantillons prélevés dans les tas à une profondeur de 1 m le long de la pente. | |||||
Dans cette expérience, le coefficient d'utilisation de l'azote et du phosphore par les plantes fertilisées avec de la léonardite + NPK était généralement également beaucoup plus élevé que dans le mélange de Pryanishnikov. Il est important de noter que les plantes expérimentales fertilisées avec des engrais humiques dans les expériences microvégétatives étaient dans tous les cas plus développées que les plantes témoins. Cela permet de penser que les plantes utilisent non seulement l'azote et le phosphore mobiles, mais aussi leurs formes plus stables.
Cette idée et toutes les positions énoncées ci-dessus ont trouvé leur confirmation dans les résultats des essais en plein champ, où l'efficacité de la léonardite + NPK fraîchement préparée et après stockage hivernal a été comparée. À titre d'exemple, nous présentons les résultats des essais (tab. 5) dans le district de Repkino, région de Tchernihiv, en 2020. Les essais ont été réalisés en triple répétition sur des sols gris foncé podzolisés.
| Schéma de l'expérience | Maïs | Betterave sucrière | Lin | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Masse verte totale, q/ha | Dont épis | Augmentation q/ha | Par rapport au témoin, % | Rendement, q/ha | Augmentation q/ha | Rendement | Augmentation | |
| Témoin (sans engrais) | 146,3 | 64,8 | - | - | 343,6 | - | 493,0 | - |
| Adept, 2 l/ha (3 fois) | 275,0 | 141,7 | 128,9/76,9 | > 87.7 | 463,6 | 120,9 | 536,0 | 43,0 |
| léonardite + NPK de l'année précédente, 10 t/ha | 350,3 | 158,8 | 204,0/90,0 | > 138,9 | 459,0 | 115,6 | 700,0 | 207,0 |
| léonardite + NPK en quantité équivalente à 2 l/ha d'Adept, (3 fois) | 256,3 | 133,7 | 110,0/68,9 | > 74,8 | 424,6 | 81,0 | 583,0 | 90,0 |
| Remarque : Le numérateur indique l'augmentation du rendement en épis, le dénominateur — en masse verte. | ||||||||
Le tableau montre que l'ensemble équivalent de mélanges d'engrais minéraux est inférieur à la léonardite + NPK, et surtout après un stockage hivernal.
En 2023-2024, la léonardite + NPK de l'entreprise de Buchmansky, ayant subi un hivernage dans un tas, a été testée sur des vignobles en production de la région de Transcarpatie dans deux micro-régions naturelles et climatiques différentes. Le tableau 6 présente les résultats des essais avec des engrais sur le champ expérimental avec des vignes.
| Schéma de l'expérience | 2023 | 2024 |
|---|---|---|
| Témoin | Rendement moyen, q/ha : 85,98 Augmentation, % : - |
Rendement moyen, q/ha : 18,4 Augmentation, % : - |
| léonardite + NPK, 3 kg par pied | Rendement moyen, q/ha : 112,00 Augmentation, % : 26,02 |
Rendement moyen, q/ha : 19,9 Augmentation, % : 3,0 |
| NPK (équivalent à 3 kg de léonardite + NPK) | Rendement moyen, q/ha : 105,60 Augmentation, % : 19,62 |
Rendement moyen, q/ha : 18,8 Augmentation, % : 2,2 |
De plus, il convient de noter que sur les parcelles fertilisées, la teneur en sucre des baies augmente. L'action des engrais humiques est particulièrement notable à cet égard.
Conclusions
- Pendant le stockage automne-hiver des engrais humiques (léonardite + NPK), des changements dans la composition chimique se produisent, à savoir :
- a) en raison de la décomposition des substances organiques de la léonardite, la quantité de formes mobiles d'azote augmente. La mobilisation maximale de l'azote dans le tas est observée à une profondeur de 1,5-2,5 m ;
- b) les composés phosphorés peu solubles se transforment en un état plus mobile ;
- c) la dynamique du pH et la mobilité des acides humiques sont généralement parallèles aux changements de la teneur en azote ammoniacal et nitrique. L'augmentation de la quantité d'azote ammoniacal dans les engrais humiques s'accompagne d'une augmentation du pH et de la solubilité des acides humiques, tandis que l'augmentation de l'azote nitrique entraîne une diminution du pH et de la solubilité des acides humiques.
- Des expériences végétatives ont établi la haute disponibilité des substances nutritives des engrais humiques ayant subi un stockage prolongé.
- Le rendement des cultures agricoles est plus élevé avec l'apport d'engrais humiques après un stockage automne-hiver qu'avec la léonardite + NPK et un ensemble équivalent d'engrais minéraux.
- Le stockage des engrais humiques pendant la période automne-hiver ne réduit pas leurs qualités fertilisantes, mais la durée optimale de stockage, sous cet angle, varie en fonction des propriétés de la léonardite et est dans la plupart des cas de 4 à 6 mois. La taille du tas influence la qualité des engrais. La hauteur optimale du tas lors de son empilement pour stockage est de 3,5-4 m.