Silicate rock remineralizers sustain soil potassium availability and irrigated rice yield in subtropical agroecosystems

Résumé technique : Reminéralisateurs de roches silicatées dans les systèmes de riziculture irriguée subtropicale

Énoncé du problème
La production de riz irrigué au Brésil, composante critique de la sécurité alimentaire nationale, est confrontée à des défis importants concernant la gestion du potassium (K). Les sols hydromorphes du sud du Brésil, principalement des Albaqualfs, possèdent une faible capacité d'échange cationique (CEC) et des réserves de K natives insuffisantes pour soutenir des rendements élevés (dépassant souvent 8 Mg ha⁻¹). Par conséquent, le système agricole dépend fortement de la fertilisation minérale. Actuellement, environ 80 % des engrais utilisés au Brésil sont importés, le chlorure de potassium (KCl) étant la principale source de K. Cette dépendance crée une vulnérabilité économique due à l'augmentation des coûts internationaux et aux préoccupations environnementales liées aux engrais hautement solubles, tels que les pertes par lessivage. Bien que les poudres de roches silicatées (reminéralisateurs) offrent une alternative potentielle en fournissant du K ainsi que d'autres nutriments et en améliorant la chimie du sol, les données de terrain validant leur efficacité comme remplacement direct du KCl dans les systèmes de riziculture irriguée subtropicale restent rares.

Méthodologie
Pour combler cette lacune de connaissances, une expérience de terrain a été menée durant la saison de culture 2023/24 sur quatre sites dans le sud du Brésil (Capão do Leão, Rio Grande et Camaquã, Rio Grande do Sul). L'étude a utilisé un dispositif en blocs complets randomisés avec quatre répétitions pour évaluer six traitements de fertilisation potassique :

1. T1 : Pas de fertilisation en K (Témoin).
2. T2 : Chlorure de potassium (KCl) (Gestion conventionnelle).
3. T3 : Phonolite.
4. T4 : Syénite.
5. T5 : Syénite néphélinique.
6. T6 : Micaschiste.

Les traitements de roches silicatées (T3–T6) ont été appliqués à des taux équivalents à trois fois le taux de KCl recommandé basé sur le contenu total en K, tenant compte de leur faible solubilité dans l'eau (<1 %) par rapport à la solubilité de 100 % du KCl. Le moment d'application différait : le KCl a été appliqué au stade de développement V4, tandis que les reminéralisateurs silicatés ont été incorporés 15 jours avant le semis d'une culture de couverture hivernale (trèfle de l'Atlas) afin de prolonger l'interaction avec le sol et le temps d'altération.

Les évaluations clés comprenaient :

• Analyse du sol : Quantification du K échangeable (via Mehlich-1 et l'acétate d'ammonium) et du K total (via fluorescence X) à 0–0,20 m de profondeur. La composition minéralogique des roches a été déterminée par diffraction des rayons X (DRX).
• Analyse des plantes : Mesure des concentrations d'azote (N) et de K dans la biomasse aérienne (AGB), de la hauteur des plantes et de l'indice de chlorophylle (SPAD) à des stades phénologiques spécifiques.
• Rendement et bilan : Le rendement grainier (GY) a été mesuré à la maturité physiologique. Un bilan de K du sol a été calculé en comparant les apports de K (engrais) par rapport aux exportations de K (grain) et aux changements des stocks de K échangeables du sol.

Résultats clés

• Disponibilité du potassium dans le sol : L'application de reminéralisateurs silicatés a augmenté de manière significative les concentrations de K échangeable (Mehlich-1) dans le sol de 128 % en moyenne par rapport au KCl sur l'ensemble des sites. Bien que le K total du sol soit resté inchangé par les traitements, les sources alternatives ont réussi à maintenir ou à améliorer la fraction labile du K.
• Nutrition et physiologie des plantes : Les concentrations d'azote dans la biomasse n'ont pas été affectées par la source de K. Cependant, les concentrations de K dans l'AGB étaient significativement plus élevées dans les traitements KCl (T2) et Micaschiste (T6) (environ 34 g kg⁻¹), représentant une augmentation de 55 % par rapport aux autres traitements. La hauteur des plantes et l'indice de chlorophylle ont montré des réponses spécifiques au site ; notamment, T5 et T6 ont augmenté la hauteur des plantes à L1, et T6 a présenté l'indice de chlorophylle le plus élevé à L2 et L4.
• Rendement grainier : Le rendement en grain de riz a été maintenu à des niveaux comparables à la fertilisation conventionnelle au KCl (~8,5 Mg ha⁻¹) sur la plupart des sites. Bien que la performance ait varié selon la localisation (par exemple, T5 ayant donné les meilleurs rendements à L2 et L3, tandis que T6 était le plus performant à L4), les sources alternatives n'ont généralement pas compromis la productivité par rapport au témoin ou au KCl.
• Bilan de potassium : Le système présentait un bilan de K positif (19–40 kg ha⁻¹) sur tous les sites. Les reminéralisateurs ont contribué à un bilan de K échangeable plus favorable (>100 % d'amélioration par rapport au KCl sur certains paramètres), suggérant une accumulation efficace de K disponible dans le profil du sol.

Signification et affirmations
Les auteurs concluent que les poudres de roches silicatées — spécifiquement la phonolite, la syénite néphélinique et le micaschiste — constituent des alternatives viables à la fertilisation conventionnelle au KCl dans les systèmes de riziculture irriguée subtropicale. L'étude démontre que ces matériaux peuvent soutenir la productivité et l'état nutritionnel des cultures tout en offrant des avantages agronomiques distincts :

1. Bilan de K du sol amélioré : Contra�à le KCl hautement soluble, sujet au lessivage, la libération progressive du K à partir des minéraux silicatés semble synchroniser l'apport de nutriments avec la demande de la culture, conduisant à une plus grande accumulation de K échangeable dans le sol.
2. Durabilité et résilience : L'utilisation de résidus de roches disponibles localement réduit la dépendance aux engrais importés, abaisse les coûts de production et favorise la valorisation des sous-produits miniers.
3. Stabilité du système : Les résultats suggèrent que ces reminéralisateurs peuvent soutenir la fertilité du sol à long terme en agissant comme un réservoir de K structurel, particulièrement dans les systèmes où les conditions d'oxydoréduction (inondation) peuvent faciliter l'altération minérale.

L'article maintient un ton modéré concernant les implications à long terme, notant que bien que les résultats d'une seule saison soient prometteurs, les pleins bénéfices de l'altération minérale et des améliorations cumulatives de la fertilité du sol pourraient nécessiter une évaluation sur des cycles de culture successifs. Les conclusions soulignent le potentiel de ces sources pour contribuer à des systèmes agroalimentaires plus résilients et durables dans les régions dépendantes des intrants importés.