Negative potassium balances threaten global crop production

Résumé technique : Les bilans négatifs de potassium menacent la production agricole mondiale

Énoncé du problème
Le potassium (K) est un nutriment végétal critique, essentiel à l'activation enzymatique, à la régulation de l'eau, à la photosynthèse et à la tolérance au stress. Malgré son importance, la gestion du K a été historiquement négligée par rapport à l'azote (N) et au phosphore (P). Cette négligence découle de la perception que de nombreux sols possèdent des réserves de K indigènes suffisantes, de l'absence de symptômes de carence visibles (« faim cachée ») et de l'impact environnemental direct plus faible des pertes de K par rapport à ceux de N et P. Par conséquent, de nombreux systèmes agricoles ont évolué vers des bilans négatifs de K, où l'exportation par les cultures excède les apports, entraînant un épuisement progressif des réserves de K du sol. Les auteurs postulent que les apports actuels en K sont insuffisants pour soutenir les rendements existants ou pour atteindre les rendements réalisables sans un épuisement supplémentaire des réserves de K du sol, ce qui représente une menace significative pour la sécurité alimentaire mondiale, particulièrement alors que les perturbations géopolitiques du commerce affectent la disponibilité de la potasse.

Méthodologie
Pour évaluer l'étendue et la gravité des limitations mondiales en K, les auteurs ont compilé une base de données multi-indicateurs complète couvrant 31 grands systèmes de culture qui représentent environ les deux tiers de la production mondiale de céréales, d'oléagineux et de fibres. L'ensemble de données comprend :

• 22 millions d'échantillons de sol pour la concentration de K échangeable.
• 66 300 essais de rendement sur fertilisation potassique (comparant des traitements avec omission de K versus des traitements fertilisés en K avec des apports adéquats en N et P).
• 117 000 bilans d'entrées-sorties de K au niveau de la parcelle.

L'étude a employé une approche par paliers pour estimer les bilans de K à la ferme, en privilégiant les données au niveau de la parcelle et en utilisant les agrégats nationaux/régionaux uniquement lorsque les données granulaires étaient indisponibles. Les bilans de K ont été calculés comme la différence entre les intrants (engrais inorganiques/organiques, irrigation, semences) et les extrants (récolte des grains et retrait/brûlage des résidus).

L'analyse a intégré :

1. Méta-analyse : Pour quantifier les réponses de rendement à l'omission de K et les rendements économiques, en pondérant les observations par la répétition et la surface récoltée.
2. Analyse spatiale : Pour cartographier les limitations en K à travers divers contextes biophysiques et de gestion.
3. Modélisation de culture basée sur des processus : Pour estimer les rendements atteignables (définis comme 80 % du potentiel de rendement) et projeter les besoins futurs en K selon deux scénarios : (a) atteindre un bilan de K neutre pour les rendements actuels, et (b) atteindre une intensification des rendements (rendements atteignables) tout en évitant l'épuisement du K du sol.

Résultats clés

• Insuffisance du K dans le sol : Dans la plupart des systèmes de culture, l'offre de K indigène du sol seule est insuffisante pour répondre aux besoins des cultures aux niveaux de rendement actuels. L'omission de l'engrais potassique a réduit les rendements de 11 % en moyenne dans tous les systèmes, les déficits les plus importants étant observés en Asie du Sud, en Asie du Sud-Est, en Chine, dans la zone cotonnière des États-Unis et dans les systèmes rizicoles africains.
• Viabilité économique : L'application d'engrais potassiques a augmenté le profit net dans 78 % des systèmes de culture, avec un profit supplémentaire moyen de 285 USD ha⁻¹ an⁻¹, représentant un retour de 3,7 fois les coûts de l'engrais.
• Facteurs de limitation : La variation de la limitation en K était dictée par les propriétés du sol (ex. minéralogie des argiles, niveaux de K échangeable), l'intensité de la culture et la gestion des résidus. Les systèmes présentant de faibles niveaux de K dans le sol, des argiles fixatrices de K, une forte intensité de culture et un retrait important des résidus présentaient les limitations les plus sévères.
• Bilans de K régionaux :
  • Bilans négatifs : Des bilans de K persistamment négatifs ont été trouvés en Asie du Sud (–42 kg K ha⁻¹ an⁻¹), en Asie du Sud-Est (–23 kg K ha⁻¹ an⁻¹) et en Afrique (–32 kg K ha⁻¹ an⁻¹), sous l'effet de faibles apports d'engrais et d'un retrait important des résidus.
  • Limitations émergentes : Des systèmes historiquement tamponnés par de hautes réserves de K indigène, tels que la Corn Belt de l'Ouest des États-Unis (–33 kg K ha⁻¹ an⁻¹) et la Pampa occidentale (–44 kg K ha⁻¹ an⁻¹), transitent vers une limitation en K en raison de l'extraction continue des nutriments.
  • Bilans positifs : Le Cerrado brésilien (+46 kg K ha⁻¹ an⁻¹) et la plupart des systèmes céréaliers en Chine (+55 kg K ha⁻¹ an⁻¹) maintiennent actuellement des bilans positifs grâce à des apports élevés d'engrais et/ou la rétention des résidus.
• Besoins futurs :
  • Pour simplement éviter les bilans négatifs et maintenir les rendements actuels, les apports mondiaux de K doivent augmenter de 30 % (de ~15,0 à ~19,3 millions de tonnes métriques par an).
  • Pour atteindre les rendements atteignables (80 % du potentiel) sans nouvel épuisement du K du sol, les apports mondiaux de K doivent augmenter de près de 70 % (de 15,0 à 24,7 millions de tonnes métriques par an).
  • Les augmentations relatives les plus importantes sont requises en Afrique et en Asie du Sud (+100–103 kg K ha⁻¹ an⁻¹) et dans les systèmes rizicoles d'Asie du Sud-Est (+81 kg K ha⁻¹ an⁻¹).

Signification et affirmations
L'article affirme que le maintien des rendements actuels et l'atteinte de l'intensification des rendements sur les terres cultivées existantes nécessitent un changement substantiel et immédiat des stratégies de gestion du K. Les auteurs soutiennent que compter sur les réserves déclinantes de K natif du sol est insoutenable. L'étude fournit un « blueprint » (modèle) pour l'évaluation de la gestion mondiale des nutriments, soulignant que :

1. Limitation généralisée : La limitation en K n'est pas confinée aux sols tropicaux mais émerge également dans les systèmes tempérés à haut rendement en raison de l'extraction à long terme.
2. Implications politiques : Les structures de subventions actuelles dans de nombreuses régions favorisent l'azote et le phosphore au détriment du potassium, exacerbant les déséquilibres. De plus, les politiques promouvant le retrait des résidus de culture pour l'alimentation animale ou les biocarburants sans tenir compte de l'exportation de K accéléreront l'épuisement des sols.
3. Besoins de gestion : Il existe un besoin urgent d'améliorer les approches de diagnostic au-delà de la simple analyse de sol, car les niveaux de K du sol sont de mauvais prédicteurs de l'offre de K dans divers systèmes de culture. Une gestion efficace doit intégrer la rétention des résidus, le recyclage organique et des taux d'application de K optimisés, adaptés à des objectifs de rendement spécifiques et aux pratiques de gestion des résidus.

Les auteurs concluent que la satisfaction de la demande alimentaire future nécessitera un effort coordonné pour augmenter l'utilisation des engrais potassiques, particulièrement dans le Sud global, parallèlement à l'amélioration des pratiques agronomiques pour renforcer le recyclage du K et la santé des sols.