Résumé et synthèse d’un article de Fritz et al. publié dans la revue Biological Agriculture & Horticulture en juillet 2021.
Titre original : Aggregate stability and visual evaluation of soil structure in biodynamic cultivation of Burgundy vineyard soils
Résumé
Une étude de le terrain a été mise en place pour étudier les effets des préparations biodynamiques à base de bouse de corne et de silice de corne (BD) sur la structure du sol dans cinq vignobles situés sur différents types de sols en Bourgogne. L’hypothèse sous-jacente était que les préparations biodynamiques augmentent la stabilité des agrégats et améliorent la structure du sol. Les résultats ont montré que la stabilité des agrégats du sol lors du tamisage humide n’était pas différente dans le traitement avec les préparations biodynamiques (BD+), par rapport à celui sans préparation (BD-). D’après l’évaluation visuelle (VESS), les améliorations de la structure du sol dans le traitement BD+, par rapport au traitement BD-, n’étaient pas significatives pour les macropores/biopores, le test de chute de bloc pour l’horizon supérieur ou la couleur de l’horizon inférieur, mais des améliorations significatives ont été observées pour le test de chute sur l’horizon inférieur (p = 0. 009), la couleur de l’horizon supérieur (p < 0,000), la pénétration des racines (p = 0,017), la structure de la surface (agrégats stables, peu d’incrustation, p = 0,006), la structure de l’horizon supérieur (p = 0,030), la structure du sous-sol (p < 0,000) et le changement de couleur de l’horizon supérieur au sous-sol s’est fait à une plus grande profondeur (p = 0,049). Sur la base des résultats précédemment rapportés, qui montrent des changements significatifs dans l’activité microbienne du sol du traitement BD+, et en utilisant les mêmes échantillons de sol, il est possible que les différences observées dans la structure du sol entre BD+ et BD- soient liées aux différences dans l’activité microbienne.
Introduction
Dans la production de vin, le sol ainsi que le climat jouent un rôle clé pour le terroir et peuvent influencer la qualité du vin. Les propriétés physiques du sol, telles que la densité apparente élevée et la résistance élevée à la pénétration, ont été mentionnées comme ayant des effets négatifs sur la qualité du raisin et les rendements en viticulture. De nombreux sols viticoles ont été fortement endommagés par l’érosion, en raison de la faible stabilité des agrégats des sols à faible teneur en matière organique. L’un des principaux objectifs de l’agriculture biologique est d’augmenter les interactions biologiques dans le sol pour en améliorer les propriétés physiques, chimiques et biologiques.
Le sol, et en particulier la communauté microbienne du sol, a été identifié comme une composante importante du terroir et contribue de manière significative à la qualité du vin et à sa spécificité. Les questions relatives à la qualité des aliments et à l’impact environnemental des méthodes de culture ont accru l’intérêt pour la viticulture biologique et donc aussi l’intérêt pour la conversion des systèmes de viticulture conventionnelle vers des systèmes de viticulture biologique.
10 % de la superficie du vignoble biologique, au niveau mondial, est actuellement cultivée en biodynamie. L’agriculture biodynamique est la plus ancienne forme d’agriculture biologique et se base sur les concepts anthroposophiques de Rudolf Steiner. L’une des caractéristiques des systèmes d’agriculture biodynamique est l’utilisation de préparations spécifiques comme additifs au compost et pour la pulvérisation dans les champs. Les deux préparations les plus importantes sont les préparations pour pulvérisation au champ de bouse de corne (P500) et de silice de corne (P501). Dans la pratique, les taux d’application de ces préparations sont extrêmement faibles et seulement 100 g/ha de bouse de corne fermentée et 4 g/ha de silice broyée sont appliqués par traitement pour la bouse de corne et la silice de corne, respectivement. Les préparations sont brassées dans l’eau pendant 1 heure avant d’être utilisées. Des effets similaires à ceux de l’auxine sur les plantes ont été trouvés dans les études sur la bouse de corne par Radha et Rao (2014) et par Giannattasio et al. (2013). L’utilisation et l’efficacité de ces préparations sont un sujet de controverse, comme le discutent Faust et al. (2017) et Juknevičienė et al. (2019).
Dans un essai à long terme à Geisenheim, en Allemagne, les trois méthodes de culture de la gestion intégrée, biologique et biodynamique du vignoble ont été clairement distinguées dans une analyse des paramètres de croissance, de la santé des plantes et du rendement (Meissner et al. 2019). Dans cette étude, les traitements biodynamiques et biologiques ne différaient qu’en termes d’application des préparations biodynamiques. Grâce à des méthodes morphogénétiques, les échantillons de jus de raisin issus des méthodes de culture intégrée, biologique et biodynamique de cet essai de terrain ont pu être différenciés et classés au cours des cinq années de culture étudiées (Fritz et al. 2017, 2020). Kokornaczyk et al. (2014) ont pu distinguer les vins biologiques et biodynamiques à l’aide de la méthode d’évaporation de gouttelettes. En ce qui concerne le rendement des raisins et les indices de maladie, Botelho et al. (2015) ont constaté une augmentation des activités enzymatiques foliaires, qui est généralement corrélée au stress biotique et abiotique des plantes et associée à une résistance induite des plantes. Selon Guzzon et al. (2016), les systèmes de production biodynamique de raisins ont eu une influence positive sur le développement du microbiote des raisins lors d’années aux conditions climatiques difficiles par rapport aux systèmes de production conventionnels. On a constaté que le microbiote des levures ne variait pas entre les vins rouges Sangiovese biologiques et biodynamiques (Patrignani et al. 2017). La diversité et la composition bactérienne du sol du vignoble se sont avérées différentes lors de la comparaison des systèmes biodynamiques et biologiques (Burns et al. 2016).
Dans les études sur les caractéristiques chimiques du vin, Parpinello et al. (2015), Laghi et al. (2014) et Picone et al. (2016) ont pu distinguer le vin issu de la culture biologique et biodynamique en ce qui concerne les substances chimiques. En ce qui concerne l’évaluation sensorielle du vin, Ross et al. (2009) ont également pu distinguer les vins biologiques et biodynamiques, tandis que Meissner (2015) n’a pu que partiellement distinguer les vins issus des différents systèmes et que Parpinello et al. (2015) ont indiqué que les vins ne pouvaient pas être distingués.
Il est plus difficile d’appliquer un dispositif randomisé dans des vignobles en pente que sur des surfaces planes (Reeve et al. 2005), c’est pourquoi les méthodes « on-farm » sont largement utilisées dans la recherche en viticulture. Dans la présente étude, une approche « on-farm » a été utilisée pour les vignobles en pente afin d’étudier les effets de l’application des préparations biodynamiques bouse de corne et silice de corne sur la structure du sol en gestion biologique. Dans cette étude, une évaluation visuelle de la structure du sol (VESS) a été réalisée en utilisant la méthode de diagnostic à la bêche. Dans cette étude, une évaluation visuelle de la structure du sol (VESS) a été réalisée en utilisant la méthode de diagnostic à la bêche. Au cours des deux dernières décennies, d’importants travaux de base visant à développer une évaluation visuelle standardisable de la structure du sol avec le diagnostic à la bêche ont été entrepris. Comme le VESS est une méthode qualitative ou semi-quantitative, l’évaluation de la stabilité des agrégats par tamisage humide a également été effectuée comme test supplémentaire et l’indice de stabilité du diamètre de poids moyen (MWD) a été calculé selon Angers et al (2006). En raison de la forte teneur des sols en pierres, il n’a pas été possible, comme prévu initialement, de prélever des échantillons de sol non perturbés pour mesurer le pouvoir de rétention d’eau, la conductivité hydraulique et la conductivité de l’air. Sur les mêmes échantillons de sol que ceux utilisés dans la présente étude, la biomasse microbienne et différents indices d’activité microbienne ont également été examinés, avec tous les détails décrits dans Fritz et al. (2020), et les résultats ont suggéré que les préparations biodynamiques avaient des effets significatifs sur la communauté microbienne du sol, comme indiqué dans Fritz et al. (2020).
L’hypothèse sous-jacente aux présentes expériences était que l’application de silice de corne et de bouse de corne améliore la structure du sol dans le vignoble et augmente la stabilité des agrégats.
Sites d’étude et échantillonnage
Les sols ont été échantillonnés dans cinq vignobles situés sur trois sites en Bourgogne, entre les régions de Mâcon (Saône et Loire) et de Beaune (Côte d’Or). Chacune des cinq parcelles avait été divisée en deux moitiés et, à partir du moment où la gestion du vignoble a été modifiée pour adopter ce régime, une moitié de chaque parcelle a été traitée annuellement avec les préparations biodynamiques (traitement BD+) 500P et 501 (BioDynamie Services sarl Pierre et Vincent Masson, France), tandis que l’autre moitié n’a reçu aucune préparation BD (traitement BD-) pendant les périodes respectives.
Les vignobles A1 (N 46°16`3.65ʹ’ ; E 4°45`55.35ʹ’) et A2 (N 46°16ʹ4.05ʹ’ ; E 4°45ʹ55.40ʹ’), chacun d’environ 4000 m2 et situés l’un à côté de l’autre, appartiennent à un vignoble de la localité de Vinzelles. A cet endroit, le socle rocheux est constitué de roches bioclastiques, d’oolithes ferrugineuses, de marnes calcaires et siliceuses appartenant à une formation du Jurassique inférieur Aalénien-Bajocien. Le vignoble B (N 46°31ʹ0.10ʹ’ ; E 4°43ʹ26.15ʹ’), d’une superficie de 2600 m2, est situé près de la région de Bray. À cet endroit, le socle rocheux est constitué de calcaire et de marnes calcaires appartenant à la formation jurassique du Sinémurien. Les vignobles C1 (N 46°53ʹ59.20ʹ’ ; E 4°43ʹ 51.15ʹ’) et C2 (N 46°53ʹ 56.20ʹ’ ; E 4° 43ʹ48. 75ʹ’), chacune d’environ 3800 m2, sont situées près de Bouzeron, où le socle rocheux est constitué de calcaire oolithique et de marne calcaire appartenant à la formation du Jurassique supérieur Oxfordien (Fritz et al. 2020). Plus d’informations sur les vignobles, y compris les précipitations et la température annuelles moyennes, l’ASL, la pente, l’orientation, le type de sol, le cépage, l’utilisation de la préparation BD, le travail du sol, la couverture végétale, l’argile, le limon et le sable, sont décrites dans l’article original et le tableau 1 ci-dessous. Tous les sites ont été gérés selon les normes de l’agriculture biologique.
Des échantillons de sol ont été prélevés en juillet 2016 dans chaque traitement BD+ et BD-, à des distances de 5,1 m entre chaque paire de traitements. Les points d’échantillonnage étaient répartis uniformément dans les rangées de plants de vigne dans chaque parcelle, avec une répétition exacte dans les traitements correspondants. Sur les cinq sites, six échantillons de sol répétés dans chaque moitié du vignoble (0-10 cm de profondeur) ont été prélevés, à l’aide d’une tarrière en acier (diamètre 9,7 cm, hauteur 10 cm). Les échantillons de sol ont été conservés dans des sacs en polyéthylène à 4°C pendant un mois maximum jusqu’à leur analyse.
Résultats
La mesure de la stabilité des agrégats par tamisage humide a révélé un MWD significativement plus faible pour les sites A1, A2 et B par rapport aux sites C1 et C2. Il n’y avait pas de différence de MWD entre les variantes BD- et BD+.
Dans l’évaluation visuelle de la structure du sol, le changement de couleur entre la couche arable et le sous-sol était significativement plus profond dans le sol pour BD+ que pour BD-, en considérant les valeurs moyennes de tous les sites (Tableau 5). Dans le classement des paramètres, il n’y avait pas de différences significatives entre BD- et BD+ pour les macropores/biopores, le test de chute de terre issue de l’horizon supérieur ou la couleur du sous-sol. Cependant, pour le test de chute de mottes issues de l’horizon inférieur, et pour la couleur de la couche supérieure du sol, les scores pour le BD+ étaient plus bas (un score bas indique de meilleures conditions) que pour le BD- sur tous les sites et pour les valeurs moyennes de tous les sites pour ces paramètres, les différences étaient hautement significatives (Tableau 5 et Figure 1).
À trois endroits sur quatre, la pénétration des racines était meilleure (scores inférieurs) dans le traitement BD+ que dans le BD- (figure 2) et pour les valeurs moyennes globales (de tous les endroits) de ce paramètre, la différence entre les traitements était significative (p = 0,017). La structure de la surface, de la couche arable et du sous-sol, a obtenu des scores plus faibles (un score faible indique de meilleures conditions) sur tous les sites pour le BD+ que pour le BD- et pour les moyennes globales des sites pour ces paramètres, les différences étaient significatives à hautement significatives (Figure 2).
Discussion
Effets généraux du site
La stabilité des agrégats, mesurée par le MWD, était plus élevée sur les sites C1 et C2 par rapport aux sites A1, A2 et B, tandis que selon les évaluations visuelles du sol, le site C2 se situait dans les mêmes fourchettes que les sites A1, A2 et B pour tous les paramètres. Le sol des sites C1 et C2 avait une teneur en argile inférieure de 10 % (tableau 1), mais des concentrations en carbone organique du sol plus élevées, comme l’ont rapporté Fritz et al. (2020), que le sol des sites A1, A2 et B.
Préparations biodynamiques
L’application des préparations biodynamiques P500 ( bouse de corne ) et P501 ( silice de corne ) n’a pas entraîné de différences significatives dans la stabilité des agrégats. Cependant, d’après les évaluations visuelles, il y a eu des améliorations significatives du sol avec l’application des préparations BD (BD+), par rapport à BD-, pour 7 des 10 paramètres. Statistiquement, les différences étaient les plus évidentes entre BD+ et BD- pour la couleur de la terre de l’horizon supérieur et pour la structure de la couche supérieure et du sous-sol (tableau 5, figure 1b et 1d).
Les résultats du test de chute de la terre de surface et du sous-sol ont montré des tendances similaires aux résultats de la structure de la terre de surface et du sous-sol dans l’enquête (tableau 5, figure 1c et d). Guimarães et al. (2011) ont comparé la notation normale de la structure du sol avec la notation après l’éclatement de la motte par chute (drop shatter) et ils ont rapporté que la notation normale de la structure du sol ou la notation du sol après chute donnait également le même résultat. Dans l’étude rapportée ici, la notation normale de la structure du sol a conduit à une distinction statistiquement plus claire entre les traitements BD- et BD+.
En utilisant les mêmes échantillons de sol que ceux utilisés dans la présente étude, d’autres paramètres ont également été étudiés et les résultats ont été précédemment rapportés par Fritz et al. (2020). Ces résultats ont montré que pour les paramètres densité apparente, carbonate, taux de carbone organique dans le sol (SOC), N total, C/N du sol, carbone microbien (MBC), azote microbien (MBN), ergostérol, CO2 C (taux de respiration basale) et qCO2 (mg CO2-C g-1 MBC d-1) il n’y avait pas de différences significatives entre BD- et BD+. Cependant, des différences significatives entre les traitements BD+ et BD- ont été trouvées pour le pH du sol, MB-C/N, MBC/SOC et pour 16 des 18 substrats dans l’évaluation des taux de respiration induits par les substrats multiples, c’est-à-dire dans les paramètres qui indiquent des processus microbiologiques du sol sensibles et variables. Sur la base des résultats rapportés par Fritz et al. (2020), il a été suggéré que l’utilisation des préparations biodynamiques avait des effets significatifs sur la communauté microbienne du sol. Une expérience à long terme à Darmstadt, en Allemagne, a montré que la culture biodynamique, comparée à la culture biologique (la seule différence était l’utilisation de préparations biodynamiques), conduisait à une utilisation plus efficace du carbone organique du sol par les microbes (Sradnick et al. 2013). Dans l’expérience DOC à long terme en Suisse, un système de gestion biodynamique (comparé à un système non biodynamique, c’est-à-dire une comparaison de systèmes, où les différences entre les systèmes n’étaient pas seulement l’utilisation de préparations biodynamiques) a conduit à une meilleure utilisation du carbone par la biomasse microbienne, à une activité biologique plus élevée, à des proportions plus élevées de matière organique plus stable et à des taux plus élevés de SOC et de MBC (Mäder et al. 2002 ; Fließbach et al. 2007 ; Birkhofer et al. 2008). Dans la même expérience sur le DOC en Suisse, il a également été démontré que le système biodynamique avait un impact sur la communauté microbienne du sol (Hartmann et al. 2015). Une activité biologique plus élevée dans le sol en réponse à l’application de bouse de corne et de silice de corne a également été signalée par Juknevičienė et al. (2019) et Vaitkevičienė et al. (2019) dans des essais de trois ans avec des citrouilles et des pommes de terre. Burns et al. (2016) ont également signalé que la diversité et la composition bactériennes dans le sol des vignobles étaient différentes en comparant les systèmes biodynamiques et biologiques (également dans des essais où les différences entre les systèmes n’étaient pas seulement l’utilisation de préparations biodynamiques).
Des études ont indiqué que l’utilisation de préparations biodynamiques avait un effet compensatoire sur les conditions de croissance défavorables (Raupp et König 1996), affectait l’activité des micro-organismes dans le sol (Fritz et al. 2020), affectait le rendement (Spiess 1978 ; Sharma et al. 2012 ; Vaitkevičienė et al. 2019 ; Juknevičienė et al. 2019), affectait le taux de substances végétales secondaires (Juknevičienė 2015) et affectait la germination des graines à la génération suivante (Fritz et Köpke 2005). On a expliqué que ces effets correspondaient à une meilleure autorégulation des plantes sous la forme d’une résilience accrue (Schneider et Ullrich 1994 ; Döring et al. 2015b).
Hypothèse sur le mode d’action des préparations biodynamiques
Comme les taux d’application des préparations sont extrêmement faibles (100 g/ha de bouse de vache fermentée et 4 g/ha de farine de quartz par traitement pour la bouse de corne et la silice de corne, respectivement), on a pensé qu’il était peu probable que l’effet sur la structure du sol observé dans cette étude soit directement dû aux ajouts de C, N, K ou P effectués par l’application des préparations. Afin de mieux comprendre le mode d’action des préparations biodynamiques, il existe différents modèles explicatifs. L’une des explications est que les préparations influencent les communautés microbiennes et ont un effet régulateur. Par exemple, les bactéries peuvent reconnaître et réagir à des concentrations extrêmement faibles de molécules signal, comme les glucides et les peptides, qui sont produites lors de la maturation lente à médiation microbienne dans des conditions de manque d’oxygène pendant la production des préparations (Spaccini et al. 2012). Cela pourrait entraîner une plus grande activité microbienne dans la rhizosphère (Reeve et al. 2010 ; Giannattasio et al. 2013) ou la stimulation des défenses naturelles (Schneider et Ullrich 1994 ; Botelho et al. 2015). Dans les études d’Ortiz-Álvarez et al. (2020), il a été rapporté que les réseaux fongiques des sols de vignobles en gestion biodynamique présentaient des communautés groupées plus élevées (plus étroitement connectées), moins modulaires (groupes moins autonomes, tels que des îles) avec une proportion de co-exclusion moindre par rapport à celle des sols de vignobles biologiques et conventionnels. Ces caractéristiques des sols biodynamiques ont été considérées comme favorables à un effet suppressif élevé du sol contre les agents pathogènes et à un potentiel de résilience élevé du sol, résumé par Ortiz-Álvarez et al. (2020) comme suit : « Sur cette base, nous pouvons supposer que les communautés fongiques qui donnent lieu à des réseaux de collaboration et à un petit monde, comme on le trouve dans les sols gérés de manière biodynamique, peuvent être plus résistantes à l’environnement en constante évolution imposé par le changement climatique et l’utilisation des terres ».
Une autre explication complémentaire de la régulation bactérienne est que les préparations biodynamiques agiraient par le biais d’effets hormonaux. Par exemple, dans la préparation de bouse de corne, on a détecté des souches de bactéries qui produisent de l’acide indole-acétique (Radha et Rao 2014), et on a également signalé que cette préparation contient des résidus de lignine non dégradés qui ont une activité semblable à celle de l’acide indole-acétique (Spaccini et al. 2012). Giannattasio et al. (2013) ont trouvé de forts effets de type auxine dans le fumier de corne et Fritz (2000) a signalé des effets de type acide gibbérellique de la silice de corne. Les différences significatives entre les traitements BD+ et BD- pour les résultats de la méthode MSIR (Fritz et al. 2020) ont appuyé l’hypothèse selon laquelle la communauté microbienne pourrait jouer un rôle dans les effets des préparations de bouse de corne et de silice de corne. Les changements dans l’activité de la communauté microbienne ont pu être la cause des changements dans la structure du sol dans le traitement BD+, par rapport à celui de BD-.
Conclusions
Dans la présente étude, les sols des traitements BD+ et BD- n’ont montré aucune différence en termes de stabilité des agrégats, mais pour l’évaluation visuelle de la structure du sol, on a constaté des améliorations significatives de la structure du sol dans le traitement BD+. Afin de mieux comprendre les relations possibles entre la structure du sol et l’activité des communautés microbiennes, il a été recommandé de mesurer les substances connues pour leur rôle important dans la formation de la structure du sol, par exemple, les substances polymères extracellulaires (EPS) et la glomaline. En plus de l’évaluation visuelle de la structure du sol, des études supplémentaires devraient également inclure l’évaluation des propriétés physiques des sols à petite échelle, telles que les fonctions de rétention d’eau, la conductivité hydraulique saturée et la perméabilité à l’air.