Valorisation des biodéchets urbains par vermicompostage sur des sols de grandes cultures conduits en AB : une pratique agroécologique pour préserver la biodiversité des sols ?

Valorization of urban biowaste by vermicomposting on soils conducted in AB : an agroecological practice to preserve soil biodiversity?

• Auteur / Autrice : Vincent Ducasse
• Direction : Joséphine Peigne, Yvan Capowiez
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Agro-écologie
• Date : Soutenance le 19/06/2023
• Etablissement(s) : Paris, AgroParisTech
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Agriculture, alimentation, biologie, environnement, santé (Paris ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Agroécologie et environnement (AGE) - AgroParisTech (France ; 2007-....)
• Jury : Président / Présidente : Sabine Houot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Eric Blanchart, Safya Menasseri, Marie-France Dignac, Claire Marsden
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Eric Blanchart, Safya Menasseri

Mots clés

Mots clés contrôlés

Méthode comparative

Engrais et amendements -- Épandage

Cultures

Agriculture biologique

Écologie des sols

Sols -- Fertilité

Services écosystémiques

Déchets alimentaires

Évaluation

Qualité -- Contrôle

Lombricompostage

Mots clés libres

Agronomie

Écologie des sols

Fertilité des sols

Amendements organiques

Vermicompostage

Gestion des déchets

Agronomy

Soil ecology

Soil fertility

Organic amendments

Vermicomposting

Waste management

Résumé

Le vermicompostage des biodéchets est une filière peu étudiée mais potentiellement intéressante car elle repose sur l'utilisation de vers de terre pour transformer ces déchets en vermicompost. Les objectifs de ce travail de recherche sont d'évaluer (1) de manière qualitative et quantitative la qualité du vermicompost issus des biodéchets urbains, (2) ses effets sur la fertilité physico-chimique et la qualité biologique du sol, et (3) son intérêt agronomique sur des systèmes conduits en Agriculture Biologique (AB). Dans ce but, le vermicompost est comparé à deux autres produits organiques (PRO) issus de filières de traitement des biodéchets urbains, un compost "classique" et un digestat de méthaniseur.La caractérisation des PRO a été réalisée en laboratoire avec une nouvelle approche associant deux analyses classiques (chimie élémentaire et ISMO) à deux analyses innovantes (Rock-Eval® et microscopie électronique à transmission : MET). En parallèle, un essai au champ a été conduit dans une ferme en transition vers l'AB afin d'observer les effets des apports répétés des différents PRO (compost, digestat et vermicompost) sur un cycle de grande culture de 2 ans (orge, blé). Des apports à faible dose d'azote par rapport aux besoins des cultures (60 et 80 kg.N.ha-1) ont été réalisés pour tous les PRO et à forte dose pour le compost et le vermicompost (120 et 160 kg.N.ha-1). La qualité biologique du sol a fait l'objet d'une étude approfondie avec le suivi des communautés de lombriciens, de la mésofaune du sol (totale et collemboles) et des activités enzymatiques du sol. Une expérimentation de laboratoire a également été réalisée pour caractériser l'effet des différents PRO sur le comportement de deux lombriciens (L. terrestris et A. caliginosa).Le vermicompost issu des biodéchets est un produit qui possède à la fois des propriétés amendantes (ISMO : 88% et R-index du Rock-Eval® : 0,54) et fertilisantes (MET : MO colloïdale disponible). Il a atteint le stade de décomposition le plus évolué parmi les PRO étudiés (MET : résidus organiques très décomposés où l'activité lignolytique des microorganismes a dégradé la majorité des fragments ligneux). Notre étude méthodologique a permis de mettre en évidence une corrélation entre le R-index du Rock-eval® et l'ISMO (R : 0,97). L'apport à forte dose de vermicompost a permis d'augmenter les rendements de l'orge dès la première année par rapport au témoin (16,5%) mais pas la seconde année où les conditions climatiques ont été défavorables (sécheresse). Le vermicompost à forte dose a également permis d'augmenter significativement l'abondances et la biomasse des lombriciens adultes avec la plus forte augmentation (+100% pour l'abondance et + 260 % pour la biomasse des adultes). Le vermicompost a permis d'augmenter significativement le Caech et Mgech du sol par rapport au témoin. Le compost n'a eu que peu d'effets sur le rendement quelle que soit la dose. La forte dose a permis d'augmenter significativement le Ptot et Kech du sol et la faible dose a permis d'augmenter significativement l'activité phosphatase et la biomasse des lombriciens adultes. En laboratoire, le compost stimule le plus l'activité de bioturbation des 2 lombriciens testés avec un effet plus important à forte dose. Le digestat quant à lui a eu essentiellement des impacts positifs sur les rendements des cultures par rapport au témoin les deux années d'expérimentations (+13 et 36 % respectivement). In fine, le vermicompost issu des biodéchets urbains est le PRO qui réalise le meilleur compromis en termes de services écosystémiques en grande culture en AB. Le vermicompostage est une filière sous-estimée pour le recyclage des biodéchets, il est ainsi nécessaire de lever des freins réglementaires pour permettre son développement et un retour au sol d'une MO de qualité.

Vermicomposting of biowaste was poorly studied up to now despite the benefits associated to the use of earthworms to transform waste into vermicompost. The objectives of this research were to (1) evaluate, in a qualitative and quantitative way, the benefits of vermicompost from urban biowaste, (2) assess the effects, when applied to soil, on the physico-chemical fertility and the biological quality of the soil, and (3) assess the agronomic benefits in a cropping systems conducted under Organic Farming (OF). For this purpose, vermicompost was compared to two other organic products (OP) from urban biowaste treatment systems, a "classical" compost and a digestate from a digester.The characterization of the organic products was carried out with a new approach associating two traditional analyses (elementary chemistry and IROC) with two innovative analyses (Rock-Eval® and transmission electron microscopy: TEM). In parallel, a field trial was conducted in a farm in transition to OF to assess the effects of repeated applications of different OP (compost, digestate and vermicompost) on a 2-year field crop cycle (barley, winter wheat). Low-dose nitrogen applications (60 and 80 kg.N.ha-1 depending on crop needs) were used for all the OP and as well high doses (120 and 160 kg.N.ha-1) for compost and vermicompost. The soil biological quality was studied in depth by monitoring earthworm communities, soil mesofauna (including springtails) and soil enzyme activities. A laboratory experiment was also carried out to characterize the effect of the different OP on the burrowing behavior of two earthworms (Lumbricus terrestris and Aporrectodea caliginosa).Vermicompost from biowaste has both amending (IROC: 88% and Rock-Eval® R-index: 0.54) and fertilizing (MET: available colloidal OM) properties. It has reached the most advanced level of decomposition among the studied OP (as proved using TEM: highly decomposed organic residues where the lignolytic activity of the microorganisms has degraded the majority of the woody fragments). This methodological study highlighted a good linear correlation between the R-index of Rock-eval® and the IROC (R: 0.97). The high dose of vermicompost increased barley yields in the first year compared to the control (+16.5%) albeit not in the second year probably due to unfavorable climatic conditions (drought). The high dose of vermicompost also significantly increased the abundance and biomass of adult earthworms (+100% for abundance and + 260% for adult biomass) with the highest effect compared to other OP. Regarding soil chemistry, vermicompost significantly increased soil Caech and Mgech compared to the control. Overall, compost had no effect on yield at any dose but significantly increased soil Ptot and Kech at high dose and significantly increased phosphatase activity and adult earthworm biomass at low dose. Under laboratory conditions, compost stimulated the most the bioturbation activity of the two earthworm species tested, with a greater effect at high doses. The digestate had mainly positive impacts on crop yields compared to the control in both years of experimentation (+13 and 36%). Globally, the use of vermicompost from urban biowaste in OF represents the best compromise in terms of ecosystem services. Vermicomposting is an underestimated process for the recycling of biowaste and would deserve less regulatory barriers to allow its development as a quality OM for soil application.