Construisez votre propre bioréacteur

Publié: 31 janvier 2023

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L'ancien agriculteur de la Saskatchewan, Franck Groeneweg, se rendra ce printemps dans ses champs de céréales du Montana pour y appliquer un engrais biologique fabriqué sur sa ferme. Au cours des trois dernières saisons de croissance, il semble que cet extrait de compost liquide aide à maintenir les rendements des cultures tout en lui permettant de réduire considérablement les taux d'engrais chimiques.

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Cela ressemble à un conte de fées agronomique, sans la baguette magique, mais Groeneweg dit qu'il y a de la science derrière tout le processus qui exploite essentiellement la puissance de la biologie du sol pour produire et améliorer l'absorption des nutriments des cultures.

Les installations et l'équipement nécessaires pour produire un extrait de compost liquide ne sont pas nécessairement jolis et ce n'est pas une configuration parfaite, dit Groeneweg - il est toujours sur une courbe d'apprentissage - mais à une époque où de plus en plus d'agriculteurs examinent de près l'agriculture régénérative pratiques, la possibilité de réduire les coûts des engrais a été un avantage significatif.

Groeneweg a déménagé à environ 1 100 kilomètres au sud il y a trois ans avec sa femme, Kari, et leurs quatre enfants de leur ferme à Edgeley, en Saskatchewan, au nord-est de Regina, à une ferme céréalière à Three Forks, au Montana, au nord-ouest de Bozeman. Il dit que s'il avait appliqué tous les intrants pendant les conditions de croissance sèches, la ferme n'aurait peut-être pas survécu.

« En utilisant de l'extrait de compost, j'ai pu réduire ma facture d'engrais à entre 25 et 33 % de ce qu'elle était », déclare Groeneweg.

« Nous avons eu trois saisons de croissance extrêmement sèches avec des rendements de blé d'environ 25 boisseaux par acre. Si j'avais appliqué une recommandation complète d'engrais chimique à l'avance qui comprenait 80 livres d'azote et n'avait récolté que 25 boisseaux, je ne sais pas si nous 'd toujours l'agriculture.

Les rendements inférieurs étaient dus à des conditions de croissance sèches. Les tests sur les tissus ont montré que les cultures avaient suffisamment de nutriments, elles avaient juste besoin d'humidité.

Groeneweg n'en veut pas aux produits chimiques autres que les intrants qui peuvent être extrêmement coûteux. "Les prix des cultures ont augmenté, mais en même temps le coût des intrants", dit-il. "Je ne blâme pas les entreprises d'engrais et de produits chimiques - elles sont en affaires pour être rentables. Mais ensuite, je dois voir ce que je peux faire sur ma ferme pour améliorer l'économie de la production agricole."

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Après une enquête approfondie au cours des cinq dernières années, l'objectif de Groeneweg avec le système de compostage, développé par un chercheur en Californie, est de produire un extrait de compost qui rend la biologie au sol. Cette biologie, qui est lourde de production de champignons mais comprend également des bactéries du sol et d'autres organismes, peut aider les plantes à développer un meilleur système racinaire et à mieux utiliser les nutriments du sol.

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Il s'agit de réintroduire la biologie du sol qui conduira à une amélioration de la texture du sol, de la capacité de rétention d'eau, de la santé du sol et, finalement, de l'absorption des nutriments par les cultures afin que les céréales, les oléagineux et les légumineuses soient denses en nutriments et, par conséquent, une source de nourriture plus saine.

Cela semble être un défi de taille pour quelques onces d'extrait de compost liquide appliqué sur la rangée de semences, mais chaque cuillère à café contient des milliards d'organismes microscopiques prêts à se mettre au travail.

"Si je m'étais entendu parler comme ça il y a cinq ans, j'aurais pensé que j'étais hors de mon rocker", dit Groeneweg. "Mais j'ai étudié la question, j'ai parlé à d'autres agriculteurs, j'ai assisté à des ateliers et à des conférences et j'ai fait des recherches. Et maintenant, après trois ans d'essai moi-même, je vois qu'il y a quelque chose. Je dois juste arrêter de battre remonter le sol et permettre aux produits biologiques de travailler."

Groeneweg dit qu'il y a quelques générations, la production agricole reposait sur des systèmes naturels - sur des produits biologiques - pour produire des cultures. Le travail du sol et les produits chimiques sont arrivés et pendant un certain temps, ce fut une lune de miel de production agricole améliorée. Puis les produits biologiques ont disparu et l'agriculture est devenue dépendante des intrants chimiques. Selon lui, l'agriculture régénérative consiste à ramener la production agricole à ces racines biologiques.

La ferme du Montana, Living Sky Grains, couvre environ 14 000 acres. Groeneweg ensemence environ 10 000 acres de cultures annuelles, dont 4 000 acres en jachère chaque année. Il s'agissait principalement d'une rotation de blé d'hiver et de jachère à la ferme pendant de nombreuses années. Groeneweg a introduit une rotation des cultures plus diversifiée qui comprend maintenant le blé d'hiver, le blé de printemps, les pois chiches, le canola d'hiver et un peu de lin.

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Alors qu'il étudiait les techniques d'agriculture régénérative, Groeneweg a décidé qu'il voulait faire du compost pour aider à améliorer la biologie et la texture du sol. Il fait généralement trop sec dans sa région pour supporter des cultures de couverture, et il n'y a pas de bétail sur la ferme, donc le fumier n'était pas une option pratique. La biomasse végétale, y compris les résidus de culture, peut être compostée, mais cela nécessiterait un volume important de matière première. Et il a découvert que les matériaux de compost conventionnels placés dans un andain et retournés régulièrement favorisent la production de bactéries et moins de champignons.

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Groeneweg a appris que c'est l'activité fongique dans le sol qui aide vraiment à améliorer l'agrégation du sol, ce qui conduit à une meilleure infiltration de l'eau. Il cherchait un système favorisant la production de champignons mais nécessitant moins de biomasse végétale.

Son enquête l'a conduit à un système de compost connu sous le nom de bioréacteur Johnson-Su. Il s'agit d'un système conçu par le chercheur californien David Johnson, un biologiste moléculaire menant des recherches à l'Institute for Sustainable Agricultural Research de l'Université d'État du Nouveau-Mexique, Las Cruces, NM. Il est également professeur adjoint au Center for Regenerative Agriculture and Resilient Systems de Californie. Université d'État, Chico, Californie.

Johnson a effectué un travail considérable en ce qui concerne l'efficacité du compost à dominance fongique pour la séquestration du carbone et l'amélioration de la santé des sols et des rendements des cultures. Il a conçu le système de compostage en collaboration avec sa femme, Hui-Chun Su, d'où le nom de bioréacteur Johnson-Su.

À quoi ressemble un bioréacteur Johnson-Su ? "Cela semble un peu plus élaboré qu'il ne l'est en réalité", déclare Groeneweg. "Nous avions déjà plusieurs des composants autour de la ferme."

C'est ce qu'on appelle un système de compostage statique qui favorise la production de champignons. La chaleur, l'humidité, les microbes et les vers transforment la matière organique en compost sans retourner ni aérer le matériau.

Le foin de luzerne et les balles de paille de céréales déjà sur la ferme ont été utilisés comme biomasse pour le compost. Le compost nécessite le bon équilibre entre le carbone et l'azote. Groeneweg vise un rapport carbone/azote de 30:1. Les balles de paille ont le carbone, les balles de luzerne ont l'azote. Pour se rapprocher du ratio cible, il a utilisé un chariot télescopique pour placer deux balles de luzerne et une balle de paille dans un épandeur à fumier Kuhn Side Slinger également fourni avec la ferme (voir photo de couverture). L'épandeur à fumier hache et mélange le foin et la paille sans l'épandre. Près de 600 gallons d'eau sont ajoutés à chaque charge pour amener le matériau à environ 70 % d'humidité. Groeneweg dit qu'un mélangeur TMR serait idéal pour ce travail, mais l'épandeur de fumier a bien fonctionné (voir photo 1 ci-dessous).

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Une fois que la matière organique s'est mélangée pendant environ une demi-heure et atteint environ 70 % d'humidité, elle est transférée de l'épandeur à fumier dans une série de 18 bacs IBC (conteneurs intermédiaires pour vrac) alignés dans la cour (voir la photo 2 ci-dessous).

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Les bacs IBC sont des bacs de 1 000 gallons avec un cadre en métal généralement équipés d'une doublure en plastique utilisée pour contenir une gamme de produits agricoles.

Groeneweg a retiré la doublure en plastique des bacs, a installé un matériau en tissu pour servir de doublure, puis a rempli chaque bac avec du foin et de la paille mouillés et hachés. Au fur et à mesure que les bacs sont remplis, il place également six tubes en PVC régulièrement espacés dans chaque bac (voir photo 2 ci-dessus). Il s'agit d'un système de compostage aérobie, de sorte que les tubes qui s'étendent sur toute la hauteur de chaque bac servent de cheminées, aidant à faire entrer autant d'air que possible dans le matériau de compostage.

Les bacs remplis restent ensuite dans la cour pendant 24 à 48 heures jusqu'à ce que le matériau de compost commence à chauffer. À ce stade, les tubes sont retirés et les bacs sont déplacés dans un conteneur d'expédition isolé de 40 pieds de long. Groeneweg s'est procuré le conteneur usagé pour environ 15 000 $ (voir photo 3 ci-dessous).

Au cours des trois semaines suivantes, à l'intérieur du récipient fermé, le matériau de compost devrait chauffer à des températures comprises entre 60 et 66 C (140-150 F), qui sont suffisamment élevées pour tuer tous les agents pathogènes nocifs et n'affecteront pas les organismes bénéfiques.

Après ces trois semaines, la température à l'intérieur du matériau de compost devrait commencer à chuter à un niveau assez constant de 27 ° C (80 ° F). À ce stade, Groeneweg ajoute environ 500 vers de compost à chaque bac, et tout est laissé reposer pendant un an.

Le récipient est fermé afin qu'il conserve sa température, bien que le matériau de compost doit être maintenu à 70 pour cent d'humidité. L'humidité du compost est surveillée régulièrement et est complétée avec de l'eau d'un tuyau au besoin.

Après environ un an (même 10 ou 11 mois) de température, d'humidité et d'activité des vers appropriées, le compost de foin et de paille est converti en une matière organique de haute qualité qui ressemble beaucoup à de la terre noire.

Groeneweg dit qu'il faudrait un grand volume de matières compostées « sèches » pour s'étendre sur ses acres cultivées, alors il convertit ce compost de haute qualité en un extrait qui peut être appliqué sous forme liquide dans la rangée de semences. Cela implique de transférer le matériau composté dans un réservoir de 1 500 gallons, appelé extracteur, et de l'eau est ajoutée (voir photo 4 ci-dessus). Un agitateur au bas de l'extracteur mélange soigneusement le compost en une solution. De là, la solution peut être chargée dans un chariot à engrais liquide prêt pour l'ensemencement (voir photo 5 ci-dessous).

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Groeneweg a équipé chaque série de semoir pneumatique d'un tuyau de dosage qui place six à huit gallons par acre de solution de compost dans la rangée de semences (voir photo 6 ci-dessous).

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Selon la culture, il peut également traiter les graines avec un biostimulant pour aider à améliorer l'absorption des nutriments.

Le système de compostage global développé par Groeneweg nécessite environ 21 000 livres de foin et de paille hachés pour chaque lot. Il met environ 1 000 livres de matière organique dans chaque bac pour démarrer le processus. Après le compostage, cela est réduit à 500 à 700 livres de matériaux compostés de haute qualité. Il estime qu'il faudra 15 000 livres de "produit" pour produire suffisamment d'extrait pour traiter 7 500 acres de culture (voir photo 7 ci-dessous).

Groeneweg dit que bien qu'il y ait une quantité relativement faible d'extrait de compost appliqué, il contient suffisamment de matériel biologique pour entrer en contact avec les racines des cultures, et c'est une relation synergique. La biologie du sol fournit des nutriments à la plante pour aider au développement des racines et à leur tour les racines libèrent des composés qui aident la biologie du sol à se multiplier (voir photo 8 ci-dessous).

En utilisant le phosphore comme exemple, Groeneweg dit qu'un test de sol peut montrer que les niveaux de phosphate sont inférieurs à 15 parties par million, de sorte que la culture aura besoin de phosphate ajouté. Cependant, une analyse du sol peut également montrer qu'il y a environ 1 400 livres de phosphore par acre dans les six premiers pouces de sol. Le phosphore n'est pas disponible pour les plantes, mais le phosphate l'est.

"La biologie du sol travaillera pour convertir ce phosphore en une forme disponible pour les plantes", dit-il. "Donc, si l'engrais phosphoré coûte 1 000 dollars la tonne et qu'il y a 1 400 livres par acre dans les six premiers pouces, sans parler des quatre pieds de sol en dessous, alors il y a une énorme valeur de phosphore qui peut être utilisée par la culture si le la biologie est active dans le sol."

Il dit que si chaque année la culture enlève 15 à 20 livres de phosphore, en théorie, il y a suffisamment de nutriments dans les six premiers pouces pour durer près de 300 ans. Mais, ajoute-t-il, avec une rotation appropriée, ou une diversité des cultures, et des pratiques qui soutiennent la biologie du sol, des éléments nutritifs sont également ajoutés au sol.

Groeneweg dit que depuis qu'il applique l'extrait de compost sur la rangée de semences, l'application d'azote a été réduite d'environ 75 %. Il en applique un peu — environ 100 livres de sulfate d'ammonium, 21 % d'azote et 24 % de soufre, ce qui fournit environ 25 livres d'azote réel par acre.

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Avec ces produits biologiques, la culture reçoit-elle suffisamment de nutriments ?

« Nous analysons les tissus des cultures deux ou trois fois pendant la saison de croissance et, jusqu'à présent, cela montre que les cultures obtiennent ce dont elles ont besoin », déclare Groeneweg. "Les plantes sont heureuses."

Il note qu'il a exécuté ce programme pendant trois saisons de croissance relativement sèches.

"Je ne sais pas trop à quoi m'attendre si nous avons de la pluie et de bonnes conditions de croissance", déclare Groeneweg. "Je crois comprendre que les produits biologiques sont comme un système à la demande. S'il y a une plus grande demande de la part de la plante parce que les conditions de croissance sont favorables, les produits biologiques produiront plus."

Groeneweg dit que tout en produisant du compost et que l'extrait de compost implique du travail, il voit des résultats qui lui indiquent qu'il est sur la bonne voie. Il est encore en train d'apprendre et il peut apporter des modifications pour aider à rationaliser le processus. Et il surveille également ce qui est disponible sur le marché.

"Il existe un certain nombre d'entreprises qui fabriquent des produits biologiques commerciaux", dit-il. "Je pense que certains d'entre eux sont assez bons, et d'autres sont un peu suspects. J'aime produire le mien. Je pense qu'il peut y avoir une certaine valeur à produire des produits biologiques indigènes à ma ferme. Mais je suis également ouvert à l'idée un jour, il peut y avoir un produit commercial qui fonctionne tout aussi bien.

"Je pense que le concept de réintroduire des produits biologiques dans le sol a du sens", dit-il. "C'est un concept qui, je pense, fonctionnerait partout, mais il ne convient peut-être pas à tous les agriculteurs."

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Il dit qu'il est intéressant d'observer que la plupart des agriculteurs aujourd'hui ne penseraient pas à cultiver une culture de légumineuses sans appliquer de rhizobium fixateur d'azote à la graine - mais mentionnent des produits biologiques ou biostimulants pour une gamme de cultures et beaucoup sont assez sceptiques.

Groeneweg dit que les producteurs à la recherche de plus d'informations peuvent rechercher le bioréacteur Johnson-Su et son développeur, David Johnson, sur YouTube ainsi que des présentations d'autres producteurs.

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Éditeur de champ

Lee Hart est un écrivain agricole de longue date, l'éditeur de Cattleman's Corner et un ancien éditeur de terrain chez Grainews.

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