vignette|250px|Nitrate de chaux Le Gaulois. 1927.
La fertilisation est le processus consistant à apporter à un milieu de culture, tel que le sol, les éléments nécessaires au développement de la plante et l’entretien ou l'amélioration de la vie du sol. Le fertilisant peut être spécifique engrais ou amendement. Il peut aussi être mixte engrais et amendement.
La fertilisation peut faire appel aux engrais pour le développement de la plante et aux amendements pour l'entretien et l'amélioration de la vie ou de la structure du sol. La fertilisation est pratiquée soit en agriculture, en jardinage, en maraichage et également en sylviculture.
Les objectifs finaux de la fertilisation sont d'obtenir une meilleure fertilité (richesse en humus et biodisponibilité en éléments minéraux) du milieu de culture et le meilleur rendement possible compte tenu des autres facteurs qui y concourent (qualité du sol, climat, apports en eau, potentiel génétique des cultures, moyens d'exploitation), ainsi que la meilleure qualité, au meilleur rendement et ce, au moindre coût dans le respect de l'environnement.
Besoins des plantes Pour se développer, les plantes utilisent de l'eau, de la lumière, du carbone, de l'oxygène et des éléments minéraux.
L'air fournit le carbone (sous forme de CO2) et l'oxygène, qui sont fixés grâce à la photosynthèse. Il fournit également, pour certaines catégories de plantes (les légumineuses), l'Azote, qui sera rendu disponible par minéralisation par des organismes symbiotiques (Azotobacter). les éléments minéraux et l'eau sont fournis par le sol. Les principaux éléments minéraux utilisés sont l'azote, le phosphore, le potassium, le magnésium, le calcium et le soufre. Des éléments mineurs, dit oligo-éléments sont également nécessaires en quantité moindre : le fer, le manganèse, le zinc, le cuivre, le bore, le molybdène par exemple.
Les besoins de la plante évoluent au cours de son développement. Aux stades où ils sont nécessaires, les éléments minéraux doivent pouvoir être prélevés par la plante dans le sol. Ils doivent être disponibles en quantités suffisantes et sous une forme disponible. Si les éléments ne sont pas disponibles au moment nécessaire, la croissance de la plante sera limitée et le rendement final plus faible.
Dans le cas d'une plante se développant sur place et non récoltée, les éléments minéraux sont prélevés au cours de la croissance de la plante, mais restitués au sol lorsque la plante meurt. Il n'y a donc pas réellement de pertes d'éléments minéraux. En revanche, lors de la culture d'une espèce à fins agricoles, une partie de la[plante n'est pas restituée au champ (par exemple les grains du blé, voir la presque totalité de la plante dans le cas du maïs ensilage). Toute une partie des éléments minéraux prélevés dans le sol, ne le réintègrent pas, et ne sont ainsi pas disponibles pour la culture suivante. Les éléments nutritifs manquant pour les cultures ultérieures peuvent être apportés sous forme de produits fertilisants.
Afin de garantir à la fois une disponibilité suffisante pour la plante, et ne pas apporter plus que nécessaire (perte financière et risque écologique), il est utile de connaître exactement le montant exporté (c'est-à-dire utilisé) par la plante. C'est ce qu'on appelle un bilan d'exportation. Le montant exporté par la plante peut être intégralement compensé, par apport sous forme de fertilisant.
Histoire des pratiques de fertilisation thumb|Culture sur brûlis en Finlande, en 1892. Dans les premiers systèmes d'agriculture sur abattis-brûlis, la fertilité du sol est maintenue sans fertilisation, par une friche de longue durée qui permet le renouvellement de la fertilité par altération de la roche-mère et par fixation biologique (libre ou symbiotique) de l'azote atmosphériqueM Mazoyer, L Roudart, Histoire des Agricultures du Monde, Le Seuil, 1997.
Dans les systèmes agricoles, européens, de l'Antiquité jusqu'à la révolution agricole du , la fertilisation résulte essentiellement de transferts de fertilité, réalisés soit depuis les forêts et les landes, par transfert de litières (étrepage), soit depuis les prairies et les zones de pâturages, par l'enfouissement des déjections du bétail. Dans un premier temps, la fertilisation par les déjections se réalise au moyen d'un parcage nocturne des animaux sur les terres en jachère, accompagné de labours fréquents afin de les enfouir.
Après la révolution agricole du et l'apparition de moyens de transport plus efficaces, le parcage nocturne est remplacé par la stabulation des animaux, dont les déjections sont collectées à l'étable (fumier), stockées et enfouies par labour au moment choisi.
Dans les zones littorales, le goémon a pu être utilisé comme fertilisant. L'utilisation de goémon se développe de manière importante au cours du , ainsi que l'utilisation de guano, importé notamment d'Amérique du SudDUBY, Georges et WALLON, Armand (dir.), Histoire de la France rurale tome 3, Paris, éditions du Seuil, 1975.. Le développement des transports a permis à cette époque leur importation et diffusion importante. Les ossements des catacombes de Sicile ou des champs de bataille seront également utilisés.
Dans la dernière moitié du , se développent des pratiques de fertilisation minérale, à la suite des travaux de Liebig sur la nutrition des plantes. Elles concernent à cette époque principalement les engrais phosphatés. Les premières pratiques de fertilisation phosphatée se contentent de répandre des roches phosphatées broyées sur les sols. Apparaissent ensuite les superphosphates, issus d'une attaque chimique acide sur les roches phosphatées, qui donnent des engrais beaucoup plus solubles et assimilables par les plantes.
C'est également à cette époque que se développent les pratiques d'amendement (chaulage, marnage).
L'accès des matières fertilisantes, pondéreuses, dans les campagnes, n'aurait pas été permise sans le développement du réseau de chemins de fer à cette époque.
Au début du apparaissent les premiers engrais azotés minéraux, synthétisés par l'industrie chimique: sulfate d'ammonium en 1913, nitrate d'ammonium en 1917 (procédé Haber-Bosch), urée en 1922. Leur utilisation va surtout se développer après la Seconde Guerre mondiale : entre 1945 et 1960, l'utilisation d'engrais minéraux azotés est multipliée par 4 aux États-Unis.
Ce recours massif aux engrais minéraux s'accompagne de la construction d'un nouveau paradigme de gestion de la fertilité, dans lequel on souhaite gérer, à court terme, les stocks d'éléments minéraux solubles, en maximisant la quantité prélevée par la plante. Le sol est considéré comme un simple support de culture et les activités biologiques, ainsi que la matière organique, sont délaissées, sauf lorsqu'ils entrent en compétition avec la nutrition végétale (dénitrification, par exemple).
Dans les premiers temps, cette fertilisation était peu efficiente, et une grande partie des fertilisants était perdue par lixiviation, volatilisation (cas de l'ammonium), ou immobilisation sous forme de minéraux secondaires (cas du phosphore), conduisant notamment à des pollutions importantes des eaux.
Cela conduit dans les années 1990 au développement de l'agriculture raisonnée puis de l'agriculture de précision,dont l'objectif est de déposer les fertilisants au bon endroit, au bon moment, en tenant compte de la fourniture de nutriments par le sol, afin d'avoir une efficience maximale de l'utilisation d'engrais. Cependant, les difficultés techniques et climatiques amènent très souvent les agriculteurs à épandre des doses d'azote supérieures au réel besoin de la culture. La quasi-totalité du territoire français dépasse les seuils de nitrate autorisés dans l'eau.
Voir aussi Fixation biologique de l'azote, Cycle de l'azote
Éléments minéraux et exigence des plantes
Azote vignette|Champ de luzerne avec coquelicots messicoles (Lozère, France). L'azote joue un rôle primordial dans le métabolisme des plantes. C'est le constituant numéro un des protéines, composants essentiels de la matière vivante. Il s'agit donc d'un facteur de croissance, mais aussi de qualité (teneur en protéines des céréales par exemple).
Les plantes, à l'exception des légumineuses (luzerne, trèfle, petit pois…), ne peuvent pas absorber l'azote sous sa forme gazeuse. L'azote devra donc être apporté par les fertilisants. En revanche, il ne sera pas nécessaire d'apporter des engrais azotés aux légumineuses.
Dans le sol, l'azote se trouve sous forme organique (humus) ou minérale (ammonium NH4+, nitrate NO3-). L'azote organique provient des résidus des récoltes précédentes, d'engrais organiques, et doit être transformé par les bactéries présentes dans le sol en nitrates pour être utilisable par les plantes ; c'est ce qu'on appelle la minéralisation. L'essentiel de la nutrition azotée des plantes est assurée par les nitrates.
L'azote sous forme d'ions nitrate, est un élément très soluble, peu retenu par le sol. Apporté en trop grande quantité, l'excédent est lessivé (dissous, puis emporté par l'eau circulant dans le sol) et donc perdu pour la plante. L'azote doit donc être apporté, autant que possible, juste avant son absorption par la plante, afin d'éviter le lessivage vers la nappe phréatique.
Par ailleurs, l'excès d'azote par temps froid et couvert, entraîne l'accumulation des nitrates dans la plante (par exemple, dans les pommes de terre). Or l'excès de nitrate dans le tissu végétal est néfaste pour la santé.
Ces particularités expliquent que son apport soit généralement annuel, voire fractionné. En fin d'hiver, il est important, avant toute fetilisation azotée, d'attendre le départ durable de la végétation, dont le moment est obtenu par la règle des 200° C jours cumulées pour un lieu donné.
Voir aussi Fixation biologique de l'azote | Cycle de l'azote | http://www.interactif-agriculture.org/pages/l-evolution-des-techniques/la-fertilisation.php[
Potassium
Le potassium est mobile dans la plante. Il joue un rôle primordial dans l'absorption des cations, dans l'accumulation des hydrates des protéines, le maintien de la turgescence de la cellule et la régulation de l'économie en eau de la plante. C'est aussi un élément de résistance des plantes au gel, à la sécheresse et aux maladies. Il est essentiel pour le transfert des assimilats vers les organes de réserve (bulbes et tubercules). Pour ces raisons, il est particulièrement important pour les cultures de type pomme de terre, betteraves
Le potassium dans le sol se trouve uniquement sous forme minérale. Il provient soit de la décomposition de la matière organique et des minéraux du sol, soit des engrais.
Pour certains minéraux, la quantité présente dans le sol doit être supérieure à la quantité nécessaire ; en effet ils peuvent être présent dans le sol, mais non disponibles pour autant pour la plante. Le potassium est essentiellement retenu par l'humus ou l'argile (dans certains sols, il pourra donc être perdu en quantité importante par drainage).
Le potassium est souvent apporté en une seule fois, de façon irrégulière, en grande quantité, car il est stocké par le sol et libéré progressivement.
Les plantes très exigeantes en potassium sont la betterave ou la pomme de terre, alors que des plantes peu exigeantes sont le blé tendre, le blé dur, l'orge.
Phosphore
Le phosphore intervient dans les transferts énergétiques (ATP), dans la transmission des caractères héréditaires (acides nucléiques), la photosynthèse et la dégradation des glucides. Cet élément est essentiel pour la floraison, la nouaison, la précocité, le grossissement des fruits et la maturation des graines.
Il se trouve dans le sol sous trois formes : une forme accessible, liée au complexe argilo-humique par le calcium et le magnésium ; une forme combinée : il est immobilisé, en partie, par les hydroxydes d'aluminium et de fer dans les sols acides (dans ce cas, il est nécessaire de chauler le sol pour le libérer) ;