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Pratiques de conservation des sols : mesure des impacts sur la
structure du sol
Mikael Guillou agr. M.Sc.
MAPAQ DAEDD
INPACQ Grandes Cultures 4 février 2015
Collaborateurs
Isabelle Breune, AAC Lennoxville
François Chrétien, AAC Québec
Isabelle Couture, MAPAQ Montérégie Est
Stéphanie Durand, CCAE Estrie
Johannie Goulet, MAPAQ Montérégie Est
Santé des sols : définition et indicateurs
Effet de pratiques optimales sur la structure du sol
Essais 2013-2014
Cultures de couverture intercalaires
Semis direct vs labour
Mise en perspective : résultats de recherche
Plan de présentation
Définition :
« Capacité d’un sol à produire des denrées agricoles ou sylvicoles de façon durable tout en limitant les impacts sur l’environnement et la santé des êtres vivants »
(Sarrantonio et Gallandt, 2003)
Santé des sols
Facteurs en jeu
Santé des sols
Climat Pluviométrie Température
Nature et couverture du
sol Végétation Géologie Drainage
Ruissellement
Qualité du sol
Activités anthropiques
Usage du sol Méthodes de gestion
Intrants Économie de marché Politiques agricoles
Adapté de Arshad et Coen, 1992
Les bénéfices d’un sol en santé :
Augmentation de l’infiltration de l’eau Réduction du ruissellement, de l’érosion Bonne exploration du sol par les racines Meilleure efficacité des engrais organiques Meilleure productivité
La santé d’un sol peut être menacée par :
L’érosion La compaction L’acidification L’excès d’eau La dégradation de ses propriétés chimiques et biologiques
Santé des sols
Indicateurs : Biologiques :
Carbone organique Matière organique Activité microbienne et respiration Enzymes Azote potentiellement minéralisable Biomasse de vers de terre
Chimiques :
pH Éléments nutritifs Conductivité électrique
Physiques :
Texture du sol Stabilité des agrégats Battance Masse volumique Infiltration Capacité de rétention d’eau (Sarrantonio et Gallandt, 2003; Soil Health Assessment USDA)
Qualité des sols
Essais sur 2 ans et total de 7 sites
Mesures réalisées au champ,
peu coûteuses et intégrant tous
les aspects de la qualité des sols
Essais 2013-2014
Les cultures de couverture intercalaires ou le semis direct améliorent-ils les propriétés physiques
du sol de façon mesurable ?
Mesure de la masse sèche de sol à partir de cylindres
Combine l’effet de la texture du sol et de sa porosité
Masse volumique apparente / porosité
Perméamètre de Guelph
Mesures de la capacité du sol à infiltrer l’eau
Infiltration de l’eau en profondeur
Eijkelkamp, 2011
Simulateur de pluie de Cornell
Mesures de l’intensité d’infiltration de surface, du ruissellement et de sa turbidité
Ruissellement et infiltration de surface
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00
Inte
nsi
té (
cm/m
in)
Temps (min)
Simulateur de pluie - parcelle labour 3
Pluviométrie Ruissellement Infiltration de surface
Ruissellement et infiltration de surface
Intensité de pluie = 0.4 à 0.5 cm/min = 240 à 300 mm/heure Durée des tests = 20 à 30 minutes
Résultats attendus :
Améliorer la porosité du sol et l’infiltration de l’eau
Réduire l’érosion hydrique
Améliorer la portance du sol lors des récoltes (maraîchage)
Choix des CC : Ray Grass ou seigle d’automne
Semis de printemps
Croissance rapide mais limitée pour éviter la compétition avec la culture principale
Conditions de croissance difficiles : compétition pour l’eau, la lumière (maïs), compaction (maraîchage)
2014 : implantation très difficile du seigle (75 mm de pluie en 4 jours après le semis)
Cultures de couverture intercalaires
Site Région Année Sol Culture principale
Culture de couverture
Taux de semis
(kg/ha) et
date
Répétitions
Durée de vie à la
prise de mesures (jours et
date)
Biomasse aérienne
sèche (kg/ha) et date
#1 Mont. Est 2013 Loam Tomate Ray Grass Ray Grass
Témoin
59 35
5 juin
5 51 26 juil
105 18 sept
ND
#2 Mont. Est 2014 Loam Melon Ray Grass Seigle
Témoin
110 325
3 juin
4 94 5 sept
1440 840
30 juin
#3 Mont. Est 2014 Sable à loam
sableux
Poivron Ray Grass Seigle
Témoin
175 240
11 juin
5 72 22 août
ND
#4 Estrie 2014 Argile limone
use
Maïs ensilage
Ray Grass 15
20 juin
5 82 10 sept
1038 3 nov
Essais de cultures de couverture
Masse volumique apparente MVA (g/cm3)
1,2
1,3
1,4
1,5
1,6
1,7
1,8
#1 Tomate #2 Melon #3 Poivron #4 Maïsensilage
MV
A (
g/c
m3)
Ray Grass 0-6 Seigle 0-6 Témoin 0-6
Ray Grass 10-16 Seigle 10-16 Témoin 10-16
NS
Mesures en juillet 2013 (#1), août 2014 (#3) et septembre 2014 (#2 et 4)
* A
B
NS NS
NS NS
NS
Site #1, Tomates, mesures en juillet et septembre 2013
Masse volumique apparente
Profondeur d’enracinement du Ray Grass 26 juillet = 10 cm
*
*
↓6%
↓6%
Conductivité hydraulique – infiltration en profondeur (cm/heure)
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
#1 Tomate #2 Melon #3 Poivron #4 Maïsensilage
Infi
ltra
tio
n (
cm/h
)
Ray Grass 10-15 Seigle 10-15 Témoin 10-15
Ray Grass 20-25 Seigle 20-25 Témoin 20-25
NS
Mesures en juillet 2013 (#1), août 2014 (#3) et septembre 2014 (#2 et 4)
* A B NS NS
NS NS NS
NS
Ruissellement et infiltration de surface (cm/min)
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
#2 Melon #3 Poivron #4 Maïs ensilage
Infi
ltra
tio
n e
t ru
isse
lle
me
nt
(cm
/min
)
Ray Grass Ruissellement Seigle Ruissellement Témoin Ruissellement
Ray Grass Infiltration Seigle Infiltration Témoin Infiltration
NS
Mesures en août 2014 (#3) et septembre 2014 (#2 et 4) Intensité de pluie utilisée comme covariable
NS
Tendance NS
NS
NS
NS
Turbidité du ruissellement (NTU)
0
20
40
60
80
100
120
#2 Melon #4 Maïs ensilage
Turb
idit
é d
u r
uis
sell
em
en
t (N
TU
)
Ray Grass Seigle Témoin
Mesures en septembre 2014 (#2 et 4) Site #3 : pas de mesures car chlorophylle !
* A
B
Tendance NS
B
La qualité d’implantation des CC intercalaires explique les résultats 2013 : tomate
Bonne implantation du Ray Grass ↓ MVA; ↑ perméabilité
2014 : maïs ensilage, poivron, melon Implantation difficile du seigle (pluviométrie) et moyenne du Ray Grass Effets non mesurables sur le sol
Conditions de croissance difficiles :
ombrage en maïs, compétition pour l’eau circulation intensive en maraîchage
Fauchage : 3 fois par an en maraichage donc cultures tuteurées et entre rangs larges
requis (1.5 m)
Turbidité : Effet très positif des couvertures de sol pour réduire les pertes de sol
Bilan des essais cultures de ouverture intercalaires
Source CC et période de semis
Culture suivante
MVA Porosité Infiltration Stabilité des agrégats,
DMP
Taille des agrégats
Caroline du Nord Wagger et al. 1989
Automne Blé
Vesce
Maïs grain NS NS NS
Iowa Kaspar et al. 2001
Automne Avoine Seigle
Maïs grain ↑19% seigle 1 an sur 3
Virginie Ess et al. 1998
Automne Seigle
+ 5 passages de tracteur
↓ 3% ↑ 18% NS
Ontario Dapaah et Vyn, 1998
Automne Radis
Printemps avec blé ou orge
Ray Grass, trèfle rouge
Maïs grain ↑ 6% DMP Ray Grass
Québec (*) N’Dayegamiye et Tran,
2002
Printemps, sans culture Trèfle rouge, sarrasin
moutarde, millet japonais
Blé NS ↑ 19% agrégats > 0.25 mm
Québec N’Dayegamiye et al.,
2014A
Printemps, sans culture ou en intercalaire Légumineuses
Maïs grain ou blé
NS ↑ 11% agrégats >5 mm
NS pour intercalaires
Québec N’Dayegamiye et al.,
2014B
Printemps, sans culture ou en intercalaire d’orge
Légumineuses
Maïs ensilage
NS NS
Tour d’horizon Effet des CC sur la structure du sol
(*) effet cumulé de 2 enfouissement de CC
Culture de couverture d’hiver :
↓ 42 à 63% du ruissellement de surface
↓ 59 à 92% de l’érosion du sol
Tour d’horizon Effet des CC sur l’érosion
Bilan de 10 ans (1938-1947) Sable loameux, Pente 3% Cultures : Pois/tomates/maïs sucré Engrais verts : • semés en août (raygrass-vesce) ou
octobre (seigle) • labouré en mars-avril New Jersey (Brill and Neal, 1950)
Les fortes pluies (> 50 mm/h) ont lieu en juin à septembre
Facteur pouvant expliquer l’effet limité des CC sur le sol : le tassement par la machinerie agricole
L’effet négatif de la circulation de machinerie surpasse
largement l’effet bénéfique des CC
Circulation de machineries : tassement systématique du sol ↑ MVA
↓ porosité
↓ infiltration de l’eau Caroline du Nord, loam sableux fin (Wagger et al. 1989)
Iowa, loam (Kaspar et al. 2001)
Virginie, loam limoneux (Ess et al. 1998)
Compaction et CC
Photo : Myriam Gagnon
Compaction et CC
Virginie, loam limoneux
Semis du seigle en novembre
mesures de MVA en mai
0, 1, 3 ou 5 passages de tracteur
4.7 T/essieu
0
5
10
15
20
25
30
1,2
1,25
1,3
1,35
1,4
1,45
1,5
0 1 2 3 4 5 6
% m
acro
po
rosi
té
MV
A (
g/c
m3)
Nombre de passages de tracteur
MVA témoin MVA seigle
Macroporosité témoin Macroporosité seigle (Ess et al. 1998)
CC : importance du système racinaire
Résultats attendus :
Améliorer la porosité du sol et l’infiltration de l’eau
Protéger contre l’érosion hydrique
Réduire les coûts de production
Particularité :
La structure du sol s’améliore par
l’activité microbienne, la faune du sol
l’action des racines
la protection par les résidus de culture
Facteurs pas complètement contrôlés !!
Semis direct vs labour
(Omafra, 1997)
Il faut 3 à 4 ans aux vers de terre pour modifier fortement la structure d’un sol
Vers de terre et structure du sol
Nouveau Brunswick
4 sites sableux et limoneux
Couverts forestiers
« lâcher » de vers de terre en forêt en 1940 par les services forestiers
→ appâts pour la pêche
Pas de vers de terre en 1958
Sites colonisés par les vers de terre en 1961-1962
Langmaid, 1963
1958 1961
Site Région Type de sol Année N° années en semis
direct
Culture principale
N° de rep
#1 Mont. E Argile Rideau 2013 8 Maïs grain 9
#2 Mont. E Argile Sainte Rosalie 2013 4 Maïs grain
6
#3 Centre du Québec
Loam sableux fin Des Saults
2014 2 Maïs ensilage
9
Semis direct vs labour
Choix des sites :
Semis direct implanté depuis 2, 4 ou 8 ans
Masse volumique apparente MVA (g/cm3)
1,2
1,25
1,3
1,35
1,4
1,45
1,5
1,55
1,6
1,65
1,7
#1 - 8 ans #2 - 4 ans #3 - 2 ans
MV
A (
g/c
m3)
SD 0-6 Labour 0-6 SD 10-16
Labour 10-16 SD 20-26 Labour 20-26
NS
Mesures en juillet 2014 (#3), août à septembre 2013 (#1, 2)
** A
B
NS NS
NS
NS
Tendance NS NS *** A
B
Conductivité hydraulique – infiltration en profondeur (cm/heure)
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
0,45
0,5
#1 - 8 ans #2 - 4 ans #3 - 2 ans
Infi
ltra
tio
n (
cm/h
eu
re)
SD 10-15 Labour 10-15 SD 20-25 Labour 20-25
Mesures en juillet 2014 (#3), août à septembre 2013 (#1, 2)
NS
NS NS
NS
Tendance NS ** A
B
Ruissellement et infiltration de surface (cm/min)
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
#3 - 2 ansRu
isse
lle
me
nt
et
infi
ltra
tio
n (
cm/m
in)
SD Ruissellement Labour Ruissellement
SD Infiltration Labour Infiltration
Mesures en juillet 2014 (#3) Intensité de pluie utilisée comme covariable
* A
B
* A
B
Turbidité du ruissellement (NTU)
0
50
100
150
200
250
300
350
400
#3 - 2 ans
Turb
idit
é (
NT
U)
Semis direct Labour
Mesures en juillet 2014 (#3)
* A
B
2014, site #3, Loam sableux fin Des saults, SD 2 ans
Couverture par les résidus de soya : Labour = 0%; SD = 24 %
Turbidité du ruissellement
Semis direct Labour
0
2
4
6
8
10
12
14
16
#1 - 8 ans #2 - 4 ans
Re
nd
em
en
t 15
% e
au (
T/h
a)
Semis direct Labour
Rendements
Sites #1 et #2, 2013, maïs grain, labour = semis direct
Site #3 – 2 ans, 2014, maïs ensilage, estimation du producteur : ↓ 25 à 30 % du rendement en semis direct
NS NS
La période d’implantation du semis direct (2, 4 ou 8 ans) et la qualité du sol pourrait expliquer les résultats
MVA, infiltration de l’eau :
Résultats équivalents en semis direct (4 à 8 ans) ou labour, en sol argileux
Sol plus massif, moins perméable en semis direct (2 ans), en sol limoneux
Ruissellement et turbidité :
Plus de ruissellement en semis direct (2 ans), en sol limoneux
Peu de pertes de sol : effet des résidus de culture
Bilan des essais Semis direct vs labour
Tour d’horizon Semis direct et structure du sol
Effets contradictoires du semis direct selon le type de sol la régie la durée d’implantation
En sol perméable et SD implanté depuis plus de 4 ans :
↓ MVA principalement à la surface du sol (0-7.5 cm) (Dao, 1993; Franzluebbers, 2002)
↓ porosité totale 5 à 48% vs labour mais ↑ des macropores continus (Ø 1 à 2 mm) (Edwards et al. 1988; Shipitalo et al. 1987 )
Favorise l’infiltration de l’eau : ↓ 27 à 98% du ruissellement ↑ 43% du volume annuel de drainage souterrain (Baker, 1987; Glenn, 1987; Edwards, 1988; Tan, 1998)
Limite l’érosion des sols :
↓ jusqu’à 92% selon la couverture de résidus (Mabit, 2001; Tiessen, 2010)
Tour d’horizon Semis direct et structure du sol
En sol peu perméable, en régie inadéquate, le semis direct ne permet pas d’améliorer les caractéristiques du sol
Ex : Sable loameux à drainage lent, monoculture de maïs, semis direct depuis 11 ans (Dam, 2003)
↑ MVA et ↓ porosité
Moins de macroporosité avec le semis direct
Tour d’horizon Semis direct et structure du sol
Essais en Ontario, loam argileux : le semis direct, implanté depuis 6 et 4 ans, produit parfois plus de ruissellement que le labour
Sol plus humide (Drury et al. 1993; Gaynor & Findlay 1995)
Moins de fentes de retrait
Surface du sol plus lisse
0
50
100
150
Maïs labour Maïs semisdirect
Maïs labour Maïs semisdirect
Ruissellement (mm) Drainage (mm)
0
200
400
600
800
1000
Maïs labour Maïs semis direct
Pertes de sol (kg/ha/an)
↑17%
↑36% ↓56%
↓19%
Réduction du travail de sol et/ou engrais verts : Amélioration occasionnelle de la structure du sol en surface (0-10 cm)
Peu d’améliorations de la structure du sol en profondeur
Effets dépendants de facteurs pas toujours contrôlés : racines, vers de terre
Bon contrôle de l’érosion par les résidus et les cultures de couverture
En période de transition du semis direct, le ruissellement de surface peut augmenter surtout en sol peu perméable mais l’érosion reste réduite
Intérêt à combiner la réduction du travail de sol et les cultures de couverture
Amélioration de la régie (compaction/drainage/rotation) indispensable au préalable
Conclusion