Estimation des conséquences des changements climatiques sur le rendement des cultures et les émissions de N2O des pratiques de travail du sol conventionnelles et des pratiques sans travail du sol dans le sudouest de l’Ontario, au Canada

Citation

He, W., Yang, J.Y., Drury, C.F., Smith, W.N., Grant, B.B., He, P., Qian, B., Zhou, W., Hoogenboom, G. (2018). Estimating the impacts of climate change on crop yields and N2O emissions for conventional and no-tillage in Southwestern Ontario, Canada. Agricultural Systems, [online] 159 187-198. http://dx.doi.org/10.1016/j.agsy.2017.01.025

Résumé en langage clair

Pour élaborer des stratégies d’adaptation, il est nécessaire de prévoir avec exactitude les conséquences de la hausse des températures, de la variation des taux de précipitation et de l’augmentation des concentrations de CO2 sur le rendement des cultures et les émissions de gaz à effet de serre (GES). La présente étude visait à évaluer un modèle d’émission de GES (N2O, CO2) (DNDC) utilisant le rendement des cultures mesuré ainsi que la température, l’humidité et les émissions de N2O du sol. L’étude visait également à examiner les conséquences des scénarios de changements climatiques (profils représentatifs d’évolution de concentration [RCP] 4.5 et 8.5) sur le rendement de cultures et les émissions de N2O dans le sudouest de l’Ontario, au Canada. Cette étude de simulation était basée sur une rotation de blé d’hiver, de maïs et de soja avec pratiques de travail du sol conventionnelles (CT) et pratiques sans travail du sol (NT) à Woodslee, en Ontario, au Canada. Le modèle a été étalonné selon divers indices statistiques, dont l’indice d (0,850,99), le coefficient de Nash-Sutcliffe (NSE > 0) et l’erreur quadratique moyenne normalisée (EQMN < 10 %). Tous ces indices statistiques ont affiché une correspondance « bonne » à « excellente » entre les rendements simulés et les rendements mesurés dans le cas des deux scénarios, soit des pratiques CT et des pratiques NT. La performance du modèle étalonné DNDC a été « bonne » dans l’évaluation de la température du sol. Cependant, il n’y avait aucune différence en termes de température du sol simulée entre les traitements CT et NT. Cette absence de différence a été attribuée aux défaillances de l’algorithme de la température, qui ne tient pas compte de l’effet d’isolation des résidus de cultures à la surface dans le modèle DNDC. Le modèle DNDC a fourni une prévision raisonnable de la teneur en eau du sol à une profondeur de 0 à 0,1 m, mais il a surestimé cette variable dans des conditions sèches, principalement parce qu’il était incapable de caractériser l’écoulement préférentiel dans les fissures de l’argile. Dans des scénarios du climat futur, les rendements du soja et du maïs étaient significativement plus élevés que ceux des scénarios de référence grâce aux avantages conférés par des températures optimales plus élevées dans le cas du maïs et des teneurs accrues en CO2 dans le cas du soja. Les émissions annuelles moyennes de N2O du blé d’hiver ont augmenté de façon significative, soit d’environ 38,1 % pour la méthode CT et de 17,3 % pour la méthode NT selon les scénarios RCP futurs utilisant les cultivars actuels. Toutefois, lorsqu’on a utilisé un nouveau cultivar ayant un nombre de degrés-jours de croissance (DJC) plus élevé, le rendement moyen du blé d’hiver a augmenté de 39,5 % dans les scénarios du climat futur par rapport aux scénarios fondés sur les cultivars actuels, et il y avait une réduction significative des émissions de N2O. Les cultivars ayant des unités thermiques plus élevées et une saison de croissance plus longue contribueraient à l’augmentation de l’accumulation de la biomasse et de l’absorption de N par les cultures. Ainsi, il y aurait des avantages connexes à mettre au point des cultivars avec des DJC élevés puisqu’ils augmenteraient non seulement le rendement des cultures, mais réduiraient également les émissions de N2O.

Résumé

Pour élaborer des stratégies d’adaptation, il est nécessaire de prévoir avec exactitude les conséquences de la hausse des températures, de la variation des taux de précipitation et de l’augmentation des concentrations de CO2 sur le rendement des cultures et les émissions de gaz à effet de serre (GES). La présente étude visait à étalonner et à évaluer un modèle de dénitrification-décomposition (DNDC) régionalisé utilisant le rendement des cultures mesuré ainsi que la température, l’humidité et les émissions de N2O du sol. L’étude visait également à examiner les conséquences des scénarios de changements climatiques (profils représentatifs d’évolution de concentration [RCP] 4.5 et 8.5) sur le rendement de cultures et les émissions de N2O dans le sudouest de l’Ontario, au Canada. Cette étude de simulation était basée sur une rotation de blé d’hiver, de maïs et de soja avec pratiques de travail du sol conventionnelles (CT) et pratiques sans travail du sol (NT) à Woodslee, en Ontario, au Canada. Le modèle a été étalonné selon diverses statistiques, dont l’indice d (0,850,99), le coefficient de Nash-Sutcliffe (NSE > 0) et l’erreur quadratique moyenne normalisée (EQMN < 10 %). Toutes ces statistiques ont affiché une correspondance « bonne » à « excellente » entre les rendements simulés et les rendements mesurés dans le cas des deux scénarios, soit des pratiques CT et des pratiques NT. La performance du modèle étalonné DNDC a été « bonne » dans l’évaluation de la température du sol. Cependant, il n’y avait aucune différence en termes de température du sol simulée entre les traitements CT et NT. Cette absence de différence a été attribuée aux défaillances de l’algorithme de la température, qui ne tient pas compte de l’effet d’isolation des résidus de cultures à la surface dans le modèle DNDC. Le modèle DNDC a fourni une prévision raisonnable de la teneur en eau du sol à une profondeur de 0 à 0,1 m, mais il a surestimé cette variable dans des conditions sèches, principalement parce qu’il était incapable de caractériser l’écoulement préférentiel dans les fissures de l’argile. Dans des scénarios du climat futur, les rendements du soja et du maïs étaient significativement plus élevés que ceux des scénarios de référence grâce aux avantages conférés par des températures optimales plus élevées dans le cas du maïs et des teneurs accrues en CO2 dans le cas du soja. Les émissions annuelles moyennes de N2O du blé d’hiver ont augmenté de façon significative, soit d’environ 38,1 % pour la méthode CT et de 17,3 % pour la méthode NT, selon les scénarios RCP futurs utilisant les cultivars actuels. Toutefois, lorsqu’on a utilisé un nouveau cultivar ayant un nombre de degrés-jours de croissance (DJC) plus élevé, le rendement moyen du blé d’hiver a augmenté de 39,5 % dans les scénarios du climat futur par rapport aux scénarios fondés sur les cultivars actuels, et il y avait une réduction significative des émissions de N2O. Les cultivars ayant des unités thermiques plus élevées et une saison de croissance plus longue contribueraient à l’augmentation de l’accumulation de la biomasse et de l’absorption de N par les cultures. Ainsi, il y aurait des avantages connexes à mettre au point des cultivars avec des DJC élevés puisqu’ils augmenteraient non seulement le rendement des cultures, mais réduiraient également les émissions de N2O.