Simulating the effect of long-term fertilization on maize yield and soil C/N dynamics in northeastern China using DSSAT and CENTURY-based soil model

Les modèles de simulation sont considérés comme des outils importants : ils permettent de simuler la croissance des cultures, la dynamique des nutriments et la séquestration du carbone dans le sol, et d’appliquer rapidement les connaissances intégrées sur les processus culture-sol. Nous avons utilisé le modèle de système de culture DSSAT (Decision Support System for Agrotechnology Transfer) pour simuler la croissance du maïs à long terme de 1990 à 2007 à Gongzhuling, dans le nord-est de la Chine. Trois traitements de fertilisation azotée ont été simulés : 1) aucun apport de N (N0), 2) apport de 165 kg N ha−1 sous forme d’engrais synthétique (N165) et 3) apport de 50 kg N ha−1 sous forme d’engrais synthétique plus 115 kg N ha−1 sous forme de fumier de ferme (N165M). Les résultats mesurés et les résultats simulés ont montré que le rendement du maïs était significativement plus faible pour le traitement N0. Le rendement mesuré a été plus élevé pour le traitement N165M que pour le traitement N165 après 2003. Le rendement a également été affecté par les conditions météorologiques, surtout durant les années de sécheresse. La teneur en C organique du sol simulée (COS) a présenté une bonne concordance avec les données mesurées dans la couche de 0–30 cm de profondeur du sol pour tous les traitements. La densité du COS dans la couche de 0–30 cm a diminué de 4,393 kg C ha−1 (18 %) pour le traitement N0 et de 4,186 kg C ha−1 (17 %) pour le traitement N165, alors qu’elle a augmenté de 13,628 kg C ha−1 (54 %) pour le traitement N165M durant la période 1990–2007, ce qui indique que la combinaison d’engrais inorganique et de fumier organique a permis d’améliorer la qualité du sol après 27 années d’amendement organique à compter de 1980. Les concentrations de N minéral du sol ont été significativement plus élevées juste avant la plantation pour le traitement N165 (moyenne de 289 kg N ha−1) et ont été associées à un lessivage de N plus important dans le sol durant la saison de croissance (24–155 kg N ha−1) au cours de certaines années humides. Les concentrations de N minéral du sol ont été beaucoup plus faibles pour les traitements N0 (moyenne de 52 kg N ha−1) et N165M (moyenne de 54 kg N ha−1), et le lessivage de N a été moins important (<10 kg N ha−1) pour ces traitements que pour le traitement N165. Ces données indiquent que l’utilisation de fumier de ferme a entraîné un accroissement de la matière organique du sol et l’immobilisation de N minéral. Selon les résultats du modèle, le retrait complet des résidus de culture des champs après la récolte est la principale cause du déclin du COS dans le cas du traitement N165, ce qui porte à croire qu’on devrait laisser les résidus de culture sur place pour maintenir le niveau de COS et favoriser une agriculture durable. Nous en concluons que le modèle DSSAT-CENTURY est un outil utile pour la simulation de la dynamique de l’azote du sol et la prédiction de la séquestration de carbone organique du sol dans les conditions de culture à long terme.