Tendances à long terme du rendement du maïs et de la teneur en carbone du sol dans le cadre de rotations de cultures diversifiées
Citation
Jarecki, M., Grant, B., Smith, W., Deen, B., Drury, C., VanderZaag, A., Qian, B., Yang, J., Wagner-Riddle, C. (2018). Long-term trends in corn yields and soil carbon under diversified crop rotations. Journal of Environmental Quality, [online] 47(4), 635-643. http://dx.doi.org/10.2134/jeq2017.08.0317
Résumé en langage clair
La comptabilisation exacte des bilans hydriques dans les agroécosystèmes régionaux devient une pratique de plus en plus importante, car les changements climatiques et les pressions liées à la consommation d’eau peuvent influer sur l’agroproductivité et sur d’autres activités liées à l’utilisation de l’eau. Dans la présente étude, nous avons utilisé les mesures du bilan hydrique de dix sites expérimentaux non irrigués au Canada pour évaluer la performance de trois modèles quant à leur capacité de répartition de l’eau : DNDC (dénitrification et décomposition), Holos et VSMB (Versatile Soil Moisture Budget, ou modèle adaptatif du bilan hydrique des sols). Pour évaluer la performance probable des modèles à l’échelle nationale, les modèles ont été appliqués au niveau du site sans étalonnage spécifique pour les composantes de l’eau. L’évapotranspiration s’est révélée la composante dominante du bilan hydrique dans les sites des Prairies (89-149 % des précipitations) (comparativement au ruissellement, au drainage souterrain et à la percolation profonde), tandis que l’évapotranspiration (37-73 % des précipitations) et le drainage (19-61 % des précipitations) représentaient la plus grande partie du débit sortant des sites de l’est et de l’Atlantique du Canada. Comme le modèle DNDC intègre la dynamique de croissance quotidienne des cultures avec les stress azoté, hydrique et thermique, contrairement aux modèles VSMB et Holos qui n’utilisent qu’un modèle de bilan hydrique, il n’est pas surprenant de constater que le modèle DNDC a systématiquement donné de meilleurs résultats que les deux autres modèles pour tous les paramètres de performance statistique pris en compte selon une résolution quotidienne.
Résumé
© American Society of Agronomy, Crop Science Society of America et Soil Science Society of America. 5585 Guilford Rd., Madison, WI 53711, États-Unis. Des pratiques agricoles telles que l’inclusion de luzerne vivace (Medicago sativa L.), de blé d’hiver (Triticum aestivum L.) ou de trèfle rouge (Trifolium pratense L) dans les rotations de maïs (Zea mays L.), peuvent accroître le rendement des cultures et la teneur du sol en matière organique (COS) au fil du temps. On ne sait pas exactement dans quelle mesure les modèles biogéochimiques fondés sur les processus, comme le modèle de dénitrification-décomposition (DNDC), rendent compte des effets bénéfiques des systèmes de culture diversifiés. Pour calibrer et valider le modèle DNDC pour la simulation des tendances observées dans le rendement du maïs et le COS, nous avons utilisé des essais à long terme : maïs en continu (CC) et maïs-avoine (Avena sativa L.)-luzerne-luzerne (COAA) à Woodslee, en Ontario, de 1959 à 2015; et CC, maïs-maïs-soja [Glycine max (L.) Merr.]-soja (CCSS), maïs-maïs-soja-blé d’hiver (CCSW), maïs-maïs-soja-blé d’hiver + trèfle rouge (CCSW+ Rc) et maïs-maïs-luzerne-luzerne (CCAA) pour Elora, en Ontario, de 1981 à 2015. Le rendement et le COS dans les conditions du 21e siècle ont été projetés selon des scénarios climatiques futurs de 2016 à 2100. Le modèle DNDC a été calibré pour améliorer le stress azoté des cultures et a été révisé pour estimer les changements dans la disponibilité de l’eau en fonction des propriétés du sol. Cette méthode améliorait les estimations de rendement pour les rotations diversifiées à Elora (l’erreur de prédiction absolue moyenne a diminué de 13,4-15,5 à 10,9-14,6 %), avec des erreurs plus faibles pour les trois rotations les plus diversifiées. Des améliorations significatives des estimations de rendement ont également été simulées à Woodslee pour la rotation COAA, l’erreur de prédiction absolue moyenne diminuant de 24,0 à 16,6 %. Le COS prédit et le COS observé concordaient pour les rotations plus simples (CC ou CCSS) aux deux sites (53,8 et 53,3 Mg C ha-1 pour Elora, 52,0 et 51,4 Mg C ha-1 pour Woodslee). Le COS prédit a augmenté en raison de la diversification des rotations et était proche des valeurs observées (58,4 et 59 Mg C ha-1 pour Elora, 63 et 61,1 Mg C ha-1 pour Woodslee). Dans les scénarios climatiques futurs, les rotations diversifiées atténuaient le stress hydrique des cultures, ce qui a donné lieu à des rendements et à une teneur en COS plus élevés par rapport aux rotations plus simples.