Avec l’augmentation du coût des engrais azotés et ses impacts sur la qualité de l’air et de l’eau, les chercheurs de l’Université de l’Illinois veulent aider les agriculteurs à prendre des décisions plus éclairées en matière de taux d’engrais. Leur dernier effort de modélisation vise à le faire en examinant le rôle des conditions météorologiques avant la saison de croissance sur la dynamique de l’azote du sol et le rendement du maïs en fin de saison.
« Lorsque les agriculteurs sèment du maïs au printemps, ils savent déjà ce qui s’est passé pendant la pré-saison de croissance, de l’automne précédent au printemps. Contrairement à la saison de croissance à venir, que nous ne pouvons pas prévoir de manière fiable, nous pouvons utiliser les informations de pré-saison de croissance pour guider les agriculteurs à ajuster leur application d’engrais », déclare Ziyi Li, doctorant au Département des ressources naturelles et des sciences de l’environnement (NRES) de l’Illinois et auteur principal de la nouvelle étude publiée dans Recherche sur les grandes cultures.
Le modèle de Li a révélé que des saisons de pré-croissance plus humides réduisaient l’azote du sol par lessivage. Sans ajout d’engrais au printemps, une légère augmentation des précipitations en pré-saison a entraîné des réductions de rendement de 5 à 14 %. Mais avec un engrais de printemps appliqué à environ 150 lb d’azote par acre, le taux moyen de 2018 dans l’Illinois, les fortes précipitations de pré-saison ont tout de même fait chuter le rendement de 1 à 3 %.
« Dans notre analyse, nous avons constaté que l’application de plus d’engrais peut atténuer et même éliminer la perte de rendement induite par les précipitations excessives de pré-saison de croissance. Selon notre modèle, si un agriculteur de l’Illinois applique 150 livres d’azote par acre, le 1-3 % la perte de rendement peut être évitée en ajoutant environ 16 livres d’azote en plus », explique Li.
Pendant les saisons de pré-croissance plus froides que la normale, l’azote inorganique du sol – et le rendement de fin de saison – ont diminué en raison de la réduction de l’activité microbienne du sol et de l’augmentation du lessivage. Mais dans ce cas, l’ajout d’engrais supplémentaire au printemps peut ne pas faire grand-chose.
« Les effets des températures froides de pré-saison de croissance sur le rendement ne peuvent pas être éliminés en ajoutant de l’engrais supplémentaire », explique Li. « C’est parce que la température affecte non seulement la teneur en azote du sol, mais semble également limiter la croissance précoce d’une manière qui affecte le potentiel de rendement, même si le temps revient à la normale plus tard. »
Li a utilisé un modèle avancé d’agroécosystème, connu sous le nom d’ecosys, pour comprendre comment la température et les précipitations pendant la saison de pré-croissance ont eu un impact sur la teneur en azote inorganique du sol et sur le rendement. L’équipe de recherche a choisi le modèle ecosys en raison de sa capacité avancée à simuler les cycles du carbone, de l’eau et des nutriments. Le modèle utilise des principes premiers et des algorithmes sophistiqués pour simuler les pratiques de gestion et leurs effets.
« Le modèle ecosys a été largement utilisé dans de nombreux cas différents pour l’agriculture, et cette étude démontre en outre qu’ecosys peut bien fonctionner pour simuler les cycles de l’azote. L’ensemble de données de validation que nous avons utilisé provient de décennies d’essais sur l’azote menés par nos collaborateurs à l’Illinois. et d’autres États du Midwest. Nous avons découvert que le modèle pouvait reproduire ces modèles, non seulement les données de l’Illinois, mais aussi les modèles du Midwest au sens large », déclare Kaiyu Guan, professeur agrégé au NRES, directeur fondateur du Agroecosystem Sustainability Center de l’Illinois, et le investigateur principal de cette étude.
« Nous avons fait un effort de validation très complet ; cela signifie beaucoup parce que vous voulez faire confiance à un modèle qui a été validé, qui est robuste. Nous pensons que les résultats de ce travail fournissent une certaine justification pour la prise en compte de la météo avant la saison de croissance dans déterminer l’application d’engrais azoté au printemps », ajoute Guan. « Une de nos futures études étudiera ces facteurs dans les outils de prise de décision pour les agriculteurs. »
Guan et Li disent que les résultats du modèle pourraient être utilisés pour améliorer les calculateurs de taux d’azote actuellement utilisés. En attendant, Emerson Nafziger, professeur émérite au Département des sciences des cultures et co-auteur de l’étude, affirme que les agriculteurs qui souhaitent ajuster leur application d’azote peuvent envisager des essais en bandes comme une approche complémentaire.
« Des taux élevés d’azote ont tendance à produire du maïs vert foncé, mais des taux plus faibles peuvent également le faire. La seule façon de savoir si vous avez utilisé trop d’azote est de comparer le taux que vous avez utilisé à un taux inférieur dans le même champ. Une bande au champ avec un taux inférieur, ou supérieur si le taux au champ est modéré [less than 200 lb per acre from all sources], est un excellent moyen de gagner en confiance dans la réduction des taux d’azote à l’avenir. Dans le cas peu probable où le taux plus élevé produirait suffisamment de rendement supplémentaire pour s’autofinancer, nous devrions être en mesure d’identifier la cause probable de la différence (par exemple, des sols humides) et de l’utiliser pour ajuster les taux à l’avenir », déclare Nafziger.
Ziyi Li et al, Évaluation des impacts des conditions météorologiques avant la saison de croissance sur la dynamique de l’azote du sol et la productivité du maïs dans le Midwest américain, Recherche sur les grandes cultures (2022). DOI : 10.1016/j.fcr.2022.108563