L'application à taux variable d'éléments nutritifs : Est-ce que je peux l'envisager pour ma ferme?

De quoi s'agit-il?

Dans l'application à taux variable, le producteur applique différentes doses d'engrais chimiques ou d'engrais de ferme (fumier) à des emplacements différents d'un champ d'une même culture, selon une prescription déterminée au préalable. La dose peut être réglée manuellement par l'opérateur de l'équipement ou automatiquement par un ordinateur branché sur un système de positionnement mondial (GPS). La présente page traite de l'application à taux variable commandée par ordinateur et GPS.

Sommaire

L'information ci-dessous donne un aperçu du système d'application à taux variable, elle ne vise pas à prescrire de recommandations détaillées sur la manière de le mettre en œuvre. Elle vise plutôt à fournir un sommaire des méthodes et, à faire connaître les ressources nécessaires pour mettre en œuvre convenablement l'application à taux variable, et les risques possibles rattachés au fait de ne pas réaliser d'avantages économiques malgré l'effort et l'investissement fournis. L'objectif de la présente publication est d'aider les producteurs à prendre une décision éclairée sur la question d'investir dans l'application à taux variable pour leur exploitation.

Quel est le principal facteur qui influe sur la réussite de l'application à taux variable?

De nombreux champs peuvent profiter de l'application à taux variable parce que le sol et le paysage varient à l'intérieur d'un même champ. Par conséquent, différents emplacements d'un champ ont des besoins distincts en éléments nutritifs afin de réaliser une croissance optimale des cultures et des rendements. Toutefois, la capacité à déterminer convenablement la gestion des éléments nutritifs dans les divers emplacements d'un champ est souvent très difficile. Bien que la technologie GPS soit un aspect important de l'application à taux variable, l'exactitude géographique et le contrôle ne sont pas les enjeux les plus difficiles à résoudre. La présente publication ne porte pas sur la technologie GPS comme telle, mais plutôt sur la question plus complexe de la manière de déterminer adéquatement les besoins en éléments nutritifs dans différentes parties d'un champ.

Est-ce que certains types de paysages et de sols se prêtent mieux à l'application à taux variable?

Il est raisonnable de supposer que les champs qui présentent un plus grand nombre de variations visibles dans leurs caractéristiques principales comme l'inclinaison, la texture du sol, le drainage, la salinité, la pierrosité et les matières organiques du sol profiteront davantage de l'application à taux variable. Toutefois, il a été démontré que des champs en apparence uniformes ou plats peuvent présenter une variabilité considérable. La technologie actuelle est capable de déterminer et de mesurer cette variabilité même si elle n'est pas visible.

Quel est le risque principal rattaché à l'application à taux variable?

La détermination des besoins en éléments nutritifs est exigeante à cause de l'interaction des conditions ambiantes et des conditions de culture, telles que la pluie, la température et les ravageurs, et du sol. Les doses d'éléments nutritifs recommandées sont toujours fondées sur un ensemble défini de conditions, mais les conditions réelles sont souvent différentes. Cela peut mener à une réponse des cultures aux apports d'éléments nutritifs qui n'est pas celle qui avait été prévue. Elle peut avoir une incidence sur la réussite de l'application d'éléments nutritifs, peu importe si l'épandage a été effectué à taux uniforme ou à taux variable.

Par exemple, certaines régions peuvent connaître des conditions ambiantes plus extrêmes que d'autres, comme le risque accru de sécheresse ou d'humidité excessive. Dans des conditions ambiantes adverses, les producteurs cherchent souvent des moyens de réduire les risques. L'application à taux variable peut être plus risquée à cause des coûts supplémentaires qu'entraînent le matériel d'épandage plus complexe et les besoins accrus en collecte et en analyse des données. Par contre, l'application à taux variable peut être avantageuse si elle permet de réduire la quantité totale d'apports d'éléments nutritifs.

Quelles sont les méthodes utilisées pour déterminer les besoins en éléments nutritifs dans un champ?

Bien qu'il existe de nombreuses méthodes pour prévoir les besoins en éléments nutritifs, la majorité se range dans l'une ou l'autre de ces deux catégories. La première consiste à créer une carte de prescription des éléments nutritifs fondée sur des zones de gestion du sol relativement vastes à l'intérieur d'un même champ. La seconde détermine des besoins en éléments nutritifs localisés à partir d'une évaluation en temps réel de la croissance des plantes en début de saison en utilisant la détection optique du couvert végétal.

Est-ce que je peux créer mes propres recommandations d'application à taux variable d'éléments nutritifs ou si je dois compter sur un spécialiste technique?

Bien qu'il soit possible pour les agriculteurs d'y arriver par leurs propres moyens, la majorité embauche un expert-conseil. La création de cartes et le développement des recommandations exigent des connaissances spécialisées sur les systèmes d'information géographique (SIG), l'accès à diverses sources de données et une connaissance des sols et de l'agronomie pour parvenir à une interprétation convenable.

Première option : Comment déterminer les besoins en éléments nutritifs en utilisant les zones de gestion du sol?

La définition la plus simple d'une zone de gestion du sol est celle-ci : diverses parties d'un champ nécessitent des apports distincts en éléments nutritifs afin d'atteindre le maximum de productivité. Un défi clé est de délimiter les zones afin qu'elles soient suffisamment grandes pour être parcourues efficacement par l'équipement agricole et néanmoins présenter des besoins en éléments nutritifs semblables. Il arrive que les zones soient faciles à déterminer à cause de caractéristiques très visibles comme l'inclinaison ou des changements marquants dans la texture du sol. Toutefois, plus souvent qu'à leur tour, les zones ne sont pas apparentes et doivent s'appuyer sur des sources de données supplémentaires. Des sources de données multiples sont souvent nécessaires à cause des nombreux facteurs dans le sol et le paysage qui influent sur la réponse des cultures à l'apport d'éléments nutritifs et le rendement. Parmi les sources de données couramment utilisées par les experts-conseils pour créer des zones de gestion du sol, mentionnons :

  • Les cartes de rendement des cultures créées à partir des données du capteur de rendement de la moissonneuse-batteuse en utilisant des logiciels de SIG;
  • Les images satellites montrant les différences dans la biomasse de la partie aérienne des cultures en se fondant sur des indicateurs comme l'indice de végétation par différence normalisée (IVDN);
  • Les relevés topographiques montrant l'inclinaison du terrain et les modes de drainage;
  • Les relevés de conductivité électrique du sol (p. ex. Geonics EM38 ou Veris Technologies) pour déceler des changements dans la salinité, la texture et l'humidité du sol dans l'ensemble d'un champ.

Après avoir défini les zones de gestion du sol, la prochaine étape consiste à prélever des échantillons de sol représentatifs de chacun des types de zones de gestion du sol pour déterminer l'état actuel des éléments nutritifs. Pour terminer, il s'agit de formuler une recommandation concernant les éléments nutritifs supplémentaires pour chaque zone de gestion du sol, en fonction d'un rendement cible réaliste. Bien que les experts-conseils utilisent diverses méthodes pour déterminer les besoins en éléments nutritifs dans des zones précises, la majorité compte sur une combinaison de ces sources de données.

Figure 1a : Image satellite dans
le proche infrarouge (Source : AAC)

Figures 1a - La description de cette image suit

Figure 1b : Carte de zone de gestion
du sol (Source : AAC)

Figure 1b - La description de cette image suit
Descriptions - Figures 1a et 1b

La figure 1a montre de nombreux petits rectangles de divers tons de rouge, d'orange, de jaune et de vert dans un champ.

La figure 1b montre le même champ, dans lequel des zones de gestion du sol plus grandes ont été déterminées à partir de tons de couleur semblables provenant de la figure 1a.

On a utilisé l'image satellite dans le proche infrarouge à la figure 1a; l'image a été prise pendant qu'une culture était en croissance active dans un champ. Elle a servi à créer la carte de zone de gestion du sol illustrée à la figure 1b. La figure 1b fait ressortir deux éléments clés des cartes des zones de gestion du sol. Premièrement, il existe un nombre restreint de types de zones de gestion du sol; dans le présent exemple, il n'en existe que quatre (4), indiqués par quatre couleurs. Cela signifie que l'on pourrait épandre quatre doses différentes d'éléments nutritifs dans ce champ. Deuxièmement, chaque type de zone revient dans un certain nombre de parties ou de polygones à l'intérieur du champ.

Dans quelle mesure les zones de gestion du sol sont-elles fiables?

Les zones de gestion du sol sont plus fiables ou stables si elles sont fondées sur des profils constants observés sur un certain nombre d'années. Par exemple, un champ qui démontre un profil constant sur les cartes de rendement ou les images satellites pendant un certain nombre d'années se révèle un meilleur candidat pour l'application à taux variable. Lorsque les cartes et les images s'alignent bien sur les autres données comme les relevés topographiques et de conductivité, on peut supposer que les éléments inhérents du sol et du paysage influent fortement sur la réponse des cultures et le rendement d'une manière cohérente. Cela laisse également entrevoir des potentialités pour l'application à taux variable.

Les profils non cohérents entre des sources de données semblables sur un certain nombre d'années de campagne agricole peuvent laisser entendre que les conditions ambiantes et les conditions de croissance sont variables. L'interaction entre les éléments du sol et du paysage et les conditions de croissance variables peut mener à une incidence différente sur le rendement d'une année à l'autre dans la même partie d'un champ. Dans ce type de scénario, il peut être plus difficile de déterminer des zones de gestion du sol utilisables pour l'application à taux variable.

Théoriquement, la mise en œuvre initiale de la méthode des zones de gestion du sol fait d'abord appel à la collecte et à l'interprétation de diverses sources de données sur un certain nombre d'années afin de déceler des profils constants. Il importe de déterminer ces profils avant de décider de mettre en œuvre la pratique. Elle peut entraîner des coûts importants avant que des avantages économiques ne soient réalisés, particulièrement si les travaux sont réalisés par un expert-conseil. Une autre approche consiste à n'utiliser qu'une seule année de données provenant d'une ou deux sources avant de mettre en œuvre la pratique. Cette approche peut fonctionner si le producteur possède une bonne connaissance des antécédents de croissance et de rendement du champ et si ce profil correspond étroitement aux sources de données recueillies et analysées par l'expert-conseil.

Enfin, il faut noter que même si les profils sont constants et que les zones de gestion du sol sont stables, il n'est pas garanti que l'application à taux variable donnera les résultats escomptés. D'autres facteurs qui ne sont pas liés aux éléments nutritifs pourraient influer sur ces profils.

Deuxième option : Comment déterminer les besoins en éléments nutritifs au moyen de capteurs optiques du couvert végétal?

Les capteurs optiques du couvert végétal alignés devant les applicateurs d'engrais liquide estiment la biomasse de la partie aérienne des cultures au début de la saison de croissance et calculent une dose appropriée d'engrais à appliquer. Cette dose d'engrais est appliquée au moyen d'un épandeur particulier qui parcourt le même trajet que le capteur. Les deux processus ont lieu lorsque le matériel traverse le champ, ce qui signifie qu'ils se produisent presque simultanément. On utilise principalement cette technologie pour faire un apport supplémentaire d'azote (N).

Dans les faits, les capteurs optiques du couvert végétal mesurent la réflectance à la lumière en provenance de diverses longueurs d'onde comme le proche infrarouge et le rouge visible. On utilise cette information d'abord pour calculer un indicateur de croissance de culture, comme l'IVDN. Ces indicateurs sont ensuite utilisés par une formule ou un algorithme pour calculer la dose optimale d'engrais. Des algorithmes ont été mis au point au moyen d'essais de recherche pour des cultures diverses dans différentes régions. Le matériel agricole d'un producteur est programmé pour utiliser un algorithme qui correspond à sa culture et à sa région. Il est également nécessaire de placer une bande non limitative riche en azote dans une partie représentative du champ à titre de référence lors de l'ensemencement.

Figure 2 : Application de doses variables d'engrais liquide en utilisant un capteur optique Greenseeker
(Source : Indian Head Agriculture Research Foundation (IHARF))

La description de cette image suit
Description - Figure 2

Photo d'un épandeur mobile à bras articulé dans un champ de céréales, équipé de plusieurs capteurs optiques Greenseeker qui saisissent des données sur la biomasse des cultures immédiatement avant l'épandage d'engrais liquide par les buses de pulvérisation.

Figure 3 : Relation type entre la recommandation de nutriment et l'IVDN pour le blé de printemps dans les Prairies canadiennes.
(Source : IHARF)

La description de cette image suit
Description - Figure 3
Recommandation d'azote (N) de postlevée
IVDN (axe x) Gallons américains par acre* (axe y)
0.025 0.00
0.050 0.00
0.075 0.00
0.100 0.00
0.125 0.00
0.150 0.00
0.175 0.00
0.200 0.00
0.225 0.00
0.250 0.00
0.275 0.00
0.300 0.00
0.325 4.82
0.350 5.06
0.375 5.30
0.400 5.56
0.425 5.83
0.450 6.11
0.475 6.41
0.500 6.72
0.525 7.05
0.550 7.39
0.575 7.75
0.600 8.12
0.625 8.52
0.650 8.93
0.675 9.37
0.700 8.05
0.725 5.95
0.750 3.75
0.775 0.00
0.800 0.00
0.825 0.00
0.850 0.00
0.875 0.00
0.900 0.00
0.925 0.00
0.950 0.00
0.975 0.00
* gallons américains par acre d'engrais à base de nitrate d'ammonium et d'urée

Le graphique ci-dessus montre comment un algorithme type utilisé avec les capteurs optiques Greenseeker calcule les doses appropriées d'engrais en fonction de la valeur de l'IVDN. Dans la partie centrale du graphique, on voit que la dose recommandée d'engrais augmente de pair avec l'augmentation de l'IVDN. Le calcul est fondé sur la prémisse selon laquelle les cultures qui ont une biomasse plus élevée ont une capacité accrue d'utiliser de l'engrais azoté supplémentaire. Toutefois, il y a deux valeurs-seuils pour l'IVDN : la première est au bas de cette tendance et la deuxième est au sommet. Les valeurs de l'IVDN sous le seuil inférieur (c.-à-d. environ 0,30) ne reçoivent pas d'engrais en supposant que les autres facteurs comme la sécheresse, la salinité et les dégâts causés par les inondations restreignent considérablement le rendement potentiel, comme en témoigne la très faible biomasse des cultures. Les valeurs de l'IVDN qui dépassent le seuil supérieur ne reçoivent pas d'engrais non plus, en supposant que le sol contient déjà suffisamment d'éléments nutritifs pour atteindre son plein rendement. La bande non limitative riche en azote sert à évaluer ce seuil supérieur.

Il importe de signaler que les algorithmes varieront considérablement d'une culture à l'autre et d'une région à l'autre. En ce qui concerne le maïs en Ontario et au Québec par exemple, l'IVDN est davantage lié à la teneur en chlorophylle; des valeurs plus faibles indiquent une carence en azote et une capacité accrue d'utiliser de l'azote supplémentaire. Il s'ensuit habituellement une diminution des doses d'azote recommandées à mesure que l'IVDN augmente, comme l'indique la figure 3 au centre du graphique.

Quels sont les avantages et les inconvénients de l'utilisation des capteurs optiques du couvert végétal?

L'utilisation des capteurs optiques du couvert végétal au lieu de zones de gestion du sol comporte divers avantages. Premièrement, les exigences en matière de collecte et d'analyse des données sont beaucoup moins grandes. Deuxièmement, en retardant une partie de l'application d'azote jusqu'à un mois après l'ensemencement, le producteur peut tenir compte des conditions ambiantes au début de la saison de croissance et donc accroître la capacité de faire concorder l'utilisation d'engrais avec les besoins des cultures.

Toutefois, la méthode comporte aussi certains inconvénients et d'autres facteurs doivent être pris en compte. Premièrement, le laps de temps pendant lequel les jeunes plants peuvent recevoir un apport supplémentaire d'azote est court, particulièrement au Canada où les saisons de croissance sont relativement courtes par rapport à d'autres régions cultivées du monde. Si la technologie n'est pas utilisée au moment propice, à cause de mauvaises conditions météorologiques ou d'autres facteurs, les avantages potentiels ne seront peut-être pas obtenus. Ce créneau favorable varie selon les types de cultures et les régions. La recherche a démontré que le créneau peut être légèrement prolongé par l'application d'une proportion plus grande de la dose totale d'azote au moment de l'ensemencement pour les céréales et le canola dans les Prairies canadiennes. Toutefois, cette approche pourrait ne pas fonctionner pour d'autres cultures et d'autres régions.

Deuxièmement, tandis que les algorithmes utilisés pour calculer les doses d'engrais sont fondés sur une recherche approfondie portant sur divers types de cultures dans différentes régions, ils ne tiennent pas nécessairement compte de toutes les caractéristiques du sol et du paysage ou de l'ensemble des conditions ambiantes et des conditions de croissance. En outre, les conditions ambiantes qui se démarquent de la normale peuvent survenir après l'application d'engrais et ainsi avoir une incidence sur les résultats escomptés, tout comme dans la méthode des zones de gestion du sol.

Troisièmement, en ce qui concerne les algorithmes utilisés pour déceler les carences en azote liées à la teneur en chlorophylle, les capteurs optiques du couvert végétal pourraient fonctionner le plus efficacement en l'absence d'autres facteurs importants pour limiter la croissance végétale. D'autres facteurs, comme la topographie ou l'humidité du sol, pourraient être pris en compte dans des algorithmes plus complexes, mais il faudrait pour ce faire recueillir des données supplémentaires et effectuer d'autres dépenses pour l'interprétation, comme pour la méthode des zones de gestion du sol.

Enfin, les coûts de l'équipement pour la mise en œuvre de l'application à taux variable d'éléments nutritifs peuvent varier en fonction du choix de la méthode des capteurs optiques du couvert végétal ou de celle des zones de gestion du sol.

Est-ce possible d'utiliser les deux méthodes pour l'application à taux variable d'éléments nutritifs?

Il est possible d'utiliser les deux méthodes. On pourrait utiliser la méthode des zones de gestion du sol pour dresser une carte de prescription à taux variable pour l'engrais de démarrage, qui comprend habituellement l'azote, le phosphore et possiblement d'autres éléments nutritifs tels que le potassium et le soufre. On utiliserait par la suite la méthode des capteurs optiques du couvert végétal pour faire un apport supplémentaire d'azote afin de mieux tenir compte des conditions réelles pendant la saison de croissance.

Comment je peux savoir si l'application à taux variable d'éléments nutritifs est économique?

La meilleure manière de déterminer si la technologie est économique est de la comparer à la méthode traditionnelle d'application d'éléments nutritifs à taux uniforme. Bien qu'il soit tentant d'établir une comparaison avec les années précédentes, il vaut mieux installer une bande à taux uniforme dans le champ utilisé pour le taux variable. Ainsi, on peut faire une comparaison convenable dans les mêmes conditions ambiantes.

L'emplacement de la bande à taux uniforme doit être choisi de manière à ce que celle-ci soit représentative de l'ensemble du champ. Dans le cas de la méthode des zones de gestion du sol, cela signifie que chaque type de zone de gestion du sol doit être représenté dans la bande. Si l'on utilise la méthode des capteurs optiques du couvert végétal, la bande à taux uniforme doit contenir une combinaison aussi semblable de valeurs de capteurs optiques que le reste du champ. Une règle pratique simple est de placer la bande perpendiculairement au contour de la terre afin qu'elle occupe divers emplacements sur la pente. Un capteur de rendement de moissonneuse-batteuse assorti d'un logiciel de cartographie du rendement est un outil essentiel pour comparer le rendement dans la bande à taux uniforme avec celui des autres parties du champ. La bande doit être suffisamment large pour que le capteur puisse évaluer correctement le rendement dans cette partie du champ séparément du reste du champ. Il peut être nécessaire de superposer les zones de gestion du sol avec la carte du rendement afin de faire des comparaisons valables sur le rendement pour des types précis de zones de gestion du sol.

Parmi les autres données requises, mentionnons la différence dans le coût des engrais entre le taux variable et le taux uniforme, les coûts d'équipement supplémentaires qu'entraîne l'application du taux variable et les honoraires de l'expert-conseil qui dresse les cartes pour l'agriculture de précision. On peut ensuite effectuer une analyse budgétaire partielle pour comparer les changements de coûts et de revenus entre le taux variable et le taux uniforme.

Est-ce possible d'épandre du fumier avec l'application à taux variable?

Bien qu'il soit possible d'utiliser l'application à taux variable pour épandre du fumier, il faut tenir compte de certaines difficultés. Premièrement, la teneur en éléments nutritifs du fumier n'est pas aussi constante que celle des engrais commerciaux. Deuxièmement, la machinerie agricole type est moins en mesure d'épandre de manière précise des taux variables de fumier que lorsqu'il s'agit d'un engrais commercial. Par conséquent, l'épandage du fumier à taux variable dans un environnement contrôlé par GPS n'est pas vraiment envisageable. Néanmoins, à partir de différences observables visuellement, de nombreux agriculteurs ont réussi à épandre du fumier sur des parties précises d'un champ qui souffraient d'importantes carences en éléments nutritifs. Un exemple type est un sommet de colline érodé qui manque de matière organique du sol.

Si je décide d'essayer l'application à taux variable d'éléments nutritifs, comment puis-je m'y prendre?

À cause des risques considérables et de l'incertitude concernant les avantages économiques, il pourrait être souhaitable de commencer par un ou deux champs qui sont les plus susceptibles de tirer parti de cette technologie. Cette approche peut bien fonctionner si le producteur a accès à de l'équipement de location ou peut embaucher un opérateur spécialisé pour appliquer les éléments nutritifs à taux variable avant de s'engager dans une dépense d'immobilisation importante.

Si vous utilisez les services d'un expert-conseil, assurez-vous de bien comprendre la(les) méthode(s) et les options qui vous sont présentées afin de déterminer les besoins en engrais. Insistez pour que l'expert-conseil vous aide à établir une bande à taux uniforme et mène une analyse budgétaire partielle.

Après avoir dressé le bilan de ces champs pilotes pendant plusieurs années, vous pourrez prendre une décision à savoir si vous étendez la pratique au reste de la ferme, ce qui entraîne l'achat d'équipement pour l'application à taux variable.

Comment puis-je assurer la gestion des bandes à taux uniforme à long terme?

À cause de la variabilité des conditions ambiantes, il est impossible de présumer que les avantages économiques obtenus dans un champ seront réalisés dans d'autres champs. Dans le même ordre d'idées, on ne peut pas prévoir que les résultats atteints au cours d'une année seront les mêmes dans les années à venir. Par conséquent, nous recommandons qu'une bande à taux uniforme soit établie dans chaque champ et conservée chaque année. La tâche n'est pas difficile, coûteuse ou ardue lorsque l'on a un GPS combiné à un capteur de rendement de moissonneuse-batteuse et un logiciel de SIG approprié pour analyser les données. Il est également préférable que la bande à taux uniforme demeure au même endroit d'une année à l'autre. Cela permet une comparaison réelle entre le taux variable et le taux uniforme sur le long terme.

Comment puis-je gérer l'application à taux variable à long terme?

Bien que les zones de gestion du sol ne changent pas considérablement, les doses recommandées pour l'application d'engrais varient d'une année à l'autre. Les facteurs qui peuvent avoir une incidence sur les recommandations sont le type de culture, le type de culture planté antérieurement, les conditions ambiantes antérieures, le prix des cultures et le prix des engrais. De plus, il est à prévoir que les doses d'engrais changeront au fur et à mesure qu'un champ passe de l'application à taux uniforme à l'application à taux variable. Par exemple, si l'application à taux variable est réussie, on constatera moins d'extrêmes comme de vastes excédents d'éléments nutritifs ou de grandes carences dans l'état nutritif du sol, étant donné que les éléments nutritifs sont utilisés plus efficacement. Enfin, au fur et à mesure que les connaissances augmentent sur la réponse des cultures aux éléments nutritifs et les profils de rendement dans diverses parties d'un champ, le producteur sera mieux outillé pour déterminer les prescriptions d'éléments nutritifs qui visent à fixer des cibles de rendement réalistes pour des parties différentes d'un même champ.