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Le projet de Laboratoire vivant de l’Atlantique a pris fin en 2023, mais ses impacts positifs sur les résultats de recherche se poursuivent, ce qui montre comment les agriculteurs et les chercheurs peuvent travailler ensemble pour améliorer la qualité de l’eau. Peu de temps après, un deuxième laboratoire vivant a rapidement été lancé à l’Île-du-Prince-Édouard dans le cadre du réseau de 14 laboratoires vivants du programme Solutions agricoles pour le climat – Laboratoires vivants d’Agriculture et Agroalimentaire Canada (AAC).
Lorsque vous êtes entouré par l’océan, les sols ont tendance à être plus sablonneux que ceux des provinces qui se situent davantage à l’intérieur des terres. Dans les sols sablonneux, l’eau peut pénétrer plus rapidement dans les eaux souterraines, puis migrer vers les cours d’eau avoisinants. Pour cette raison, les pratiques agricoles peuvent avoir une incidence directe sur la santé des cours d’eau et des rivières d’eau douce qui alimentent les estuaires saumâtres et, éventuellement, l’océan.
Bien qu’il existe de nombreuses pratiques importantes que les agriculteurs utilisent déjà pour aider à maintenir des cours d’eau sains, le chercheur scientifique d’AAC, M. Yefang Jiang (Ph. D.), qui travaille au Centre de recherche et de développement de Charlottetown, a entreprise d’utiliser les données de modélisation du sol et de l’eau pour déterminer comment diverses pratiques de gestion bénéfiques pourraient aider à réduire la quantité d’azote qui pénètre dans les eaux souterraines et à améliorer la qualité de l’eau de surface dans les cours d’eau, les lacs et les zones côtières. Ces travaux de recherche ont mis à contribution des agriculteurs de l’Île-du-Prince-Édouard ainsi que des collaborateurs de l’Agence canadienne d’inspection des aliments, de Pêches et Océans Canada, d’Environnement et Changement climatique Canada et du ministère de l’Agriculture de l’Île-du-Prince-Édouard.
« Sur le plan écologique, toute l’île est un laboratoire vivant, et ce qui se passe sur la terre influe sur ce qui se passe dans l’eau. En tissant des liens et en collaborant dans des partenariats plus vastes grâce aux laboratoires vivants, nous pouvons parvenir à comprendre comment il est possible d’améliorer la qualité de l’eau en apportant ne serait-ce que de petits changements dans les pratiques agricoles. »
- Yefang Jiang (Ph. D.), chercheur scientifique, Agriculture et Agroalimentaire Canada
Une modélisation pour chaque saison
M. Jiang et l’équipe se sont concentrés sur les fermes du bassin versant de la rivière Dunk, dans le centre de l’Île-du-Prince-Édouard, car cette région abrite une grande partie des terres agricoles de la province. Dans les endroits où l’échantillonnage de l’eau a lieu généralement en été, l’équipe a utilisé un modèle pour simuler les données d’échantillonnage de l’automne, de l’hiver et du printemps afin de déterminer les effets annuels de l’azote sur les cours d’eau.
Pour comprendre comment différentes cultures contribuent aux concentrations d’azote tout au long de l’année dans le bassin versant de la rivière Dunk, les chercheurs ont adapté l’outil d’évaluation des sols et de l’eau (modèle SWAT) aux conditions locales afin d’estimer comment l’eau, les éléments nutritifs et l’utilisation des terres interagissent avec le paysage au cours d’une année donnée. Ce modèle accessible au public aide les chercheurs de divers ministères et du milieu universitaire à estimer les données avec plus d’exactitude pour appuyer les décisions en matière de gestion des terres. Il est utile dans les situations où l’échantillonnage à grande échelle des bassins versants ne peut se faire en raison de la logistique, des coûts et des délais parfois longs nécessaires pour détecter les effets des changements d’utilisation des terres sur la qualité de l’eau.
« Nous avons appliqué le modèle SWAT qui utilise des échantillons prélevés pendant l’été pour prédire la charge d’azote ou l’excès d’azote qui serait mesuré à l’automne, en hiver et au printemps. Cela fournit une représentation plus exacte de la charge annuelle d’azote que les estimations fondées sur l’échantillonnage estival seulement; tout en reflétant mieux la façon dont les pratiques agricoles influent sur la qualité de l’eau », explique M. Jiang.
Comment les agriculteurs peuvent aider à maintenir des cours d’eau sains
Les chercheurs ont utilisé le modèle SWAT, qui a été adapté à l’aide de données locales du monde réel, pour servir de bassin versant virtuel afin d’évaluer les effets que diverses pratiques de gestion bénéfiques à la ferme auraient sur la qualité de l’eau. Ils ont aussi étudié diverses cultures utilisées dans la rotation sur 3 ans avec des pommes de terre, comme le trèfle rouge, le soja, la fléole des prés (une herbe vivace) et le sarrasin.
M. Jiang a constaté que le trèfle rouge et d’autres cultures de légumineuses fourragères peuvent entraîner un excès d’azote dans les sols qui peut pénétrer dans les eaux souterraines et les cours d’eau récepteurs s’il n’est pas utilisé par la culture suivante. Les légumineuses fourragères, comme le trèfle rouge et la luzerne, sont couramment plantées en tant que cultures de rotation pour améliorer la matière organique du sol, briser les cycles de ravageurs, lutter contre les mauvaises herbes et fournir de l’azote pour les cultures commerciales subséquentes.
Le trèfle rouge est utilisé à l’Île-du-Prince-Édouard dans la rotation « pomme de terre/céréale/trèfle ». Toutefois, comme le trèfle rouge ajoute de grandes quantités d’azote au sol, l’application d’engrais sans tenir compte adéquatement de cette source naturelle d’azote peut fournir à la culture suivante (dans ce cas-ci les pommes de terre) plus d’azote que ce dont elle a besoin. Cet excès d’azote peut pénétrer dans les eaux souterraines et atteindre éventuellement des rivières et des estuaires. Dans des recherches antérieures de M. Jiang, on conseille également aux agriculteurs d’analyser la teneur en azote de leur sol pour tenir compte de l’azote ajouté par le trèfle rouge enfoui, ce qui aide à éviter la fertilisation excessive des pommes de terre.
Une solution de rechange prometteuse? Remplacer le trèfle rouge par du soja dans la rotation. Le soja fixe moins d’azote dans le sol, ce qui réduit le risque que de l’azote pénètre dans les cours d’eau. Le soja offre aux agriculteurs un double avantage : l’intendance de l’environnement et le rendement économique.
« Le soja, la fléole des prés ou le sarrasin sont d’excellentes solutions de rechange au trèfle rouge et laissent peu d’azote dans le sol après la récolte. Grâce à notre modèle SWAT, nous avons constaté que le remplacement du trèfle rouge par du soja peut contribuer à réduire de 17 % l’excès d’azote dans le bassin versant de la rivière Dunk. Le soja peut également donner aux agriculteurs une deuxième culture commerciale, en plus des pommes de terre. »
- Yefang Jiang (Ph. D.), chercheur scientifique, Agriculture et Agroalimentaire Canada
Des chercheurs de Pêches et Océans Canada ont constaté que la réduction de l’azote dans le bassin versant, obtenue par le remplacement du trèfle rouge par du soja dans les rotations, a fait baisser jusqu’à 8 % les concentrations de nitrates, une forme commune d’azote, dans les estuaires plus en aval de la rivière Dunk. De plus, la réduction de l’azote peut entraîner une diminution de 24 % de la biomasse moyenne de laitue de mer dans la partie supérieure de l’estuaire. La laitue de mer peut nuire aux animaux aquatiques lorsqu’elle se décompose et consomme de l’oxygène dissous, occasionnant ce qu’on appelle des événements anoxiques.
Cette recherche souligne la complexité du mouvement des éléments nutritifs dans l’agriculture moderne et l’importance de la prise de décisions fondées sur les données. Le trèfle rouge demeure un outil précieux pour la santé et la productivité du sol, mais comme tous les outils, il est préférable de l’utiliser avec précision. De nombreux producteurs de pommes de terre, fait remarquer M. Jiang, réduisent maintenant leur utilisation d’engrais, en plus d’adopter d’autres pratiques de gestion bénéfiques, pour aider à protéger les cours d’eau tout en maintenant les rendements.
Ce ne sont pas seulement les terres et les cours d’eau qui sont interconnectés sur l’Île, le Laboratoire vivant de l’Île-du-Prince-Édouard continue de mettre en relation les agriculteurs avec les chercheurs pour élaborer conjointement et mettre à l’essai des pratiques de gestion bénéfiques novatrices qui réduisent les émissions de gaz à effet de serre, améliorent la qualité du sol et de l’eau et protègent la biodiversité.
Principaux avantages et découvertes
- Le chercheur scientifique d’AAC, M. Yefang Jiang (Ph. D.), ainsi que des chercheurs de l’Agence canadienne d’inspection des aliments, de Pêches et Océans Canada, d’Environnement et Changement climatique Canada et du ministère de l’Agriculture de l’Île-du-Prince-Édouard ont appliqué l’outil d’évaluation des sols et de l’eau (modèle SWAT) pour découvrir comment diverses pratiques de gestion bénéfiques à la ferme pourraient réduire la quantité d’azote qui pénètre dans les eaux souterraines et nuit à la qualité des eaux de surface dans les cours d’eau, les lacs et l’océan.
- Le modèle aide les chercheurs de divers ministères et du milieu universitaire à estimer les données avec plus d’exactitude pour appuyer les décisions en matière de gestion des terres dans les situations où l’échantillonnage à grande échelle des bassins versants ne peut se faire en raison de la logistique, des coûts et parfois des longs délais sont nécessaires pour détecter les effets des changements dans l’utilisation des terres sur la qualité de l’eau.
- En utilisant le modèle SWAT, M. Jiang a constaté que le remplacement du trèfle rouge par du soja peut contribuer à réduire jusqu’à 17 % l’azote dans les cours d’eau. Le soja peut également donner aux agriculteurs une deuxième culture commerciale, en plus des pommes de terre.
- Des chercheurs de Pêches et Océans Canada ont constaté que le remplacement du trèfle rouge par du soja dans la rotation a également réduit jusqu’à 8 % les concentrations dans les estuaires en aval de la rivière Dunk.
- La réduction de l’azote peut entraîner une diminution de 24 % de la biomasse moyenne de laitue de mer dans la partie supérieure de l’estuaire. La laitue de mer peut nuire aux animaux aquatiques lorsqu’elle se décompose et consomme de l’oxygène dissous, occasionnant ce qu’on appelle des événements anoxiques.
Galerie de photos
Le chercheur scientifique d’AAC M. Yefang Jiang (Ph. D.) prélève des échantillons dans l’un des nombreux cours d’eau situés près de champs agricoles sur l’Île-du-Prince-Édouard.
En utilisant le nouveau modèle SWAT, les chercheurs ont découvert que le remplacement du trèfle rouge par du soja dans la culture en rotation avec la pomme de terre peut réduire les concentrations d’azote dans les rivières, les cours d’eau et les estuaires.