5.1 Conclusions
Ce projet de doctorat avait comme objectif général de proposer des modèles reliant les caractéristiques pédologiques à la gestion des pratiques de fertilisation et de conservation des sols. Les données pédologiques étant de nature variée, diverses techniques d’analyses numériques (chimiométrie, pédométrie, morphométrie) ont permis d’effectuer ces relations objectivement sur des bases mathématiques et statistiques. L’analyse de données compositionnelles a également été appliquée afin d’éviter les biais associés aux propriétés intrinsèques de données contraintes à une somme constante.
Les résultats du deuxième chapitre ont montré que la capacité d’échange cationique déterminée par la méthode à l’acétate d’ammonium (pH 7.0) (CEC-NH4OAc), une méthode nécessitant une longue et coûteuse procédure de laboratoire avec l’utilisation de plusieurs extractifs chimiques, peut être estimée avec précision par spectroscopie infrarouge (IR). Lorsque prédite dans un intervalle de prédiction adéquat de ± 2.3 cmolc kg-1, la CEC-NH4OAc inférée par spectroscopie IR permet d’appuyer un modèle d’estimation du besoin en chaux (LR) nécessaire à la correction de l’acidité échangeable pour atteindre le pH désiré. Le modèle proposé est une solution alternative au pH tampon Shoemaker-McLean-Pratt (SMP), une méthode non respectueuse de l’environnement qui s’est montrée inadéquate pour mesurer LR des systèmes culturaux comme celui de la pomme de terre ou qui nécessitent de faibles LR (< 1.5 g CaCO3 kg-1).
L’agrégation est un indicateur important de la qualité physique des sols sensible aux pratiques culturales et relié à la structure, à la transmission de l’eau et des nutriments, aux habitats des micro-organismes et à la résistance à l’érosion. Le troisième chapitre a permis le développement de critères diagnostiques en utilisant la prairie comme système cultural de référence pour l‘interprétation des indices synthétiques de la distribution des agrégats stables à l’eau selon les propriétés primaires (texture, C organique) de la couche de sols de surface. Les indices courants basés sur le diamètre moyen (moyenne pondérée ou géométrique) des agrégats se sont montrés moins aptes au développement de seuils critiques comparativement aux indices fractal et compositionnel. La synthèse de données d’agrégation par des statistiques conventionnelles (moyenne) ne devrait pas être préconisée afin d’éviter les biais méthodologiques liés au traitement de données compositionnelles (Parent et al. 2012; Parent et al. en préparation [a]). Comparativement à l’état d’agrégation en système sous prairie, les cultures annuelles ont montré un effet négatif plus important sur la stabilité des agrégats en sols argileux, alors que les sols loameux et sableux se sont montrés plus susceptibles à la dégradation de la structure à de faibles teneurs en C organique. La culture de pomme de terre a un effet négatif sur la stabilité des agrégats, d’où l’importance de réduire la fréquence de cette culture dans les
avec le système cultural de référence sous prairie dépasse le seuil critique. Les critères diagnostiques développés dans cette thèse permettent d’appuyer, à l’aide des propriétés primaires du sol, la prise de décision quant à l’implantation de mesures correctives et de pratiques bénéfiques à qualité des sols comme le travail réduit, les apports de matière organique, la rotation des cultures et les cultures de couverture.
La réponse des cultures à la fertilisation est influencée par les conditions climatiques, les pratiques culturales et les caractéristiques pédologiques de la couche de surface et du sous-sol. Les résultats du quatrième chapitre ont montré que les techniques de pédométrie permettent le regroupement des séries de sols communément utilisées en culture de pomme de terre à partir des données morphologiques des profils modaux. Le gradient textural et les deux principaux processus pédogénétiques (podzolisation et gleyification), des attributs morphologiques principalement associés au régime hydrique des sols, ont été synthétisés en trois classes de sols représentatives des profils de sols cultivés en pomme de terre. L’appartenance floue (fuzzy membership) des séries de sols à chacune des classes a permis une expression structurée de l’information des profils de sols tout en réduisant la perte de détails liée au processus de généralisation de la classification. Avec l’ajout d’essais de fertilisation et l’amélioration des bases de données analytiques des séries de sols, cette classification pourra être raffinée en ajoutant d’autres caractéristiques comme les fractions sableuses et le contenu en fragments grossiers. Le degré de similarité entre les profils de sols et la classification numérique fournissent des bases quantitatives pour la corrélation des concepts de séries de sols provenant de différentes études pédologiques et facilitent l’intégration des descriptions de profils de sols aux modèles de réponse des cultures aux fertilisants.
5.2 Perspectives
À travers le monde, de nombreuses équipes de recherche travaillent au développement d’outils d’acquisition de données numériques de sols. Des techniques comme la spectroscopie infrarouge facilitent la caractérisation quantitative de la variabilité latérale et verticale des sols. Des efforts sont actuellement requis afin d’uniformiser les protocoles et d’implanter de grandes librairies spectrales nécessaires au développement de modèles robustes et applicables à de grands territoires caractérisés par une grande pédodiversité (Nocita et al. 2015). Le développement de ces techniques permettra d’appuyer les modèles de recommandation et d’interprétation de la qualité de sols, comme ceux présentés au deuxième et troisième chapitre, qui nécessitent la détermination de propriétés conventionnellement mesurées en laboratoire à coûts élevés et avec des délais possibles dans la prise de décision. Ces technologies sont également de nouvelles avenues pour intégrer des propriétés comme la composition minéralogique des sols (Mulder et al. 2013; Jones et McBratney 2015) aux modèles de réponse des cultures aux ajouts de fertilisants dans un siècle où diminuent les réserves en phosphore et en potassium facilement accessibles. De nouvelles techniques basées sur le traitement d’images provenant d’appareils mobiles (Aitkenhead et al. 2015) devraient également être
investiguées afin de supporter l’évaluation visuelle des sols et d’orienter les bonnes pratiques culturales qui sont à la base du maintien de la qualité des sols et de la pérennité des services écosystémiques rendus par les sols.
Les regroupements de séries de sols présentés au quatrième chapitre facilitent l’intégration des caractéristiques pédologiques du sous-sol à des modèles de réponse de la pomme de terre aux fertilisants (N, P, K) en interaction avec les conditions climatiques et les pratiques culturales (Parent et al. en préparation [b]). La connaissance des caractéristiques pédologiques permet d’ajuster les doses de fertilisants. Conséquemment, ces résultats témoignent de l’importance de la mise à jour de la couverture pédologique du Québec afin d’améliorer et de faciliter l’identification des classes de sols (séries et variantes de sols ou autres caractéristiques morphologiques du profil de sols) sur le territoire agricole. Désormais, des techniques de pédométrie permettent la décomposition de délimitations cartographiques à l’aide de variables auxiliaires (p. ex. variables dérivées du modèle numérique de terrain) afin de raffiner les couvertures pédologiques existantes (Odgers et al. 2014). Les techniques de pédométrie et de morphométrie numériques, appuyées par un travail continu sur le terrain, offrent le potentiel d’actualiser, de détailler et de personnaliser la classification et la cartographie des sols du Québec afin d’améliorer la communication des connaissances pédologiques et leur intégration dans une variété de domaines dont notamment la gestion des pratiques de fertilisation des cultures et de conservation des sols.
5.3 Références
Aitkenhead, M.J., Donnelly, D., Sutherland, L., Miller, D.G., Coull, M.C. et Black, H.I.J. 2015. Predicting Scottish topsoil organic matter content from colour and environmental factors. European Journal of Soil Science, 66: 112-120.
Jones, E. et McBratney, A.B. 2015. In-situ analysis of soil mineralogy through conjoint use of visible, near- infrared and X-ray fluorescence spectroscopy. Résumé de l’Inaugural Global Workshop on Digital Soil Morphometrics, 2 au 4 juin 2015, Madison, Wisconsin, USA.
Mulder, V.L., Plotze, M., de Bruin, S., Schaepman, M.E., Mavris, C., Kokaly, R.F. et Egli, M. 2013. Quantifying mineral abundances of complex mixtures by coupling spectral deconvolution of SWIR spectra (2.1–2.4um) and regression tree analysis. Geoderma, 207-208: 279-290.
Nocita, M., Stevens, A., van Wesemael, B., Aitkenhead, M., Bachmann, M., Barthès, B., Ben Dor, E., Brown, D.J., Clairotte, M., Csorba, A., Dardenne, P., Demattê, J.A.M., Genot, V., Guerrero, C., Knadel, M., Montanarella, L., Noon, C., Ramirez-Lopez, L., Robertson, J., Sakai, H., Soriano-Disla, J.M., Shepherd, K.D., Stenberg, B., Towett, E.K., Vargas, R., et Wetterlind, J. 2015. Soil spectroscopy: An alternative to wet chemistry for soil monitoring. Advances in Agronomy, 132: 139-159.
Odgers, N.P., Sun, W., McBratney, A.B., Minasny, B. et Clifford, D. 2014. Disaggregating and harmonising soil map units through resampled classification trees. Geoderma, 214: 91-100.
Parent, L.E., de Almeida, C.X., Hernandes, A., Egozcue, J.J., Gülser, C., Bolinder, M.A., Kätterer, T., Andrén, O., Parent, S.É., Anctil, F., Centurion, J.F. et Natale, W. 2012. Compositional analysis for an unbiased measure of soil aggregation. Geoderma, 179-180: 123-131.
Parent, S.E., Leblanc, M.A., Egozcue, J.J. et Parent, L.E. (a) A robust soil aggregation index as displacement from a balanced soil structure. Article en préparation pour Frontiers in Ecology and evolution.
Parent, S.E., Leblanc, M.A., Parent, A.C. et Parent, L.E. Multilevel mixed-effects modeling of potato (MEM- Potato) response to nitrogen fertilization. Article en préparation pour Precision Agriculture.