Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2007. / Titre de l'écran-titre (visionné le 5 mai 2008). Bibliogr.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2005. / Titre de l'écran-titre (visionné le 28 novembre 2005). Bibliogr.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2009. / Titre de l'écran-titre (visionné le 24 juillet 2009). Bibliogr.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2008. / Bibliogr.: f. 69-73. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

Il existe différents modèles de gestion de la pollution diffuse par le phosphore en agriculture. Le modèle d'indice de risque de perte du phosphore (IRP) estime les risques environnementaux associés aux pratiques culturales et aux conditions édaphiques pour un terrain donné. Des analyses de sensibilité de l'IRP ont été faites pour les conditions de Beauce-Appalaches au Québec. La zone d'étude est caractérisée par une superficie de 1 030 067 ha dont 173 941 ha sont en culture, principalement en fourrage et pâturage. La précipitation moyenne annuelle atteint 1236,5 mm et la température moyenne annuelle est de 3,85 [degré]C. La zone d'étude présente essentiellement des sols de type loam, loam-limoneux, loam-argileux et loam-limono-argileux. Les coefficients de régression linéaires multiples ont servi d'indice de sensibilité pour évaluer l'influence des différentes composantes, variables intermédiaires et variables de base sur les valeurs de l'IRP. Les analyses de sensibilité présentées dans cette recherche sont basées sur la technique de Monte Carlo qui utilise les densités de probabilité et les fréquences relatives des variables d'entrée du modèle pour estimer leur influence sur les valeurs de sortie. Pour la zone d'étude, 81% de la variabilité de l'IRP est attribuée au sous-indice de source du phosphore et 17% au sous-indice de transport du phosphore. Ce sont les composantes PORGAN (doses d'engrais organiques phosphorés moins les besoins en phosphore des cultures), DRAIN (distance séparatrice des drains souterrains) et PTOTAL (doses d'engrais organiques et minéraux phosphorés moins les besoins en phosphore des cultures) qui influencent le plus la valeur de l'IRP. Une analyse de sensibilité sur les variables de base montre que le prélèvement de phosphore par la culture, la distance entre les drains et la quantité de phosphore sous forme organique appliquée au sol influencent le plus les valeurs de l'IRP.

Un approvisionnement stable en fourrage est important pour la pérennité des fermes laitières dans l'Est du Canada. En plus de l'azote, la croissance optimale des cultures fourragères nécessite un apport adéquat en potassium (K) et en phosphore (P), dont la disponibilité pourrait être influencée par les pratiques culturales. L'objectif principal de cette thèse était d'évaluer la stabilité des rendements fourragers sous des pratiques culturales contrastées, mais également de comprendre comment ces pratiques influent sur la dynamique du K et du P dans un sol argileux de l'Est canadien. Un dispositif de longue durée a été initié en 1989 dans la région du Saguenay Lac St-Jean. Il s'agissait d'une rotation fixe orge-fourrage-fourrage établie sur un Gleysol humique sous labour conventionnel (MP) ou chisel (CP) et recevant une fertilisation minérale (MIN) ou organique (fumier liquide de bovins laitiers, LDM). Nous avons identifié que les rendements étaient plus stables cycliquement (par cycle de trois ans) qu'annuellement. L'indice de stabilité du rendement a été réduit d'un facteur de 1.86 ± 0.57 pour les grains, de 1.87 ± 0.24 pour les pailles et de 2.00 ± 0.25 pour les fourrages en utilisant l'évaluation cyclique. Le LDM a permis d'obtenir des rendements en fourrage et en paille plus élevés que MIN. Cependant, le travail du sol n'a pas influencé les rendements. Le bilan cumulé de K était en moyenne de −579 kg K ha⁻¹ cycle⁻¹ avec MIN et +69 kg K ha⁻¹cycle⁻¹ avec LDM. L'accumulation de K échangeable dans les couches supérieures du sol était plus élevée avec LDM qu'avec MIN. Toutefois aucune relation significative entre le bilan cumulé de K et le K échangeable n'a été observée à travers les cycles. Les fractions de K échangeable et non échangeable entre 2001 et 2016 ont augmenté avec MIN malgré un bilan K déficitaire, mettant en évidence l'équilibre dynamique entre les formes de K du sol. Pour le P, le bilan cyclique cumulé variait de –20 à +150 kg P ha⁻¹ avec LDM, et de –33 à +3 kg P ha⁻¹ avec MIN, alors que des réserves plus élevées de P Mehlich-3 ont été mesurées dans la couche arable (0–15 cm) avec MIN qu'avec LDM. Une relation négative entre le bilan cumulé de P et le P Mehlich-3 a été observée soulignant la complexité des mécanismes contrôlant la disponibilité du P dans le sol. L'analyse de la couche 0–15 cm avait montré un P total plus faible sous LDM par rapport à MIN pour deux dates (2001 et 2016), et une diminution de P organique entre 12 et 27 ans sous LDM probablement due à une minéralisation ou à une perte de P organique. Les résultats obtenus avaient également montré que le travail du sol a eu un effet significatif sur la répartition de K et de P dans le sol. En raison de la différence de profondeur de labour entre CP (15 cm) et MP (20 cm), le CP avait conduit à une plus grande accumulation de K et de P dans la couche 0−15 cm, tandis que l'inverse a été constatée dans la couche 15−30 cm. Les résultats semblaient également indiquer qu'un prélèvement de K et de P par les plantes a eu lieu dans la profondeur 15−30 cm. Dans l'ensemble, cette étude a permis de démontrer que la stabilité cyclique des rendements ouvrait une nouvelle perspective de gestion des terres et de stockage des foins et de souligner la forte capacité tampon en K et en P des sols à texture fine. Avec un suivi régulier des cultures, et du statut potassique et phosphaté du sol, le CP et le LDM pourraient assurer la durabilité des systèmes fourragers dans l'Est du Canada. Toutefois, l'approche reliant les bilans de K et de P à leurs formes disponibles pour soutenir le concept d'accumulation et de maintien de la fertilité du sol s'est révélée peu fiable dans ce sol argileux. Enfin, nous recommandons de revisiter localement la stratégie de fertilisation des systèmes fourragers composés de légumineuses et de graminées établis sur un Gleysol humique afin d'inclure la teneur en K non échangeable dans la recommandation en K et la teneur en argile du sol dans la recommandation en P. / A stable supply of forages is important to ensure sustainability of the dairy farms in Eastern Canada. In addition to nitrogen, optimal forage growth requires an adequate supply of potassium (K) and phosphorus (P), whose availability could be influenced by agricultural practices. The main objective of this thesis was to assess forage yields stability under contrasting management practices, but also to understand how these practices influence K and P dynamics in clayey soils of Eastern Canada. We used along-term experiment established in 1989 in the region of Saguenay Lac St-Jean. This was a fixed barley-forage-forage rotation established on a humic Gleysol under moldboard plow (MP) or chisel (CP) plowing and supplied by mineral (MIN) or organic (liquid dairy manure, LDM) fertilizers. We found that crop yields were more stable cyclically (per three-year cycle) than annually. Yield stability index was reduced by factor of 1.86 ± 0.57 for grains, 1.87 ± 0.24 for straw and 2.00 ± 0.25 for forage using cyclic assessment. The LDM returned higher forage and straw yields than MIN. However, yields were not influenced by the tillage practice. Cumulative K budget averaged −579 kg K ha⁻¹ cycle⁻¹ with MIN and +69 kg K ha⁻¹ cycle⁻¹ with LDM. Exchangeable K accumulation in upper soil layers was higher with LDM than MIN. Nevertheless, no significant relationship between cumulative K budget and exchangeable K was observed across cycles. Exchangeable and non-exchangeable K fractions between 2001 and 2016 increased under MIN (deficit K budget), underlying the dynamic equilibrium between soil K forms. For P, cumulative cyclic budget varied from –20 to +150 kg P ha⁻¹ with LDM, and –33 to +3 kg P ha⁻¹ with MIN, while higher reserves of Mehlich-3 P were measured in topsoil (0–15 cm) with MIN than LDM. The negative relationship between cumulative P budget and Mehlich-3 P highlighted the complex mechanisms controlling soil P availability. Soil analysis in 0–15 cm layer showed lower total P with LDM than MIN for two dates (2001 and 2016), and a decline of organic P between 12 and 27 years under LDM probably due to organic P mineralization or loss. Tillage practices had significant effect on soil K and P distribution. Due to the difference in plowing depth between CP (15 cm) and MP (20 cm), the CP led to greater K and P accumulation than MP in the 0−15 cm layer, while the reverse was observed in 15−30 cm layer. The results also indicated that K and P uptakes by plants occurred in the 15−30 cm depth. Overall, this study showed that cyclic yield stability opened up a new perspective for land allocation and forage storage, and underlined the high buffer capacity in K and P of fine-textured soils. With regular monitoring of crops, and soil K and P status, CP and LDM could ensure the sustainability off orage production systems in Eastern Canada. However, the approach relating K and P budget to their available forms to support soil fertility buildup and maintenance appeared to be wrong in this clayey soil. Finally, we suggest to revisit local fertilization strategy of forage legume and grass mixtures in rotation with cereal established on a humic Gleysol in order to include non-exchangeable K content in K fertilizer recommendation and soil clay content in P fertilizer recommendation.

L'amélioration de notre compréhension des mécanismes et processus qui affectent le cycle du phosphore (P) dans les sols de grandes cultures est un préalable au développement de meilleures pratiques de sa gestion. L'objectif général de l'étude a été de déterminer l'effet des pratiques agricoles (travail du sol, fertilisation phosphatée, systèmes de cultures) sur la dynamique du P, particulièrement le P disponible aux plantes, dans les sols de grandes cultures. Nous avons aussi déterminé l'effet des cycles de gel et de dégel sur la disponibilité du P de la couche superficielle du sol, et la distribution du P dans les agrégats dans le semis direct et le labour conventionnel. Deux sites de longue durée, Canadien et Français, ont été utilisés. Le site Canadien est une rotation maïs - soja dans laquelle les facteurs de variation ont été le travail du sol (semis direct, labour conventionnel), les cycles de gel et de dégel et la fertilisation phosphatée. Le site Français est une monoculture de maïs où on a fait varier la fertilisation phosphatée. Dans les deux types de travail du sol, le P du sol disponible aux plantes sous une rotation biannuelle maïs - soja diminue avec le temps pour se stabiliser autour de 30 et 25 mg P kg⁻¹ avec le traitement 0 P dans le semis direct et le labour conventionnel, respectivement. Dans la monoculture de maïs, il y a une relation linéaire stable quelque soit la durée d'expérimentation entre le statut de P et le bilan cumulé. L'évaluation mécaniste et quantitative de la disponibilité du P du sol aux plantes permet de modéliser les variations du statut de P du sol pour les régimes de fertilisation équilibrés. Cette étude a montré que l'augmentation des cycles de gel et de dégel entraîne des niveaux élevés de P extrait à l'eau et la solution Mehlich-3 dans le semis direct amendé de résidus de culture comparé au labour conventionnel. Lorsque le sol est séparé en agrégats stables à l'eau, la teneur en P extrait à l'eau des agrégats sous le semis direct augmente dans l'ordre particule-(limon + argile) < micro- < meso- < macro-agrégats; sous le labour conventionnel, on observe une distribution aléatoire du P extrait à l'eau entre les agrégats stables à l'eau.

Les apports de phosphore (P) au sol proviennent des résidus végétaux et des engrais organiques et minéraux utilisés en agriculture. Les pertes de P par ruissellement et lessivage vers les eaux de surface peuvent entraîner l'eutrophisation des plans d'eau. La concentration de P total dans certaines rivières du Québec est de deux à six fois plus élevée que le seuil d'eutrophisation fixé à 0,030 mg P total par litre. Il est donc important de comprendre le processus de transformation du P dans les sols et l'implication de chacune des fractions dans l'équilibre biogéochimique afin de les relier au risque environnemental. Les fractions de P labile fournissent le P disponible pour la croissance des plantes mais contribuent au risque environnemental, d'où l'importance de dresser le patron de distribution de ces fractions. Cependant, il n'y a pas de valeur critique pour ces fractions pour les sols de texture grossière voués à la culture de la pomme de terre et de canneberges. L'objectif principal de ce projet est de déterminer les valeurs critiques d'accumulation des fractions labiles du P dans les sols minéraux de texture grossière. Pour ce faire, quarante sols ont été sélectionnés dans les classes texturales grossières, soit les sables, les sables loameux et les loam sableux. Les échantillons ont été caractérisés par les analyses suivantes : Mehlich-3, pyrophosphate de sodium, oxalate acide d'ammonium et Sissingh. . Les valeurs de (P/Al)M3 varient entre 0,8 et 28,4 %, celles de DSPox varient entre 5,1 et 35,7 % et les valeurs de P à l'eau varient entre 0,0 et 11,6 mg L-1. Des relations significatives ont été obtenues entre le Peau et le (P/Al)M3 (R2 = 0,79; P< 0,001) et entre le (P/Al)M3 et le DSPox (r2 = 0,88; P< 0,001). Le fractionnement a été effectué selon la méthode de Hedley et al. (1982a), soit les fractions extraites à la résine, au NaHCO3 et au NaOH. La répartition du P dans chaque sol fut reliée au risque environnemental ((P/Al)M3, P à l'eau et DSPox). Les données ont été traitées par analyse compositionnelle des fractions labiles de P et complétées par la méthode de la distance simplicielle dont les valeurs ont été reliées au risque environnemental. Les valeurs critiques obtenues varient de 14,9 % à 16,0% (r2 = 0,39; P< 0,01 à 0,71; P< 0,001) selon le modèle utilisé. Cette relation montre que le seuil environnemental (P/Al)M3 de 0,15 établi antérieurement sépare une tendance linéaire d'un plateau dans le patron de distribution des formes labiles de P dans les sols à l'étude.

La pollution des cours d'eau par le phosphore (P) d'origine agricole représente l'une des plus grandes menaces pour la qualité de l'eau dans les pays développés. Une partie de la solution à ce problème réside dans le compostage qui favorise la réutilisation bénéfique des déchets organiques à la fois comme amendement du sol et comme agent fertilisant. Cependant, les apports de compost pourraient aussi induire des pertes de P. Pour une utilisation durable des composts en agriculture, il faut minimiser les risques de pertes de P lors de leur application. L'objectif principal de la présente étude était d'effectuer une caractérisation de divers composts et de leurs formes de P, et d'évaluer la disponibilité du P lors d'un essai d'incubation. Seize composts de natures diverses (composts de fumier d'animaux, de sous-produits de transformation de fruits de mer, pommes de terre, biosolides municipaux, résidus forestiers) et huit sols ont été analysés pour déterminer leurs principales caractéristiques chimiques et les différentes formes de P présentes grâce à une méthode d'extraction séquentielle. Sept composts et trois sols ont ensuite été sélectionnés pour réaliser un essai d'incubation afin d'évaluer l'influence des propriétés du sol sur les formes et la disponibilité du P des composts. La première partie de l'étude a révélé que les caractéristiques chimiques de même que les formes du P étaient variables dans les différents composts. Les résultats de l'extraction séquentielle appliquée aux mélanges sol-compost ont par ailleurs indiqué que le P inorganique était une fraction dominante par rapport au P organique. De plus, la forme de P extraite en plus grande quantité dans les mélanges sol-compost était la fraction modérément labile soulignant l'importance du type du compost dans la gestion du P. Le comportement du P provenant de divers composts appliqués au sol lors d'un essai d'incubation a permis d'évaluer la biodisponibilité du P des composts, un aspect jusqu'à présent peu documenté. La diversité des composts et des sols canadiens utilisés constituait un aspect innovateur de cette étude.

Les biosolides et les cendres de combustion de boues (CCB) constituent des sources importantes d’éléments nutritifs (particulièrement l’azote et/ou le phosphore). Bien que plusieurs auteurs aient étudié la disponibilité de ces éléments dans les biosolides, ces études se sont concentrées sur des produits spécifiques et réalisées dans des conditions expérimentales différentes, générant des résultats très diversifiés. Ainsi, il n’existe actuellement aucun modèle de prédiction de la disponibilité de ces éléments pour les cultures. Concernant les CCB, elles ont été largement caractérisées chimiquement au cours des dernières années, mais il existe très peu d'études sur la réponse des cultures à cette source de phosphore. Cette étude fournit des modèles de prédiction de la disponibilité de l’azote et du phosphore dans ces produits afin d’améliorer l'efficacité de leur recyclage agricole et éviter les risques environnementaux. Deux modèles d’évaluation et de classification de la biodisponibilité de l’azote et du phosphore dans les biosolides ont été élaborés à partir des données de la littérature scientifique nationale et internationale. Le potentiel fertilisant de 12 CCB provenant de monoincinérateurs situés au Canada et aux États-Unis a été également testé dans une expérimentation réalisée en serre en utilisant deux types de sol. Ensuite, la modélisation par la méthode de forêt aléatoire a été utilisée pour déterminer un indicateur de prédiction de la disponibilité du P dans les CCB. En fonction du rapport C/N, la disponibilité de l’azote dans les matières résiduelles fertilisantes a été classée en deux grands systèmes : un minéralisateur et un immobilisateur, pour un total de six sous-systèmes: i) forte minéralisation : coefficient d’efficacité relative de l’azote (CERN) de +66% et C/N≤5, ii) minéralisation moyenne : CERN de +33% et 5<C/N≤16, iii) faible minéralisation : CERN de +9% et 16<C/N≤38, iv) faible immobilisation : CERN de -9% et 38<C/N≤90, v) immobilisation moyenne : CERN de -27% et 90<C/N≤140, vi) forte immobilisation : CERN de -55% et C/N>140. En fonction de la concentration molaire total en aluminium et en fer, la disponibilité du phosphore dans les biosolides a été divisée en 4 classes de disponibilité: i) très élevée (230-400 mmol kg-1), ii) élevée (401-1100 mmol kg-1), iii) moyenne (1101-2800 mmol kg-1) et iv) faible (2801-5132 mmol kg-1). Suite à l'application des CCB, l'augmentation de la biomasse aérienne du ray-grass par rapport au témoin varie de 4-29% et de 15-59% dans les sols argileux et loam sableux, respectivement. Cette augmentation est en moyenne 40% inférieure à celle du triple super phosphate (TSP) pour les deux types de sols. Les plus grandes augmentations de biomasse ont été obtenues pour les CCB ayant un pourcentage de solubilité du P (PSP) ≥ 54%. Un comportement similaire a été observé pour le prélèvement du P par la plante avec des augmentations maximales de 26% et de 165% pour le sol argileux et loam sableux, respectivement. Suite à l'application des CCB, l’augmentation de la biomasse et du prélèvement en P est supérieure à celle du phosphate naturel (PN) dans le sol argileux, mais similaire dans le sol loam sableux. La modélisation par la méthode de forêt aléatoire montre que l’extraction à l’oxalate est un indicateur pratique de prédiction de la disponibilité du phosphore des CCB et que l’aluminium est le facteur influençant le plus cette disponibilité. / Biosolids and sludges incinerated ashes (SIA) are valuables sources of nutrients (N, P) and organics matter. During the last decades, a considerable amount of research has been done on biosolids nutrients availability after their application onto agricultural land. But these studies are focused on specific products and performed under different experimental conditions, generating very different results. Therefore, so far, no model has been proposed to predict nitrogen and phosphorus plant availability for biosolids land application. Although the chemical characterization of SIA has been widely examined, there are only a few studies regarding crop responses to this source of P. This study has generated prediction models to evaluate nitrogen and phosphorus plant availability in these products in order to improve their agricultural recycling and avoid environmental risks of pollution. Data were collected from national and international literature in order to design two models to assess and classify nitrogen and phosphorus availability in SIA. Twelve SIA from mono-incinerators located in Canada and the USA were tested for their fertilizing potential in a greenhouse experiment. Then, random forest modeling was used to find out an indicator of prediction of SIA phosphorus availability. Depending on the C/N ratio of non-composted by-products, six categories were defined. i) high mineralization: +66 % relative N effectiveness (RNE) and 5 ≤ C/N, ii) moderate mineralization: +33 % RNE and 5 < C/N ≤ 16, iii) low mineralization: +9 % RNE and 16 < C/N ≤ 38, iv) low immobilization: −9% RNE and 38 < C/N ≤ 90, v) moderate immobilization: −27 % RNE and 90 < C/N ≤ 140, and vi) high immobilization: −55 % RNE and C/N > 140. According to the total molar concentration of Al and Fe in biosolids, phosphorus availability were divided into 4 classes: i) very high (230-400 mmol kg-1), ii) high (401-1100 mmol kg-1), iii) medium (1101-2800 mmol kg-1), and, iv), and low (2801-5132 mmol kg-1). The biomass increases following an SIA application were as high as 29 % and 59 % more than the control for the sandy loam and clayey soil, respectively, but 40% less than for the triple super phosphate (TSP), for both soils. The ray-grass biomass and P uptake increases due to SIA applications were larger than those of rock phosphate (RP) application in the clayey soil, but similar to those in the sandy loam soil. A similar behavior was observed for P uptake, with a maximum increase of 26 % for the clayey soil, and 165 % for the sandy loam soil. The SIA with a PSP of ≥ 54% significantly increased soil available P stocks and saturation. The random forest modeling shows that oxalate extraction is a practical indicator of prediction of SIA phosphorus availability. Also, this modeling shows that SIA Al content is the most influent factor of this availability.