Drainage and water table management are essential for crop production in humid regions. Water table management not only increases crop yield, but also reduces nitrate leaching to water bodies. This study investigated the water and nitrogen use efficiency of corn under two water management conditions and three nitrogen fertilizer levels. The sap flow heat balance method was used to measure the daily water uptake of corn, over an extended period of the growing season. The impacts of climate change on grain corn and biomass yield in eastern Canada under tile drained conditions was also evaluated over a 30 year future period (2040 to 2069). The study was conducted at a field scale in 2008 and 2009 at St. Emmanuel, Quebec. The two water management conditions were: conventional drainage (FD), and controlled drainage with subirrigation (CD-SI). The three nitrogen (N) fertilizer treatments (low, medium, and high N) were applied in a strip across three blocks. The seasonal water balance indicated that the plants in the CD-SI plots had more water than required in the wet periods, despite the system automation, while the FD plots exhibited deficit water conditions. Water could be saved in the wet periods by better regulating water supplied by subirrigation. However, in dry years, the CD-SI system increased yield. The grain corn water use efficiency (WUE) for FD plots was 2.49 and 2.46 kg m-3, in 2008 and 2009, respectively. In these years, the grain WUE for CD-SI plots was 2.43 and 2.26 kg m-3. Water management treatments demonstrated significant difference (p < 0.05) in grain yields in 2009, at low and high nitrogen levels. However, at the medium nitrogen level, water management demonstrated no significant effect (p > 0.05) on grain yields. The two water treatments had no effect on the above-ground dry biomass yields in both years. Mean nitrogen use efficiency (NUE) of grain corn and biomass varied from 27 to 99 kg kg-1. Highest NUE (99 kg kg-1) was observed under low N (~120 kg N ha-1) and lowest NUE (41 kg kg-1) occurred in the high N (~260 kg N ha-1). This might be due to higher nitrogen losses due to leaching, residual nitrogen in the soil, and more denitrification in high N plots. The rate of plant water uptake measured by the sap flow method, varied from 3.55 to 5.11 mm d-1 from silking to full dent stage of corn growth. These rates were consistent with ETc calculated by the FAO-56 Penman-Monteith method (3.70 to 5.93 mm d-1) for both years. Although, silking is considered as a critical stage for corn growth, water demand was highest at the milk stage (45.63 to 59.80 mm). Transpiration during this stage constituted 10 to12% of the total water requirement of the corn for the season. The silking to full dent stage accounted for approximately 40% of the total water requirement of the crop. The STICS (JavaStics v1.0) crop model was used to examine the impacts of climate change, under the B1 emissions scenario, on corn yield from 2040-2069. The model was calibrated using 2008 field measured data, and then validated using the 2009 data set. Corn grain yield was underestimated by 1.5 to 2.6 Mg ha-1 for the two years of measurement. Total dry biomass was also underestimated by 0.9 to 2.6 Mg ha-1. Simulations for the B1 emissions scenario using synthetic weather data was run under the same crop conditions as in 2008. Tukey's studentized range (HSD) test of corn grain yield indicated that yields at high and low N, and high and medium N were different at the 95% confidence level. Grain and biomass production from 2040-2069 under B1 emissions scenario responded differently (p < 0.05) for the three N treatments. However, the Mann–Kendall test showed neither increasing nor decreasing trend (MK-stat > - 1.96) at a 95% confidence level. / Le drainage et la gestion de la nappe phréatique des parcelles agricoles permet non seulement d'augmenter la production des récoltes, mais aussi de réduire les pertes de nitrates par lessivage, qui contribue à leurs transferts vers les étendues d'eau. Cette étude a examiné l'efficacité d'utilisation de l'eau et de l'azote du maïs grain sous deux conditions de gestion de l'eau et trois niveaux d'application d'azote. Les facteurs climatiques jouent un rôle important dans la production du maïs-grain. Les impacts des changements climatiques sur les projections de maïs-grain et de la production de biomasse en sol drainé ont aussi été évalués pour l'est du Canada pour une période futur de 30 ans (2040 à 2069). L'étude a été accomplie à l'échelle du champ en 2008 et en 2009 à Saint Emmanuel au Québec. Les deux scénarios de gestion de l'eau étaient (a) le drainage conventionnel (FD) et (b) le drainage contrôlé combiné à l'irrigation souterraine (CD-SI). Les trois traitements d'azote (N) (dose faible, moyenne et élevée) ont été appliqués en bande sur trois blocs. L'efficacité d'utilisation de l'eau du maïs (WUE) pour les blocs en FD était de 2.49 kg m-3 et 2.46 kg m-3 en 2008 et 2009 respectivement. Pour ces années, L'WUE du maïs-grain pour les blocs en CD-SI était de 2.43 kg m-3 et de 2.26 kg m-3. Les traitements relatifs à la gestion de l'eau ont permis d'améliorer la production de rendement du maïs-grain significativement (p <0.05) en 2009, que cela soit avec des doses d'azotes basses ou élevées. Cependant, pour des doses intermédiaires, la gestion de l'eau n'a démontré aucun effet significatif (p> 0.05) sur les productions de maïs-grain. Les deux traitements relatifs à la gestion de l'eau n'ont eu aucun effet sur la production de biomasse sèche au-dessus du sol pour les deux années. L'efficacité moyenne de l'utilisation de l'azote (NUE) du maïs grain et de sa biomasse variait de 27 kg kg-1 à 99 kg kg-1. La plus haute NUE (99 kg kg-1) a été observée pour une dose de N faible (~120 kg N ha-1). La plus basse NUE (41 kg kg-1) s'est produite pour une dose de N élevée (~260 kg N ha-1). La consommation des plantes en eau mesurée par la méthode d'écoulement de la sève, vari de 3.55 mm d-1 à 5.11 mm d-1 pour la période de l'apparition des soies jusqu'à la croissance complète du maïs-grain. Ces taux sont en accord avec l'ETc calculée (3.70 mm d-1 à 5.93 mm d-1) pour les deux ans. Bien que, le développement de la soie soit considéré comme le stade critique pour le maïs-grain, la demande en eau fut la plus élevée lors du stade laiteux du développement du maïs (45.63 mm à 59.80 mm). À ce stade, 10 à 12% des besoins totaux de la plante en eau pour la saison furent transpirés. Du stade de la soie jusqu'au développement complet de l'épi de maïs les besoins en eau de la plante ont représenté environ 40 % de son besoin total. Le modèle de récolte STICS (JavaStics v1.0) a été utilisé pour examiner les effets du changement climatique sur la production de maïs- grain, de 2040 à 2069 et sous le scénario d'émissions de gaz à effet de serre B1. Le modèle a d'abord été calibré en utilisant les données mesurées au champ en 2008 et, a ensuite été validé avec l'ensemble des données de 2009. La production de maïs-grain est sous-estimée de 1.5 Mg ha-1 à 2.6 Mg ha-1 pour les deux ans de mesure. La biomasse sèche totale est aussi sous-estimée de 0.9 Mg ha-1 à 2.6 Mg ha-1. Les simulations pour le scénario d'émissions B1 en utilisant des données météorologiques synthétiques font été utilisées dans les mêmes conditions de récolte que 2008. Les prédictions de la production de maïs-grain et de sa biomasse pour la période 2040-2069 sous le scénario d'émissions B1 sont différentes (p <0.05) selon les trois traitements de N. Cependant, l'épreuve de Mann-Kendall n'a montré aucune tendance à la hausse ou à la baisse (MK-stat> - 1.96) pour un niveau de confiance de 95%.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.116989 |
| Date | January 2013 |
| Creators | Singh, Ajay |
| Contributors | Chandra A Madramootoo (Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Department of Bioresource Engineering) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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