Transfer of nutrients in the soil profile as influenced by irrigation

EMMANUELLE CARON1, JEAN CARON1, SILVIO J. GUMIERE1, VIVIANE JUNEAU2 , VINCENT PELLETIER1 and CLAY VANDERLEEST 3 

1 Faculté des sciences de l’agriculture et de l’alimentation, Département des sols et génie agroalimentaire, 2480 Blvd. Hochelaga, Pavillon, Envirotron, Université Laval, Québec, Québec, G1V 0A62 current adress : Ministère du développement durable, environnement, faune et parcs3 University of WisconsinCorresponding author: emmanuelle.caron.1@ulaval.ca

Objectif:-Évaluer le risque de lessivage des fertilisants et la migration des sels minéraux dans le sol en fonction des règles d’irrigation -Evaluate the risk of fertilizer leaching and study the transport of mineral salts in function of irrigation thresholds.

Étude au Wisconsin2 traitements (sec entre -4 et -7,5 kPa et humide entre -2 et -6 kPa)8 blocs (3 blocs -2, 4 et 8- pour la salinité)

-4, -7,5

Potentiels matriciels pour l’irrigationAnnée Traitement Anticipés (2.5’’)

Anticipated

Appliqués (2.5’’)

Applied

Irrigation

Début/beginning

Irrigation

Fin/end

Irrigation

Début/beginning

Irrigation

Fin/end

2011 Humide -6 kPa -2 kPa -6.1 kPa -4.3 kPa

Sec -7.5 kPa -4 kPa -7.4 kPa -5.1 kPa

2012 Humide -6 kPa -2 kPa -6.3 kPa -3.6 kPa

Sec -7.5 kPa -4 kPa -7.7 kPa -4.1 kPa

Irrigation limitée à 3 heures (seuil de fin pas atteint) pour éviter croissance excessive, mais les valeurs de potentiels sont dans l’intervalle désiré.

Quantités d’eau

Année TraitementPluie/Rain Protection Irrigation Total

inches % inches % inches % inches

2011Humide 7.44 36 0.08 0 12.72 62 20.43

Sec 7.44 66 0.08 1 3.46 31 11.26

2012Humide 8.87 25 0.0 0 26.09 75 35.0

Sec 8.87 42 0.20 1 11.88 57 20.9

-Économies d’eau substantielles avec le traitement sec

Résultats 2011 au Wisconsin• Conductivité électrique

• Moins de lessivage dans traitement sec• + de minéraux dans zone racinaire

Conductivité électrique (µS cm-1)

Traitement humide/WET Traitement sec/DRY

2.5’’ 19’’ 2.5’’ 19’’

17-08-2011 104 302 361 258

25-08-2011 72 246 136 452

01-09-2011 54 141 81 246

Résultats 2012 Wisconsin (lysimètres à 2,5’’)

Traitement sec/dryTraitement humide/wetFertilisant

Évolution de la conductivité électrique (moy. 3 blocs)

++ |

CE

(1

03 d

S/m

)

ÉTUDE AU QUÉBEC

Bleu: régie actuelleRouge:-5.5 à -3,5 kPaJaune:-5 à -10 kPa

Site 2Site 1

Bleu:régie actuelleRouge: -4 à -7 kPaJaune:-4 à -8,5 kPa

Site 3

Bleu: régie actuelleRouge: -3 à -5,5 kPaJaune: -3 à -8 kPa

Essais au champ

• À chaque campagne, six profondeurs (litière, 0 à 5 cm, 5 à 10 cm, 10 à 20 cm, 20 à 30 cm, 30 à 40 cm)

Opération Site 1 Site 2 Site 31er échantillonnage 16 mai 24 mai 24 maiApplication traceurBr de K sur 1m2 (200

kg/ha)28 juin 29 juin 6 juillet

2ième échantillonnage 5 juillet 16 juillet -3ième échantillonnage 27 août 23 août 21 août4ième échantillonnage 12 septembre 10 septembre 16 septembre

Analyses

• Pour chaque site:(3 blocs X 3 traitements

par bloc X 6 profondeurs)

• 216 site 1, 216 site 2 et 162 site 3• 11 analytes

Ce (µS/cm) Site 1 Ce (µS/cm) Site 2

Ce (µS/cm) Site 3

-Site 1 et 2 semblables-Site 3 Ce remonte en profondeur (25 cm)-Pas d’impact marqué des traitements d’irrigation

Depth

Analyses des donnéesFonctions de transfert:•Une façon (mathématique ) de modéliser le mouvement des solutés (non-réactifs).•Divers types selon conditions du sol•Log-normal: débit régulier, pores relativement réguliers (pas d’argiles gonflantes) (Gasser, M.O., Caron, J., Laverdière, M.R. and Lagacé, R. 2002. Solute transport modeling under cultivated sandy soils and transient water regime. J. Environ. Qual. 31:1722-1730)

Exemple de fonction

Chaque échantillonnage, chaque parcelle de chaque traitement chez chaque producteur

Mo: masse résiduelle

µ: vitesse (speed)

σ:dispersion

fr(z,I)=M0 exp -[ln (Il/z)-µ]2 (1/L) √2πσz 2σ2

{ }

µ σ

Producteur Traitement Parcelle µ σ Mo RMSE Error

1 R 8 1,887 0,242 3,525 1,94x10-5 352.187

1 R 5 3,282 0,091 5,219 4,324x10-4 -66.318

1 R 2 3,303 0,278 7,617 6,53x10-4 -12.75353

1 J 8 4,132 0,243 1,627 1,679x10-5 4.6266

1 J 5 3,808 0,188 2,822 3,521x10-5 -30.137

1 J 2 3,407 0,189 4,985 1,813x10-4 11.404

1 B 8 3,782 0,245 6,659 1,049x10-3 -15.331

1 B 2 3,127 0,154 5,926 3x10-4 10.061

Résultats préliminaires seulement/Preliminary results only

Traitement des données• ANOVA (modèle linéaire simple) 2 producteurs

• Pas d’effet significatif du traitement (µ, σ,Mo)• No significant impact

Traitement Traitement Traitement

µ (

m/s

)

σ (

m2 /

s)

Mo

(µg)

Speed Dispersion Res. Ma.

Ce que cela veut dire

• Mets en lumière l’importance des particuliarités individuelles de chacun des sites et l’importance d’une bonne caractérisation des propriétés hydrologiques afin de prédire le comportement des solutés.

• Highlights the importance of unique site properties and the importance of characterizing hydrological properties in order to predict solute transport.

Travaux Futurs/Future Works

• Autres fonctions de transfert/Other transfer functions

• Autres analyses statistiques/Other statistics• Autres solutés/Other solutes !!!• Modélisation/Model• Gestion/Management

MERCI!Thank you!Questions ?

Étudiants d’été