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Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec une combinaison d’engrais vert et d’engrais minéral ou organique Mémoire Mathieu Vaillancourt Maîtrise en biologie végétale Maître ès sciences (M. Sc.) Québec, Canada © Mathieu Vaillancourt, 2016

Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

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Page 1: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé

avec une combinaison d’engrais vert et d’engrais

minéral ou organique

Mémoire

Mathieu Vaillancourt

Maîtrise en biologie végétale

Maître ès sciences (M. Sc.)

Québec, Canada

© Mathieu Vaillancourt, 2016

Page 2: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé

avec une combinaison d’engrais vert et d’engrais

minéral ou organique

Mémoire

Mathieu Vaillancourt

Sous la direction de :

Anne Vanasse, directrice de recherche

Martin Chantigny, codirecteur de recherche

Page 3: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

iii

Résumé

Le canola (Brassica napus L.) est une culture avec des besoins élevés en azote. Les engrais

verts de légumineuses sont une alternative moins polluante aux engrais azotés. L’objectif

du projet était de déterminer l’effet d’un engrais vert intercalaire de trèfles rouge (Trifolium

pratense L.) et blanc (Trifolium repens L.) sur le prélèvement en azote et le rendement

d’une culture subséquente de canola, et comparer la réponse du canola à une fertilisation

complémentaire minérale ou organique. Une expérience a été répétée deux fois (2013-2014,

2014-2015) à deux sites, selon un plan factoriel en tiroir, soit précédent cultural en parcelles

principales (orge seul ou orge avec intercalaire de trèfles) et type de fertilisation (minérale

(27-0-0) ou organique (lisier de porc)) et niveau d’azote disponible (0, 50, 100 ou 150 kg N

ha-1) en sous-parcelles. À l’enfouissement, l’engrais vert a apporté entre 28,3 et 150,5 kg N

ha-1. Aucune interaction n’a été observée entre l’engrais vert et le type de fertilisation.

L’engrais vert n’a pas eu d’impact significatif sur le prélèvement en azote du canola, mais a

augmenté le rendement pour un équivalent en azote minéral de 21,8 à 81,8 kg ha-1. Dans les

parcelles non fertilisées, les rendements ont augmenté de 6 à 42 %, l’effet s’estompant avec

des doses d’azote croissantes. Le prélèvement en azote et le rendement étaient moins élevés

avec le lisier qu’en fertilisation minérale, probablement en raison de pertes

environnementales suivant l’application. Aucun maximum de rendement n’a été obtenu

avec les doses croissantes de lisier, alors que des rendements maximaux ont été obtenus

entre 120 et 150 kg N ha-1 avec l’engrais minéral. En conclusion, l’engrais vert de trèfles a

amélioré les rendements du canola, et la fertilisation minérale a entraîné de meilleurs

rendements que le lisier, dont l’efficacité pourrait être améliorée par une meilleure gestion.

Page 4: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

iv

Abstract

Canola (Brassica napus L.) is a crop with high nitrogen needs. Legume cover crops can

serve as an organic nitrogen source and increase subsequent crop yield. The objective of

this study was to measure the impact of a red (Trifolium pratense L.) and white clover

(Trifolium repens L.) cover crop on canola nitrogen uptake and yield, and to compare

canola response to mineral and organic fertilizers as supplemental nitrogen sources. A field

experiment was repeated twice (2013-2014, 2014-2015) at two sites, in a factorial split-plot

design with preceding crop (barley only or barley intercropped with clover) as main plots,

and fertilizer type (mineral (27-0-0) or organic (pig slurry)) and nitrogen rates (0, 50, 100,

and 150 kg N ha-1) as sub-plots. At fall termination of cover crops, the clover provided 28.3

to 150.5 kg N ha-1. No interaction was observed between cover crop and fertilizer type.

Cover crops did not increase canola N uptake, but increased canola yields with a mineral

fertilizer replacement value of 21.8 to 81.8 kg ha-1. In unfertilized plots, cover crops

increased yields from 6 to 42%, the gain decreasing as nitrogen application rate increased.

Canola nitrogen uptake and yield were lower with pig slurry, compared to mineral

fertilizer, possibly because nutrient losses occurred after slurry application. Moreover, crop

yield did not reach a maximum value with increasing pig slurry rate, whereas a maximum

yield was reached at 120 to 150 kg N ha-1 with the mineral fertilizer. In conclusion, the

clover cover crop improved canola yields and mineral fertilization resulted in higher canola

yields compared to the organic fertilizer, whose efficiency could be improved through

better management.

Page 5: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

v

Table des matières

Résumé .................................................................................................................................. iii

Abstract .................................................................................................................................. iv

Table des matières .................................................................................................................. v

Liste des tableaux ................................................................................................................. vii

Liste des figures ..................................................................................................................... ix

Remerciements ....................................................................................................................... x

Avant-propos ........................................................................................................................ xii

1. Introduction ........................................................................................................................ 1

2. Revue de littérature ............................................................................................................. 3

2.1 Culture du canola .......................................................................................................... 3

2.1.1 Nutrition azotée du canola ......................................................................................... 3

2.1.2 Cycle de l’azote en agriculture .................................................................................. 6

2.1.3 Fertilisation organique et minérale du canola.......................................................... 10

2.2 Engrais verts ............................................................................................................... 13

2.2.1 Engrais verts de légumineuses ................................................................................. 15

2.2.2 Dynamique de décomposition des engrais verts...................................................... 16

2.2.3 Évaluation de la contribution azotée des engrais verts ............................................ 19

2.2.4 Contribution azotée des engrais verts de trèfle ........................................................ 22

2.2.5 Contribution des engrais verts aux rendements de la culture subséquente.............. 25

2.2.6 Contribution des engrais verts au canola ................................................................. 27

3. Hypothèses et objectifs ..................................................................................................... 29

4. Impact d’un engrais vert de trèfle et d’une fertilisation minérale ou organique sur le

prélèvement en azote et le rendement du canola .................................................................. 30

Résumé ............................................................................................................................. 30

Impact of a Clover Cover Crop Combined With Organic or Mineral Fertilizer on Yield and

Nitrogen Uptake of Canola ................................................................................................... 31

Abstract ............................................................................................................................. 31

Introduction ...................................................................................................................... 32

Materials and Methods ..................................................................................................... 34

Description of Sites and Experimental Treatments ...................................................... 34

Slurry, Plant, and Soil Sampling and Analyses ............................................................ 36

Page 6: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

vi

Statistical Analyses ....................................................................................................... 38

Results and Discussion ..................................................................................................... 39

Weather Data ................................................................................................................ 39

Cover Crop Yield and Nitrogen Content ...................................................................... 39

Effect of Cover Crops on Canola ................................................................................. 39

Effect of Fertilizer Type on Canola Yield and Nitrogen content ................................. 40

Soil Mineral Nitrogen Dynamics ................................................................................. 43

Cover Crop Fertilizer Replacement Value ................................................................... 43

Conclusion ........................................................................................................................ 44

Acknowledgements .......................................................................................................... 45

References ........................................................................................................................ 46

Tables and Figures ............................................................................................................ 51

5. Discussion générale .......................................................................................................... 62

5.1 Caractéristiques et biomasse de l’engrais vert ............................................................ 62

5.2 Effet de l’engrais vert sur le canola ............................................................................ 63

5.3 Effet du type de fertilisation sur le canola .................................................................. 64

5.4 Azote minéral du sol ................................................................................................... 68

5.5 Équivalent en azote minéral du trèfle ......................................................................... 68

6. Conclusion générale ......................................................................................................... 70

Bibliographie ........................................................................................................................ 71

Annexes complémentaires .................................................................................................... 80

Page 7: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

vii

Liste des tableaux

Tableau 1. Caractéristiques et équivalent en azote minéral du trèfle comme engrais vert

intercalaire. ........................................................................................................................... 24

Table 2. Selected 0-20 cm soil characteristics for the two trials (2013-2014, 2014-2015) at

Saint-Augustin-de-Desmaures (SA) and Normandin (NO) in Québec, Canada. ................. 51

Table 3. Selected characteristics of pig slurry applied in spring 2014 and 2015 at Saint-

Augustin-de-Desmaures (SA) and Normandin (NO). .......................................................... 51

Table 4. Above-ground biomass, N content, and C:N ratio of the clover cover crop

measured at termination in fall 2013 and 2014 at Saint-Augustin-de-Desmaures (SA) and

Normandin (NO). ................................................................................................................. 51

Table 5. Treatment means and P-values for the effect of preceding crop (PREC), fertilizer

type (TYPE), and N rate (RATE) on total above-ground N content in canola at the 20%

bloom stage at Saint-Augustin-de-Desmaures (SA) and Normandin (NO). Means are

averaged over the two years. ................................................................................................ 52

Table 6. Summary of analysis of variance for the effect of preceding crop (PREC),

fertilizer type (TYPE), and N rate (RATE) on canola grain yield at Saint-Augustin-de-

Desmaures (SA) and Normandin (NO) ................................................................................ 53

Tableau A1. Valeurs de P pour les effets du précédent cultural (PREC), du type de

fertilisation azotée (TYPE), du niveau de fertilisation (RATE) et de l’interaction des

facteurs sur le diamètre moyen pondéré des agrégats à Saint-Augustin-de-Desmaures pour

les années 2013-2014 et 2014-2015. .................................................................................... 80

Tableau A2. Effets simples ou en interaction des traitements sur le diamètre moyen

pondéré des agrégats à Saint-Augustin-de-Desmaures pour les années 2013-2014 et 2014-

2015. ..................................................................................................................................... 81

Tableau A3. Valeurs de P pour les effets du précédent cultural (PREC), du type de

fertilisation azotée (TYPE), du niveau de fertilisation (RATE) et de l’interaction des

facteurs sur le diamètre moyen pondéré des agrégats à Normandin pour les années 2013-

2014 et 2014-2015. ............................................................................................................... 82

Tableau A4. Effets simples ou en interaction des traitements sur le diamètre moyen

pondéré des agrégats à Normandin pour les années 2013-2014 et 2014-2015. ................... 83

Tableau A5. Valeurs de P pour les effets du précédent cultural (PREC), du type de

fertilisation azotée (TYPE), du niveau de fertilisation (RATE) et de l’interaction des

facteurs sur le carbone de la biomasse microbienne du sol à Saint-Augustin-de-Desmaures

pour les années 2013-2014 et 2014-2015. ............................................................................ 84

Page 8: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

viii

Tableau A6. Effets du précédent cultural (PREC), du type de fertilisation azotée (TYPE),

du niveau de fertilisation (RATE) et de l’interaction des facteurs sur le carbone de la

biomasse microbienne du sol à Saint-Augustin-de-Desmaures pour les années 2013-2014 et

2014-2015. ............................................................................................................................ 85

Tableau A7. Valeurs de P pour les effets du précédent cultural (PREC), du type de

fertilisation azotée (TYPE), du niveau de fertilisation (RATE) et de l’interaction des

facteurs sur la biomasse microbienne du sol à Normandin pour les années 2013-2014 et

2014-2015. ............................................................................................................................ 86

Tableau A8. Effets du précédent cultural (PREC), du type de fertilisation azotée (TYPE),

du niveau de fertilisation (RATE) et de l’interaction des facteurs sur la biomasse

microbienne du sol à Normandin pour les années 2013-2014 et 2014-2015. ...................... 87

Page 9: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

ix

Liste des figures

Fig. 1 Le cycle de l’azote simplifié (adapté de Bloom 2010). ............................................... 7

Fig. 2 Average air temperature and monthly precipitation for the experimental period at

Normandin (NO) and Saint-Augustin-de-Desmaures (SA). The dotted curve represents 30-y

average temperatures. Data obtained from the Environment Canada weather stations

located at Roberval, located approximately 50 km from the Normandin site and at Jean

Lesage Airport, located approximately 10 km from the Saint-Augustin-de-Desmaures site.

.............................................................................................................................................. 54

Fig. 3 Canola grain yield response to N fertilizer, with or without preceding cover crop.

Yield was measured at harvest in fall 2014 and 2015 at Saint-Augustin-de-Desmaures (SA)

and Normandin (NO). ........................................................................................................... 55

Fig. 4 Canola grain yield response to mineral or organic N fertilization. Yield was

measured at harvest in fall 2014 and 2015 at Saint-Augustin-de-Desmaures (SA) and

Normandin (NO). ................................................................................................................. 56

Fig. 5 Temporal dynamics of soil mineral N content on the canola year, as influenced by

preceding crop and fertilizer type for the different N fertilizer rates (0 kg N ha-1; 50 kg N

ha-1; 100 kg N ha-1; 150 kg N ha-1); results for the 2014 growing season at Saint-Augustin-

de-Desmaures (SA). Standard errors for each date are presented on the fourth graph. ....... 57

Fig. 6 Temporal dynamics of soil mineral N content on the canola year, as influenced by

preceding crop and fertilizer type for the different N fertilizer rates (0 kg N ha-1; 50 kg N

ha-1; 100 kg N ha-1; 150 kg N ha-1); results for the 2015 growing season at Saint-Augustin-

de-Desmaures (SA). Standard errors for each date are presented on the fourth graph. ....... 58

Fig. 7 Temporal dynamics of soil mineral N content on the canola year, as influenced by

preceding crop and fertilizer type for the different N fertilizer rates (0 kg N ha-1; 50 kg N

ha-1; 100 kg N ha-1; 150 kg N ha-1); results for the 2014 growing season at Normandin

(NO). Standard errors for each date are presented on the fourth graph. ............................... 59

Fig. 8 Temporal dynamics of soil mineral N content on the canola year, as influenced by

preceding crop and fertilizer type for the different N fertilizer rates (0kg N ha-1; 50kg N ha-

1; 100 kg N ha-1; 150 kg N ha-1); results for the 2015 growing season at Normandin (NO).

Standard errors for each date are presented on the fourth graph. ......................................... 60

Fig. 9 Canola yield response to mineral fertilizer N and apparent fertilizer replacement

value (FRV) of cover crops (CC) in non-fertilized plots, as measured at harvest in fall 2014

and 2015 at Saint-Augustin-de-Desmaures (SA) and Normandin (NO). ............................. 61

Page 10: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

x

Remerciements

Mes remerciements vont d’abord à Anne Vanasse, ma directrice. Lorsque je l’ai rencontrée

il y a quatre ans, mon impression a été celle d’une prof passionnée, dévouée et intéressante.

Cette première impression ne s’est que confirmée depuis que j’ai eu la chance d’être son

étudiant gradué. J’ai découvert non seulement à quel point Anne était une directrice

rigoureuse, mais également une personne extrêmement généreuse. Merci Anne pour ton

soutien, ton enthousiasme et surtout, merci encore pour ta passion. C’est ce qui m’a fait le

plus avancer pendant les deux dernières années; il n’y a pas de mots pour décrire

l’excitation et la motivation qui me gagnent à chaque fois qu’on se rencontre pour discuter.

Dans un même souffle, je veux remercier très chaleureusement mon codirecteur, Martin

Chantigny, un collaborateur précieux et un pédagogue hors pair. Merci, Martin, je me suis

senti bien épaulé par la grande disponibilité dont tu as fait preuve et par ton intérêt pour le

projet. Enfin, à Anne et Martin, je vous suis également particulièrement reconnaissant pour

les heures que vous avez passées avec moi pour les innombrables pratiques d’exposés

oraux; merci encore.

Merci à Denis Pageau, dont j’ai pu bénéficier de l’accueil chaleureux et de sa grande

expérience dans le canola. Merci à Denis Angers, qui aura été presque un second

codirecteur pour moi à l’été 2014, pour tout le temps passé à se creuser la tête, à discuter du

projet et des résultats.

Merci à Marie-Ève Giroux; tu as été indispensable. Avec toi je savais que tout était sous

contrôle, et je pouvais compter sur toi dès que j’avais besoin d’aide. Merci à Isabelle

Morasse, qui pendant ce temps à Normandin s’occupait sans relâche de l’orge, du trèfle, du

canola, des altises, etc., avec des échantillonnages par-ci, des analyses par-là, sans compter

les courriels intempestifs de ma part : encore une fois, merci.

Merci à Johanne Tremblay, pour ta grande contribution au projet, mais également pour tes

conseils, pour ton soutien moral, pour ton écoute, et pour ta générosité. Que ce soit pour

expliquer un protocole, un calcul, ou pour sauver le projet tout simplement, tu as été la

meilleure. Merci à Annie Robichaud; pour toutes les analyses et pour ta grande

Page 11: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

xi

disponibilité. Avec toi au labo, j’avais une réponse à toutes mes questions et je savais mes

échantillons entre bonnes mains. Merci à Annie Brégard, pour ton assistance de tous les

instants en statistiques. Merci à Gabriel Lévesque pour l’aide à l’échantillonnage et au

laboratoire.

Merci à Francis Gagnon et à l’équipe des fermes de Saint-Augustin-de-Desmaures et de

Normandin pour tout le travail dans mes parcelles. Merci à tous ceux qui ont donné un coup

de main au projet, pour réaliser ce protocole monstre : Valérie Bélanger, Vernhar Beaulac,

Francis Allard, Marie-Ève Bernard, ainsi que tous les étudiants d’été de l’université et

d’Agriculture et Agroalimentaire Canada avec qui j’ai beaucoup ri, mais également

beaucoup appris. Un merci tout particulier va à Anne-Marie Chagnon et Annie Morissette,

qui ont été des assistantes de laboratoire remarquables. Une équipe qui, au-delà du travail,

partage également la joie d’être ensemble, ça n’a pas de prix.

Enfin, des remerciements doivent être faits à ceux qui m’ont accompagné d’une façon

particulière à travers tout ce parcours. Maude Langelier, tu as un cœur en or; ça aura été

une chance incroyable de partager tous ces moments avec toi, que ce soit au champ, au

labo, sur la route, en congrès, ou au Fou ÆLIÉS; merci mille fois. Anaïs, merci pour tes

conseils de vétérane : tu m’as sorti de plus d’une frustration. Merci enfin à Emmanuelle

d’Amours et à Denis Anselmo, qui ont été des compagnons de route fantastiques.

Page 12: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

xii

Avant-propos

Le présent mémoire compte six chapitres. Le chapitre d’introduction fait un bref survol du

contexte dans lequel s’inscrit la recherche. Le deuxième chapitre est une revue de la

littérature présentée afin de mieux comprendre les enjeux et l’état actuel des connaissances

concernant la culture du canola, sa fertilisation, ainsi que l’utilisation des engrais verts dans

un contexte d’agriculture conventionnelle. Le troisième chapitre énonce les hypothèses et

objectifs de l’étude. Le quatrième chapitre est rédigé en anglais et est présenté sous la

forme d’un article scientifique. Celui-ci porte sur les résultats de l’étude qui évaluait

l’impact d’un engrais vert de trèfle en combinaison avec une fertilisation minérale ou

organique sur le rendement et le prélèvement en azote du canola. Il sera soumis pour

publication dans une revue scientifique révisée par les pairs, après révision par les

coauteurs. Mathieu Vaillancourt en est l’auteur principal, en ayant fait la rédaction et ayant

contribué à toutes les étapes de la recherche; Anne Vanasse et Martin Chantigny en sont les

coauteurs, ayant participé à la rédaction de l’article, en plus d’avoir codirigé le projet de

recherche; Denis Pageau en est un coauteur, ayant été le responsable de la part du projet

réalisée à la ferme expérimentale de Normandin et prenant part à la révision de l’article;

enfin, Denis Angers en est également coauteur, et a participé par ses conseils à

l’optimisation du protocole d’échantillonnage et d’analyses, en plus de participer à la

révision de l’article. Le cinquième chapitre constitue une discussion générale faisant un

retour sur les objectifs et les résultats obtenus dans l’étude, remis dans le contexte plus

large de l’agriculture d’aujourd’hui. Finalement, le sixième et dernier chapitre reprend les

grandes conclusions de l’étude.

Jusqu’à maintenant, les résultats du projet ont été présentés à plusieurs occasions : en 2015,

à la Journée de la recherche de la Faculté des sciences de l’agriculture et de l’alimentation

(FSAA) de l’Université Laval; au Canola Workshop de l’Eastern Canada Oilseeds

Development Alliance (ECODA); et au congrès conjoint de l’International Symposium of

Interactions of Soil Minerals with Organic Components and Microorganisms (ISMOM), de

la Société canadienne de la science du sol (SCSS) et de l’Association québécoise de

spécialistes en sciences du sol (AQSSS); en 2016 à la journée Grandes cultures et

environnement du Ministère de l’agriculture, des pêcheries et de l’alimentation du Québec

Page 13: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

xiii

(MAPAQ) à Saint-Bruno; au congrès de l’AQSSS et au congrès conjoint de la Société

canadienne d’agronomie (SCA) et de la Société canadienne de science horticole (SCSH).

De plus, le projet a été présenté à l’occasion de concours de vulgarisation sous la forme

«Ma thèse en 180 secondes» ou encore à l’émission Cogito, produite par l’Association des

étudiantes et des étudiants de Laval inscrits aux cycles supérieurs (ÆLIÉS).

Le projet a été rendu possible par le soutien financier venant du Fonds de recherche

agroalimentaire axé sur l’agriculture nordique du Saguenay-Lac-St-Jean (FRAN-02),

d’ECODA, et de Twin Rivers Technologies - Entreprise de transformation des graines

oléagineuses du Québec (TRT-ETGO). Le soutien financier accordé à Mathieu

Vaillancourt pour la réalisation de cette recherche provient du Conseil de recherche en

sciences naturelles et génie du Canada (CRSNG), du Fonds de recherche du Québec –

nature et technologies (FRQNT), ainsi que de la bourse facultaire Germain-Brisson pour

l’admission à la maîtrise et la bourse du réseau Innovagrains pour la maîtrise.

Page 14: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

1

1. Introduction

Le canola est une culture développée au Canada il y a plus de 40 ans et qui s’est répandue

au pays jusqu’à contribuer à plus de 19 milliards de dollars à l’économie du pays (Canola

Council of Canada (CCC) 2016). Le canola est une oléoprotéagineuse dont on extrait une

huile qui est réputée pour ses qualités alimentaires, et dont le résidu constitue un tourteau

riche en protéines, idéal pour l’alimentation animale (CCC 2016). Toutefois, pour être

productif, le canola nécessite des apports élevés en azote (Ma et al. 2015). À l’est du pays,

l’Ontario Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairs (OMAFRA) (2009) et le Centre

de référence en agriculture et agroalimentaire du Québec (CRAAQ) (2010) recommandent

une application d’azote se situant entre 74 et 120 kg N ha-1. Cet engrais peut être appliqué

sous forme minérale ou organique. Au Québec en particulier, où l’industrie du porc est

particulièrement développée, les producteurs ont parfois recours au lisier de porc, qui est

disponible en grandes quantités.

Les engrais azotés sont une source de pollution très importante, et la réduction de cette

pollution passe par plusieurs stratégies. L’une d’entre elles est l’utilisation des engrais

verts, aussi appelés cultures de couverture : des plantes que l’on peut inclure dans une

rotation afin de favoriser la conservation des sols et contribuer à leur fertilité. La famille

des légumineuses est particulièrement intéressante pour cet usage. Par leur capacité à

effectuer la fixation symbiotique de l’azote, les légumineuses peuvent contribuer à la

fertilisation azotée des cultures subséquentes et ainsi réduire le recours aux engrais azotés.

La recherche qui se fait sur les engrais verts vise à tirer un maximum de profits de ceux-ci

par divers moyens, par exemple en réduisant leur coût d’implantation et en augmentant les

bénéfices qui découlent de leur utilisation. Cela passe notamment par l’étude de différentes

espèces et de leur comportement en diverses conditions : température, pluviométrie, type de

sol, etc. Dans un projet de recherche réalisé au Québec (Verville 2014), divers engrais verts

ont été étudiés pour leur contribution aux rendements d’une culture subséquente de blé, en

particulier un engrais vert composé d’un mélange de trèfles rouge et blanc semé en

intercalaire dans l’orge. Le trèfle est idéal en raison du faible coût de la semence (Liebman

et al. 2012) et de la possibilité de le semer au travers d’une autre culture sans affecter ses

Page 15: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

2

rendements (Hesterman et al. 1992). Il s’est avéré que cet engrais vert améliorait les

rendements du blé l’année suivante de 8 à 36 % en comparaison avec des parcelles témoin

non fertilisées. Au-delà de cette contribution brute, un indicateur plus informatif de la

performance d’un engrais vert est l’équivalent en azote minéral, qui permet de comparer la

contribution d’un engrais vert à celle bien connue des engrais minéraux. Cet indicateur est

influencé à la fois par l’espèce utilisée comme engrais vert et par la culture principale qui

en bénéficie l’année d’après (Thorup-Kristensen et al. 2003), d’où l’intérêt pour la

recherche de s’intéresser à des combinaisons spécifiques d’engrais verts et de cultures

principales.

Le nombre d’études s’étant penchées sur l’utilisation des engrais verts dans la culture du

canola est limité. De plus, les études évaluant l’efficacité des engrais organiques tels que le

lisier de porc dans cette culture donnent des résultats assez variables d’une région à l’autre

(Sieling et al. 2014). Cette étude se penche donc précisément sur l’utilisation d’un engrais

vert spécifique, le trèfle en intercalaire, et de différents types de fertilisation, minérale ou

organique, dans le canola, sous différentes conditions pédoclimatiques du Québec, afin

d’évaluer l’impact de ces facteurs combinés sur la nutrition azotée et le rendement du

canola, tout en chiffrant la contribution azotée de l’engrais vert.

Page 16: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

3

2. Revue de littérature

2.1 Culture du canola

Le canola est une oléoprotéagineuse développée au Canada à partir du colza dans les

années 1970, en voulant obtenir une variété dont l’huile aurait une faible teneur en acide

érucique. Les chercheurs ont ainsi développé le canola à partir de trois espèces, soit

Brassica napus L., Brassica rapa L. et Brassica juncea (L.) Czern (CCC 2016). Bien qu’il

existe des variétés de canola d’hiver et de printemps, c’est le canola de printemps qui est le

plus répandu au Canada, en raison des hivers souvent trop rigoureux pour la survie du

canola d’hiver. Utilisée aujourd’hui principalement pour son huile, la troisième la plus

consommée au monde, et pour son tourteau destiné à l’alimentation animale, la culture du

canola contribue à elle seule à plus de 19 milliards de dollars à l’économie du Canada

(CCC 2016).

La culture du canola est surtout concentrée dans les provinces des prairies (Alberta,

Saskatchewan et Manitoba). En 2015, la superficie récoltée était de plus de 8 000 000

d’hectares, pour un rendement moyen de 2100 kg ha-1 (CCC 2016). Pour la même année, la

part du Québec dans cette production s’élevait à 12 000 ha, pour un rendement moyen de

2200 kg ha-1, la culture étant surtout concentrée dans la région du Saguenay-Lac-St-Jean,

(Institut de la statistique du Québec 2015).

En ce qui a trait à la fertilisation, le canola est une culture exigeante pour plusieurs

nutriments, l’azote étant l’élément requis en plus grande quantité (Grant et Bailey 1993).

2.1.1 Nutrition azotée du canola

Une étude de Ma et al. (2015) révèle que le taux d’azote optimal pour le canola varie d’un

site à l’autre, selon les conditions climatiques et les conditions du sol. Les auteurs ont

réalisé diverses expériences sur la fertilisation azotée du canola dans l’est du Canada, sur

un territoire s’étendant de l’Ontario à la Nouvelle-Écosse et sur des sols de type sable à

loam. Pour ce faire, ils ont testé des niveaux d’urée de 0, 50, 100, 150 et 200 kg N ha-1

appliqués au semis du canola, ainsi que des applications fractionnées de 100, 150 et 200 kg

N ha-1, soit 50 kg N ha-1 au semis et le reste appliqué au stade six feuilles. Les rendements

Page 17: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

4

en canola les plus élevés, qui dans l’étude étaient situés entre 3190 et 4012 kg ha-1 étaient

obtenus avec des taux d’azote variant entre 105 et 175 kg N ha-1 lorsque l’application était

faite au semis, et entre 118 et 233 kg N ha-1 pour les applications d’azote fractionnées.

Comme certains niveaux d’azote dépassent les niveaux testés, les valeurs ont probablement

été calculées à partir des équations de régression. Les auteurs recommandent cependant une

application d’azote plus modérée, se situant entre 120 et 150 kg N ha-1 pour les sols de type

loam ou loam sableux de l’est du Canada (Ma et al. 2015).

Lafond et Pageau (2008) ont vérifié la dose optimale d’azote pour le canola au Lac-St-Jean,

à Hébertville sur une argile limoneuse et à Normandin sur un loam limoneux argileux. Ils

ont appliqué, au semis du canola, des niveaux de nitrate d’ammonium calcique de 0, 40, 80,

120 et 160 kg ha-1. Les rendements les plus élevés de canola étaient situés entre 2664 et

3787 kg ha-1 et ont été obtenus à des doses d’azote situées entre 80 et 120 kg N ha-1. De

plus, à partir d’équations de régression quadratiques, les auteurs ont calculé la dose

optimale économique d’azote pour le canola et ont obtenu des valeurs situées entre 71 et 89

kg ha-1 (Lafond et Pageau 2008).

Des exemples d’études sur la fertilisation du canola réalisées à d’autres sites donnent des

résultats différents, autant en termes de rendements que de taux d’azote optimaux. Par

exemple, dans l’ouest du Canada, à Prince Albert en Saskatchewan, Kutcher et al. (2005)

ont réalisé une expérience sur un sol de type loam. Ils ont testé des niveaux d’azote de 0,

40, 80 et 120 kg N ha-1 appliqué au semis sous forme d’urée. La dose d’azote optimale ainsi

obtenue allait de 71 à 88 kg N ha-1, pour des rendements maximaux de canola situés entre

1090 et 2310 kg ha-1. Dans cette même région, soit à quatre sites différents également situés

en Saskatchewan, Gan et al. (2007) ont réalisé des expériences sur des sols de type loam à

loam argileux et ont obtenu des chiffres plus semblables à ceux de Ma et al. (2015). Ils ont

testé différentes espèces de canola (Brassica napus L., Brassica rapa L. et Brassica juncea

(L.) Czern), fertilisées avec des niveaux de 0, 25, 50, 100, 150, 200 et 250 kg N ha-1 sous

forme de nitrate d’ammonium ou d’urée appliqué au moment du semis. Pour B. napus, la

dose d’azote optimale se situait à 135 kg N ha-1 et donnait des rendements maximaux de

1684 kg ha-1. Cette variabilité quant à la fertilisation du canola est également rapportée

dans une revue de la littérature de Khakbazan et al. (2011) regroupant principalement des

Page 18: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

5

études réalisées dans les Grandes Plaines des États-Unis. Leurs résultats indiquent que

d’une étude à l’autre, la dose optimale d’azote total, ce qui inclut à la fois l’azote provenant

des intrants azotés (engrais, amendements, etc.) et celui issu de la libération de l’azote

stocké dans le sol, varie entre 150 et 300 kg N ha-1. L’ensemble de ces résultats illustre

ainsi l’importance de s’en remettre à des recommandations régionales lorsque vient le

temps de déterminer le niveau de fertilisation azotée à appliquer dans une culture de canola.

La période de prélèvement maximal d’azote du canola se situe entre le stade cinq feuilles

jusqu’au stade de 50% de floraison (CCC 2016), et pour cette raison, l’application d’azote

doit se faire idéalement dans les 6 à 9 semaines suivant le semis afin d’avoir une efficacité

maximale (Brennan 2016). De plus, le fractionnement de l’azote, c’est-à-dire l’application

d’engrais effectué en deux, voire en trois temps, permet d’obtenir de meilleurs rendements

avec une même quantité d’azote (Narits 2010). Dans l’est du Canada, fractionner

l’application d’azote en deux temps, soit au semis puis au stade six feuilles, donne

généralement de bons résultats, permettant de diminuer l’application d’azote de 10 à 20 kg

N ha-1 pour obtenir les mêmes rendements qu’avec une seule application au semis (Ma et

al. 2015).

Au Québec, le CRAAQ (2010), recommande un apport total de 80 à 120 kg N ha-1 avec

l’application d’une moitié de la dose totale avant le semis, suivi de l’autre moitié au stade

2-4 feuilles. Enfin, en raison de la sensibilité de la semence à l’ammonium, qui réduit

considérablement son émergence, l’application à la volée est préférable au placement de

l’azote dans le rang de semis (Nyborg 1961; Grant et Bailey 1993).

Le canola étant une brassicacée, il a également des besoins élevés en soufre, en particulier

lorsque de grandes quantités d’azote sont appliquées (Grant et Bailey 1993). En effet, dans

les grains de canola, les concentrations en huile et en protéines sont complémentaires : avec

des doses croissantes d’azote, la concentration en huile diminue au profit de la

concentration en protéines (Malhi et Gill 2006). L’application de soufre a toutefois l’effet

opposé, et permet alors de rétablir les niveaux d’huile et ainsi obtenir une qualité élevée,

malgré des doses croissantes d’azote (Malhi et Gill 2006).

Page 19: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

6

Une déficience en soufre peut également limiter les rendements du canola à forte dose

d’azote. Cette relation vient du fait que le rapport N:S retrouvé dans les grains est

relativement constant. Ainsi, l’excès d’azote prélevé, plutôt que d’être utilisé, se verra

accumulé sous des formes potentiellement toxiques dans les tissus du canola, comme les

feuilles par exemple. Pour limiter les problèmes de toxicité, un rapport N:S similaire à celui

des grains doit être retrouvé dans le sol au moment du semis, sous des formes disponibles.

Janzen et Bettany (1984) ont situé ce rapport idéal à environ 7:1. De façon simplifiée, Ma et

al. (2015) ont étudié l’effet d’une application de soufre de 20 kg ha-1 avant le semis dans le

canola dans l’est du Canada (en Ontario et au Québec). Ils ont trouvé que cette application

augmentait les rendements du canola de façon significative pour sept années-sites sur un

total de dix. Au Québec, on recommande de façon générale une application de 15 à 20 kg S

ha-1 pour des sols considérés comme étant déficients en soufre, c’est-à-dire ayant moins de

10 mg S-SO4 kg-1 (CRAAQ 2010).

Compte tenu des quantités assez élevées d’azote qui peuvent être appliquées pour la

production du canola, que ce soit sous forme minérale ou organique, cette culture présente

un certain risque environnemental (Lafond et Pageau 2008). En effet, l’azote appliqué au

champ est soumis à plusieurs processus qui peuvent mener, outre à son utilisation par la

plante, à sa perte dans l’environnement. La section suivante fait un bref survol du cycle de

l’azote, en présentant les différents mécanismes impliqués.

2.1.2 Cycle de l’azote en agriculture

L’azote est un des éléments essentiels à la vie, constituant entre autres des acides

nucléiques et des acides aminés. Son réservoir principal est l’atmosphère, où il se trouve

principalement sous sa forme libre, le diazote gazeux (N2), une molécule non disponible

pour la plupart des plantes. Autrement, l’azote se retrouve sous ses formes combinées, dans

des molécules organiques ou minérales (Raven et al. 2007).

Le cycle de l’azote est l’ensemble complexe des processus par lesquels cet élément passe

d’une forme à une autre (Fig. 1). Dans la nature, les processus de transformation de l’azote

sont pris en charge par des microorganismes (bactéries, champignons). De façon simplifiée,

l’azote atmosphérique peut subir différentes transformations. D’abord, la fixation est la

Page 20: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

7

réduction de l’azote atmosphérique (N2) par certains organismes vivants, qui par la suite

peut être combiné à diverses molécules organiques. Bien qu’elle puisse être effectuée par

des bactéries libres, la majeure partie de la fixation est issue d’une association symbiotique

entre des bactéries, les rhizobiums, et les plantes de la famille des légumineuses. À la mort

de ces organismes, lors de la décomposition de leur biomasse, il se produira alors

simultanément la minéralisation et l’immobilisation. Le processus de minéralisation

implique l’ammonification de l’azote organique en ammonium (NH4+), puis la

nitrification de cet ammonium en nitrite (NO2-) et en nitrate (NO3

-). Quant à

l’immobilisation, elle désigne le prélèvement d’azote par la biomasse microbienne du sol

pour ses propres besoins physiologiques : l’azote est alors considéré comme étant

«immobile», puisque non disponible pour les plantes. Contrairement aux légumineuses et

aux quelques autres cas de symbioses fixatrices, la plupart des plantes dépendent des

formes minérales de l’azote pour subvenir à leurs besoins, en particulier des nitrates. Enfin,

la dénitrification est le processus par lequel l’azote minéral retourne à l’atmosphère sous

forme gazeuse (N2O et N2) (Raven et al. 2007; Bloom 2010).

Fig. 1 Le cycle de l’azote simplifié (adapté de Bloom 2010).

En agriculture, l’azote minéral dont dépendent les cultures non fixatrices provient de deux

sources, soit du réservoir d’azote organique du sol via le processus de la minéralisation, et

Page 21: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

8

des intrants azotés. Un sol contient généralement une réserve plus ou moins importante

d’azote qui se trouve dans la matière organique stockée. Tout au long de l’année, il se

produit une minéralisation de cet azote, qui peut considérablement contribuer à la nutrition

des cultures en place (CRAAQ 2010). Il a d’ailleurs été démontré que la réserve du sol

contribue souvent à plus de 50 % du prélèvement total des cultures (Nyiraneza et al. 2010;

Thivierge et al. 2015b). Le reste de l’azote servant à la nutrition des cultures peut quant à

lui provenir de différentes sources. Dans le passé, les seuls intrants utilisés étaient les

engrais dits organiques, tels que les effluents d’élevage et les cultures de légumineuses, qui

étaient incluses dans les rotations. En 1914, avec le développement du procédé Haber-

Bosch, il est devenu possible de synthétiser directement l’azote minéral à partir du diazote

gazeux (Raven et al. 2007). Alors que les engrais organiques demandent un certain temps

pour se minéraliser, les engrais de synthèse avaient l’avantage d’être immédiatement

disponibles pour les plantes, dès leur application au champ. Après la IIe guerre mondiale,

ces engrais minéraux sont devenus plus disponibles et ont fini par remplacer en grande

partie l’azote organique en agriculture (Dinnes et al. 2002). L’utilisation des effluents

d’élevage, ou engrais organiques, reste cependant bien implantée aujourd’hui. Ceux-ci

diffèrent des engrais minéraux en ce qu’ils contiennent de l’azote sous forme minérale et

organique, en plus de quantités variables d’un grand nombre de nutriments. Fertiliser avec

les engrais organiques nécessite donc une prise en compte à la fois de la fraction minérale

et organique de l’azote, en plus des autres éléments. Le phosphore, par exemple, se retrouve

en grande quantité dans les lisiers, et fait l’objet d’une réglementation au Québec comme

ailleurs. Afin d’estimer la contribution azotée d’un engrais organique et ajuster son taux

d’application, un calcul d’efficacité a été mis en place au Québec. Celui-ci tient compte de

son mode et de sa période d’épandage, de la fraction organique et minérale de l’azote total,

ainsi que du rapport carbone azote (C:N) qui influence la disponibilité de l’azote issu de

tout intrant organique (CRAAQ 2010, 2013).

Une fois ajoutés au sol, les engrais azotés sont réintroduits dans le cycle naturel de l’azote

et peuvent ainsi subir différentes transformations (Fig. 1). D’abord, l’azote minéral ajouté

au sol, en particulier lorsqu’il est retrouvé sous forme de nitrates, peut accomplir la fonction

pour laquelle il est utilisé, c’est-à-dire être prélevé par la culture en place. Cependant,

l’azote minéral peut également être prélevé par les microorganismes, qui entrent en

Page 22: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

9

compétition avec les plantes en immobilisant l’azote. L’engrais organique ajouté au

système subira quant à lui à peu près les mêmes transformations décrites ci-dessus, une fois

que sa matière organique se sera décomposée et son azote minéralisé.

En considérant la dynamique de l’azote sur l’ensemble de son cycle, l’utilisation des

engrais azotés de synthèse ou organiques pose un défi environnemental. D’abord, les

engrais de synthèse sont une source de pollution atmosphérique importante, puisque la

fixation industrielle a un coût énergétique élevé et que pour cette raison, elle est dépendante

des énergies fossiles (Jenkinson 2001). Ensuite, les grandes quantités d’azote apportées par

les engrais minéraux ou organiques augmentent le risque de pertes environnementales et de

pollution de l’eau et de l’air. Dès le moment de son application, l’azote minéral sous forme

d’ammonium, particulièrement important dans le cas de certains engrais organiques

(Sieling et al. 2014), peut être perdu rapidement du système par volatilisation, et ainsi se

retrouver dans l’atmosphère avant même d’avoir été incorporé au sol. Ensuite, l’efficacité

d’utilisation d’un engrais azoté par la culture en place est très variable, et ne dépasse

généralement pas les 60 % (Thivierge et al. 2015b). Cette efficacité dépend de plusieurs

facteurs comme la période et la méthode d’épandage, les conditions météorologiques, etc.

Une certaine partie de l’azote inutilisé servira à renouveler la réserve d’azote organique du

sol, et sera donc stockée à court ou à long terme, ce qui peut représenter jusqu’à 59 % de

l’azote total appliqué (Nyiraneza et al. 2010). Le reste de l’azote n’ayant été ni prélevé ni

stocké restera sous forme minérale, et sera donc à risque d’être perdu. Que ce soit par

dénitrification ou lessivage, l’azote minéral du sol qui est perdu dans l’environnement est

alors considéré comme un polluant (Cassman 2002). En effet, bien que certaines bactéries

utilisent cet azote pour leurs propres besoins physiologiques, certaines, en conditions

anaérobies, vont utiliser le nitrate comme accepteur final d’électron dans leur chaîne

respiratoire, et effectuer la dénitrification. Ce processus anaérobie mène à la transformation

du nitrate en diazote gazeux. La dénitrification est toutefois un processus en plusieurs

étapes où des produits intermédiaires sont sous forme gazeuse (NO, NO2) et peuvent de ce

fait s’échapper du système et se retrouver dans l’atmosphère avant qu’ait pu s’effectuer

l’étape ultime de réduction en N2. Enfin, l’azote minéral, en particulier sous forme de

nitrates, est soluble et peut aussi être perdu du système par lessivage lors d’épisodes de

pluie intense. Suivant qu’elle est appliquée sous forme d’engrais organique ou minéral, la

Page 23: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

10

part d’azote à risque d’être perdue sera plus ou moins grande. Par exemple, dans une étude

de Nyiraneza et al. (2010), l’azote provenant d’un fumier avait davantage tendance à être

stocké dans le sol que l’azote provenant des engrais minéraux. Toutefois, dans une étude de

Sieling et Kage (2006), l’azote issu du lisier de porc avait une moindre efficacité de

prélèvement par la culture en place. Dans ce dernier cas, les auteurs observaient justement

que l’engrais organique subissait des pertes plus importantes que les engrais minéraux.

2.1.3 Fertilisation organique et minérale du canola

D’une culture principale à l’autre, les engrais organiques peuvent avoir des efficacités de

prélèvement très variables, qui peuvent aussi varier selon le type de sol sur lequel il est

appliqué et la façon dont il est géré. Le canola présente une réponse positive de son

rendement au lisier de porc lors de l’année de l’application, ainsi que l’année suivante

(Mooleki et al. 2002; Sieling et al. 2014). Mooleki et al. (2002) ont étudié l’impact d’une

fertilisation au lisier de porc sur une rotation comprenant du canola de printemps, de l’orge

et du blé sur des sols de type loam et loam sableux en Saskatchewan. Ils ont testé des

applications d’azote total allant de 0 à 400 kg ha-1, leur lisier ayant un contenu moyen en

ammonium variant entre 39 et 75 % de l’azote total. Ils constatent que le lisier de porc

donne généralement de bons résultats : l’efficacité d’utilisation de l’azote total du lisier de

porc pouvait aller jusqu’à 50-60 %, ces chiffres ayant été obtenus avec une application de

100 kg N ha-1. Le minimum d’efficacité, situé entre 10 et 30 %, était observé quant à lui

avec le plus haut taux d’application.

Les études portant sur la fertilisation organique dans le canola de printemps sont peu

nombreuses, et pour cette raison, des études sur la fertilisation organique du canola d’hiver

sont présentées. Cela dit, ces résultats ne sont pas directement applicables au canola de

printemps, puisqu’il faut tenir compte du fait que le canola d’hiver a une croissance et des

prélèvements en azote différents, que ce soit en termes de période de prélèvement et de

besoins totaux (OMAFRA 2009).

Sieling et al. (2014) ont comparé la réponse au lisier de porc du canola d’hiver à la réponse

à un engrais minéral, le nitrate d’ammonium calcique (27-0-0), dans un loam sableux situé

au nord de l’Allemagne. Les doses d’azote appliquées étaient de 0, 40, 80, 120, 160, 200 et

Page 24: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

11

240 kg N ha-1, l’azote appliqué avec le lisier de porc étant calculé sur la base de l’azote

total. La dose de 40 kg N ha-1 était appliquée en une fois au printemps en début de

croissance; la dose de 80 kg N ha-1 était appliquée en deux temps, en début de croissance et

après le stade rosette; enfin, les doses de 120 kg N ha-1 et plus étaient appliquées en trois

fois, soit en début de croissance, après le stade rosette, et à la formation des boutons

floraux. À partir des résultats de rendement, les auteurs ont fait des courbes de régression

pour les deux types de fertilisation azotée. Selon la façon de calculer la quantité d’azote

appliqué avec le lisier de porc, les auteurs obtenaient des résultats différents. Ils ont d’abord

considéré la part d’azote total du lisier de porc, c’est-à-dire la somme du contenu en azote

minéral et en azote organique : la courbe de réponse du lisier de porc donnait des

rendements en canola inférieurs à la fertilisation minérale. Ils ont également considéré

uniquement la part d’azote minéral du lisier de porc, qui était composé essentiellement

d’ammonium et représentait en moyenne 70 % de l’azote total : la courbe de régression du

lisier de porc donnait alors les mêmes rendements que la fertilisation minérale pour un

niveau d’azote donné. À noter que la valeur d’azote minéral utilisée dans les calculs de

l’azote du lisier de porc était mesurée en prenant en compte la volatilisation de l’azote

ammoniacal : la part d’azote minéral était corrigée pour les pertes d’azote estimées grâce à

un modèle développé par Ni et al. (2013). Selon les auteurs, les résultats de leurs

régressions signifient que le canola n’a pas pu bénéficier de la minéralisation de la part

organique du lisier de porc. Les auteurs justifient cette observation en mentionnant que le

canola prélève la majeure partie de son azote plus tôt en saison que d’autres cultures pour

lesquelles on observe une réponse à cet azote organique minéralisé, comme c’est le cas

pour les céréales (blé et orge). Ces cultures ont une demande en azote importante plus tard

en saison, soit au stade tallage et montaison (Vanasse 2012).

Sieling et al. (1998) ont étudié la fertilisation minérale et organique du canola d’hiver dans

un loam sableux au nord de l’Allemagne, en comparant les rendements obtenus avec une

fertilisation de nitrate d’ammonium calcique (27-0-0) et de lisier de porc. Dans une

expérience factorielle, ils ont combiné différentes applications de lisier de porc avec des

fertilisations minérales. Les traitements de fertilisation au lisier incluaient (i) un traitement

témoin sans lisier, (ii) une application à l’automne, (iii) une application au printemps, ou

(iv) deux applications, à la fois à l’automne et au printemps. Chaque application

Page 25: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

12

représentait un équivalent en azote total de 80 à 120 kg N ha-1. Le lisier, selon les auteurs,

contenait 70-75 % d’azote minéral sous forme d’ammonium. Les traitements de fertilisation

minérale incluaient des doses de 0, 80, 120, 160 et 200 kg N ha-1, fractionnées en deux

applications, soit en début de croissance et après le stade rosette. Ils ont démontré que

l’azote du lisier de porc avait une efficacité d’utilisation par le canola moins élevée en

comparaison à l’azote minéral. En effet, le lisier appliqué à l’automne n’a eu une efficacité

que de 5,3±5,1% et n’a pas eu d’incidence significative sur les rendements, contrairement à

ce qui était attendu des chercheurs. De plus, le lisier appliqué au printemps avait quant à lui

une efficacité moyenne de 26,5±5,1 %, tandis que l’azote minéral avait une efficacité

moyenne de 30,6±3,9 à 45,2±3,9 %, selon la quantité appliquée et le moment d’application.

Les auteurs expliquent que ce résultat peut être dû à la compétition avec la microflore du

sol, qui utilise préférentiellement l’ammonium, alors que la culture de canola ne peut

prélever l’ammonium qu’après que celui-ci ait été converti en nitrate.

Comme il n’existe pas beaucoup d’articles sur la fertilisation organique du canola, les

études portant sur la fertilisation organique du blé peuvent servir de complément

d’information, puisque celles-ci ont des besoins en azote (90-120 kg N ha-1) ainsi qu’une

période de croissance similaires au canola (Vanasse 2012). Au Québec, Rieux et al. (2013)

ont étudié les rendements du blé en comparant une fertilisation minérale de nitrate

d’ammonium calcique et des fertilisations organiques, en particulier une fertilisation

organique de lisier de porc. L’expérience était réalisée sur une argile limoneuse et un loam

sableux. Le niveau d’azote appliqué était de 90 kg ha-1 pour la fertilisation minérale, tandis

que pour le lisier de porc, la même quantité était appliquée, calculée sur la base de l’azote

disponible. Cette part a été estimée à 80 % de l’azote total, ce qui correspondait à une

quantité d’azote total appliquée de 112,5 kg ha-1. Selon l’analyse du lisier, la part d’azote

ammoniacal était faible en comparaison avec les études précédentes, représentant 54 % de

l’azote total. Les rendements du blé fertilisé avec le lisier de porc se sont néanmoins révélés

être les mêmes qu’en fertilisation minérale, tandis qu’il y avait une légère baisse des

rendements en paille, à hauteur de 300 kg ha-1. Ces résultats semblent indiquer que dans cet

essai, le blé a pu bénéficier de la minéralisation d’une partie de l’azote organique du lisier

de porc.

Page 26: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

13

2.2 Engrais verts

Les cultures de couverture sont définies comme des cultures établies spécifiquement pour

couvrir le sol afin de le protéger contre l’érosion et les pertes d’éléments nutritifs par le

lessivage et le ruissellement ((Parker 1915; Pieters et McKee 1938) cités par Reeves 1994).

Thorup-Kristensen et al. (2003) utilisent le terme engrais vert pour désigner plus

précisément une culture de couverture qui est mise en place dans le but d’améliorer la

nutrition des cultures subséquentes. Puisque le présent projet explore l’aspect de la fertilité

associé à ces cultures, c’est le terme engrais vert qui sera utilisé ici. En effet, ces cultures ne

sont pas récoltées, mais sont plutôt destinées à demeurer sur place après l’arrêt de leur

croissance, pour servir d’amendement au sol et ainsi améliorer les rendements de la culture

subséquente de différentes façons. L’engrais vert pourra soit y participer directement en

contribuant à améliorer leur nutrition, soit indirectement, en améliorant les aspects de

qualité du sol. Pour pallier les problèmes de pollution et de dépendance aux ressources non

renouvelables, les engrais verts, dont l’usage est répandu en agriculture biologique, sont

une alternative qui présente également un intérêt pour les producteurs conventionnels

(Cherr et al. 2006). De plus, certains engrais verts présentent un potentiel de réduction des

ravageurs et des maladies. L’impact de l’engrais vert sur les rendements de la culture

subséquente peut ainsi se faire par des effets à court terme ou par une accumulation d’effets

ayant un impact observable à plus long terme (Kuo et Jellum 2000).

Plus un engrais vert est semé tôt et plus il sera productif en termes de biomasse, avec des

différences de rendement qui peuvent passer du simple au double pour des semis faits à un

mois d’intervalle (Richards et al. 1996). Afin de maximiser les bénéfices qui découlent de

l’usage d’un engrais vert, il faut prendre en compte la fenêtre accordée à sa croissance lors

du choix de l’espèce. On distingue ainsi trois classes d’engrais verts en particulier, soit les

engrais verts d’une saison, en dérobée ou en intercalaire (Weill et Duval 2009). Les engrais

verts d’une saison sont mis en place pendant une saison de culture complète pendant

laquelle aucune culture principale ne sera cultivée, tandis que les engrais verts en dérobée

(ou engrais verts dérobés) vont effectuer leur cycle du semis à l’arrêt de leur croissance

dans la fenêtre qui est disponible avant le semis ou après la récolte d’une culture principale.

Enfin, les engrais verts en intercalaire sont semés soit simultanément avec une culture

Page 27: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

14

principale, soit directement dans une culture principale déjà établie. Celle-ci est alors

récoltée de façon à épargner l’engrais vert, en remontant la hauteur de coupe par exemple,

après quoi la croissance de l’engrais vert se poursuit (Weill et Duval 2009). Dans le cas des

engrais verts intercalaires, ils ne doivent pas entrer en compétition avec la culture

principale. Un exemple de combinaison donnant de bons résultats à cet égard est un engrais

vert intercalaire de légumineuses dans une céréale (Hesterman et al. 1992).

Selon la rotation choisie par le producteur, la fenêtre disponible pour faire croître l’engrais

vert peut donc influencer grandement sa productivité. Khakbazan et al. (2014) ont observé

que la forte production de biomasse d’un engrais vert d’une saison n’était pas forcément

avantageuse d’un point de vue économique lorsque celui-ci est inclus dans une rotation où

une récolte serait normalement faite chaque année. Dans une expérience comparant un

engrais vert d’une saison et une fertilisation conventionnelle, il s’est avéré que la perte de

revenus associée à l’année dédiée à la croissance de l’engrais vert n’était pas compensée

par le gain en rendement de la culture subséquente. Une meilleure option, d’un point de vue

économique, serait ainsi d’introduire l’engrais vert en intercalaire (Khakbazan et al. 2014).

En plus d’être implanté tôt en saison et de pouvoir ainsi produire une biomasse importante,

il n’oblige pas à sacrifier une année de récolte.

Une variété d’espèces de différentes familles peut être utilisée comme engrais vert, selon

les bénéfices recherchés. Cherr et al. (2006) en recensent plus de 50, qu’ils classent selon

leur rusticité et par famille. On retrouve entre autres des espèces de la famille des poacées,

des légumineuses, des crucifères et des polygonacées.

La famille des légumineuses constitue une catégorie d’engrais vert très représentée dans la

littérature scientifique. Leur utilisation est intéressante pour leur aptitude à effectuer la

fixation de l’azote atmosphérique et participer à la nutrition des cultures subséquentes. Les

espèces non fixatrices présentent quant à elles les avantages des engrais verts sans l’apport

net d’azote, mais peuvent en contrepartie s’avérer plus efficaces pour réduire les pertes de

nutriments dans l’environnement ou améliorer la structure du sol (Breland 1995; Dapaah et

Vyn 1998; Tonitto et al. 2006). Enfin, l’utilisation de mélanges de deux espèces, aussi

appelés bicultures, est également bien représentée dans la littérature, en particulier

l’association d’une poacée et d’une légumineuse (Miguez et Bollero 2005). Certains auteurs

Page 28: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

15

ont même étudié la possibilité de combiner cinq différentes espèces ensemble (Smith et al.

2014). Dans le cas des mélanges d’engrais verts, il est attendu que les propriétés combinées

des espèces choisies sont additives, et qu’il y ait une production accrue de biomasse

(Miguez et Bollero 2005; Cherr et al. 2006). Par exemple, un mélange poacées –

légumineuses aurait des qualités telles que la capacité de réduire les pertes

environnementales, en diminuant les niveaux d’azote minéral résiduel après la récolte, tout

en apportant une certaine quantité d’azote à la culture subséquente (Miguez et Bollero

2005). Ces avantages espérés n’apparaissent cependant pas de façon évidente, en raison du

faible nombre d’études portant sur le sujet, et en raison du défi que représente la gestion

d’un plus grand nombre d’espèces.

2.2.1 Engrais verts de légumineuses

Tel que mentionné précédemment, les légumineuses peuvent fixer l’azote atmosphérique.

Cela est possible grâce à l’association avec des bactéries fixatrices, les rhizobiums, dans

des structures spécialisées au niveau des racines : les nodules (Hardarson et Atkins 2003).

Incluses dans une rotation, les légumineuses peuvent ainsi participer à la nutrition azotée

des cultures, puisque la décomposition de leur biomasse constitue un apport net d’azote au

champ. Les légumineuses peuvent ainsi avoir une action double sur les rendements d’une

culture subséquente, soit par une contribution directe de leur azote, désignée sous le nom

d’«effet azoté», soit par des effets indirects, désignés sous le nom d’«effets autres»

(Liebman et al. 2012).

Un engrais vert de légumineuse est généralement utilisé pour fournir de l’azote à la culture

subséquente et contribuer aux rendements de celle-ci. Pour ce faire, il doit d’abord avoir

une bonne productivité, surtout en termes d’accumulation d’azote, puis cet azote doit

également pouvoir devenir disponible pour la culture de l’année suivante. Les termes

contribution, ou crédit azoté désignent précisément cette part d’azote.

Déterminée à la fois par sa production de biomasse et son aptitude à la fixation d’azote, la

productivité d’un engrais vert est dépendante de plusieurs facteurs. La croissance peut être

favorisée ou limitée selon la latitude et les conditions climatiques et la fixation d’azote

varie entre les espèces, ainsi que selon la disponibilité en eau et en nutriments du sol. En

Page 29: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

16

effet, selon Hardarson et Atkins (2003), l’application d’azote minéral limite la fixation

d’azote atmosphérique. À l’inverse, la fixation sera stimulée par la compétition avec

d’autres cultures, qui permet de réduire la quantité d’azote minéral du sol (Cherr et al.

2006). Enfin, puisque la fixation de l’azote est dépendante de l’association avec les

rhizobiums, Hardarson et Atkins (2003) recommandent également d’inoculer les

légumineuses pour favoriser la nodulation.

2.2.2 Dynamique de décomposition des engrais verts

Après sa croissance, un engrais vert est laissé sur place afin de servir d’amendement.

L’arrêt de sa croissance sera provoqué par un gel mortel, une application d’herbicide ou

une action mécanique (labour, roulage, tonte). La biomasse peut ainsi être soit laissée en

surface ou enfouie à diverses profondeurs. Dès ce moment, la décomposition s’amorce et

les nutriments ayant été prélevés lors de la croissance retournent éventuellement au sol.

Dans la présente section, la dynamique de décomposition désigne l’ensemble des processus

agissant sur la biomasse d’un engrais vert après l’arrêt de sa croissance.

En se décomposant, l’azote organique de la biomasse de l’engrais vert subira différentes

transformations. Alors que certaines fractions plus récalcitrantes de la biomasse se

retrouveront piégées au sein de particules minérales, à l’abri de la décomposition, d’autres

fractions plus labiles se décomposeront plus rapidement, consommées par les organismes

décomposeurs (Golchin et al. 1994). Tonitto et al. (2006) ont observé que plus la quantité

d’azote accumulé dans la biomasse d’un engrais vert est importante à l’enfouissement, plus

son impact sur les rendements de la culture subséquente est marqué. La relation entre la

quantité d’azote enfouie et la contribution azotée d’un engrais vert à la culture subséquente

n’est cependant pas simple à établir, puisque la décomposition et la libération des

nutriments, en plus de dépendre de facteurs intrinsèques tels que la qualité de la biomasse

de l’engrais vert lui-même, sont influencées par des facteurs environnementaux tels que la

température et les précipitations (Ruffo et Bollero 2003b). Ainsi, la dynamique de

décomposition d’un engrais vert résultera soit en une minéralisation nette, soit en une

immobilisation nette. Dans le cas d’un engrais vert de légumineuses, l’objectif principal est

de rendre disponible l’azote qui a été accumulé dans ses tissus par une minéralisation nette

de sa biomasse.

Page 30: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

17

Le rapport C:N d’un engrais vert, c’est-à-dire le rapport entre la concentration en carbone et

en azote de sa biomasse, est un indice de qualité qui peut être utilisé pour prédire sa

dynamique de décomposition (Kuo et Jellum 2000; Seneviratne 2000). Tel que mentionné à

la section sur le cycle de l’azote, lorsque les microorganismes du sol décomposent la

matière organique, ils utilisent le carbone comme source d’énergie. En dégradant ainsi la

biomasse, ils minéralisent l’azote organique, mais vont également en ré-immobiliser une

portion nécessaire à leur croissance. Il existe ainsi un rapport C:N où la minéralisation et

l’immobilisation de la biomasse enfouie se retrouvent à l’état d’équilibre, par lequel la

matière organique fournit la quantité d’azote nécessaire pour que les microorganismes

dégradent tout le carbone. La valeur d’équilibre retrouvée dans la littérature pour ce rapport

se situe entre 25 et 27 pour les engrais verts (Myers 1994; Kuo et Jellum 2000; Seneviratne

2000). L’azote organique de résidus ayant un rapport inférieur à ce point d’équilibre subira

une minéralisation nette, tandis qu’un rapport supérieur entraînera une immobilisation

nette. Le rapport C:N des engrais verts varie d’une espèce à l’autre (N’Dayegamiye et Tran

2001) et va également varier selon le stade de maturité atteint au moment de l’arrêt de sa

croissance (Alonso-Ayuso et al. 2014), ou encore selon la fertilité du sol (Ranells et

Wagger 1997).

Bien que le rapport C:N soit un indice de qualité assez utilisé dans la littérature, il arrive

qu’il ne soit pas suffisant pour expliquer la dynamique de décomposition de l’engrais vert.

Par exemple, Vigil et Kissel (1995), ont remarqué que pour des valeurs de C:N faibles,

c’est-à-dire aux alentours de 10, ou pour des résidus contenant une forte proportion de

fibres, la prédiction de la minéralisation à l’aide du rapport C:N s’avère difficile. De leur

côté, Ruffo et Bollero (2003b) ont noté que le rapport C:N s’avère souvent être un mauvais

prédicteur de la minéralisation, puisqu’il ne distingue pas entre la part de nutriments

retrouvée dans les fractions labiles ou récalcitrantes de la matière organique, qui sera

disponible ou pas, pour l’utilisation par la biomasse microbienne. Il existe plusieurs façons

de caractériser ainsi la biomasse végétale, qui prennent en compte les différentes fractions

biochimiques labiles ou récalcitrantes, et qui ainsi permettent de mieux prédire la

dynamique de décomposition (Ruffo et Bollero 2003b). Par exemple, la concentration en

fibres associées aux parois cellulaires des engrais verts explique une grande partie de la

variation dans la décomposition des engrais verts. Toujours selon les mêmes auteurs,

Page 31: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

18

l’analyse de la concentration en lignine et en polyphénols des engrais verts peut également

être utilisée à cet effet.

Les facteurs environnementaux influençant la dynamique de décomposition et de libération

des nutriments incluent la température et les précipitations. Ruffo et Bollero (2003a) ont

inclus ces variables dans un modèle, et ont trouvé que la température et les précipitations

expliquaient une part de la décomposition, permettant de corriger pour les variabilités

interannuelles d’un site à l’autre pour une même qualité de biomasse. En effet, les

températures et une humidité trop faibles peuvent ralentir le processus de décomposition

(Bartholomew 1965). Dans une étude de N’Dayegamiye et al. (2015), les auteurs notent

qu’une baisse de la température a entraîné une moindre minéralisation de leur biomasse

d’engrais vert, entraînant une performance moindre qu’un engrais vert similaire à un site au

climat plus chaud. D’autres études ont toutefois démontré que la minéralisation n’était que

peu ou pas affectée par la température (Thorup-Kristensen et al. 2003), et que même en

conditions hivernales, la nitrification se produisait grâce au développement de

microorganismes adaptés au froid (Chantigny et al. 2002; Tatti et al. 2014). Selon ces

derniers auteurs, la minéralisation comme les pertes d’azote sont donc également possibles.

Le type de sol joue également un rôle particulier dans la contribution d’un engrais vert à

une culture subséquente. Après la minéralisation, les sols loameux, par leur grand potentiel

à retenir l’azote libéré, sont favorables à une contribution azotée maximale des engrais

verts, tandis que l’azote libéré sera plus à risque d’être perdu dans les sols sableux, surtout

lorsque la période entre le moment de l’arrêt de la croissance de l’engrais vert et la période

de prélèvement d’azote de la culture subséquente est longue (Cherr et al. 2006). Pour ces

mêmes raisons, la période d’incorporation d’un engrais vert a entraîné différentes réponses

d’une culture principale aux engrais verts dans une étude de Thorup-Kristensen et Dresbøll

(2010), où un enfouissement hâtif a entraîné un plus grand risque de perte d’azote par

lessivage, et une réponse conséquemment plus faible dans la culture suivante. Enfin, pour

maximiser les bénéfices d’un engrais vert, il faut que la période de minéralisation de son

azote soit synchronisée avec la période de prélèvement de l’azote de la culture subséquente

(Stute et Posner 1995b).

Page 32: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

19

2.2.3 Évaluation de la contribution azotée des engrais verts

Il a été démontré qu’une part significative d’azote peut se retrouver dans les racines

(Reeves 1994). Askegaard et Eriksen (2007) ont échantillonné les racines du trèfle blanc en

intercalaire dans le blé et ont ainsi mesuré un total de 33 kg N ha-1 dans le premier mètre de

sol pour cette espèce. Hesterman et al. (1992) ont quant à eux mesuré des niveaux d’azote

allant de 11 à 26 kg ha-1 dans les 30 premiers centimètres de racines d’un engrais vert de

trèfle rouge en intercalaire dans l’orge. Cela dit, comme la contribution racinaire est

difficile à mesurer, plusieurs auteurs mesurent la productivité de l’engrais vert, que ce soit

en termes de biomasse ou d’accumulation d’azote, en n’échantillonnant que sa biomasse

aérienne (Gentry et al. 2013). Lorsque vient le temps de calculer la contribution azotée d’un

engrais vert, la mesure de l’azote issu des racines n’est cependant pas toujours nécessaire.

C’est le cas notamment pour la méthode de l’équivalent en azote minéral (Thorup-

Kristensen et al. 2003).

Différentes méthodes sont ainsi utilisées pour mesurer la contribution azotée des engrais

verts, notamment la méthode du calcul d’efficacité, faisant référence à la récupération de

l’azote de l’engrais vert par la culture principale de l’année suivante, ou encore la méthode

du calcul de l’équivalent en azote minéral (Varco et al. 1989).

L’azote apporté au système par un engrais vert sera non seulement prélevé par la culture

subséquente, mais il pourra également se retrouver soit stocké dans le sol à court ou à long

terme, ou encore être perdu dans l’eau ou l’atmosphère. Il est possible de calculer

l’efficacité fertilisante relative de cet azote. On obtient cette valeur en rapportant la part

d’azote récupérée par la culture principale sur la quantité d’azote total apporté par l’engrais

vert l’année précédente, à la façon des calculs d’efficacité des amendements organiques

(CRAAQ 2010; Thivierge et al. 2015a).

Une première méthode pour trouver l’efficacité d’un engrais vert permet d’obtenir une

efficacité apparente. Cette méthode se base sur le principe du bilan azoté, qui est un calcul

des entrées et sorties de l’azote dans le système cultural (Thorup-Kristensen et al. 2003). En

mesurant la différence de prélèvement en azote entre une culture principale cultivée dans

des parcelles ayant eu un engrais vert l’année précédente et cultivée dans des parcelles

Page 33: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

20

témoin, on obtient la quantité d’azote attribuable à la présence de l’engrais vert. Cette

valeur est ensuite rapportée sur l’azote total apporté par la biomasse de l’engrais vert

(Gentry et al. 2013). Le résultat est une efficacité apparente, parce qu’elle se base sur

l’hypothèse que l’azote supplémentaire prélevé dans la parcelle avec engrais vert provient

uniquement de la minéralisation de l’azote de cet engrais vert. Cependant, il a été démontré

que l’ajout de biomasse peut également influencer le prélèvement d’azote provenant

d’autres sources que l’engrais vert lui-même par la culture subséquente, ce qui est considéré

comme étant des effets indirects. En plus de sa contribution au pool d’azote minéral du sol,

l’ajout d’un engrais vert au système modifie la dynamique de l’azote. Tel que mentionné,

une culture fertilisée prélève son azote non seulement de l’engrais appliqué, mais

également du réservoir d’azote organique du sol. Alors que cette part d’azote fournie par le

sol est d’environ 40-60 % en système conventionnel (sans engrais vert), cette proportion

augmente à 80 % l’année suivant un engrais vert (Tonitto et al. 2006). La dynamique de

prélèvement des engrais minéraux elle-même peut être modifiée par un engrais vert. Lorin

et al. (2016) ont observé que différentes légumineuses utilisées comme engrais verts en

intercalaire augmentaient le prélèvement d’un engrais azoté minéral par la culture

principale l’année d’après.

Il existe également une façon plus précise de calculer l’efficacité d’un engrais vert, grâce à

l’azote marqué, ou azote 15, un isotope stable qui permet de suivre l’azote apporté par

l’engrais vert lors de son enfouissement, tel que rapporté dans Varco et al. (1989). En

analysant l’azote prélevé par la culture principale l’année suivant l’engrais vert enrichi en

azote marqué, on peut obtenir précisément la part d’azote issu de l’engrais vert, et ainsi

avoir une mesure d’efficacité théorique réelle.

L’équivalent en azote minéral d’un engrais vert, quant à lui, peut être mesuré à partir de

différentes variables à la récolte, toutes influencées par l’application d’azote, comme le

rendement et le prélèvement en azote de la culture (Hesterman et al. 1992). Il faut d’abord

déterminer la courbe de réponse de la culture choisie à l’azote minéral, c’est-à-dire en

mesurant ses rendements dans des parcelles témoin, sans engrais vert, recevant des doses

d’azote croissantes. Il faut également mesurer le rendement de la culture obtenu dans des

parcelles non fertilisées, cette fois après un engrais vert. En rapportant cette dernière valeur

Page 34: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

21

sur la courbe de réponse tracée, il est possible d’obtenir la valeur de fertilisation

correspondant à la réponse obtenue grâce à l’engrais vert.

Bien que l’équivalent en azote minéral soit rapporté en unités d’azote, il n’est pas

forcément une mesure du crédit azoté d’un engrais vert. D’une étude à l’autre, les auteurs

utilisent des approches différentes. Garand et al. (2001) considèrent que l’équivalent en

azote minéral ne devrait être mesuré qu’après s’être assuré de l’absence d’effets autres, qui

peuvent également avoir un impact sur les variables à la récolte. Dans ce cas, l’équivalent

en azote minéral est réellement une contribution azotée, bien que celle-ci ne soit pas

forcément un effet direct de la minéralisation de l’engrais vert, tel que mentionné

précédemment. Cependant, certains auteurs calculent l’équivalent sans discriminer entre les

effets azotés et les effets autres au préalable. Dans ce cas, la valeur calculée est plutôt un

indicateur de la valeur d’un engrais vert en rotation (Hesterman et al. 1992; Stute et Posner

1995a). En incluant ainsi tous les effets de l’engrais vert, cette valeur est la plus

intéressante pour les producteurs (Thorup-Kristensen et al. 2003), et peut ainsi facilement

être convertie en valeur économique (Liebman et al. 2012).

La réponse caractéristique des effets azotés d’un engrais vert dans une culture donnée sera

modulée par le niveau de fertilisation de cette culture. Dans les parcelles non fertilisées,

l’apport net d’azote cause une augmentation significative des rendements, alors que cette

réponse diminue avec des doses croissantes d’engrais azoté. Si une différence de rendement

s’observe encore à la dose optimale d’azote appliquée à la culture, alors il y a présence

d’effets autres. Dans ce cas, les rendements de la culture ne sont plus limités par l’azote

dans l’une ou l’autre des parcelles, et la différence s’explique donc par d’autres facteurs,

comme une meilleure disponibilité en eau, ou une réduction des mauvaises herbes, par

exemple (Liebman et al. 2012).

Une façon alternative de calculer un équivalent en azote minéral se base sur le concept de la

dose optimale. Celle-ci peut être calculée économiquement (méthode de l’optimum

économique), en déterminant la dose d’azote qui sera associée aux profits les plus élevés,

selon le prix de l’engrais minéral, ou encore mathématiquement (méthode de l’optimum

mathématique), à partir d’une courbe de fertilisation quadratique (Schrøder et al. 1997; Vyn

et al. 2000; N’Dayegamiye et al. 2015). Par sa contribution en azote, un engrais vert permet

Page 35: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

22

de réduire la dose d’engrais à appliquer. En chiffrant cette différence, il est possible

d’obtenir un équivalent en azote minéral. Cette méthode nécessite toutefois plus de

parcelles expérimentales, puisqu’il faut tracer la courbe de réponse de la culture à l’engrais

minéral à la fois dans des parcelles avec et sans engrais vert.

Dans l’étude de Schrøder et al. (1997), les auteurs comparent trois façons de calculer

l’équivalent en azote minéral du trèfle rouge dans la betterave sucrière. D’abord, ils

calculent un équivalent en azote minéral à partir (1) des rendements de la culture et (2) du

prélèvement en azote, et enfin, ils calculent l’équivalent en azote minéral à l’aide de la

méthode alternative de l’optimum économique (3). Chaque valeur d’équivalent obtenue

était différente, l’équivalent le plus élevé étant celui calculé avec la méthode (1), à 97 kg N

ha-1, suivi de celui calculé avec la méthode (2) à 89 kg N ha-1, le plus faible étant celui

calculé avec la méthode (3), à 44 kg N ha-1. Enfin, avec la méthode de l’optimum

mathématique, utilisée par N’Dayegamiye et al. (2015), il est possible de calculer

l’équivalent en azote minéral uniquement dans le cas où les courbes de régression de la

culture, avec ou sans engrais vert, donnent une réponse quadratique et présentent un

maximum.

2.2.4 Contribution azotée des engrais verts de trèfle

Afin de maximiser l’apport d’azote d’un d’engrais vert en intercalaire, le choix de l’espèce

est crucial, puisqu’il faut à la fois une espèce qui n’entrera pas en compétition avec la

culture principale, en plus de pouvoir produire un maximum de biomasse et fixer un

maximum d’azote dans le peu de temps qui suit la récolte de la culture principale. Le trèfle

s’avère un bon choix à ces égards, puisqu’il s’établit facilement et produit une bonne

quantité de biomasse en tant que culture intercalaire (Stute et Posner 1995a; Snapp et al.

2005), et ce, sans entrer en compétition avec la culture principale (Hesterman et al. 1992;

Garand et al. 2001; Schipanski et Drinkwater 2011). Bergkvist et al. (2011) ont semé soit

du trèfle blanc ou du trèfle rouge en intercalaire dans le blé, et n’ont observé aucune baisse

des rendements de la céréale. Cela n’a pas empêché le trèfle d’avoir au moment de l’arrêt

de sa croissance des rendements en matière sèche allant jusqu’à 2 t ha-1, ce qui a été

suffisant pour entraîner des rendements jusqu’à 2 t ha-1 plus élevés dans la culture

subséquente d’orge. De plus, le trèfle rouge se compare avantageusement à d’autres

Page 36: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

23

légumineuses d’un point de vue économique: pour Liebman et al. (2012), l’équivalent en

azote minéral du trèfle s’est avéré être supérieur à la luzerne, en plus d’être avantageux au

niveau du prix de la semence.

Le tableau 1 donne un aperçu de la productivité et de la contribution du trèfle à une culture

subséquente, tel que retrouvé dans la littérature scientifique. Il a été réalisé exclusivement à

partir d’études qui traitaient du trèfle rouge et du trèfle blanc implantés spécifiquement en

tant qu’engrais vert en intercalaire. Les études ont été retenues uniquement lorsque les

auteurs avaient fait le calcul de l’équivalent en azote minéral. Sauf mention contraire, cette

valeur d’équivalent en azote minéral a été calculée à l’aide de la première méthode décrite,

c’est-à-dire celle faite à partir des rendements de la culture principale implantée dans les

parcelles ayant eu des engrais verts, mais non fertilisées.

Selon les données recueillies, le trèfle rouge, représenté dans huit études, a produit 678-

6845 kg ha-1 de matière sèche fournissant 55-201 kg N ha-1 pour un équivalent de 0-184 kg

N ha-1. Le trèfle blanc, représenté dans deux études, a fourni 1800 kg ha-1 de matière sèche,

accumulé de 55 à 154 kg N ha-1 et obtenu des équivalents en azote minéral de 50 à 120 kg

N ha-1. Dans les trois études portant sur la contribution du trèfle au blé, les équivalents en

azote minéral sont de 30 à 85 kg N ha-1, alors que dans le maïs, ceux-ci varient entre 0 et

184 kg N ha-1. Les deux équivalents en azote minéral les plus faibles observés (0-30 kg N

ha-1) ont été obtenus lorsque le trèfle avait accumulé peu d’azote dans sa biomasse, soit

entre 13 et 38 kg N ha-1, et lorsque ce trèfle avait un rapport C:N élevé (27). Les quatre

équivalents en azote minéral supérieurs à 100 kg N ha-1 observés ont été obtenus dans les

études où le trèfle fournissait de 55 à 201 kg N ha-1, avec des rapports C:N faibles (10-18).

On peut ainsi conclure que les résultats obtenus à partir d’engrais verts de trèfle cultivé en

intercalaire montrent un excellent potentiel de contribution à une culture principale

subséquente, à la condition que ce trèfle puisse accumuler une quantité suffisante d’azote

dans sa biomasse, en plus d’avoir un rapport C:N faible.

Page 37: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

24

Notes a : Mesure de la biomasse aérienne uniquement b : équivalent en azote minéral; c : donnée non

rapportée; d : racines incluses dans le calcul; e : contribution non significative, calcul impossible; f :

Réduction du taux d’azote pour l’optimum économique.

Tableau 1. Caractéristiques et équivalent en azote minéral du trèfle comme engrais vert

intercalaire.

Page 38: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

25

2.2.5 Contribution des engrais verts aux rendements de la

culture subséquente

Dans leur méta-analyse, Miguez et Bollero (2005) ont démontré que l’implantation d’un

engrais vert de légumineuses améliore les rendements d’une culture subséquente de maïs.

Les auteurs ont compilé des études évaluant les effets de différents engrais verts sur le

rendement du maïs l’année suivante et recevant différentes doses d’azote. Sur l’ensemble

des études compilées, les légumineuses augmentaient les rendements moyens du maïs à

raison de 24 %. Cependant, en séparant les études portant sur les légumineuses par dose

d’azote appliquée, les auteurs ont révélé que l’effet était dépendant du niveau de

fertilisation appliquée dans le maïs. Pour 80 observations tirées de 30 études indépendantes,

la réponse du maïs à l’engrais vert de légumineuses, c’est-à-dire la différence de

rendements entre les parcelles avec ou sans engrais vert, était maximale là où la fertilisation

était faible, c’est-à-dire où les doses d’azote total appliquées dans le maïs étaient comprises

entre 0 et 99 kg N ha-1. Dans ce cas, l’engrais vert augmentait les rendements de 34 %.

L’augmentation des rendements due à l’engrais vert passait à 17 % dans le maïs fertilisé

avec 100 à 199 kg N ha-1, pour finir par être complètement masquée par une fertilisation de

plus de 200 kg N ha-1. Le fait que la réponse à l’engrais vert soit toujours significative

malgré l’application des niveaux d’engrais relativement élevés fait dire aux auteurs que la

quantité d’azote accumulée dans la biomasse des légumineuses devait être considérable; ces

valeurs ne sont toutefois pas données dans l’article. Miguez et Bollero (2005) sous-

entendent ainsi que dans le cas de légumineuses accumulant ainsi des quantités d’azote

moindres, une fertilisation de 100-199 kg N ha-1 pourrait être vraisemblablement suffisante

pour masquer leur effet sur les rendements d’une culture l’année suivante. Cette réponse

particulière aux engrais verts, modulée en fonction de la fertilisation appliquée, indique

principalement un effet azoté des légumineuses (Liebman et al. 2012). En ce qui a trait aux

variations régionales retrouvées dans la méta-analyse, celle-ci incluait des résultats d’études

provenant du sud-ouest des États-Unis jusqu’à l’est canadien, en Ontario. Il s’est avéré que

l’implantation d’un engrais vert de légumineuses dans cette dernière région, plus au nord,

n’entraînait pas d’augmentation significative des rendements, tous niveaux de fertilisation

confondus (Miguez et Bollero 2005). À cet emplacement, la saison de croissance serait en

cause, étant trop courte pour entraîner une productivité suffisante de l’engrais vert et ainsi

Page 39: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

26

obtenir une réponse significative de la culture subséquente. Cela dit, certaines études ont pu

démontrer qu’il était possible de tirer des bénéfices des engrais verts même dans l’est du

Canada (Vyn et al. 2000; Tonitto et al. 2006). Pour ce qui est de l’effet d’autres types

d’engrais vert, les auteurs ont également compilé des résultats d’études sur les engrais verts

de poacées. Il s’est avéré que celles-ci ne présentaient aucun effet sur le rendement du maïs

(Miguez et Bollero 2005). Les auteurs proposent que, malgré l’absence de réponse des

rendements de la culture subséquente à court terme, cette famille d’engrais verts pourrait

apporter des avantages au niveau de la réduction de la pollution, ou encore de

l’augmentation des rendements de la culture principale à long terme par une amélioration

des propriétés du sol.

Dans une autre méta-analyse, Tonitto et al. (2006), ont voulu étudier la possibilité de

remplacer complètement une fertilisation minérale par l’implantation d’un engrais vert. Ils

ont donc compilé des articles qui portaient sur le rendement de différentes cultures suite à

l’implantation d’engrais verts de différentes espèces. Ils comparaient d’une part une

fertilisation minérale, et de l’autre, un engrais vert de légumineuse sans autre fertilisation.

Dans les parcelles fertilisées avec un engrais minéral, la culture à l’étude suivait une

période de jachère hivernale et recevait une dose d’azote donnée, que les auteurs ont classé

en trois catégories, selon que la dose était plus faible que, égale à, ou plus élevée que la

dose recommandée pour la culture. La fertilisation avec un engrais vert de légumineuses a

ainsi entraîné des rendements qui étaient 10 % moins élevés qu’en fertilisation minérale,

tous niveaux d’azote confondus. Cette différence de rendement peut être expliquée par le

fait que l’apport d’azote de la biomasse des légumineuses à l’enfouissement s’est révélé

être en moyenne 28 % moins élevé que la moyenne des apports d’azote en fertilisation

minérale. Plus précisément, les engrais verts de légumineuses ont accumulé entre 8 et 350

kg N ha-1 dans leur biomasse, ces valeurs étant réparties de façon continue, la moitié de ces

études ayant rapporté une accumulation d’azote allant entre 50 et 150 kg ha-1. Pour que la

réponse à l’engrais vert soit comparable à une fertilisation minérale, c’est-à-dire pour qu’il

n’y ait plus de différence significative observable entre les rendements du système utilisant

des engrais verts et du système conventionnel, il fallait que les engrais verts fournissent

plus de 110 kg N ha-1 par l’incorporation de leur biomasse. En termes de géographie, cette

méta-analyse couvrait elle aussi un large territoire, s’étendant du Brésil jusqu’à l’Île-du-

Page 40: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

27

Prince-Édouard. Selon les auteurs, toutes les régions représentées ont un bon potentiel pour

l’utilisation des engrais verts en termes d’accumulation de biomasse. Cependant, ils font

observer que dans les études réalisées dans les régions plus froides, il y avait une incidence

plus élevée d’essais avec de faibles valeurs de biomasse d’engrais verts, indiquant un plus

grand défi de gestion. Dans les cas où l’accumulation d’azote par l’engrais vert serait

insuffisante, les auteurs proposent de compléter par un complément d’engrais minéral.

Enfin, Tonitto et al. (2006) ont également étudié d’autres familles d’engrais verts, en

comparant les rendements d’une culture en fertilisation minérale seule aux rendements

d’une culture en fertilisation minérale couplée à l’utilisation d’un engrais vert d’une famille

autre que les légumineuses. Ce plan d’expérience correspond à celui retenu dans l’article de

Miguez et Bollero (2005) cité précédemment. De façon similaire, les engrais verts non

fixateurs d’azote n’ont entraîné aucune différence de rendement dans la culture principale

de l’année suivante.

2.2.6 Contribution des engrais verts au canola

Il existe peu d’études portant sur l’utilisation des engrais verts dans la fertilisation du

canola. Lorin et al. (2016) ont étudié en France l’effet de sept espèces différentes de

légumineuses utilisées en engrais verts intercalaires sur le prélèvement en azote du canola

d’hiver dans un loam limoneux, à l’aide la méthode de l’azote marqué. En raison de la

période de croissance du canola d’hiver qui est semé à la fin août et récolté l’année

suivante, les engrais verts destinés à fertiliser le canola étaient également semés

simultanément à celui-ci. Les légumineuses (fenugrec, féverole, pois fourrager, gesse,

lentille, trèfle d’Alexandrie et vesce commune, seuls ou en mélanges) poussaient ainsi

jusqu’à un gel mortel ou étaient détruites par une application d’herbicide à la fin de l’hiver.

Sauf pour le fenugrec, la féverole et le mélange lentille-féverole, les engrais verts ont

augmenté le prélèvement en azote du canola au stade de floraison, qui correspond au stade

de prélèvement maximal d’azote. Cela s’explique principalement par la minéralisation de

l’azote des engrais verts. Les auteurs notent cependant qu’il n’y a pas de corrélation entre la

quantité d’azote accumulée dans la biomasse des engrais verts et l’augmentation du

prélèvement en azote dérivé de la minéralisation par le canola, et ce, même si les racines

des engrais verts étaient prises en compte. Les auteurs invoquent les propriétés physiques et

Page 41: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

28

chimiques de l’engrais vert pour tenter d’expliquer cette absence de corrélation. De plus,

l’augmentation du prélèvement en azote du canola était due également à deux autres

facteurs, soit la minéralisation de l’azote organique du sol et un prélèvement plus grand de

l’engrais azoté minéral. Les auteurs notent toutefois que cela pourrait être expliqué par les

conditions particulières causées par la croissance simultanée de l’engrais vert et du canola.

Ces résultats ne seraient donc pas nécessairement attendus dans les études portant sur le

canola de printemps, semé après l’arrêt de la croissance de l’engrais vert.

Khakbazan et al. (2014) ont étudié la rentabilité de différentes rotations implantées à sept

sites de l’ouest du Canada, qui contrastaient en termes de type de sol et de précipitation. Un

précédent de légumineuse en engrais vert d’une saison, la féverole, était comparé à des

précédents de canola, de blé, de pois fourrager, de lentille et de féverole en cultures

principales récoltées. À court terme, les revenus nets (présentés ici avec leur erreur type) de

l’année en canola étaient les plus élevés lorsqu’il y avait un précédent d’engrais vert de

féverole, à 586±29 $ ha-1 comparé à des valeurs variant entre 240±22 $ ha-1 et 442±18 $ ha-

1 pour les autres rotations. Prise sur les trois années de la rotation cependant, cette relation

s’inverse : les revenus annuels moyens associés à la rotation incluant l’engrais vert sont les

plus faibles, diminuant jusqu’à 76±25$ ha-1. Le gain en rendements du canola et de l’orge

les deux années suivant un engrais vert de légumineuse d’une saison n’est donc pas

suffisant pour compenser la perte de revenus associée à l’année d’implantation de l’engrais

vert. Une meilleure option, d’un point de vue économique, serait ainsi d’introduire l’engrais

vert en intercalaire, car en plus d’être implanté tôt en saison, il n’oblige pas à sacrifier une

année de récolte.

Il reste donc des questions en suspens en ce qui a trait aux engrais verts dans le canola.

Bien que des études aient été réalisées sur les engrais verts de légumineuses en intercalaire

cultivés simultanément avec le canola d’hiver, on ne connaît pas l’efficacité d’un engrais

vert mis en place l’année précédant le semis, pour la fertilisation du canola de printemps.

S’il a été démontré qu’un engrais vert d’une saison peut participer de façon marquée aux

rendements du canola l’année suivante par son apport important en biomasse et en azote,

l’impact d’un engrais vert avec une productivité plus faible, ayant une fenêtre de croissance

plus limitée et implanté en climat frais n’a pas été étudié.

Page 42: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

29

3. Hypothèses et objectifs

Selon la revue de littérature présentée, quatre hypothèses peuvent être émises concernant

les engrais verts et les types de fertilisation utilisés pour la production du canola:

- Un engrais vert intercalaire de trèfle améliorera le prélèvement en azote et le

rendement du canola semé l’année suivante;

- Le prélèvement en azote et le rendement du canola auront une réponse positive à la

fertilisation minérale ou organique jusqu’à un niveau d’azote disponible d’environ

100 kg ha-1;

- Le niveau d’azote minéral du sol augmentera en début de saison de culture du

canola suite à l’enfouissement et à la minéralisation de l’azote organique de

l’engrais vert, ainsi qu’après l’application des fertilisants azotés;

- L’engrais vert de trèfle en intercalaire permettra de réduire la fertilisation appliquée

au canola sans réduire ses rendements.

Le but de ce projet/mémoire/ou travail de maitrise était de trouver une stratégie optimale de

fertilisation pour le canola, incluant des engrais verts en combinaison avec une fertilisation

azotée complémentaire, dans les conditions climatiques du Québec. Cela se traduit plus

précisément en trois objectifs principaux, soit :

- Mesurer le prélèvement en azote et le rendement du canola suite à un engrais vert de

trèfles et déterminer la valeur de l’équivalent en azote minéral de cet engrais vert;

- Comparer la réponse du prélèvement en azote et des rendements du canola à une

fertilisation minérale et organique, en combinaison ou non avec l'engrais vert;

- Évaluer l’effet des traitements d’engrais vert et de fertilisation sur les niveaux

d’azote minéral du sol en effectuant un suivi tout au long de la saison de croissance

du canola.

Page 43: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

30

4. Impact d’un engrais vert de trèfle et d’une fertilisation

minérale ou organique sur le prélèvement en azote et le

rendement du canola

Mathieu Vaillancourt1, Martin Chantigny2, Denis Pageau3, Denis Angers2, Anne Vanasse1

1Département de phytologie, Université Laval, Québec, QC, G1V 0A6, Canada;

2Agriculture et Agroalimentaire Canada, Québec, QC, G1V 2J3, Canada;

3Agriculture et Agroalimentaire Canada, Normandin, QC, G8M 4K3, Canada.

Résumé

Des expériences factorielles ont été réalisées à deux sites au Québec pour vérifier les effets

combinés d’un engrais vert (EV) (mélange de trèfles rouge (Trifolium pratense L.) et blanc

(Trifolium repens L.)), de deux types de fertilisation ((minérale (27-0-0) ou organique

(lisier de porc)) et du niveau d’azote (N) (0, 50, 100 ou 150 kg N ha-1) sur le prélèvement

en azote et le rendement du canola (Brassica napus L.), selon un plan en tiroirs reproduit à

deux reprises (2013-2014, 2014-2015) à chaque site. À l’enfouissement, l’EV a apporté

entre 28 et 151 kg N ha-1. Aucune interaction n’a été observée entre l’EV et le type de

fertilisation. L’EV n’a pas eu d’impact sur le prélèvement en azote, mais a augmenté le

rendement du canola pour un équivalent en azote minéral de 22 à 82 kg ha-1. Dans les

parcelles non fertilisées, les rendements ont augmenté de 6 à 42 %, l’effet s’estompant avec

des doses d’azote croissantes. Le lisier entraînait un prélèvement en azote et un rendement

de canola moins élevé que l’azote minéral. Aucun maximum n’a été obtenu avec les

courbes de réponse au lisier, alors que les courbes de réponse à l’engrais minéral ont donné

des rendements maximaux entre 120 et 150 kg N ha-1. Le trèfle utilisé en EV offre donc la

possibilité de réduire la fertilisation azotée appliquée au canola sans compromettre ses

rendements.

Mots-clés : Brassica napus, Trifolium repens, Trifolium pratense, Légumineuses,

Intercalaire, Équivalent en azote minéral.

Page 44: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

31

Impact of a Clover Cover Crop Combined With Organic

or Mineral Fertilizer on Yield and Nitrogen Uptake of

Canola

Mathieu Vaillancourt1, Martin Chantigny2, Denis Pageau3, Denis Angers2, Anne Vanasse1

1Département de phytologie, Université Laval, Quebec, QC, G1V 0A6, Canada;

2Agriculture and Agri-Food Canada, Quebec, QC, G1V 2J3, Canada;

3Agriculture and Agri-Food Canada, Normandin, QC, G8M 4K3, Canada.

Abstract

Factorial experiments were conducted at two sites in Quebec to measure the impacts of a

combination of cover crop (CC) (mix of red (Trifolium pratense L.) and white clover

(Trifolium repens L.)), as well as two fertilizer types (mineral (27-0-0) or organic (pig

slurry)) and rates (0, 50, 100, 150 kg nitrogen (N) ha-1) on canola (Brassica napus L.) yield

and N uptake in a split-plot design reproduced twice (2013-2014, 2014-2015) at each site.

At killing, the clover provided 28 to 151 kg N ha-1. No interaction was observed between

CC and fertilizer type. Cover crops increased canola yield with a mineral fertilizer

replacement value of 22 to 82 kg N ha-1. Without N fertilizer, the CC increased yields from

6 to 42%, the increase being inversely related to the fertilizer N rate. Canola N uptake and

yield were lower with pig slurry, compared to the mineral fertilizer, possibly because of

ammonia loss. Canola yield response regression curves did not reach a maximum value

with pig slurry at the tested N rates, whereas a maximum yield was reached at 120 to 150

kg N ha-1 with the mineral fertilizer. Therefore, clover CC make it possible to reduce

fertilizer applications in canola without compromising yields.

Key words: Brassica napus, Trifolium repens, Trifolium pratense, Legume, Intercrop,

Fertilizer Replacement Value.

Page 45: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

32

Introduction

Canola (Brassica napus L.) is an oleo-protein cash crop developed in Canada in the ‘70s,

now widespread and contributing up to 19.3 billion Canadian dollars per year to the

Canadian economy (Canola Council of Canada 2014). This crop, however, requires high

levels of N fertilizer (Grant and Bailey 1993; Jackson 2000): recommended N rates vary

from 80 to 120 kg ha-1 in eastern Canada (Ontario Ministry of Agriculture, Food and Rural

Affairs (OMAFRA) 2009; Centre de référence en agriculture et en agroalimentaire du

Québec (CRAAQ) 2010).

In the province of Quebec, in eastern Canada, where the hog industry is the second largest

sector in agriculture, slurry is produced in large amounts, with more than 10 million m3

(Rochette et al. 2008). Used to fertilize crops, animal slurries can have variable efficiencies

(CRAAQ 2013), mostly depending on application mode and timing, and weather

conditions. For instance, in eastern Canada, pig slurry resulted in yields similar to mineral

fertilizers in corn and wheat (Chantigny et al. 2008; Rieux et al. 2013), but in lower yields

in sorghum (Thivierge et al. 2015). In canola, pig slurry can be an efficient fertilizer

(Mooleki et al. 2002). Sieling et al. (2014) reported similar canola yields with either

mineral fertilizer or pig slurry, when application rate was based on mineral N content and

corrected for ammonia volatilization following application.

There has been growing concern in the last decades about the impact of agriculture on the

environment (Tilman et al. 1999), especially due to fertilizer application. For mineral N,

pollution is generated through greenhouse gas emission by the Haber-Bosch industrial

fixation process. Another type of environmental pollution is caused by both mineral and

organic fertilizers, through the loss of N from the field by volatilization, leaching or

denitrification, especially when N use efficiency is low (Jenkinson 2001; Cassman et al.

2002).

Cover crops (CC) are known to protect the soil against erosion, but they also have the

ability to reduce the loss of applied N through leaching and denitrification (Reeves 1994).

Many studies also focus on legume CCs, which can be used as green manures, i.e. with the

goal of providing symbiotically-fixed N to the soil, offering a potential replacement to

Page 46: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

33

Haber-Bosch N (Miguez et Bollero 2005; Liebman et al. 2012). However, green manures

are usually grown over a whole cropping season, replacing a cash crop, while CCs used as

green manures are either interseeded in a cash crop or grown after its harvest. They can

thus increase yields of the succeeding crop without the need to sacrifice a cropping season.

In Western Canada, Khakbazan et al. (2014) found that even though crop yields were

greater following a whole-season green manure than following a CC, the difference was not

sufficient to compensate for the loss of revenue for a conventional crop during the green

manure year.

In a meta-analysis, Tonitto et al. (2006) found that replacing a conventional mineral

fertilization by a legume CC is viable. Averaged across studies, legume CCs achieved 90 %

of crop yields obtained with the recommended rates of inorganic fertilizers after a winter

fallow. Some cash crop species such as sorghum produced similar yield with legume CC

and inorganic fertilizers. Moreover, the increase in cash crop yield depended on CC species

and climate, two parameters affecting N fixation. In colder regions, or when using a less

productive legume CC species, CC-derived N may be insufficient and the authors

suggested providing supplemental inorganic N to achieve optimal yields (Tonitto et al.

2006).

According to Thorup-Kristensen et al. (2003), the best method for measuring CC impact on

cash crop yield is the fertilizer replacement value (FRV), which takes into account N as

well as non-N related effects. It is calculated by constructing a yield response curve as a

function of mineral N fertilizer rate for the cash crop, and then finding the N rate value

corresponding to the intercept with the yield obtained following CC in the unfertilized (0

N) soil (Hesterman et al. 1992; Liebman et al. 2012). Examples of non-N related effects of

CCs that have an impact on yields of the following cash crop include build-up of soil

organic C and N (Angers et al. 1993; Destain et al. 2010) and improvement of soil structure

(Abdallahi et N’Dayegamiye 2000).

Red and white clovers can be successfully underseeded in a cereal crop without reducing its

yield (Shrader 1966; Bergkvist 2003; Schipanski and Drinkwater 2011). These legumes are

known for their N-fixing ability and positive impact on following-year crop yield (Vyn et

al. 2000; Askegaard et Eriksen 2007; Bergkvist et al. 2011; Thilakarathna et al. 2015), and

Page 47: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

34

are preferred to other legume species because of the low price of seeds (Liebman et al.

2012). Intercropped red clover is estimated to have an FRV of 30-103 kg N ha-1 in corn in

the following year (Stute and Posner 1995a; Vyn et al. 2000), 97 kg N ha-1 in potatoes and

beets (Schrøder et al. 1997), and 81-85 kg N ha-1 in wheat (Garand et al. 2001). In a

previous experiment in the province of Quebec, Verville (2014) found that a mixture of red

and white clovers intercropped in barley contained 97 to 121 kg N ha-1 in its above-ground

biomass at time of termination in the fall, increasing spring wheat yields by 8 to 36% the

following year.

To determine the optimal fertilization strategy combining a cover crop and supplemental

fertilizations for canola, a two-year study was conducted at two contrasting sites in the

province of Quebec, Canada, and reproduced twice at each site. The objectives were to

measure the impact of (i) a preceding clover cover crop and (ii) mineral or organic

supplemental fertilization on canola N uptake and grain yield under a wet and cool climate.

Materials and Methods

Description of Sites and Experimental Treatments

The experiment was conducted from 2013 to 2015 at two sites in the province of Quebec,

Canada. The first was located in Normandin (NO), at the Agriculture and Agri-Food

Canada research farm (48°49'57"N, 72°33'36"W), on a silty clay (Labarre series; fine,

mixed, frigid Humic Cryaquept), and the other was located at Saint-Augustin-de-

Desmaures (SA), on the Laval University experimental farm (46°43'28"N, 71°30'15"W), on

a sandy clay loam (Saint-Laurent series; loamy, mixed, frigid, aeric Umbric Endoaqualf).

Mean annual air temperature is 0.8°C in Normandin and 4.2°C in Saint-Augustin-de-

Desmaures, whereas total annual precipitations are 870.6 mm in Normandin and 1189.7

mm in Saint-Augustin-de-Desmaures (Environment Canada 2016). Selected soil

characteristics are presented in Table 2. The monthly air temperature and precipitation

values during investigation at each experimental site are presented in Fig. 2.

A 2-year cropping system was reproduced twice (2013–2014 and 2014–2015) at each site,

for a total of four 2-year trials; new plots were established at the beginning of each trial.

The factorial experiment was arranged in a split-plot design. The factors were (i) preceding

Page 48: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

35

crop (barley only or barley intercropped with clover CC) in main plots, which were

established in the first year, (ii) N fertilizer type (mineral or organic fertilizer) and (iii) N

rate (0, 50, 100, and 150 kg N ha-1) in sub-plots, applied in the second year. Since the “0N”

plots did not receive any fertilizer, they were used as the control treatment for both mineral

and organic fertilizer treatments, for a grand total of seven sub-plots. Treatments were

replicated four times in randomized blocks for a total of 56 plots per trial.

All trials were established after a cereal crop that was tilled (moldboard plowing) in the

previous fall. Main plots were established in May after a secondary tillage with field

cultivator at a 5 cm depth. Barley (Hordeum vulgare L.) was sown 2.5 cm deep at 350

seeds m-2 in barley-only plots, and 245 seeds m-2 in plots with the CC, using a Fiona seeder

(Fiona Maskinfabrik A/S, Bogense, Denmark) with 12 cm row spacing at SA, and with a

John Deere 452 seeder (John Deere, Moline, IL, USA) with 15 cm row spacing at NO. A

mixture of red clover and white clover (var. Huia) was seeded the same day as barley, each

at a rate of 4 kg seed ha-1, in half of the main plots with a Brillion seeder (Landoll

corporation, Marysville, KS, USA). All plots were fertilized with mineral N, P, and K,

based on pre-plant soil analyses and recommended rates (CRAAQ 2010). In June, Tropotox

Plus® (4.25 L ha-1) was used to control weeds in all plots, as well as Refine® SG (30 g ha-1)

in barley-only plots at SA, while Clovitox Plus® (3 L ha-1) was used at NO in all plots.

Barley was harvested in August. Clover was chemically terminated with Touchdown

Total® (5.5 L ha-1) prior to fall tillage at NO, while no herbicide was used at SA. Plots were

moldboard plowed (20 cm) between October 23 and 28 in Normandin and between October

6 and 16 Saint-Augustin.

For the second year of each trial, soil was prepared with a field cultivator at a 5 cm depth in

mid-May at SA and in mid-June at NO. Subplots were established by applying the different

fertilization treatments. Sub-plots were 1.44 m x 5.5 m (7.92 m2) at NO and 1.62 m x 6 m

(9.72 m2) at SA. Rates of 50, 100 and 150 kg N ha-1 (Ca-NH4NO3, 27-0-0) were applied in

mineral fertilized plots ascribed to the mineral N treatments, whereas pig slurry was applied

to provide the same rates of “available” N, which was assumed to represent 80% of slurry

total N content (CRAAQ 2003). Selected pig slurry characteristics are presented in Table 3.

Page 49: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

36

Plots fertilized with pig slurry were assumed to receive sufficient amounts of phosphorus

(P), potassium (K) and sulfur (S) with the slurry. The other plots (50, 100, and 150 N of

mineral N) and the control (0 N) received 50 kg P ha-1 (triple super phosphate, 0-46-0), 51

kg K ha-1 (KCl 0-0-60), and 18 kg S ha-1 (K2SO4 0-0-51-18) at NO, and 20 kg P ha-1, 20 kg

K ha-1, and 20 kg S ha-1 (MnSO4 0-0-0-32) at SA, according to soil tests and local

recommendations (CRAAQ 2010). Mineral fertilizers and pig slurry were surface-applied

and incorporated (2 cm) within 1-3 h with a chain harrow at NO and a tine harrow at SA.

Canola (var. 45H29) at NO and var. L150 (2014) and L140 (2015) at SA) was sown at a

rate of 6 kg ha-1, at a 1-1.5 cm depth and with a 18-cm row spacing, using a Wintersteiger

plot seeder (Wintersteiger, Salt Lake City, UT). All plots were fertilized with boron at 1 kg

ha-1 (7.41 L ha-1 of a 135 g B L-1 solution) by foliar application at the rosette growth stage.

At the NO site, control of striped flea beetle was done using carbaryl (350 g ha-1 as Sevin®

XLR at 750mL ha-1), and control of weeds was done with glyphosate (650 g ha-1

asTouchdown Total® at 1.3 L ha-1 in 2014 and 448 g ha-1 as Roundup R/T 540 at 830 mL

ha-1 in 2015). No insecticides were used at the SA site, while glufosinate (500 g ha-1 as

Liberty 200SN at 2.5 L ha-1 was used for weed control in both years. At NO, diquat (480 g

ha-1 as Reglone ® desiccant at 2 L ha-1) was applied to canola before harvest to accelerate

dry down. Harvest was done with a Wintersteiger plot harvester at the end of August or in

early September at SA, and at the end of September or early October at NO.

Slurry, Plant, and Soil Sampling and Analyses

Pig slurry was obtained from a commercial hog operation, and analyzed prior to application

to determine total N by Kjeldahl acid digestion and colorimetry as detailed in Chantigny et

al. (2007). Available N content was calculated and application rates determined as indicated

above. Composite slurry samples were also taken during application, and analyzed for total

N and total P (acid hydrolysis), pH (direct reading with a glass electrode), and NO3-N and

NH4-N (1 M KCl) as detailed in Chantigny et al. (2007). Slurry total C was determined by

wet combustion with an automated analyzer (model TOC-5050, Shimadzu Corp., Kyoto,

Japan).

Page 50: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

37

Clover above-ground biomass was measured prior to its incorporation in the fall. In each

plot, plants were sampled in two 50 × 50 cm (SA) or 30 × 30 cm (NO) quadrats, dried, and

weighed at 55°C for 72 hours for DM yield determination. Samples were then ground with

a Wiley mill (model 4, Thomas Scientific, Philadelphia, PA, USA) to pass a 1-mm screen

for C and N analyses by dry combustion with a CNS analyzer (model Trumac, LECO

Corporation, St. Joseph, MI, USA). The N accumulation in clover biomass was determined

by multiplying DM yield by the corresponding N concentration.

Canola total above-ground biomass was measured at the 20% bloom stage. In each plot,

plants were sampled on a 50 cm long row, dried, weighted, and then ground as described

above for clover. The ground material was analyzed for N content by acid digestion with a

mixture of sulfuric and selenious acids (Isaac and Johnson 1976) and colorimetry using a

continuous flow injection analyzer (QuikChem 8500, Lachat Instruments, Loveland, CO).

The N content in canola above-ground biomass was determined by multiplying DM yield

by the corresponding N concentration.

Canola grain yields were determined at harvest, after drying at 35°C for 24h and being

manually cleaned with a canola sieve set (No. 6.5 round hole and No. .038 slotted,

Farmtronics Ltd., Regina, SK, Canada) at SA or with a seed cleaner (Model Eclipse 324,

A.T. Ferrel Company Inc., Bluffton, IN, USA) at NO. Grain protein and moisture content

were measured with a near-infra-red spectrometer (model DS2500, Foss Company,

Hillerød, Denmark), and yield was corrected at 90% DM content.

In the canola year, soil samples were collected in each plot at seeding, at the 2-4 leaf stage,

at the rosette stage, at the 20% bloom stage, at the end of flowering – beginning of green

silique stage, and after harvest. Composite soil samples (0-20 cm) were taken using a 2-cm

stainless steel corer. Bulk soil density (0-20 cm) was taken at the 2-4 leaf stage and after

harvest in 2014, and at the rosette stage in 2015, using the cylinder method as described by

Hao et al. (2008). Soil mineral N concentration was determined within 48 h of sampling by

shaking 25 g of field-moist soil for 60 min with 125 mL of 1M KCl, as described in

Chantigny et al. (2007). The extracts were analyzed for NH4-N and NO3-N by continuous

flow colorimetry (QuikChem 8500, Lachat Instruments, Loveland, CO). The soil mineral N

Page 51: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

38

content (kg ha-1) was calculated as the sum of NH4-N and NO3-N concentrations, corrected

for moisture content, sampling depth, and bulk density.

Statistical Analyses

Statistical analyses were done using SAS University edition (©2012-2015, SAS Institute

Inc., Cary, NC, USA). The homogeneity of variance was verified by the analysis of

residuals, and data normality was tested with the UNIVARIATE procedure. The data did

not need any transformation to achieve normality or homogeneity of variance. In order

to compare mineral and organic fertilization with polynomial contrasts, we doubled the “0

N” treatment from the field design. The result was a 2 × 2 × 4 three-way ANOVA for

preceding crop (PREC), fertilizer type (TYPE), fertilizer rate (RATE), and their

interactions. The MIXED procedure of SAS was used to test the treatment effects. Sites

were analyzed separately because of significant site × treatment interactions. For each site,

blocks were considered random effects, whereas year, PREC, TYPE, and RATE were

considered fixed effects. Main effects and interactions were tested on above-ground N

content of canola at the 20% bloom stage, as well as on grain yields. Analysis of

polynomial contrasts for linear, quadratic and cubic effects of RATE as well as PREC X

RATE and TYPE X RATE interactions were conducted, only when these were significant.

Effects were considered significant at P<0.05, while P values between 0.05 and 0.10 were

considered to reflect trends. Linear and quadratic regression curves were calculated using

the REG and RSREG procedures, respectively.

Statistical analyses revealed no interaction between year and treatments for above-ground

N content at the 20% bloom stage. However, there was an interaction between year and

treatments for grain yield at both sites. The ANOVA for above-ground N content at the

20% bloom stage was therefore done separately for each site, while canola grain yields

were analyzed separately by year and site.

Fertilizer replacement values (FRV) of CC were estimated using quadratic regressions of

canola yields as a function of N rate in plots with mineral N fertilization without CC.

Canola yield in the unfertilized CC plots was used to find the corresponding mineral N

fertilizer rate from the intercept with the regression equation.

Page 52: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

39

Results and Discussion

Weather Data

At SA, rainfall (Fig. 2) was high in May 2013, with more than 100 mm in less than 8 days.

The 2015 winter was colder than average, with a low in February 2015, when mean air

temperature was 7.0°C below the 30-y average of -10.7°C. At NO, rainfall was high in July

2015, with more than 180 mm. As found in SA, winter 2015 was unusually cold at NO,

with mean temperatures being 8.5°C below the 30-y average of -13.4°C in February.

Cover Crop Yield and Nitrogen Content

At time of CC termination, clover above-ground dry biomass was 4737 and 1442 kg ha-1

greater at the warmer SA site than at the colder NO site for 2013 and 2014 respectively

(Table 4). The lower clover biomass at NO in 2013 can be explained by barley lodging,

which interfered with clover development. The N concentration of CC biomass was similar

between years at each site, with an average of 2.7% (SE 0.3%) at SA and 3.8% (SE 0.3%)

at NO. These values explain the differences in C:N ratios between sites (Table 4), as the C

content remained constant throughout the study, with an average of 38.9% (SE 1.4%) at SA

and 39.5% (SE 1.0%) at NO. The C:N ratios of the CC biomass was ≤ 15 and thus had a

good mineralization potential for the four trials (Kuo and Jellum 2000; N’Dayegamiye et

Tran 2001). The total N content of CC biomass, that could potentially mineralize, varied

from 28.3 to 150.5 kg N ha-1 between years and sites (Table 4). This wide range was mainly

caused by the large variation in biomass yield.

Effect of Cover Crops on Canola

Canola N content at the 20% bloom stage was not significantly greater with than without

previous CC at both SA and NO (Table 5; PREC effect). The effect of the CC became more

obvious at harvest, showing a linear interaction with the fertilizer rate (Table 6; Fig. 3). At

SA, the CC effect on yields was the greatest in the unfertilized plots, with increases of 578

and 801 kg ha-1 in 2014 and 2015, respectively. The effect then gradually decreased as N

rate increased, and no significant CC effect was observed for N rates ≥ 100 kg N ha-1 in

2014 and at 150 kg N ha-1 in 2015. At NO, CC increased canola yields in the unfertilized

Page 53: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

40

plots by 288 and 184 kg ha-1 in 2014 and 2015 respectively, but the application of 50 kg N

ha-1 was enough to mask this effect. This type of yield response where the CC has a

significant impact on yields at 0 kg N ha-1 and no impact when additional N is supplied is

typical of a N related effect of CC (Liebman et al. 2012), and indicates that the CC had no

other non-N related effects on canola yields, as was the case for both years at SA and in

2014 at NO. The grain yields at NO in 2015, however, showed evidence of a non-N related

effect in addition to the N effect. At N rates ≥ 100 kg ha-1, grain yield in plots with

preceding CC were up to 321 kg ha-1 smaller than those in plots without preceding CC (Fig.

3). This finding was likely related to the occurrence of sclerotinia stem rot (Sclerotinia

sclerotiorum (Lib.) de Bary) observed on canola at the end of flowering stage. Clover being

susceptible to this pathogen, it could have acted as a host for the disease.

The introduction of a CC before canola caused a greater yield increase at SA than at NO.

Besides the difference in CC biomass and N content between both sites, this specific

difference in canola response could also be explained in part by differences in soil N supply

capacity. In both years in the unfertilized plots without CC, canola N content at the 20%

bloom stage was 36 to 42 kg ha-1 greater (Table 5), and grain yield was 835 to 858 kg ha-1

greater at NO than at SA (Fig.3). These observations suggest that the soil N supply

capacity, through mineralization of the soil N reserve, was greater at the NO than at the SA

site. This would explain why adding N, either through preceding CC and/or fertilization,

elicited a greater response from canola at the SA site.

Effect of Fertilizer Type on Canola Yield and Nitrogen content

Nitrogen content at the 20% bloom stage was greater in plots receiving the mineral

fertilizer compared to the plot with pig slurry (Table 5), without regards to the application

rate, indicating that the efficiency of slurry was not as high as expected. The N efficiency

coefficient of 0.8 used to calculate slurry application rates were based on local

recommendation by the Centre de référence en agriculture et agroalimentaire du Québec

(CRAAQ 2003). Preliminary analyses of slurry indicated that for every 50 kg N ha-1

increment, a volume ranging from 7 750 to 9 450 L slurry ha-1 had to be applied, and the

actual amounts of available N applied were higher than expected, at 59 and 60 kg N ha-1 at

SA and at 61 and 66 kg N ha-1 at NO in 2014 and 2015, respectively. However, the C:N

Page 54: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

41

ratios of slurry applied during the experiment varied from 3.6 to 7.7 (Table 3) and was

therefore larger than the mean C:N ratio on which the recommendation is based (3.4;

CRAAQ 2003). This likely reduced N availability from the pig slurry used. Canola N

content at the 20% bloom stage further indicated that the availability of slurry N was

overestimated by 13 to 37% if compared with canola N content with the mineral N

fertilizer. Therefore, at the 150 kg N ha-1 application rate, the actual amounts of available N

from slurry were 122 and 147 kg N ha-1 at SA, and 128 and 134 kg N ha-1 at NO in 2014

and 2015, respectively. A newly released version of the fertilizer guide (CRAAQ 2013),

takes the slurry C:N ratio into account to estimate slurry N availability, which should be

used in future research. The warm, sunny, and often windy weather at time of application

might also have contributed to the lower efficiencies of pig slurry, by favouring ammonia

volatilization (Smith et al. 2008), although it was not measured.

Canola grain yields in plots receiving the mineral fertilizers were generally greater than in

plots with pig slurry, the effect of fertilizer type being in interaction with N rate (Table 6,

Fig. 4). At SA in 2014, yields were 443, 573, and 413 kg ha-1 greater with the mineral

fertilizers than pig slurry at N rates of 50, 100, and 150 kg ha-1, respectively. In 2015, they

were 291 and 466 kg ha-1 greater at 50 and 100 kg N ha-1, but were not significantly

different at 150 kg N ha-1. At NO in 2014, compared to pig slurry, the mineral fertilization

resulted in greater canola yields (388 kg ha-1) at 50 kg N ha-1, similar yields at 100 kg N ha-

1, and smaller yields (327 kg ha-1) at 150 kg N ha-1. In 2015, yields were 423 and 445 kg ha-

1 greater with mineral fertilization compared to pig slurry at 50 and 100 kg N ha-1, but

similar yields were obtained at 150 kg N ha-1. The differences in yield were consistent with

the differences found in canola N content at the 20% bloom stage, and could therefore also

be explained by the lower-than-expected availability of pig slurry N.

Further analysis of the fertilizer type × N rate interaction on canola yields revealed that the

interaction was quadratic at both sites (Table 6). When calculating the quadratic regression

curves of canola response to fertilization (Fig. 4), maximum yield values were obtained

with the mineral fertilization. Based on these regression curves, maximum yields were

achieved at 138 kg N ha-1 at SA in 2015 and at 120 kg N ha-1 at NO in 2014, whereas

Page 55: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

42

estimated fertilizer rates at SA in 2014 and NO in 2015 were beyond the maximum N rate

used in this study (150 kg N ha-1).

In contrast, convex curves were obtained for the response of canola yields to pig slurry

(Fig. 4). This type of response did not allow calculating N rate for maximum yield, and

does not correspond to the response of canola that is generally found in the literature

(Khakbazan et al. 2011). The convex shape of the curves suggests that there were limiting

factors other than N availability at low slurry application rates, which were alleviated at

greater rates. Canola is known to have high S needs (Janzen and Bettany 1984), and the

soils at both sites were considered to be low in S for brassicas (CRAAQ 2010). While the

plots with mineral fertilization all received the same amount of mineral S, the plots with pig

slurry received S as provided by the slurry, which could have been insufficient to achieve

the same yields as with the mineral fertilization, especially at the lower rates. This could

also explain the marked response of canola yield to pig slurry at rates ≥ 100 kg N ha-1,

especially at NO in 2014 where yields were greater with pig slurry than mineral fertilization

at 150 kg N ha-1. Even though it was not evaluated in the present study, a greater S

availability probably improved N utilization by canola (Janzen and Bettany 1984). Other

factors, such as increased soil microbial activity caused by the application of an organic

amendment (Goyal et al. 1999) could have had a positive impact on canola yields, as

reported for corn and barley by Harris et al. (1994).

An interaction between preceding crop and fertilizer type on canola yields, independently

from N rate was observed at SA in 2015 (Table 6). It appears that in the barley plots

without CC, the mineral fertilization resulted in yields significantly greater (+377 kg ha-1)

than with pig slurry, whereas the difference (+87 kg ha-1) found in plots with previous CC

was not significant. Considering that the difference in yield between the two fertilizer types

were most likely due to difference in N availability, our results are consistent with those of

Liebman et al. (2012) who found that the effect of N fertilization was stronger where no

legume CC had been previously grown.

Page 56: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

43

Soil Mineral Nitrogen Dynamics

At both sites, soil mineral N concentrations were the highest at the beginning of the

growing season (from seeding to the 2-4 leaf stage) and were generally proportional to N

rate (Figs. 5 to 8). The concentrations decreased to background levels (<10 kg N ha-1)

between rosette growth stage and harvest. The effect of fertilizer type on soil mineral N was

coherent with that observed in canola N content at the 20% bloom stage and grain yield, the

plots with mineral fertilization having higher mineral N levels compared to the plots

fertilized with pig slurry. It was also expected that the CC plots would have higher mineral

N levels, since yield analysis revealed N related effects of the clover. However, the

contribution of the previous CC to early-season soil N concentrations was inconsistent

across years and among N rates. At SA, the plots with previous CC had higher levels of

mineral N at the 2-4 leaf stage of canola, this effect being significant only in 2014 (P =

0.042). At NO, the soil mineral N levels tended to be higher (P = 0.080 to 0.096) at the first

two sampling dates in 2015. The effect of CC was more important in the unfertilized plots

at time of canola seeding, where soil mineral N was significantly higher for all trials, except

at NO in 2014. Total N accumulated in the CC biomass was low for this specific trial since

the growth of clover in the preceding year had been hampered by barley lodging.

Comparing results from the two sites, soil mineral N concentrations averaged over the two

years appeared to be generally higher at NO than at SA (Figs. 5 to 8). In the unfertilized

plots without previous CC, soil mineral N levels were 16 kg ha-1 higher at NO compared to

SA at time of canola seeding. This further supports the fact that canola N uptake and yields

were generally greater at NO, as discussed earlier, and could be explained by a greater N

supply capacity in the fine-textured soil at NO than in the coarser soil at SA.

Cover Crop Fertilizer Replacement Value

The FRVs (Fig. 9) were calculated based on canola yields rather than its N uptake at the

20% bloom stage in order to consider the whole growing season in the effect. The response

of canola to N fertilization were assumed to be quadratic (Malhi and Gill 2006; Khakbazan

et al. 2011). Since the canola yields in the unfertilized plots with previous CC were

significantly greater than without previous CC for the four trials, and since canola showed a

positive response to the applied fertilizer, it was therefore possible to calculate the FRV of

Page 57: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

44

CC (Hesterman et al. 1992). The FRVs of the previous clover CC were 36.4 and 81.8 kg N

ha-1 at SA, and 27.3 and 21.8 kg N ha-1 at NO for 2014 and 2015, respectively (Fig. 9).

Even though the low C:N ratios of CC biomass were predictive of a net and rapid

mineralization (Table 4), variation in FRVs between years was not in close agreement with

differences in CC biomass C:N ratios, nor did they match with the potential N contribution

of CC at time of plowing (Table 4). At SA, despite the exceptionally high N content in the

CC biomass in 2013, the corresponding FRV was 2.25 times lower than with the CC

biomass in 2014 that accumulated much less N (Table 4). Similarly, at NO, the biomass CC

produced in 2013 resulted in a higher FRV compared to the biomass CC produced in 2014,

despite lower N content. Factors other than accumulated N or C:N ratio must therefore be

taken into account. One of them is the response to fertilizer N of canola itself, which varies

from year to year. For example, at SA in 2014, canola responded more to applied mineral N

than in 2015, causing the FRV to be much lower, even though canola yields in unfertilized

CC plots were relatively similar (2622 and 2695 kg ha-1 respectively). Another factor could

be the contribution of CC roots (Hesterman et al. 1992; Reeves 1994; Askegaard and

Eriksen 2007), which represent a sizable amount of biomass that can also provide N to the

next crop. Moreover, Quemada and Cabrera (1995) observed an interaction between the

decomposition dynamics of different plant parts, which immobilized more N when

decomposing together than when decomposing separately, indicating that in addition to

their N supply, roots could also influence the mineralization of the above-ground biomass.

These authors also observed that N mineralization of CC residues happened very quickly in

the first 16 days after residue application to soil. If mineralization happened before the

seeding of canola in the spring, the mineral N from the CC could have been lost during the

non-growing season (Chantigny et al. 2002). This loss, which can vary from year to year,

could explain why, for the two sites under study, the amount of N present in the CC

biomass at time of incorporation to soil was not a good predictor of FRV in the next year.

Conclusion

The objective of this study was to measure the impact of both a clover CC and two different

fertilizer types on N uptake and yields of a canola crop under the cool and humid climate of

Page 58: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

45

the province of Quebec, Canada. Biomass yield of the clover CC in late-fall varied from

718 to 5455 kg DM ha-1 between sites and years, leading to important differences in the

amount of N accumulated in the biomass, which ranged from 28.3 to 150.5 kg N ha-1. Even

though growing a clover intercrop in the previous barley crop had no significant impact on

the subsequent canola N uptake, it did have an impact on its yields. For the four trials, CC

increased canola yields the most when it was not fertilized, with increases ranging from 6 to

42%. This positive response to the clover CC was attenuated by increasing N rates,

indicating that clover CC contribution to canola yields was mainly due to N related effects.

Canola response to the CC appeared to be greater where the soil N supply capacity was

low, as was the case in SA on the sandy loam, in comparison with the silty clay in NO.

There was no interaction between the CC effect and the effect of supplemental N fertilizer

type on canola N uptake or yields. However, N uptake and yields of canola were the lowest

when fertilized with the pig slurry, which was less efficient than expected. Moreover, the

organic fertilizer regression curves suggest that the pig slurry, besides its N contribution,

did not provide sufficient amounts of other nutrients, some of which could have further

limited canola yields. The FRV of the clover ranged from 21.8 to 81.8 kg N ha-1. Finally,

the data from the soil mineral N analyses further confirmed these results.

In the light of our study, we conclude that a significant reduction in mineral N fertilizer use

in canola could be achieved by growing clover as an intercrop in previous barley, and that

success in the use of an organic fertilizer in canola, such as pig slurry, must be based on

adequate N availability coefficients.

Acknowledgements

The authors gratefully acknowledge the financial support from the Fonds de recherche

agroalimentaire axé sur l’agriculture nordique du Saguenay-Lac-St-Jean (FRAN-02), the

Eastern Canada Oilseeds Development Alliance (ECODA), TRT-ETGO, the Natural

Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC), and the Fonds de

recherche du Québec – nature et technologies (FRQNT). We would also like to thank

Marie-Ève Giroux, Johanne Tremblay, Isabelle Morasse, Annie Robichaud, Annie Brégard,

Francis Gagnon, Gabriel Lévesque, Maude Langelier, Valérie Bélanger, Vernhar Beaulac,

Page 59: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

46

Francis Allard, Marie-Ève Bernard, and all the summer students from Laval University and

Agriculture and Agri-Food Canada for their assistance in field and laboratory work, and in

statistical analyses.

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50

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Page 64: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

51

Tables and Figures

Table 2. Selected 0-20 cm soil characteristics for the two trials (2013-2014, 2014-2015) at

Saint-Augustin-de-Desmaures (SA) and Normandin (NO) in Québec, Canada.

aMehlich-III bHot water cDry combustion dCation exchange capacity

Table 3. Selected characteristics of pig slurry applied in spring 2014 and 2015 at Saint-

Augustin-de-Desmaures (SA) and Normandin (NO).

aDM : Dry matter

Table 4. Above-ground biomass, N content, and C:N ratio of the clover cover crop

measured at termination in fall 2013 and 2014 at Saint-Augustin-de-Desmaures (SA) and

Normandin (NO).

a100% dry matter

Site Sand Clay Pa Ka Bb Sa Nc Cc pHwater CECd Bulk

density

Year ------------------------------- g·kg-1 ------------------------------- - Meq·100 g-1 g·cm-3

SA

2013-2014 521 244 100 129 0.50 10.31 1.88 20.4 6.4 18.4 1.24

2014-2015 374 311 89 127 0.51 11.11 2.15 22.7 6.7 23.0 1.17

NO

2013-2014 106 440 48 121 0.44 11.47 1.55 21.0 5.6 19.2 1.09

2014-2015 106 440 42 119 0.50 9.12 1.65 21.6 6.1 19.3 1.17

Site pH DMa C:N Total N NH4 P S

Year - g·kg-1 - ---------------- g·kg-1 ----------------

SA

2014 6.3 80.3 5.6 6.24 4.10 1.24 0.89

2015 7.4 70.6 3.8 7.51 4.58 1.07 0.57

NO

2014 6.3 127.0 7.7 7.23 4.80 1.95 1.09

2015 7.4 68.7 3.6 7.25 4.62 1.07 0.54

Site Biomassa N content C:N ratio

Year _________ kg ha-1 _________

SA

2013 5455 150.5 14.1

2014 3412 86.7 15.4

NO

2013 718 28.3 9.9

2014 1970 70.7 11.1

Page 65: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

52

Table 5. Treatment means and P-values for the effect of preceding crop (PREC), fertilizer

type (TYPE), and N rate (RATE) on total above-ground N content in canola at the 20%

bloom stage at Saint-Augustin-de-Desmaures (SA) and Normandin (NO). Means are

averaged over the two years.

Total above-ground N uptake

(kg ha-1)

SA NO

Barley with clover CC 105.5 136.4

Barley only 95.4 119.5

Mineral N 108.0 137.9

Pig slurry 93.0 117.9

0 77.2 93.2

50 102.4 117.0

100 110.5 143.1

150 111.8 158.4

P-values

PREC effect 0.173 0.100

TYPE effect 0.009 0.007 PREC*TYPE 0.117 0.908

RATE effect <0.001 <0.001

PREC*RATE 0.825 0.852

TYPE*RATE 0.185 0.242

PREC*TYPE*RATE 0.660 0.967

RATE lin <0.001 <0.001

RATE qua 0.038 0.560

RATE cub 0.682 0.685

Page 66: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

53

Table 6. Summary of analysis of variance for the effect of preceding crop (PREC),

fertilizer type (TYPE), and N rate (RATE) on canola grain yield at Saint-Augustin-de-

Desmaures (SA) and Normandin (NO)

P values

SA NO

2014 2015 2014 2015

PREC effect 0.114 0.073 0.678 0.169

TYPE effect <0.001 <0.001 0.688 <0.001

PREC*TYPE 0.897 0.011 0.825 0.822

RATE effect <0.001 <0.001 <0.001 <0.001

PREC*RATE 0.040 <0.001 0.005 <0.001

TYPE*RATE 0.025 0.032 <0.001 <0.001

PREC*TYPE*RATE 0.544 0.163 0.917 0.639

PREC*RATE lin 0.016 <0.001 <0.001 <0.001

PREC*RATE qua 0.306 0.064 0.992 0.845

PREC*RATE cub 0.202 0.600 0.692 0.568

TYPE*RATE lin 0.027 0.165 0.002 0.356

TYPE*RATE qua 0.030 0.011 <0.001 <0.001

TYPE*RATE cub 0.969 0.473 0.055 0.902

Page 67: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

54

0

50

100

150

200

250

-25-20-15-10

-505

10152025

Pre

cip

itat

ion

(m

m)

Air

te

mp

era

ture

(°C

)Saint-Augustin

0

50

100

150

200

250

-25-20-15-10

-505

10152025

Pre

cip

itat

ion

(m

m)

Air

te

mp

era

ture

(°C

)

Normandin

Rainfall T° Mean T°

Fig. 2 Average air temperature and monthly precipitation for the experimental period at

Normandin (NO) and Saint-Augustin-de-Desmaures (SA). The dotted curve represents 30-y

average temperatures. Data obtained from the Environment Canada weather stations

located at Roberval, located approximately 50 km from the Normandin site and at Jean

Lesage Airport, located approximately 10 km from the Saint-Augustin-de-Desmaures site.

Page 68: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

55

1500

2000

2500

3000

3500

0 50 100 150

Can

ola

gra

in y

ield

(kg

ha

-1)

Nitrogen rate (kg ha-1)

Saint-Augustin-de-Desmaures 2014

1500

2000

2500

3000

3500

0 50 100 150

Can

ola

gra

in y

ield

(kg

ha

-1)

Nitrogen rate (kg ha-1)

Saint-Augustin-de-Desmaures 2015

1500

2000

2500

3000

3500

0 50 100 150

Can

ola

gra

in y

ield

(K

g h

a-1

)

Nitrogen rate (kg ha-1)

Normandin 2014

1500

2000

2500

3000

3500

0 50 100 150

Can

ola

gra

in y

ield

(kg

ha

-1)

Nitrogen rate (kg ha-1)

Normandin 2015

Fig. 3 Canola grain yield response to N fertilizer, with ( ) or without ( ) preceding cover

crop. Yield was measured at harvest in fall 2014 and 2015 at Saint-Augustin-de-Desmaures

(SA) and Normandin (NO). Vertical bars indicate standard error.

6.7876x + 2752.3 R2 = 0.9879

3.6645x + 3048.4 R2 = 0.9832

4.7602x + 2890.2 R2 = 0.9738 1.2433x + 3042.2 R2 = 0.5200

8.2715x + 2067.6 R2 = 0.9491

5.2610x + 2615.4 R2 = 0.9995

7.2058x + 1860.2 R2 = 0.9931

1.7945x + 2752.6 R2 = 0.5129

Page 69: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

56

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 50 100 150C

ano

la g

rain

yie

ld (

kg h

a-1

)Nitrogen rate (kg ha-1)

Saint-Augustin-de-Desmaures 2015

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 50 100 150

Can

ola

gra

in y

ield

(kg

ha

-1)

Nitrogen rate (kg ha-1)

Normandin 2014

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 50 100 150

Can

ola

gra

in y

ield

(kg

ha

-1)

Nitrogen rate (kg ha-1)

Saint-Augustin-de-Desmaures 2014

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 50 100 150

Can

ola

gra

in y

ield

(kg

ha

-1)

Nitrogen rate (kg ha-1)

Normandin 2015

Fig. 4 Canola grain yield response to mineral ( ) or organic ( ) N fertilization. Yield was

measured at harvest in fall 2014 and 2015 at Saint-Augustin-de-Desmaures (SA) and

Normandin (NO). Vertical bars indicate standard error.

0.0293x2 + 2.181x + 2862.8 R2 = 0.9626

-0.0433x2 + 10.369x + 2902.9 R2 = 0.9958

0.0534x2 - 5.3626x + 2986.6 R2 = 0.9682 -0.0222x2 + 6.6923x + 2989 R2 = 0.9573

0.02x2 + 2.5553x + 2312.9 R2 = 0.9789

-0.0413x2 + 14.337x + 2314.1 R2 = 0.9919

0.0174x2 + 1.1929x + 2285.8 R2 = 0.9919

-0.041x2 + 11.349x + 2268 R2 = 0.9642

Page 70: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

57

0

50

100

150

200

03 mai 02 juillet 31 août

Without CC - with mineral fertilizer

0

50

100

150

200

03 mai 02 juillet 31 août

With CC - with mineral fertilizer

03 may 02 july 31 aug

0

50

100

150

200

03 mai 02 juillet 31 août

With CC - with pig slurry

0

50

100

150

200

03 mai 22 juin 11 août

Without CC - with pig slurry

Fig. 5 Temporal dynamics of soil mineral N content on the canola year, as influenced by

preceding crop and fertilizer type for the different N fertilizer rates ( 0 kg N ha-1; 50 kg

N ha-1; 100 kg N ha-1; 150 kg N ha-1); results for the 2014 growing season at Saint-

Augustin-de-Desmaures (SA). Vertical bars indicate standard error for each date.

Soil

min

eral

N

lmm

mm

mm

mm

mm

m:k

g N

/ h

a)

Soil

min

eral

N

lmm

mm

mm

mm

mm

m:k

g N

/ h

a)

03 may 02 july 31 aug

03 may 02 july 31 aug

03 may 02 july 31 aug

Page 71: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

58

0

50

100

150

200

250

16-mai 05-juil. 24-août

With CC - with mineral fertilizer

0

50

100

150

200

250

16-mai 05-juil. 24-août

Without CC - with mineral fertilizer

0

50

100

150

200

250

16-mai 05-juil. 24-août

With CC - with pig slurry

0

50

100

150

200

250

16-mai 05-juil. 24-août

Without CC - with pig slurry

Fig. 6 Temporal dynamics of soil mineral N content on the canola year, as influenced by

preceding crop and fertilizer type for the different N fertilizer rates ( 0 kg N ha-1; 50 kg

N ha-1; 100 kg N ha-1; 150 kg N ha-1); results for the 2015 growing season at Saint-

Augustin-de-Desmaures (SA). Vertical bars indicate standard error for each date.

16 may 05 july 24 aug

16 may 05 july 24 aug

16 may 05 july 24 aug

16 may 05 july 24 aug

Soil

min

eral

N

lmm

mm

mm

mm

mm

m:k

g N

/ h

a)

Soil

min

eral

N

lmm

mm

mm

mm

mm

m:k

g N

/ h

a)

Page 72: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

59

0

50

100

150

200

01 juin 16 août 31 octobre

With CC - with pig slurry

0

50

100

150

200

01 juin 16 août 31 octobre

Without CC - with mineral fertilizer

0

50

100

150

200

01 juin 16 août 31 octobre

With CC - with mineral fertilizer

0

50

100

150

200

01 juin 16 août 31 octobre

Without CC - with pig slurry

Fig. 7 Temporal dynamics of soil mineral N content on the canola year, as influenced by

preceding crop and fertilizer type for the different N fertilizer rates ( 0 kg N ha-1; 50 kg

N ha-1; 100 kg N ha-1; 150 kg N ha-1); results for the 2014 growing season at

Normandin (NO). Vertical bars indicate standard error for each date.

Soil

min

eral

N

lmm

mm

mm

mm

mm

m

:kg

N/

ha)

Soil

min

eral

N

lmm

mm

mm

mm

mm

m

:kg

N/

ha)

01 june 16 aug 31 oct

01 june 16 aug 31 oct

01 june 16 aug 31 oct

01 june 16 aug 31 oct

Page 73: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

60

0

50

100

150

200

250

26-mai 15-juil. 03-sept.

With CC - with mineral fertilizer

0

50

100

150

200

250

26-mai 15-juil. 03-sept.

Without CC - with mineral fertilizer

0

50

100

150

200

250

26-mai 15-juil. 03-sept.

With CC - with pig slurry

0

50

100

150

200

250

26-mai 15-juil. 03-sept.

Without CC - with pig slurry

Fig. 8 Temporal dynamics of soil mineral N content on the canola year, as influenced by

preceding crop and fertilizer type for the different N fertilizer rates ( 0kg N ha-1; 50kg

N ha-1; 100 kg N ha-1; 150 kg N ha-1); results for the 2015 growing season at

Normandin (NO). Vertical bars indicate standard error for each date.

26 may 15 jul 03 sept

26 may 15 jul 03 sept

26 may 15 jul 03 sept

26 may 15 jul 03 sept

Soil

min

eral

N

lmm

mm

mm

mm

mm

m

:kg

N/

ha)

Soil

min

eral

N

lmm

mm

mm

mm

mm

m

:kg

N/

ha)

Page 74: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

61

y = -0.0703x2 + 19.742x + 1996.7

R² = 0.9638

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 50 100 150

Can

ola

gra

in y

ield

(kg

ha

-1)

Mineral N rate (kg ha-1)

Saint-Augustin-de-Desmaures 2014

y = -0.0144x2 + 11.075x + 1885.2R² = 0.9985

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 50 100 150

Can

ola

gra

in y

ield

s (k

g h

a-1

)

Mineral N rate (kg ha-1)

Saint-Augustin-de-Desmaures 2015

y = -0.0235x2 + 8.8629x + 2880.3R² = 0.9998

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 50 100 150

Can

ola

gra

in y

ield

(kg

ha

-1)

Mineral N rate (kg ha-1)

Normandin 2015y = -0.0388x2 + 11.47x + 2755.2

R² = 0.9996

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 50 100 150

Can

ola

gra

in y

ield

(kg

ha

-1)

Mineral N rate (kg ha-1)

Normandin 2014

Fig. 9 Canola yield response to mineral fertilizer N and apparent fertilizer replacement

value (FRV) of cover crops (CC) in non-fertilized plots, as measured at harvest in fall 2014

and 2015 at Saint-Augustin-de-Desmaures (SA) and Normandin (NO). Vertical bars

indicate standard error.

CC plots Yield : 3040 kg/ha FRV : 27.3 kg/ha

CC plots Yield : 3062 kg/ha

FR : 21.8 kg/ha

CC plots Yield: 2622 kg/ha FRV : 36.4 kg/ha

CC plots Yield: 2695 kg/ha FRV : 81.8 kg/ha

Page 75: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

62

5. Discussion générale

L’objectif du projet était de trouver une stratégie de fertilisation optimale pour le canola, en

intégrant un engrais vert de trèfles en intercalaire dans une rotation afin de réduire les

quantités d’azote appliquées dans cette culture. Pour ce faire, l’impact de l’engrais vert et

l’impact de deux types de fertilisation, minérale ou organique, ont été étudiés

principalement pour deux variables, soit le prélèvement en azote et le rendement du canola.

L’équivalent en azote minéral du trèfle a été calculé à partir des rendements du canola. De

plus, un portrait de la fertilité du sol a été fait en mesurant l’impact des différents

traitements sur les niveaux d’azote minéral du sol tout au long de la saison de croissance du

canola.

5.1 Caractéristiques et biomasse de l’engrais vert

Les résultats provenant de la première année des essais montrent une grande variabilité

dans la productivité du trèfle en termes de biomasse et d’accumulation d’azote total, d’un

site à l’autre, et au sein même des sites, d’une année à l’autre. Pour un protocole similaire,

Verville (2014) a obtenu des rendements en matière sèche variant entre 2838 et 2898 kg ha-

1 à Saint-Augustin et entre 2683 et 4362 kg ha-1 à Normandin pour un même mélange de

trèfle rouge et blanc en intercalaire dans l’orge. Dans la présente étude, des rendements

exceptionnels ont été obtenus la première année à Saint-Augustin (5455 kg ha-1), tandis que

les résultats étaient similaires à ceux obtenus dans l’étude citée lors de la deuxième année

(3412 kg ha-1). À Normandin, la croissance du trèfle est restée plus faible en comparaison

avec les résultats de Verville (2014). De plus, malgré des températures et des précipitations

similaires lors des deux années d’établissement du trèfle, une grande différence de

rendements s’observe : la première année a été marquée par une croissance très faible (718

kg ha-1), qui peut être expliquée principalement par la verse de l’orge. En effet, lors de la

première année, bien que la germination du trèfle se soit déroulée sans problème, il y a eu

des épisodes de verse dans l’orge, ce qui a grandement nui au développement du trèfle, qui

n’a pu se remettre de ce stress : deux mois après la récolte, au moment de l’enfouissement,

celui-ci ne couvrait que 70% du sol. Le moment de l’établissement serait donc un moment

critique pour le trèfle à Normandin. L’année d’après, l’orge n’a pas versé, et le mélange de

Page 76: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

63

trèfles couvrait 100% du sol au moment de l’enfouissement, produisant plus du double de

la biomasse de l’année précédente (1970 kg ha-1). L’accumulation d’azote suivait les

mêmes tendances que le rendement, la concentration en azote étant similaire d’une année à

l’autre pour chaque site. Cette concentration en azote était cependant plus élevée à

Normandin, sans doute en raison du stade de croissance moins avancé qu’à Saint-Augustin.

Cela apparaît évident dans le rapport C:N plus faible, où la biomasse moins mature

apparaissait également être plus facilement décomposable à Normandin.

5.2 Effet de l’engrais vert sur le canola

La première hypothèse énoncée au chapitre trois a été partiellement confirmée : l’engrais

vert intercalaire de trèfle a amélioré les rendements du canola semé l’année suivante, mais

son prélèvement en azote n’a toutefois pas augmenté de façon significative.

Cette augmentation des rendements du canola suivant l’engrais vert de trèfle était

dépendante du niveau de fertilisation appliqué. Bien que beaucoup plus marquée à Saint-

Augustin, cette réponse était similaire aux deux sites : dans les parcelles non fertilisées, le

trèfle entraînait une augmentation significative des rendements, tandis que dans les autres

parcelles, plus la dose d’azote appliquée était élevée, plus la réponse au trèfle était faible. À

Saint-Augustin, l’effet était masqué à une dose de fertilisant de 100 ou 150 kg N ha-1, selon

l’année, alors qu’à Normandin, une application de 50 kg N ha-1 suffisait pour masquer

l’effet du trèfle. Cela rappelle les résultats de Liebman et al. (2012), où des niveaux

croissants de fertilisation masquaient l’effet de l’engrais vert. Tel que mentionné dans leur

étude, les engrais verts qu’ils avaient étudiés avaient vraisemblablement apporté une grande

quantité d’azote, puisqu’il fallait un apport de 200 kg N ha-1 ou plus pour masquer

complètement l’effet. Deux raisons peuvent expliquer les résultats différents de la présente

étude, soit une production moins importante de biomasse et donc une moindre

accumulation d’azote de la part de l’engrais vert de trèfle, mais également la réponse du

canola, qui contrairement au maïs utilisé dans l’étude citée atteint un rendement maximal

bien avant 200 kg N ha-1 (parfois même dès 120 kg N ha-1).

En plus de l’apport moindre d’azote du trèfle au site de Normandin, la différence entre la

réponse au trèfle entre les sites de Saint-Augustin et de Normandin, tel que mentionné au

Page 77: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

64

chapitre 4, s’explique par une différence au niveau de la fertilité de ces sols. À Saint-

Augustin, le sol fournit moins d’azote : une culture de canola non fertilisée en prélève donc

moins et donne des rendements inférieurs à du canola non fertilisé cultivé sur le sol de

Normandin. Dans le cas de Saint-Augustin, où l’azote est de ce fait plus limitant, l’apport

d’azote fourni par le trèfle entraîne une meilleure réponse qu’à Normandin, où les

rendements sont moins limités par l’azote. Pour des doses d’azote supérieures aux doses

masquant l’effet du trèfle, les rendements n’étaient plus significativement différents entre

les parcelles avec et sans engrais vert, excepté à Normandin en 2015. Lors de cette année,

le trèfle a significativement diminué les rendements dans les parcelles recevant des doses

élevées d’azote, en particulier à 150 kg N ha-1, révélant la présence d’effets autres que

l’apport d’azote par l’engrais vert. Le mois de juillet 2015 a été particulièrement humide,

avec 188 mm de précipitations réparties sur le mois entier. Ces conditions ont été

favorables pour le développement de sclérotinia, dont les symptômes étaient déjà bien

observables le 20 août, à la fin de la floraison, ce qui a probablement nui aux rendements.

L’effet négatif de l’engrais vert pourrait s’expliquer par le fait que le trèfle est sensible au

pathogène en question (Unilet 2005) et qu’il aurait pu agir comme vecteur. Dans un tel cas,

la maladie aurait pu se développer dans les grandes parcelles avec engrais vert à l’automne

2014, pour mieux s’établir dans le canola l’année suivante. Avec les résultats obtenus, il est

cependant impossible d’identifier si de tels effets ont eu lieu pour tous les niveaux de

fertilisation, puisque les rendements obtenus avec les niveaux d’azote inférieurs ont pu être

le résultat net à la fois des effets positifs azotés et des effets négatifs de l’agent pathogène.

Enfin, bien que l’engrais vert de trèfle ne semble pas avoir entraîné d’effet positif autre

qu’un effet azoté dans le canola, il est probable que l’usage répété du trèfle en engrais vert

dans une rotation puisse, par les apports répétés en biomasse, entraîner une augmentation

des rendements sur le long terme du canola ou d’autres cultures par des effets sur la qualité

du sol (Kuo et Jellum 2000).

5.3 Effet du type de fertilisation sur le canola

Dans la présente expérience, le lisier était appliqué à des doses d’azote disponible allant

jusqu’à 150 kg N ha-1. Le choix d’appliquer de tels niveaux vient de la nécessité d’avoir

différents facteurs d’application pour pouvoir tracer des courbes de réponse de façon assez

Page 78: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

65

précise, et de bien comparer le lisier de porc à un engrais minéral. Cela dit, pour les

producteurs, les applications d’effluents d’élevage, riches en phosphore, sont souvent

limitées par la réglementation (CRAAQ 2010). Il est donc important de prendre cela en

compte. Dans le cas des essais présentés, la dose maximale de lisier apportait entre 43 et 76

kg P2O5 ha-1. Cependant, afin de limiter les risques environnementaux, le CRAAQ (2013)

recommande une application de phosphore ne dépassant pas les besoins de la plante afin de

ne pas causer d’accumulation. Selon les grilles de fertilisation du canola et des analyses de

sol réalisées aux sites, les quantités de phosphore recommandées étaient de 20 kg P2O5 ha-1

à Saint-Augustin et de 40 kg P2O5 ha-1 à Normandin. Ces exemples illustrent les difficultés

inhérentes à l’utilisation d’un tel type de fertilisant, qui viennent s’ajouter au défi de gestion

que pose la fertilisation avec des effluents d’élevage.

L’analyse de la variance n’a révélé aucune interaction significative entre l’effet des engrais

verts et du type de fertilisation, que ce soit sur le prélèvement en azote ou les rendements

du canola. Il existe des exemples dans la littérature où une diversité d’intrants incorporés

dans le sol provoque un effet synergique sur leur minéralisation respective. Par exemple,

l’étude de Quemada et Cabrera (1995) démontrait que la décomposition de différentes

parties de plante pouvait avoir un effet synergique sur l’immobilisation de l’azote. Cela est

également le cas pour une combinaison entre la biomasse végétale et un intrant organique

tel que le compost. Pour Sanchez et al. (2001), la combinaison de compost et de biomasse

de trèfle, utilisés comme amendements, a entraîné une minéralisation plus grande que la

somme de leurs minéralisations individuelles. L’absence d’interaction observée dans la

présente étude vient sans doute du fait que le lisier de porc, bien qu’étant considéré comme

un engrais organique, reste très similaire à un engrais minéral : son rapport C:N est très

faible, et la plus grande partie de son azote se trouve sous forme minérale.

Le type de fertilisation a eu un effet différent selon la variable étudiée. Selon l’analyse de

variance, le prélèvement en azote du canola était plus grand en fertilisation minérale

qu’avec le lisier de porc, indiquant que le facteur d’efficacité de 0,8 ayant été utilisé pour

l’application de lisier de porc surestimait la disponibilité de son azote. Selon les données de

prélèvement de l’azote au stade de 20% de floraison, qui correspond approximativement au

prélèvement maximal d’azote de la culture, l’efficacité réelle du lisier pour les quatre essais

Page 79: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

66

était de 73±7% en comparaison avec l’engrais minéral. Considérant que l’azote minéral

constituait 64±2% de l’azote total du lisier, il est probable que le canola ait pu profiter

d’une certaine minéralisation de la part d’azote organique, comme cela avait été le cas avec

le blé dans l’expérience de Rieux et al. (2013). L’efficacité moindre du lisier par rapport à

l’engrais minéral peut ainsi être attribuable à une moindre minéralisation de l’azote

organique, en raison par exemple du rapport C:N relativement élevé du lisier utilisé, ou

encore à la volatilisation d’azote ammoniacal qui a pu se produire de façon assez

importante lors de l’application, en particulier dans les heures précédant l’incorporation,

considérant que les conditions y étaient favorables : les journées d’application étaient à

chaque fois des journées chaudes, ensoleillées et relativement venteuses.

La deuxième hypothèse énoncée au chapitre trois a été partiellement confirmée : bien que le

prélèvement en azote et le rendement du canola ont effectivement eu une réponse positive à

la fertilisation minérale et à la fertilisation organique, cette réponse n’atteignait pas un

maximum autour d’environ 100 kg N ha-1, et variait selon le type de fertilisation. L’effet du

type de fertilisation sur les rendements du canola présentait en effet une interaction

significative avec la dose appliquée. Selon la forme des courbes de régression, il apparaît

que contrairement aux courbes en fertilisation minérale qui présentent la forme attendue,

les courbes en fertilisation organique ne présentent pas la forme quadratique avec

maximum tel que retrouvé dans la littérature. Pour les courbes de régression en fertilisation

minérale, le rendement maximum était atteint à des valeurs situées entre 120 et 174 kg N

ha-1. Cependant, les conclusions concernant la valeur maximale d’engrais requis, étant

supérieure à la dose maximale testée (150 kg N ha-1) représentent une extrapolation et

demeurent spéculatives. Ainsi, l’étude permet uniquement de conclure que les niveaux

optimaux d’azote en fertilisation minérale étaient situés entre 120 et 150 kg N ha-1. La

forme particulière des courbes de régression en fertilisation organique indique quant à elle

que l’azote ne serait potentiellement pas le seul élément limitant les rendements dans le cas

des parcelles fertilisées avec le lisier de porc, en particulier si on considère que dans le cas

de la présente étude, le sol était considéré comme étant faible en soufre. Cette interaction

avec la dose d’azote appliqué n’était d’ailleurs pas présente lors de l’analyse du

prélèvement en azote, qui s’est déroulé de façon similaire pour les deux types d’engrais. Le

rendement en grain du canola est certes déterminé en partie par l’azote prélevé par la

Page 80: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

67

plante, mais également par le soufre, qui est un élément très important pour les rendements

du canola. Puisque la plante utilise généralement un rapport constant entre l’azote et le

soufre pour la formation des graines (Janzen et Bettany 1984), une déficience en soufre

limite les rendements par une moins grande utilisation de l’azote prélevé. Tandis que les

parcelles en fertilisation minérale recevaient une dose fixe de P, K et S, les parcelles en

fertilisation organique en recevaient une quantité proportionnelle à la dose appliquée. Il

semble qu’à un certain niveau d’application, les rendements en fertilisation minérale et en

fertilisation organique devenaient équivalents, signifiant que l’élément qui, à plus faible

dose de lisier limitait les rendements, se trouvait être en quantités suffisantes. Cela se serait

produit à 150 kg N ha-1 en 2015 à Saint-Augustin et à 100 et 150 kg N ha-1 à Normandin en

2014 et 2015 respectivement. Une autre hypothèse expliquant cette relation serait l’effet

synergique que pourrait avoir une stimulation de la biomasse microbienne du sol à fortes

doses de lisier, et qui pourrait favoriser la minéralisation et la disponibilité de l’azote, par

exemple.

Quant à l’effet d’applications répétées de lisier de porc dans une rotation incluant le canola,

il y aurait sans doute un avantage à tirer de l’effet résiduel, c’est-à-dire de la minéralisation

de l’azote organique lors de la deuxième année suivant son application (Mooleki et al.

2002; CRAAQ 2010). Selon Nyiraneza et al. (2009), l’utilisation d’un intrant organique

comme le fumier de vaches laitières peut permettre de réduire la dégradation des propriétés

physiques du sol causée par une agriculture intensive, comme la perte de sa structure, et

améliore aussi les rendements du maïs à long terme par l’accumulation de nutriments

provenant du fumier. Cela dit, tel que mentionné précédemment, le lisier de porc est un

engrais organique qui ressemble beaucoup aux engrais minéraux, en particulier en raison de

son rapport C:N beaucoup plus faible. Ainsi, pour un apport d’azote donné, il y a moins de

carbone ajouté au système et il est probable de penser que ces effets «autres» découlant de

l’utilisation répétée d’un engrais organique seraient donc limités si cet engrais était le lisier

de porc.

Page 81: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

68

5.4 Azote minéral du sol

Le portrait de l’azote minéral du sol au courant de la saison de croissance du canola permet

de confirmer la troisième hypothèse énoncée au chapitre trois, puisque le niveau d’azote

minéral du sol a augmenté en début de saison suite à l’enfouissement et à la minéralisation

de l’azote organique de l’engrais vert, ainsi qu’après l’application des fertilisants azotés.

Bien que ces niveaux d’azote minéral montraient de très grandes variations d’une parcelle à

l’autre pour un même traitement, rendant l’interprétation des résultats difficiles, il est

possible d’observer que les niveaux maximaux d’azote minéral dans le sol sont retrouvés en

début de saison, à la première ou deuxième date d’échantillonnage, pour diminuer à des

niveaux assez faibles entre la troisième et la cinquième date d’échantillonnage, qui

correspondent approximativement au maximum de prélèvement d’azote par le canola,

c’est-à-dire entre les stades rosette et fin de floraison. Les niveaux d’azote minéral du sol ne

correspondent pas toujours forcément au niveau d’azote appliqué, mais les niveaux d’azote

maximaux ont été mesurés dans les parcelles en fertilisation minérale, ce qui vient

confirmer la plus grande disponibilité de cet azote, en comparaison avec l’azote organique.

Enfin, les niveaux d’azote retrouvés en début de saison dans les parcelles n’ayant reçu ni

engrais vert ni fertilisation montrent des niveaux d’azote minéral plus élevés à Normandin

qu’à Saint-Augustin. Cela vient appuyer l’hypothèse voulant que le sol de Normandin ait

un plus grand potentiel à fournir de l’azote que celui de Saint-Augustin.

5.5 Équivalent en azote minéral du trèfle

Enfin, la quatrième hypothèse énoncée au chapitre trois a été confirmée : l’engrais vert de

trèfle en intercalaire permettrait de réduire la fertilisation appliquée au canola sans

compromettre ses rendements. Le calcul de l’équivalent en azote minéral a permis de

chiffrer cette contribution du trèfle en le comparant avec un engrais minéral. L’implantation

d’un engrais vert de trèfle pourrait donc permettre de réduire la fertilisation minérale de

21,8 à 81,8 kg N ha-1. Cependant, cette valeur peut varier grandement d’une année à l’autre,

et la variation peut provenir soit de facteurs affectant l’engrais vert lui-même, soit des

facteurs affectant les rendements du canola. Dans ces cas, une recommandation aux

producteurs devrait demeurer conservatrice, malgré un grand potentiel de réduction des

Page 82: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

69

besoins en engrais du canola, en particulier à Saint-Augustin, où l’équivalent en azote

minéral était particulièrement variable, passant du simple à plus du double (2,25) entre les

deux années. Une réduction de la fertilisation équivalent à 35 kg N ha-1 à Saint-Augustin et

de 20 kg N ha-1 à Normandin pourrait ainsi être envisagée, diminuant la pression

environnementale et les coûts de production du canola, et ce, sans risquer d’obtenir des

rendements suboptimaux, dans le cas d’une année où la valeur d’équivalent du trèfle se

révélerait être faible. D’ailleurs, aucune corrélation n’apparaît entre la quantité de

biomasse ou d’azote total enfoui avec le trèfle et la valeur de l’équivalent en azote minéral.

Cela témoigne de toute la complexité des mécanismes menant de l’enfouissement de la

biomasse provenant du trèfle au prélèvement par le canola de cet azote, une fois minéralisé,

l’année suivante. La qualité de la biomasse du trèfle, la contribution racinaire, le potentiel

de minéralisation du sol, sa susceptibilité au lessivage ou à la dénitrification, la température

et les précipitations ainsi que la croissance du canola sont autant de facteurs ayant une

influence sur l’équivalent en azote minéral.

Enfin, avec de telles valeurs de réduction des besoins en azote, il est possible de faire des

calculs économiques. Par exemple, le coût d’implantation d’un engrais vert a été calculé

par Belzile et Grondines (2015). En calculant l’économie de fertilisant réalisée grâce à

l’engrais vert et en soustrayant le coût d’implantation de celui-ci, on obtient le gain

économique qui lui est associé. Avec les prix croissants du pétrole (Liebman et al. 2012), ce

gain économique est appelé à s’accentuer, ce qui favorisera sans doute son attrait auprès

des producteurs. Cela dit, les avantages d’inclure un engrais vert dans une rotation sont

beaucoup plus nombreux que les seuls avantages économiques directs au producteur. La

prise en compte des services écologiques associés aux engrais verts, tels que la réduction de

la pollution atmosphérique ou de la dégradation des sols (Cherr et al. 2006; Pelletier et al.

2008), pourrait être suffisante pour justifier leur utilisation, si une telle analyse est réalisée

dans un objectif plus large. Cela va cependant beaucoup plus loin que le champ d’action

possible des producteurs, et impliquerait un effort collectif.

Page 83: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

70

6. Conclusion générale

Le trèfle rouge et le trèfle blanc utilisés comme engrais vert en intercalaire dans l’orge sont

un bon choix d’espèces pour le canola au Québec. Cet engrais vert peut accumuler une

quantité importante de biomasse ainsi qu’une grande quantité d’azote organique. De plus, la

composition de cette biomasse est favorable à la minéralisation nette lors de sa

décomposition, une fois incorporée au sol. Utilisé l’année précédant une culture de canola,

l’engrais vert de trèfle participe à sa nutrition azotée : l’apport au sol de l’azote provenant

du trèfle se traduit par une contribution azotée à la culture subséquente, qui a été chiffrée

entre 21,8 et 81,8 kg N ha-1 selon le site et l’année. Le trèfle peut ainsi permettre de réduire

la fertilisation appliquée au canola sans compromettre ses rendements, ce qui constitue un

avantage significatif d’un point de vue environnemental. La valeur de remplacement d’un

équivalent en azote minéral a varié davantage d’une année à l’autre au site de Saint-

Augustin où une croissance plus élevée de l’engrais vert a été observée.

La fertilisation minérale dans le canola a permis d’atteindre un maximum de rendements

avec des valeurs d’azote situées entre 120 et 150 kg N ha-1. La fertilisation organique

utilisée dans le canola donne une réponse différente d’une fertilisation minérale, en raison

d’une efficacité moindre de son azote. Le moment de l’application du lisier de porc est

critique, et celle-ci devrait être réalisée de façon à limiter les pertes par volatilisation. Enfin,

le coefficient d’efficacité devrait être calculé le plus précisément possible, en utilisant les

recommandations régionales les plus à jour.

Page 84: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

71

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Page 93: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

80

Annexes complémentaires

Tableau A1. Valeurs de P pour les effets du précédent cultural (PREC), du type de

fertilisation azotée (TYPE), du niveau de fertilisation (RATE) et de l’interaction des

facteurs sur le diamètre moyen pondéré des agrégats à Saint-Augustin-de-Desmaures pour

les années 2013-2014 et 2014-2015.

Valeurs de P

2013-2014 2014-2015

Effet

02-juin

02-juil

27-août 13-oct 15-juin

Effet PREC

NSa

NS

NS 0,085 NS

Effet TYPE

NS

0,012

NS - NS

PREC*TYPE

NS

NS

NS - NS

Effet RATE

NS

NS

NS - NS

PREC*RATE

NS

0,017

0,098 - NS

TYPE*RATE

NS

NS

NS - NS

PREC*TYPE*RATE

NS

0,052

NS - NS aNS désigne des effets simples ou des interactions ayant une valeur P>0,100.

Page 94: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

81

Tableau A2. Effets simples ou en interaction des traitements sur le diamètre moyen

pondéré des agrégats à Saint-Augustin-de-Desmaures pour les années 2013-2014 et 2014-

2015.

Année

Date

Effet ou

interaction Précédent

Type de

fertilisation

Niveau

d'azote DMPa

kg/ha mm

2013-2014

02/07/2014 TYPE

Minéral

1,61 b

Organique

1,70 a

PRECxRATE Avec trèfle

0 1,70 b

100 1,71 b

150 1,61 b

Sans trèfle

0 1,61 b

100 1,59 b

150 1,71 b aDMP : Diamètre moyen pondéré.

Page 95: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

82

Tableau A3. Valeurs de P pour les effets du précédent cultural (PREC), du type de

fertilisation azotée (TYPE), du niveau de fertilisation (RATE) et de l’interaction des

facteurs sur le diamètre moyen pondéré des agrégats à Normandin pour les années 2013-

2014 et 2014-2015.

Valeurs de P

2013-2014 2014-2015

Effet

08-juil

29-juil

27-oct 25-sept 29-juin

Effet PREC

0,003

0,067

0,059 0,002 NS

Effet TYPE

0,074

NS

0,095 - NS

PREC*TYPE

NSa

NS

NS - 0,045

Effet RATE

NS

NS

NS - NS

PREC*RATE

NS

NS

0,021 - NS

TYPE*RATE

NS

NS

NS - NS

PREC*TYPE*RATE

NS

NS

NS - NS aNS désigne des effets simples ou des interactions ayant une valeur P>0,100

Page 96: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

83

Tableau A4. Effets simples ou en interaction des traitements sur le diamètre moyen

pondéré des agrégats à Normandin pour les années 2013-2014 et 2014-2015.

Année

Stade

Effet ou

interaction Précédent

Type de

fertilisation

Niveau

d'azote DMPa

kg/ha mm

2013-2014

08/07/2014 PREC Avec trèfle

2,00 b

Sans trèfle

2,36 a

27/10/2014 PRECxNIV Avec trèfle

0 2,21 a

100 2,13 a

150 1,95 a

Sans trèfle

0 2,24 a

100 2,28 a

150 2,44 a

2014-2015

25/09/2014 PREC Avec trèfle

2,69 a

Sans trèfle

2,03 b

29/06/2015 PRECxTYPE Avec trèfle Minéral

1,88 a

Organique

1,73 a

Sans trèfle Minéral

1,86 a

Organique

1,87 a a DMP : Diamètre moyen pondéré

Page 97: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

84

Tableau A5. Valeurs de P pour les effets du précédent cultural (PREC), du type de

fertilisation azotée (TYPE), du niveau de fertilisation (RATE) et de l’interaction des

facteurs sur le carbone de la biomasse microbienne du sol à Saint-Augustin-de-Desmaures

pour les années 2013-2014 et 2014-2015.

Valeurs de P

2013-2014 2014-2015

Effet

02/06/2014

02/07/2014

27/08/2014 13/10/2014 15/06/2015

Effet PREC

0,045

NS

NS NS NS

Effet TYPE

<0,001

<0,001

0,030 - NS

PREC*TYPE

NSa

0,063

NS - NS

Effet RATE

0,001

NS

0,081 - NS

PREC*RATE

NS

NS

NS - NS

TYPE*RATE

0,001

0,016

NS - NS

PREC*TYPE*RATE

NS

0,086

NS - NS aNS désigne des effets simples ou des interactions ayant une valeur P>0,100.

Page 98: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

85

Tableau A6. Effets du précédent cultural (PREC), du type de fertilisation azotée (TYPE),

du niveau de fertilisation (RATE) et de l’interaction des facteurs sur le carbone de la

biomasse microbienne du sol à Saint-Augustin-de-Desmaures pour les années 2013-2014 et

2014-2015.

Année

Stade

Effet ou

interaction Précédent

Type de

fertilisation

Niveau

d'azote CMBa

kg/ha mg/kg

2013-2014

02/06/2014 PRÉC Avec trèfle

293 a

Sans trèfle

263 b

TYPExNIV

Minéral 0 242 a

100 250 a

150 242 a

Organique 0 242 a

100 309 a

150 347 a

02/07/2014 TYPExNIV

Minéral 0 166 a

100 137 a

150 143 a

Organique 0 166 a

100 201 a

150 197 a

27/08/2014 TYPE

Minéral

184 b

Organique

210 a aCBM : Carbone de la biomasse microbienne

Page 99: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

86

Tableau A7. Valeurs de P pour les effets du précédent cultural (PREC), du type de

fertilisation azotée (TYPE), du niveau de fertilisation (RATE) et de l’interaction des

facteurs sur la biomasse microbienne du sol à Normandin pour les années 2013-2014 et

2014-2015.

2013-2014 2014-2015

Effet

08/07/2014

29/07/2014

27/10/2014 25/09/2014 29/06/2015

Effet PREC

NSa

0,066

0,002 0,006 NS

Effet TYPE

0,004

0,007

NS - 0,002

PREC*TYPE

NS

NS

0,032 - NS

Effet RATE

0,003

NS

0,031 - NS

PREC*RATE

0,033

NS

NS - NS

TYPE*RATE

0,062

0,036

NS - 0,077

PREC*TYPE*RATE

NS

NS

NS - 0,066 aNS désigne des effets simples ou des interactions ayant une valeur P>0,100

Page 100: Nutrition azotée et productivité du canola fertilisé avec

87

Tableau A8. Effets du précédent cultural (PREC), du type de fertilisation azotée (TYPE),

du niveau de fertilisation (RATE) et de l’interaction des facteurs sur la biomasse

microbienne du sol à Normandin pour les années 2013-2014 et 2014-2015.

aCBM : Carbone de la biomasse microbienne

Année

Stade

Effet ou

interaction Précédent

Type de

fertilisation

Niveau

d'azote CBMa

kg/ha mg/kg

2013-2014

08/07/2014 PRECxNIV Avec trèfle

0 165 a

100 190 a

150 278 a

Sans trèfle

0 211 a

100 235 a

150 236 a

TYPE

Minéral

196 b

Organique

242 a

29/07/2014 TYPExNIV

Minéral 0 237 a

100 205 a

150 196 a

Organique 0 237 a

100 240 a

150 304 a

27/10/2014 RATE

0 352 a

100 345 a

150 349 a

PRECxTYPE Avec trèfle Minéral

292 a

Organique

321 a

Sans trèfle Minéral

391 a

Organique

393 a

2014-2015 25/09/2014 PREC Avec trèfle

325 a

Sans trèfle

232 b

29/06/2015 TYPE

Minéral

253 b

Organique

306 a