Bilans saisonniers et annuels des émissions de N2O de deux sites agricoles dans le Sud-Ouest de la France impact des pratiques agricoles et de la variabilité météorologique et proposition d’une méthode de calcul

Bilans saisonniers et annuels des émissions de N2O de deux sites agricoles dans le Sud-Ouest de la France impact des pratiques agricoles et de la variabilité météorologique et proposition d’une méthode de calcul

Contexte et résumé de l’étude

La méthodologie présentée dans le chapitre 2 a rendu possible le gap-filling des séries temporelles de FR-Lam entre Octobre 2011 et Décembre 2016 et de FR-Aur entre Janvier 2012 et Décembre 2016, et a permis d’obtenir un jeu de données journalières complet pour l’analyse de la dynamique à l’échelle du mois et des bilans des émissions de N2O aux échelles de la saison et de l’année. Ce 3ème chapitre de résultats présente la gamme de variation des émissions de N2O de ces deux sites ainsi qu’une analyse des principaux facteurs d’influence mis en avant dans l’étude pour 5 cultures typiques de la région (blé, tournesol, colza, maïs ensilage, orge). Une nouvelle méthodologie de calcul des bilans est proposée à partir des relations empiriques identifiées entre variables explicatives et émissions de N2O. Dans un contexte où le besoin d’inventaire des émissions de gaz à effet de serre et de quantification de leur atténuation potentielle à l’échelle d’un territoire est culminant, il est essentiel de pouvoir les réaliser avec le plus d’objectivité et de réalisme possibles.

Dans cette étude, j’ai examiné les effets de la fertilisation azotée, de la pluie et de l’irrigation, du développement des plantes, de la minéralisation de printemps et du travail profond du sol sur les émissions de N2O. Les relations statistiques obtenues entre les facteurs de contrôle (seul ou en interaction entre eux) et les émissions de N2O m’ont permis de mettre au point une équation empirique qui simule les émissions de N2O à l’échelle de la saison et de l’année. Afin d’augmenter la généricité de l’approche inventaire proposée, les jeux de données issus de nos deux parcelles aux gestions contrastées ont été analysés ensemble sans distinction. J’ai ensuite comparé les bilans annuels d’émissions de N2O obtenus à partir de l’approche empirique aux bilans annuels observés, puis à ceux calculés selon la méthode Tier 1 du GIEC.

Cette étude met aussi en avant l’importance de la pluie et de l’irrigation dans l’explication des émissions de N2O qui se trouvent être le dénominateur commun aux autres facteurs de contrôle étudiés. L’effet de chaque pratique agricole (travail de sol profond, fertilisation azotée, minéralisation de printemps des résidus, développement de la végétation) sur les émissions de N2O est toujours pondéré par la disponibilité en eau (pluie + irrigation) avant ou après l’opération agricole en question. Les équations empiriques mises au point pour simuler les émissions de N2O observées se sont révélées très performantes pour modéliser les émissions sur les deux parcelles toutes cultures confondues. Cette étude est une première étape prometteuse vers un inventaire plus informé et précis des émissions de N2O à l’échelle d’une parcelle agricole. Cette étude a fait l’objet d’un article qui a été soumis au journal « Agricultural and Forest Meteorology » en septembre 2020.

N2O budget from 10 site-years measurement on two crop fields in southwestern France: impact of agricultural practices and calculation methodology

Agricultural managements play an important role in nitrous oxide (N2O) emissions. However, their effects and their interactions with the meteorological variations have not been fully quantified yet. In this paper, the monthly observed N2O emissions from 2 crop sites, Auradé (FR-Aur) and Lamasquère (FR-Lam), measured over 5 years (from 2012 to 2016) in the southwestern France were analysed along with their main key drivers. N2O budgets were compiled and compared for 5 typical rotational crops of the region: winter wheat, barley, sunflower, rapeseed and irrigated maize. The analysis outcomes highlighted significant effect of Green Leaf Area Index (GLAI), tillage depth and N inputs (fertilisation, crop residues and cover crop incorporation) in interaction with water supply (rain and irrigation). The relations found between explanative variables and observed N2O emissions were used to propose an original calculation methodology to simulate seasonal and annual N2O budgets at crop plot scale with only few variables. Observed annual N2O budgets varied from 1.0 ± 0.5 to 8.0 ± 0.4 kgN ha-1 depending on crop species, agricultural practices and water supply distribution. Maize proved to be a particularly high emissive crop with annual budgets ranging from 2.4 ± 0.3 to 8.0 ± 0.4 due to nitrogen fertilisation combined with irrigation event and low crop development at the very beginning of growing season that enhance high soil N surplus. Results underlined that spring mineralisation, when soil is bare, may enhance high monthly N2O emissions during summer cropping years. For the first time, the effect of deep tillage (> 20 cm) combined with previous mean rainfall on N2O emissions was quantified and lead to an exponential and positive relationship with a R² score of 0.99. Superficial tillage has no effect whatever the rainfall of 0.96 and 0.43 kgN ha-1 and of 0.37 and 1.56 kgN ha-1, respectively. This original calculation methodology offers new perspective to inventory N2O budget in cropland when no measurements exist. However, the approach needs to be evaluated on other sites with different climate, soil and agricultural conditions.