Champ : recherche collaborative

Selon les bilans carbone des fermes laitières du Laboratoire vivant – Lait carboneutre, en moyenne 12,7 % des émissions de gaz à effet de serre proviennent des champs en culture. À cela, s’ajoute l’empreinte carbone associée à la fabrication des engrais inorganiques.

Le principal gaz à effet de serre en cause au champ est le protoxyde d’azote (N₂O), un gaz environ 273 fois plus puissant que le dioxyde de carbone (CO₂) en termes de pouvoir de réchauffement. Il est émis lorsque l’azote des engrais, qu’ils soient inorganiques ou organiques, n’est pas absorbé par les plantes.

Même si les plantes cultivées captent naturellement le dioxyde de carbone pour croître peuvent en séquestrer une partie dans le sol, seuls les changements durables des stocks de carbone sont comptabilisés dans les bilans.

À la demande des producteur(trice)s, le Laboratoire vivant – Lait carboneutre poursuit deux objectifs pour diminuer l’empreinte carbone des cultures destinées à l’alimentation des vaches : réduire les émissions de protoxyde d’azote et augmenter la séquestration du carbone dans les sols.

Amélioration de l’apport d’azote par les cultures de couverture, les cultures intercalaires et le retour de prairies dans la production des grandes cultures

Évaluer l’azote résiduel fourni par les cultures précédentes pour optimiser la fertilisation

L’azote est un nutriment essentiel à la croissance des plantes et à l’atteinte de bons rendements. Cependant, si le moment d’application, la dose ou le type d’engrais ne sont pas adaptées aux besoins de la culture, une partie de l’azote peut être perdue dans l’air par la volatilisation, dans l’eau, ou par sa conversion en protoxyde d’azote (N₂O), un gaz à effet de serre dont le pouvoir de réchauffement global est 273 fois plus puissant que celui du dioxyde de carbone (CO₂). L’équipe de Gaétan Parent (Agriculture et Agroalimentaire Canada) cherche à quantifier l’azote résiduel que les cultures précédentes laissent dans le sol, afin d’ajuster la fertilisation des grandes cultures pour limiter ces pertes d’azote. Pour atteindre une fertilisation optimale, différentes méthodes d’application et approches avec des engrais minéraux seront évaluées.

Des essais en conditions réelles, directement sur les fermes

À la suite des discussions menées lors d’ateliers de codéveloppement, plusieurs stratégies ont été proposées par l’équipe de recherche. Les producteur(trice)s intéressé(e)s ont accepté de rendre disponible environ un hectare de leurs champs pour mettre à l’essai :

• Destruction de prairies : évaluer si les résidus végétaux d’anciennes prairies libèrent assez d’azote pour réduire les besoins azotés de diverses cultures exigeantes en azote;
• Implantation d’engrais verts : tester le potentiel des engrais verts à enrichir naturellement le sol en azote, afin de réduire les doses d’engrais l’année suivante;
• Positionnement de l’azote : comparer différentes méthodes et doses d’application d’engrais pour optimiser le rendement du maïs;
• Sous-ensemencement de légumineuses : observer si le trèfle sous-ensemencé dans une culture de blé d’automne peut fixer l’azote atmosphérique et réduire les besoins en engrais azotés de la culture suivante comparativement à l’utilisation d’un mélange avoine-pois-radis.
• Les essais sont conçus par les scientifiques et les producteur(trice)s lors des ateliers de codéveloppement. Les chercheurs accompagnent leur mise en œuvre en tenant compte de la réalité de chaque ferme, comme des équipements disponibles pour réaliser les travaux par exemple. Ensemble, ils collectent des données sur :
  • le rendement et la qualité des cultures;
  • des analyses de sol et d’eau pour suivre la disponibilité de l’azote et le lessivage des nitrates (NO₃^–);   
  • des analyses microbiologiques pour estimer les populations bactériennes liées aux émissions de protoxyde d’azote.

Les résultats de ces travaux permettront aux producteur(trice)s de choisir des pratiques leurs permettant de maximiser les rendements de leurs grandes cultures tout en minimisant l’utilisation de fertilisants minéraux ainsi que les pertes azotées dans l’environnement.

Mesure saisonnière des émissions de protoxyde d’azote (N₂O) et caractérisation détaillée des sols

Évaluer les impacts environnementaux des pratiques testées

Pour savoir si une pratique est réellement bénéfique, il est important pour les producteur(trice)s de connaître si elle favorise une croissance optimale des cultures, tout en ayant un impact minimal sur les émissions de protoxyde d’azote (N₂O). L’équipe de Normand Bertrand (Agriculture et Agroalimentaire Canada) mesure les émissions de protoxyde d’azote, ainsi que les quantités de nitrates (NO₃^–) dans le sol durant toute la saison estivale. Ces mesures se font directement dans les champs des fermes participantes. Ces suivis permettront également de développer une méthode pour estimer les émissions de protoxyde d’azote basée sur la mesure de nitrates dans le sol. Grâce à la structure collaborative du Laboratoire vivant – Lait carboneutre, les mesures de l’équipe de Normand Bertrand sont réalisées en parallèle aux essais agronomiques de l’activité de l’équipe de Gaétan Parent. Ceci permet de quantifier l’impact direct des pratiques testées sur les émissions de protoxyde d’azote pour fournir le plus d’informations possible aux producteur(trice)s.

Des mesures prises directement sur les fermes

Chaque année, des mesures sont réalisées sur les fermes participantes :

• Les émissions de protoxyde d’azote (N₂O) : mesurés selon la méthode des chambres statiques classique à l’aide de cadres en plexiglas insérés dans le sol ou à l’aide d’un appareil de mesure portable (LI-COR);
• La présence de nitrates (NO₃^–) : des membranes d’échanges anioniques (MEA) sont enterrées dans le sol pour capter les nitrates disponibles;·    
• Les caractéristiques physico-chimiques des sols : la température et l’humidité volumétrique sont mesurées dans certaines fermes, en complément de données existantes sur la texture, la stabilité des agrégats, le pH, le ratio carbone/azote, ainsi que les nutriments majeurs et mineurs.

Grâce à la diversité de contextes offerts par les différentes fermes participant au Laboratoire vivant – Lait carboneutre, ces mesures permettront de mieux comprendre les facteurs qui influencent les émissions de protoxyde d’azote et d’orienter les pratiques des producteur(trice)s qui souhaitent les réduire.

Suivi de l’évolution des stocks de carbone par trois types différents de bandes riveraines et les cultures adjacentes, dans le but d’augmenter la séquestration du carbone sur les fermes

Réduire l’empreinte environnementale de la ferme en séquestrant du carbone dans le sol

Un élément central du bilan carbone d’une ferme est la capacité de ses sols à séquestrer le dioxyde de carbone (CO₂) atmosphérique sous forme de carbone organique. Lorsque les plantes, qui ont capté ce dioxyde de carbone pour leur croissance, se décomposent et s’incorporent au sol, elles l’enrichissent en matière organique. Ce processus permet de retenir du carbone dans le sol, contribuant ainsi à réduire les émissions de gaz à effet de serre. Cette capacité de séquestration peut avoir un effet significatif sur le bilan carbone d’une ferme.

L’équipe de recherche de Marie-Élise Samson (Université Laval) identifie les facteurs qui influencent au fil du temps la quantité de carbone séquestrée dans les sols des fermes participantes. Ces données permettront de modéliser, sur un horizon de 30 ans, l’impact de nouvelles pratiques culturales et d’aménagement des bandes riveraines, afin d’aider les producteur(trice)s à adapter leurs pratiques pour favoriser la séquestration du carbone à long terme dans leurs sols.

Des bandes riveraines mieux aménagées pour séquestrer plus de carbone

Sur chacune des 20 fermes du Laboratoire vivant – Lait carboneutre, deux parcelles de champs présentant des caractéristiques différentes en termes de type de sol ou d’historique de culture, sont sélectionnées pour suivre l’évolution du carbone dans le sol. Dans la zone cultivée et dans la bande riveraine adjacente, l’équipe de recherche prélève des échantillons de sol jusqu’à 1 mètre de profondeur pour estimer les stocks de carbone dans les couches superficielles, riches en matière organique récente, ainsi que dans les couches profondes, où le carbone est plus stable et retenu sur le long terme. Les analyses, réalisées à différentes profondeurs, comprennent :

• la densité apparente (degré de compaction) et la teneur en carbone, pour estimer les stocks de carbone totaux dans le sol;
• la granulométrie (proportion de sable, limon et argile) pour comprendre comment la texture du sol influence sa capacité à accumuler le carbone;
• le fractionnement de la matière organique du sol et sa répartition en deux catégories :
  • la fraction labile : constituée de résidus de plantes en décomposition et plus sensible aux changements de pratiques;
  • la fraction stable : liée aux particules minérales, emmagasinées à plus long terme dans le sol.

Ces données permettent de mieux comprendre l’influence des pratiques agricoles et des bandes riveraines sur les réserves actuelles de carbone dans le sol. En collaboration avec les producteur(trice)s, de nouvelles stratégies de gestion des bandes riveraines sont ensuite mises en place :

• l’implantation de différents types de bandes riveraines : herbacées, arbustives, ou arborescentes;
• la prise en compte de la diversité fonctionnelle dans le choix des espèces végétales (capacité à séquestrer du carbone, capter les nutriments lessivés, produire de la biomasse ou favoriser la biodiversité);
• les stratégies de gestion (largeur de la bande riveraine, fréquence des coupes et méthodes d’entretien).

Les échantillonnages seront répétés à la fin du projet pour évaluer l’effet des différentes stratégies de gestion des bandes riveraines sur l’évolution naturelle des réserves de carbone sur les fermes.

Introduction de panic érigé dans les bandes riveraines

Une culture prometteuse pour les bandes riveraines

Le panic érigé est une graminée pérenne connue pour sa capacité à pousser sur des terres moins fertiles et son potentiel à capter efficacement le dioxyde de carbone (CO₂) atmosphérique. Ces caractéristiques en font un candidat intéressant pour l’aménagement des bandes riveraines, d’autant plus qu’il peut générer des revenus supplémentaires par la production de paille et de fourrage. Les producteur(trice)s du Laboratoire vivant – Lait carboneutre ont souhaité évaluer la survie du panic érigé en zones inondables avant de l’implanter sur les bandes riveraines de leurs fermes.

Pour répondre à leur besoin, les équipes de recherche d’Annie Claessens et Jean-Thomas Denault (Agriculture et Agroalimentaire Canada) testent deux nouvelles populations de panic érigé à haut rendement, directement semées sur les bandes riveraines des fermes participantes, ainsi que des dispositifs agrométéorologiques installés pour suivre avec précision les conditions de croissance et de survie des différentes parcelles.

Des parcelles expérimentales sur les fermes, suivies par la technologie

Le projet se déroule sur deux fermes du Laboratoire vivant, situées en Estrie et en Montérégie.  Sur la ferme située en Montérégie, les équipes de recherche comparent :

• deux nouvelles populations de panic érigé à haut rendement et un cultivar témoin (Cave-in-Rock);
• deux régies de coupes : une au printemps (production de fourrage) et une en été (production de paille) jusqu’à 5 ans après l’implantation.

Les suivis comprennent des analyses du sol et de l’eau pour évaluer la séquestration du carbone, la captation des nutriments lessivés et la diversité microbienne.

Sur la ferme située en Estrie, les équipes de recherche vont comparer les deux nouvelles populations de panic et le cultivar témoin selon une régie de coupe pour la production de paille seulement.

Un sous-volet technologique permet de suivre de près les conditions de croissance du panic érigé. Des capteurs installés dans les parcelles mesurent en continu la température, la pluie, l’humidité, le stress hydrique du sol et la couverture de neige. Ces données serviront à mieux comprendre comment le panic s’adapte aux réalités agricoles et climatiques québécoises.

Valorisation des fourrages pour augmenter la séquestration du carbone sur les fermes

Utiliser les plantes fourragères pour séquestrer du carbone

L’intégration accrue de fourrages dans la ration des vaches laitières peut entraîner une augmentation des émissions de méthane entérique. Cette hausse peut cependant être compensée par la capacité des plantes fourragères pérennes à séquestrer le carbone dans les sols. Des fourrages de bonne qualité permettent aussi de réduire les émissions entériques comparativement à des fourrages de moindre qualité, et de plus réduire le besoin en concentré protéique et énergétique. Pour maximiser ce potentiel, il est important de mieux valoriser les fourrages, c’est-à-dire d’en optimiser la production, la qualité et leur utilisation dans l’alimentation du troupeau. En collaboration avec les fermes intéressées, l’équipe de recherche d’Édith Charbonneau (Université Laval) étudie comment optimiser l’utilisation des plantes fourragères pour augmenter les superficies cultivées et favoriser la séquestration du carbone des fermes et la réduction de l’utilisation d’intrants concentrés dans les rations.

Suivi sur les fermes, grille d’aide à la valorisation des fourrages et simulations

Un cahier de suivi est proposé aux producteur(trice)s pour les aider à documenter plusieurs éléments concernant leur régie des fourrages :

• les rendements, les pertes et la qualité nutritive;
• les coûts de production;
• la capacité à récolter au bon moment;
• l’intégration des fourrages dans la ration et les effets sur la production et la qualité du lait.

L’équipe de recherche effectue également des visites sur les fermes pour peser les balles de foin avec une balance spécialisée afin d’évaluer les rendements avec une précision accrue.

Toutes les données collectées sont intégrées dans une grille d’aide à la valorisation des fourrages, développée par des experts avec la contribution des producteur(trice)s. Cet outil propose ensuite des pistes concrètes pour améliorer les pratiques et optimiser l’utilisation des fourrages. Les pratiques retenues par les producteur(trice)s sont ensuite testées par simulation virtuelle à l’aide du modèle N-CyCLES pour évaluer leurs effets sur les émissions de gaz à effet de serre, les bilans en azote (N) et en phosphore (P), ainsi que sur le cycle de l’eau (voir Champ d’action Simulation des pratiques). Les différents scénarios permettent ainsi aux producteur(trice)s d’avoir une vision claire de l’impact de l’augmentation des superficies en plantes fourragères sur l’empreinte carbone de leur ferme.

Des retombées concrètes pour les fermes

Ces activités de recherche collaborative permettent aux producteur(trice)s d’essayer et d’ajuster différentes pratiques directement dans leurs champs et d’en observer les effets sur les émissions de protoxyde d’azote (N₂O) et sur l’évolution des réserves de carbone. Elles sont également l’occasion d’expérimenter de nouvelles technologies de suivi au champ et évaluer si elles répondent à leurs besoins pour mieux suivre leur production.

L’ensemble des résultats obtenus par les différentes équipes leur offre ainsi un portrait personnalisé de leurs sols, leurs cultures et leurs bandes riveraines, et de l’impact environnemental de leurs pratiques. En complément, ils peuvent, grâce aux simulations, visualiser les effets potentiels de nouvelles pratiques sur le bilan carbone global de leur ferme.

Ce travail conjoint vise à accompagner les producteur(trice)s dans le choix et la mise en place de pratiques de gestion bénéfiques favorisant la réduction des émissions de protoxyde d’azote et l’augmentation du carbone emmagasiné dans les sols, deux leviers clés pour diminuer l’empreinte carbone des champs des fermes laitières.

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Voici les réponses à plusieurs questions courantes sur le sujet.