Water Erosion – Technical Annex - Agriculture et Agroalimentaire

Supplément technique sur les indicateurs agroenvironnementaux
Érosion éolienne : Méthodologie
Auteurs :
Nom de l’indicateur :
Portée :
H. Rostad et G. Padbury
Risque d’érosion éolienne
Couverture provinciale (Colombie-Britannique, Alberta,
Saskatchewan, Manitoba), 1981 à 2001
Contexte
L’érosion éolienne est une préoccupation un peu partout au Canada, des sols sableux qui bordent le
fleuve Fraser en Colombie-Britannique aux zones littorales des provinces de l’Atlantique.
Cependant, le risque d’érosion éolienne est de loin le plus grand dans les prairies semi-arides, où il
y a de grandes bandes de terres cultivées. La région des Prairies est particulièrement vulnérable à
l’érosion éolienne en raison du climat sec et des grandes étendues cultivées, très peu protégées du
vent. Nous utilisons l’indicateur du risque d’érosion éolienne (REO) pour évaluer comment la
modification des pratiques agricoles fait évoluer le risque de dégradation par le vent des sols
cultivés. Nous appliquons l’indicateur aux régions agricoles du Manitoba, de la Saskatchewan et
de l’Alberta, ainsi qu’au secteur de la rivière de la Paix en Colombie-Britannique, où le problème
revêt une importance primordiale.
Méthode de calcul
Nous avons estimé le taux d’érosion éolienne au moyen de l’équation d’érosion éolienne (EEO),
(Woodruff et Siddoway, 1965).
L’équation est la suivante :
E=f(I,K,C,L,V)
(1)
où E est la perte en terre moyenne annuelle potentielle, I, l’indice d’érodabilité du sol, K, le facteur
de rugosité du sol, C, le facteur du climat, L, la longueur à découvert d’un bout à l’autre du champ
et V, la couverture végétale.
Variables de l’EEO
Facteurs I et K
L’érodabilité du sol (facteur I) est définie comme la perte potentielle de sol par acre et par an dans
un grand champ lisse ayant le même facteur du climat (C) que Garden City (Kansas). Elle est
reliée au pourcentage d’agrégats de diamètre supérieur à 0,84 mm. Les facteurs I des divers
groupes de texture utilisés dans la présente analyse sont les suivants :
Groupe de texture
Facteur I (tonnes/acre)
Sable loameux
Loam sableux
Argile
Loam
134
86
60
35
1
Le facteur K, qui représente la quantité d’aspérités du sol, a été fixé à 0,75 pour les sols loameux
ou argileux et à 1,0 pour les sols sableux.
Facteur climatique C
Chepil a proposé un facteur climatique C lié à la vitesse du vent mise au cube et divisée par le
carré de l’indice de Thornthwaite. Pour les Prairies, le facteur C va de plus de 100 près de Swift
Current à moins de 10 dans le nord-est de la Colombie-Britannique. Ces chiffres représentent le
taux moyen relatif d’érosion éolienne à un endroit ou à un autre en pourcentage du taux moyen à
Garden City (Kansas). Un certain nombre d’équations servent à calculer C. Elles font toutes
intervenir la vitesse mensuelle du vent, la température et les données sur les précipitations. Ces
équations sont influencées indûment par les faibles températures et les neiges importantes au cours
de l’hiver. Nous avons retenu l’équation proposée par Chepil (1962), qui est la suivante :
C=100(V3/(I+60)2)/1,9
(2)
où I est l’indice de Thornthwaite, soit les précipitations annuelles moyennes moins
l’évapotranspiration potentielle annuelle, et V, la vitesse moyenne annuelle du vent en milles/heure
à 30 pieds.
Nous nous sommes servis des Normales climatologiques des écodistricts canadiens 1961-1990,
dont les données proviennent des stations météorologiques d'Environnement Canada. La vitesse du
vent a été convertie de 10 mètres (32,8 pi) à 30 pieds de hauteur au moyen de la loi de puissance
U1=U2*(h1/h2)0,2 où U1 et U2 sont les vitesses du vent aux hauteurs h1 et h2 respectivement.
Nous avons aussi obtenu des Normales climatologiques des écodistricts canadiens les valeurs
moyennes mensuelles et annuelles de l'évapotranspiration potentielle (EP) et les déficits hydriques
(DH) selon la méthode de Thornthwaite. Nous avons calculé le facteur du climat C pour chaque
écodistrict au moyen de la vitesse moyenne annuelle du vent et des données P-EP (précipitations
moins évapotranspiration potentielle) et avons appliqué le facteur à chaque polygone des
Pédo-paysages du Canada (PPC) dans l’écodistrict.
Correction du facteur C pour tenir compte des chinooks
Les chinooks, ces vents qui font fondre la neige et laissent les champs exposés à l’érosion éolienne
en hiver, influent beaucoup sur le potentiel d’érosion dans le sud de l’Alberta et de la
Saskatchewan. Nous avons employé deux ensembles de données climatologiques pour choisir les
zones où les chinooks font sentir leur effet. D’abord, nous avons pris les degrés-jours de croissance
(DJC) des Normales climatologiques, en appliquant l’indice : DJC >0 degré moins DJC >5 degrés.
Par exemple, dans l’écodistrict près de Lethbridge, il y a 2 679 DJC >0 degré et
1 604 DJC >5 degrés; la différence est de 1 075. Les chiffres les plus élevés indiquent des unités
thermiques plus hautes dans la plage des températures de zéro à cinq degrés, qui surviennent
surtout dans les mois d’hiver. Nous avons trouvé les chiffres les plus élevés, de 1 030 à plus de
1 060, dans le secteur de Lethbridge. Le second ensemble de données climatologiques sont les
DJC >5 degrés pour les mois de décembre, janvier et février. Encore une fois, les valeurs les plus
élevées se présentent à l’ouest de Lethbridge, et nous trouvons des valeurs moyennes près de
Calgary et à partir de Lethbridge, en passant par Medicine Hat, jusqu’à Maple Creek. Nous avons
augmenté de 30 % le facteur C dans les zones où les valeurs de DJC >5 degrés étaient élevées, et
de 15 % dans les zones où les valeurs étaient moyennes.
2
Rendement et quantités de résidus
L’effet des résidus de récolte sur l’érosion éolienne est lié au type, à la quantité et à l’orientation
des débris végétaux. La quantité de résidus est liée au rendement de la culture. Chaque culture
montre une relation différente entre rendement et quantité de résidus sur pied ou coupés.
Nous avons établi les rendements moyens des diverses cultures sur les 4 groupes de texture dans
les 5 régions (zones pédologiques) d’après les dossiers d’assurance-récolte dans les 3 provinces
des Prairies (tableau 2). Nous avons mis en relation le rendement avec les résidus sur pied et/ou
coupés au moyen des équations élaborées par McConkey et coll. (2000) et Moulin et Beimuts
(2000) (tableau 3).
Tableau 2. Rendement des grandes cultures
Rendement des cultures
Région 1
Zone
de sol
brun
Région 2
Zone
de sol
brun
foncé
Région 3
Zone
de sol
noir
Région 4
Groupe de
texture
Canola
boiss./
acre
Céréales
(Blé)
boiss./acre
Maïsgrain
boiss./
acre
Lin
boiss./
acre
Légumineuses
(pois)
boiss./
acre
Pommes
de terre
quintal/
acre
Soya
boiss./
acre
Betterave à
sucre
lb/acre
sable
loameux
12
14
20
10
15
200
10
8000
loam
sableux
18
18
25
12
20
200
12
8000
loam
22
27
40
16
28
200
14
8000
argile
24
32
50
20
34
200
15
8000
sable
loameux
12
15
30
12
16
200
10
8000
loam
sableux
18
19
50
16
21
200
12
8000
loam
23
29
60
19
29
200
14
8000
argile
24
32
70
21
34
200
15
8000
sable
loameux
14
23
40
14
20
200
15
8000
loam
sableux
17
29
50
16
26
200
25
8000
loam
20
32
70
20
30
200
32
8000
argile
22
35
80
22
34
200
35
8000
sable
loameux
18
20
40
13
20
200
15
8000
3
Sols gris
foncé
Région 5
Sols gris
loam
sableux
22
26
50
15
25
200
20
8000
loam
23
28
60
20
28
200
25
8000
argile
25
32
70
22
30
200
28
8000
sable
loameux
14
20
40
15
20
200
15
8000
loam
sableux
17
26
50
18
25
200
18
8000
loam
20
28
60
22
28
200
25
8000
argile
22
32
70
24
30
200
30
8000
Tableau 3. Données sur les cultures et coefficients
Culture
Unité de
rendemen
t
Résidus sur pied
Résidus coupés
AFSN9
2
AFSN9
2
ASSN9
2
ASSN9
2
Poids
au
boissea
u
Canola
boiss./acr
e
50
716
741+1,07*lb/acre
0,06
1,3
0,10
1,4
Céréales
boiss./acr
e
60
206+0,22*lb/acr
e
689+0,57*lb/acre
7,27
0,78
4,31
0,97
Maïs-grain
boiss./acr
e
56
1
1,6*lb/acre
0,5
1,0
0,75
1,0
Maïs
d’ensilage
tonnes/
acre
2000
1
1700
0,5
1,0
0,19
1,17
Lin
boiss./acr
e
56
1
1,77*lb/acre
2,1
0,92
2,9
0,96
Légumineuse
s
boiss./acr
e
60
446
(0,9*lb/acre)(0,000 125*lb/acre2
)
0,15
1,2
0,03
1,48
Pomme de
terre
quintal/
acre
100
1
0,0402*lb/acre
0,07
1,28
0,0
0,0
Soya
boiss./acr
e
62
1
1,25*lb/acre
0,15
1,2
0,03
1,48
4
Betterave à
sucre
lb/acre
Blé
d’automne
1
1
0,1625*lb/acre
0,07
1,28
0,0
0,0
0
1
500
6,5
0,8
0,0
0,0
Effet des façons culturales sur les quantités de résidus
Les résidus de récolte se décomposent naturellement au cours de l’été et de l’hiver. Le travail du
sol contribue à la décomposition. La réduction des résidus de diverses cultures varie en fonction de
l’instrument aratoire. Les données sur la réduction des résidus que nous avons utilisées
proviennent de McConkey et coll. (2000) et de Moulin et Beimuts (2000). Les valeurs de réduction
des résidus employées pour chaque passage de l’instrument aratoire figurent au tableau 4.
Table 4 Réduction des résidus par le travail du sol
Réduction en pourcentage des résidus selon le type de travail du sol
Cultivateur
Semoir
Herse
Hivernement
Résidus de
récolte
Sur pied
Coupés
Sur pied
Coupés
Sur pied
Coupés
Sur pied
Céréales
50
20
50
20
50
20
10%
Légumineuses
ou canola
50
50
50
40
50
30
10 %
La réduction est plus forte pour les résidus sur pied que pour les résidus coupés. Le tableau 5
montre ce qui reste de résidus après un labour de semis ou de jachère. Les pourcentages du
tableau 5 seraient appliqués aux quantités de résidus à l’automne après la récolte. Toutes les
cultures sont divisées en deux groupes selon leur résistance à la dégradation par le travail du sol.
Les cultures résistantes sont les céréales, le lin et le maïs. Les cultures sensibles sont le canola, les
légumineuses, la pomme de terre, le soya et la betterave à sucre.
5
Tableau 5. Pourcentage de résidus qui restent au printemps après le semis
Travail classique du sol
Travail de conservation du sol
Semis direct
Culture
Coupé
Sur pied
Coupé
Sur pied
Coupé
Sur pied
Céréales Br/Brf*
37
10
58
25
72
32
Canola Br/ Brf
19
6
35
25
54
36
Céréales N/Gris**
30
9
50
15
72
32
Canola N/Gris
15
4
25
14
54
36
Céréales rémanentes,
Br/ Brf
9
0
23
2
42
4
2
0
9
0
23
3
7
0
18
1
42
4
1
0
4
0
23
3
Jachère de deux ans
Br/ Brf
2
0
6
0
25
0
Jachère de deux ans
N/Gris
2
0
5
0
25
0
Jachère Br/ Brf
8
0
23
3
55
22
Jachère N/Gris
4
0
12
2
55
22
Canola rémanent,
Br/ Brf
Céréales rémanentes,
N/Gris
Canola rémanent
N/Gris
* Br/Brf indique des sols bruns et brun foncé.
** N/Gris indique des sols noirs et gris.
Des directives ont été établies concernant le nombre d’opérations selon la méthode de travail du
sol dans chaque zone pédologique (tableau 6).
Tableau 6. Méthodes de travail du sol
Zone pédologique
Méthode de
travail
Travail printanier
Jachère
Sols bruns et brun
foncé
Travail classique
culture printanière, semis, hersage 2X*
cultivateur 4X
Travail de
conservation
semis, hersage
cultivateur 2X
Semis direct
semis
Aucune
préparation du sol
Travail classique
culture automnale, culture printanière, semis,
hersage 3X *
cultivateur 5X
Sols noirs et gris
6
Travail de
conservation
culture printanière, semis, hersage
cultivateur 2X
Semis direct
semis
Aucune
préparation du sol
* Les passages de herse sont moins nombreux sur les légumineuses et le canola.
Longueur du champ
La longueur du champ a été fixée à 600 pieds pour la zone de sols bruns, à 800 pieds pour la zone
de sols brun foncé, à 1 000 pieds pour les zones de sols noirs et de sols gris foncé et à 900 pieds
pour la zone de sols gris.
V – Facteur de couverture végétale
Le type, la quantité et l’orientation des divers résidus de récolte sont exprimés en équivalent petite
céréale (ePC) dans le modèle EEO. L’ePC est défini comme suit : tiges de petite céréale de
10 pouces de longueur, parallèles au vent, couchées en rangs espacés de 10 pouces
perpendiculaires au vent. L’équation pour calculer l’ePC est y=axb, où y est l’ePC, x est le résidu
en lb/acre et a et b sont des coefficients. Les coefficients « a » (AFSN92, ASSN92) et « b »
(BFSN92, BSSN92) (Skidmore et Nelson,1992 ) pour les résidus sur pied et les résidus coupés
sont établis pour chaque culture. Ils sont donnés au tableau 7. L’ePC des résidus sur pied et l’ePC
des résidus coupés sont réunis pour donner un ePC total. Les résidus sur pied limitent mieux
l’érosion que les débris coupés.
L’ePC est converti en facteur de couverture végétale V selon la relation suivante :
0,253(ePC)1,363 avec les unités en kg/ha (Skidmore, 1994).
Tableau 7. Données sur les cultures et coefficients
Culture
Unité de
rendement
Poids au
boisseau
Résidus sur pied
Résidus coupés
AFSN92
AFSN92
ASSN92
ASSN92
Canola
boiss./acre
50
716
741+1,07*lb/acre
0,06
1,3
0,10
1,4
Céréales
boiss./acre
60
206+0,22*lb/acre
689+0,57*lb/acre
7,27
0,78
4,31
0,97
Maïs-grain
boiss./acre
56
1
1,6*lb/acre
0,5
1,0
0,75
1,0
Maïs
d’ensilage
tonnes/
acre
2000
1
1700
0,5
1,0
0,19
1,17
Lin
boiss./acre
56
1
1,77*lb/acre
2,1
0,92
2,9
0,96
Légumineuses
boiss./acre
60
446
(0,9*lb/acre)(0,000 125*lb/acre2)
0,15
1,2
0,03
1,48
Pomme de
terre
quintal/
acre
100
1
0,0402*lb/acre
0,07
1,28
0,0
0,0
Soya
boiss./acre
62
1
1,25*lb/acre
0,15
1,2
0,03
1,48
Betterave à
sucre
lb/acre
1
1
0,1625*lb/acre
0,07
1,28
0,0
0,0
0
1
500
6,5
0,8
0,0
0,0
Blé
d’automne
7
Sources de données
Les données extraites des trois bases suivantes ont été utilisées pour calculer les taux d’érosion
éolienne (t/ha-1/an-1) :
1. La série de cartes des Pédo-paysages du Canada (PPC), version 3.0, et les fichiers d’attributs de
polygone (fichier sur les composantes du sol (FCS), fichier sur les noms de sol (SNF) et fichier sur
les couches de sol (SLF)), répartis selon une hiérarchie basée sur les écozones, les écorégions et les
écodistricts (Groupe de travail sur la stratification écologique, 1995)
(http://sis.agr.gc.ca/cansis/nsdb/slc/v3.0/intro.html), fournissent les données spatiales sur :
C le groupe de texture du sol,
C la zone pédoclimatique.
2. Les données spatiales du Recensement de l’agriculture, qui portent sur le type de culture et de
pratiques culturales, couplées aux polygones agricoles des PPC (version 3.0) pour les années 1981,
1986, 1991, 1996 et 2001, renseignent sur :
C les superficies en culture,
C le type de cultures,
C le recours au travail de conservation du sol et à la culture sans travail du sol (semis directs),
C les superficies en jachère.
3. Données climatologiques, normales climatologiques à long terme (30 ans) des écodistricts.
(http://sis.agr.gc.ca/siscan/nsdb/ecostrat/district/climate.html)
Résultats
La proportion de terres en culture, dans chaque catégorie de risque d’érosion éolienne, a été
calculée pour les provinces des Prairies, et les résultats des calculs figurent au chapitre sur
l’érosion du Rapport sur les indicateurs agroenvironnementaux (no 2).
Limites
– Nous avons supposé que les données du Recensement de l’agriculture liées à une zone
cartographique étaient réparties également sur l’ensemble de la zone. Dans les polygones des PPC
où il y avait plusieurs types de sol, nous avons affecté les diverses cultures proportionnellement à
chaque type de sol. De même, nous avons affecté proportionnellement les méthodes de travail du
sol (p. ex. semis direct) à chaque culture et à chaque type de sol. Toutefois, la plupart des
agriculteurs adaptent leur choix de cultures et de méthodes de travail du sol aux conditions du sol,
surtout si le risque inhérent d’érosion éolienne est grand. L’affectation des types de culture et des
méthodes de travail du sol proportionnellement aux divers types de sol amène souvent une
surestimation du risque d’érosion éolienne.
– Comme le modèle emploie des conditions climatiques normales, des systèmes généralisés de
gestion des cultures et des rendements moyens à long terme, il est insensible aux conditions
anormales, comme un travail excessif du sol ou des sécheresses prolongées, qui peuvent faire
diminuer les quantités de résidus et augmenter le risque d’érosion éolienne.
– Nous faisons aussi remarquer que l’EEO permet bien de calculer un taux particulier d’érosion
en kg/ha/an, mais que les valeurs obtenues ont seulement servi d’indice pour classer les régions
pédologiques dans un catégorie de risque d’érosion relative, et non de prévisions quantitatives
réelles des pertes par érosion.
8
Bibliographie
Chepil, W.S., Siddoway, F.H., and Armbrust Dean V. 1962. Climatic factor for estimating wind
erodibility of farm fields. Journal of Soil and Water Conservation, 17:162-165.
Moulin A.P., and R. Beimuts, 2000. Residue Tillage (Decision) Support System (RTDS)
Version 1.1. Documentation. Agriculture and Agri-Food Canada, Brandon (Man.).
McConkey B., T. McInnis, and W. Eilers, 2000. Environmentally Sustainable Production Practices
for Diversified Cropping Systems in the Semiarid Prairie – Final Report for the CanadaSaskatchewan Agri-Food Innovation Fund (Project 96000486). Agriculture and Agri-Food
Canada, Semiarid Prairie Agricultural Research Centre, Swift Current (Sask.).
Skidmore, E.L. 1994. Wind Erosion. pp 265-293 in Soil Erosion, Research Methods, 2nd edition,
edited by Rattan Lal.
Skidmore, E.L. and Nelson R.G. 1992. Small-grain equivalent of mixed vegetation for wind
erosion control and prediction. Agron. J. 84:98-101.
Woodruff, N.P. and Siddoway, F.H. 1965. A wind erosion equation. Soil Sci. Soc. Am. Proc.
28(5):602-608.
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