Impact à long terme du non-labour sur le comportement hydrodynamique des sols. Conséquences sur les flux de nitrate et de pesticides. Romain Dairon, Alain Dutertre, Florence Leprince, Jonathan Marks-Perreau, Nadia Carluer. 27 mai 2015

Contexte et objectifs. Constat : Augmentation de la SAU en technique de travail du sol simplifié depuis 15 ans (Agreste2001, Agreste2004, agreste2007, agreste2014). Des impacts contrastés selon les études sur à la fois l’hydrodynamique du sol (Strudley2008) ou les exportations en produits phytosanitaires (Alletto2010). Besoin de contextualiser les études en fonction des contextes agro-pédo-climatiques. Quels impacts d’un arrêt total du labour sur l’hydrodynamique et les flux de solutés sur un milieu sensible à la compaction ?

Situation-Climat. Site drainé, représentatif d’environ 16 000 Km² en France. Utilisé pour l’homologation européenne. Climat océanique, pluviométrie positive d’octobre à avril :  Période d’écoulement de novembre à mars.

Géologie-pédologie Horizon Epaisseur Argile (%) Limon (%) Sable (%) M.0 (%) Masse volumique (g.cm3) pH (eau) Structure Ap 30 20.8 44.6 34.6 2.17 1.55 6.3 Polyédrique E 18 25.9 41.3 32.8 0.77 1.63 7 Bt 17 49.2 35.3 15.5 0.46 1.7 5.6 Prismatique Bt/C 45 42.7 35.8 21.5 0.36 4.9 Luvisol dégradé, forte teneur en argile en profondeur, présence de transfert préférentiel (structure, galeries de vers de terre, racines

Fonctionnement hydrologique général Pluie 705 mm. Evapotranspiration 734 mm. Conception du réseau de drainage selon les normes françaises (10 m d’écartement et 0.9 m de profondeur). Débit de conception : 1.5 L/s/ha Drainage annuel : 220 mm. Ruissellement environ 10 % de la lame d’eau drainée. Site caractérisé par une saison de drainage intense en période hivernale :  Drainage proportionnel aux précipitations. Pic de débits de drainage 3 à 10 h après le pic de pluie :  Milieu très réactif

Itinéraire technique Parcelles T5 et T3 conduites avec les mêmes ITK depuis 1988, excepté l’absence de labour sur la T5. Décompactage plus fréquent en parcelle non labourée. Accumulation de matière organique dans les 5 premiers centimètres en non labour Augmentation de la densité apparente en non labour  Quels impacts de ces modifications sur les transferts ?

Hydrologie - 1 Constat : Décrochage progressif des lames d’eau drainées sur la parcelle T5, non labourée Délai de 10 ans après l’arrêt du travail du sol. Quelles conséquences sur l’hydrodynamique et les flux de soluté (nitrate et produits phytosanitaires) ?

Hydrologie – 2 : Typologie des débits Utilisation de l’échantillonage sup-seuil sur les données horaires de drainage. Période de retour (année) Période de retour (année) T5 : pics de débits plus intenses mais …. …des phases de tarissement plus courtes et absence de débit de base dans certains cas.

Hydrologie – 2 : Typologie des débits Utilisation de l’échantillonage sup-seuil sur les données horaires de drainage. Période de retour (année) Période de retour (année) T5 : pics de débits plus intenses mais …. …des phases de tarissement plus courtes et absence de débit de base dans certains cas.

Hydrologie – 3 : Typologie des débits Ratios des courbes QDF (T3/T5) sur les deux périodes (88-98 et 99-2011)  Accès à l’évolution de la dynamique du drainage. La période de décrochage montre une différence en terme de pics de débits plus importante mais également des phases de tarissement plus courtes (non montré ici).  comportement de plus en plus proche des épisodes de ruissellement.

Hydrologie – 5 : bilan Malgré une diminution des débits cumulés annuels en non labour, pics de débits plus intenses avec une distribution de type Dirac de plus en plus marquée. Des phases de tarissement de plus en plus courtes et l’absence de débit de base en non labour. Egalement une amorce de drainage plus précoce en automne en parcelle non labourée. Quels impacts sur les exportations de polluants ?

Soluté -1 : nitrate Les dynamiques sont identiques entre les deux parcelles. Les flux cumulés suivent les tendances observées pour les lames d’eau cumulées. Cohérent avec son comportement dans les sols drainés (Arlot1999). Pas de différence significative des concentrations sur l’ensemble de la période. Concentrations significativement différentes de 2000 à 2011. En est t’il de même pour les produits phytosanitaires ?

Soluté -2 : pesticides Des résultats hétérogènes : De plus fortes exportations pour les molécules appliquées en automne-hiver sur la parcelle non labourée. Des exportations plus faibles au printemps pour l’atrazine pour la parcelle non labourée. Des résultats non significativement différents pour les molécules appliquées à la fin de l’hiver. Pas de tendance pour les autres molécules de printemps.  Quelle lien avec la dynamique des débits et des exportations ?

Soluté -3 : pesticides Utilisation des courbes de double cumul flux versus drainage. Isoproturon Rôle des premières exportations  forme de la courbe de double cumul. % Exportations proches  tendance identique.

Soluté -4 : pesticides Atrazine Courbe double cumul : même comportement sur les deux parcelles. Facteur explicatif  Cumul de drainage ou disponibilité de la molécule.

Soluté -5 : pesticides Thiamethoxam Comportements plus hétérogènes notamment pour les substances appliquées en sortie d’hiver ou Printemps. Une fois de plus importance des premiers pic de flux pour expliquer les différences de flux mesurés parfois observés.

Soluté -6 : pesticides Evènement particulier : Différence de comportement hydrodynamique importante en amorce de drainage. Débits de pointe 5 fois supérieurs, tendance identique pour les phytos mais… Des flux mesurés différents. Comportements différents entre l’atrazine et les autres molécules.

Conclusion & Perspectives Décrochage des cumuls drainés annuels sur la parcelle non labourée. Changement d’hydrodynamique de la parcelle non labourée, cohérente également avec les mesures de conductivité in situ. Diminution du lessivage du nitrate et de l’atrazine liée avec la baisse des débits cumulés et notamment aux faibles débits de base, phase de tarissement plus courte. Augmentation des exportations de pesticides appliqués en automne-hiver, concomitantes avec des pics de débits plus élevés notamment peu après l’application. Compensation entre les modifications hydrodynamiques et physico-chimiques de la parcelle en non labour pour les solutés appliqués en fin d’hiver et au printemps en général, sauf si évènements extrêmes au printemps.

Conclusion & Perspectives Arrêt du labour : des effets antagonistes selon les polluants. Problèmes supplémentaires pour les produits phytosanitaires :  Plus d’application en non labour (herbicide). Modéliser un tel comportement est t’il possible ? RZWQM : représentation implémentée HYDRUS : représentation « manuelle » MACRO : option du labour non opérationnelle

Merci de votre attention !

Débits classés et volumes associés. Hydrologie – 4 : Typologie des débits Débits classés et volumes associés. Débits classés et volumes associés Accès au comportement général du système. Temps cumulé de drainage pour les débits élevés plus court sur la seconde période sur les deux parcelles. Des volumes de drainage plus élevés sur la parcelle non labourée pour un temps de drainage plus faible.  Une différence de débits de pointe qui s’observe également au niveau des volume drainés totaux.

Annexe : échantillonnage sup-seuil

Annexe : échantillonnage

Annexe