Apprendre à reconnaître les buttes dans les champs cultivés : Partie 1 : Comprendre et gérer les buttes à pH élevé Jake Munroe, spécialiste de la gestion des sols, grandes cultures, MAAARO
On en tous rencontré : des hauts de coteaux, des crêtes, des zones surélevées où les cultures en arrachent année après année. Les buttes érodées sont fréquentes dans le paysage agricole de l’Ontario et sont chaque saison à l’origine de pertes de productivité pour les agriculteurs. Les buttes érodées ne sont cependant pas toutes semblables. Cette série de deux articles va se pencher sur ce type de buttes : comment elles se forment, ce qui les distingue, comment on peut les gérer et, dans certains cas, y remédier.
Comment se forment les buttes érodées?
L’érosion attribuable au travail du sol est la cause principale des buttes érodées. Dans de nombreux cas, les agriculteurs sont aux prises avec les conséquences de décennies ou même de siècles de déplacement de sol du haut de la pente vers le bas en raison des labours et du concours de la gravité (figure 1). L’érosion hydrique joue aussi un rôle important dans ce processus. Une fois que le sol se retrouve partiellement déplacé vers le bas de la pente par le travail du sol, il devient vulnérable aux épisodes de ruissellement et risque de poursuivre davantage sa descente vers le bas de la pente (figure 2). À mesure que l’érosion s’accentue avec le temps, la couche arable se déplace de la butte et le sous-sol ou le matériau d’origine affleure à la surface.
Figure 1. Butte érodée par le travail du sol.
Figure 2. Érosion par ruissellement (de l’eau) dans un champ en pente.
Les buttes sont-elles toutes semblables?
Bien que le processus de formation des buttes soit semblable d’un champ à l’autre, les types de buttes érodées ne sont pas toujours similaires. Les buttes érodées à pH élevé représentent le scénario le plus courant dans le sud de l’Ontario. Cela se produit lorsque la teneur en carbonate du matériau d’origine est élevée.
Dans d’autres cas, surtout en sols sableux, la butte érodée peut devenir acide (pH bas). Lorsque la couche arable est retirée, le pouvoir tampon du sable en dessous est très faible et ce dernier s’acidifie. Ben Rosser abordera cette question à la partie 2.
Pour établir si le pH de la butte est bas ou élevé, il est préférable de prélever des échantillons de sol distincts sur la butte et dans le reste du champ. On peut aussi utiliser une solution diluée d’acide chlorhydrique pour le diagnostic; un pétillement indiquera un pH élevé du matériau d’origine (figure 3).
Figure 3. Dégagement de dioxyde de carbone produit par la réaction entre l’hydrogène et les carbonates sur une butte érodée à pH élevé.
Buttes à pH élevé et productivité des cultures
Pourquoi les cultures poussent-elles si difficilement sur les buttes érodées? Dans le cas des buttes à pH élevé, cela est dû principalement à la faible disponibilité de l’eau et des éléments nutritifs.
Lorsque le sol arable est déplacé du haut d’un coteau, la matière organique, qui est une source importante d’eau et d’éléments nutritifs, l’est aussi. Le matériau d’origine calcaire qui reste, bien que riche en calcium et en magnésium, possède peu d’éléments nutritifs majeurs, il ne procure qu’un lit de semences médiocre et draine l’eau rapidement. Un pH élevé peut aussi réduire la disponibilité de certains éléments comme le phosphore pour les plantes. On peut constater à la figure 4 que les plants de soja sur une butte érodée près de Rockwood souffrent d’un manque d’eau et présentent des carences nutritives.
Figure 4. Plants de soya rabougris et décolorés sur une butte à la fin juillet 2020
Gérer la variabilité due aux buttes dans un champ
Les conditions varient à l’intérieur d’un champ en raison de légères différences dans la topographie, le drainage et la disponibilité des éléments nutritifs. La variabilité d’une zone à l’autre peut toutefois être très prononcée dans les champs où se trouvent des buttes très érodées et il peut alors être nécessaire de recourir à des mesures appropriées à la situation.
Dan Breckon, agronome auprès de Woodrill Farms, nous a fait part cet été d’une méthode pour le soya qui consiste à ensemencer plus densément les buttes, afin de peupler davantage la parcelle et à semer moins densément dans les vallées, en vue de réduire la pression exercée par les maladies dans les zones à rendement élevé.
En ce qui a trait aux éléments nutritifs, Dan Breckon a constaté que les buttes ne présentent pas toujours de plus faibles teneurs en éléments nutritifs, dépendant des antécédents de rendements et des applications d’engrais. Il recommande de prélever des échantillons en tenant compte des différentes zones d’un champ afin de relier les résultats d’analyses de sol à la topographie du champ et de faire les applications d’engrais en conséquence.
Mesures permettant de remédier aux buttes érodées
Certains agriculteurs ontariens ont décidé d’intervenir au-delà de la simple gestion des champs selon leur variabilité et tentent de remédier aux problèmes associés aux buttes érodées sur leur ferme. Ainsi, un producteur de New Hamburg a utilisé en 2019 du matériel de terrassement après sa récolte de blé pour racler le sol dans la vallée et le transporter sur les buttes (figures 5 et 6).
Figure 5. Raclage de sol arable dans une vallée (Photo : Calvin Horst).
Figure 6. Sol arable transporté sur une butte érodée (Photo : Calvin Horst).
On doit laisser au moins six pouces de sol arable dans les bas de pente et quatre pouces ou plus doivent être apportés sur les buttes. Une fois le sol déplacé, il est crucial de recourir à de bonnes pratiques culturales pour s’assurer que le sol ne se déplace plus vers le bas de la pente (comme le semis direct, le travail minimum du sol, les cultures de couverture ou des rotations culturales diversifiées). Des recherches réalisées en Ontario, bien que limitées, montrent que cette pratique peut améliorer la productivité des cultures sur les buttes sans affecter le rendement dans le bas des pentes.
Conclusions générales
Les buttes érodées sont répandues en Ontario et ont été causées par l’érosion due au travail du sol, conjuguée à l’érosion hydrique et éolienne depuis des décennies.
Les buttes érodées calcaires avec pH élevé sont plus courantes, mais on trouve aussi des buttes acides, lesquelles posent un défi particulier (voir la partie 2).
La productivité des cultures est souvent faible sur les buttes au pH élevé en raison de la faible disponibilité de l’eau et des éléments nutritifs.
On peut prendre certaines mesures pour améliorer la productivité des buttes à pH élevé en ayant recours aux semis et à la fertilisation à taux variable; le déplacement du sol vers les buttes est une autre possibilité pour une amélioration à long terme.
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Jake Munroe, Soil Management Specialist – Field Crops, OMAFRA
We’ve all seen them. Hilltops. Whitecaps. High spots where the crop struggles year after year. Eroded knolls are common to Ontario agriculture and cost farmers in lost productivity each season. However, not all eroded knolls are alike. In this two-part series, we will explore knolls: how they’ve formed and how they differ, as well as how they can be managed, and in some cases, remediated.
How do knolls develop?
Tillage erosion is the main cause of eroded knolls. In many cases, growers are dealing with legacy effects of decades or centuries of soil movement from tillage, which has re-distributed soil from high to low slope positions with the help of gravity (Figure 1). Water erosion plays an important role, too. Once soil is moved partially down-slope by tillage, it becomes vulnerable to runoff events and can be moved further downhill (Figure 2). As erosion progresses over time, topsoil is moved off the knoll and subsoil or parent material becomes exposed at the surface.
Figure 1. A tillage-eroded knoll.Figure 2. Rill (water) erosion on a sloped field.
Are all knolls alike?
Although the processes that form knolls are similar from field to field, the type of eroded knoll is not always the same. The most common scenario for southern Ontario is a high pH eroded knoll. This occurs when the soil’s parent material has a high carbonate content.
In other cases, particularly on sandy soils, the eroded knoll can become acidic (low pH). When topsoil is removed, the sand below has very little buffering capacity and becomes acidified. Ben Rosser will discuss such a situation in Part 2.
Soil sampling eroded knolls separately from the rest of the field is the best way to determine whether you are dealing with low or high pH. Another diagnostic method is to use dilute hydrochloric acid – fizzing indicates high pH parent material (Figure 3).
Figure 3. Release of carbon dioxide from reaction between hydrogen and carbonates on a high pH eroded knoll.
Knolls and crop productivity
Why do crops grow so poorly on eroded knolls? On high pH knolls, the main factors are a lack of available water and nutrients.
When topsoil is lost from a hilltop, so is the organic matter, which is a major storehouse for both water and nutrients. The calcareous parent material is left, although high in calcium and magnesium, is low in macronutrients, provides a poor seedbed, and drains water rapidly. The high pH may also reduce plant-availability of nutrients such as phosphorous. These soybeans on an eroded knoll near Rockwood are struggling from a lack of water and poor nutrition (Figure 4).
Figure 4. Stunted, discoloured soybeans growing on a knoll in late July 2020.
Managing in-field variability due to knolls
All fields have variability due to subtle differences in topography, drainage, and nutrient availability. Those with severely eroded knolls, however, can show drastic variability and may warrant site-specific management.
As Dan Breckon, Agronomist with Woodrill Farms, shared with us this summer, one approach for soybeans is to seed thicker on knolls – to help fill out the stand – and thinner in valleys – to reduce disease pressure in high-yield zones.
When it comes to nutrients, Breckon says that knolls don’t always have lower nutrient levels, depending on the history of crop yields and fertilizer application. He recommends sampling according to zones to understand soil test patterns based on your field’s topography.
Remediating eroded knolls
Some Ontario farmers have moved a step beyond simply managing in-field variability and are remediating eroded knolls on their farm. This grower near New Hamburg, for example, used an earth mover after wheat harvest in 2019 to scrape soil from valleys and place it on knolls (Figures 5 and 6).
Figure 5. Scraping topsoil from a valley. (Photo: Calvin HorstFigure 6. Topsoil added to an eroded knoll. (Photo: Calvin Horst)
At least 6 inches of topsoil should be left in the valleys and 4 inches or more of topsoil added to the knolls. Once the soil is moved, it is critical that practices are put into place to ensure it does not move back down-slope (e.g. no-till or minimum till, cover cropping, and a diverse crop rotation). Ontario research, although limited, has found that this practice can improve crop productivity on knolls without affecting yield in the valleys.
Putting it together
Eroded knolls are common in Ontario and have been caused by tillage erosion, in combination with water and wind erosion, over decades.
High pH, calcareous eroded knolls are more common, but acidic knolls also exist and pose unique challenges (see Part 2).
Crop productivity is often poor on high pH knolls due to lack of available water and nutrients.
High pH knolls can be managed in-field through variable rate seeding and fertilizer application; soil moving is also an option for long-term remediation.
