Doit-on utiliser des doses variables d’azote selon les zones de rendement dans le maïs?
J’ai parlé avec un agronome au sujet d’un producteur qui a commencé à utiliser des doses d’azote variables d’azote (N) dans le maïs. Logiquement, étant donné que le maïs à rendement élevé prélève plus de N que le maïs à faible rendement, le producteur a utilisé les doses variables en fonction du rendement dans son champ, c’est-à-dire plus de N dans celui à haut rendement et moins dans celui à faible rendement.
L’agronome semblait hésitant par rapport à cette stratégie. Toutefois, bien qu’il était d’accord que les zones à haut rendement prélèvent plus de N que les autres, il s’interrogeait sur le fait que cette stratégie ne tient pas compte de la variabilité de l’apport d’azote aux divers endroits du champ. Ainsi, certaines zones peuvent donner un rendement élevé parce que la couche arable est plus profonde et que la matière organique est plus abondante, ce qui offre des conditions qui permettent déjà une plus grande minéralisation de l’azote. Parallèlement, certaines zones peuvent donner de plus faibles rendements en raison d’une couche arable plus mince, ou de matière organique moins abondante, ce qui ne favorise pas la minéralisation de l’azote.
Gains procurés par l’apport de N le long de la pente d’un champ
Les rendements obtenus dans la bande zéro-N correspondent à des zones où l’azote provient seulement de N minéralisé dans le sol, et elle devrait partiellement refléter les différences dans la capacité du sol à procurer de l’azote.
La bande riche en N (engrais azoté épandu selon un dosage qui ne devrait pas limiter les rendements) reflète le potentiel de rendement si l’azote n’était pas limitant.
La différence (le rendement delta) entre les deux correspond au rendement qui pourrait être capté avec de l’engrais azoté. Une grande différence indique que les gains de rendement procurés par l’apport de N et les besoins du sol en N sont plus élevés, alors qu’une plus petite différence signifie le contraire (figure 1).
Figure 1. Réponses conceptuelles du rendement (rendements delta) à l’azote.
Exemple
Figure 2. Exemple d’un essai antérieur. Rendement zéro-N, Rendement avec riche en N (avec apport de N) et différentes élévations le long de la pente d’un champ.
Figure 2. Rendements de bandes zéro-N et riches en N et élévation le long d’un champ.
Observations :
Non seulement la variabilité est significative dans les rendements des bandes riches en N (on le sait déjà quand ont récolte dans n’importe quel champ), mais la variabilité est également significative dans les bandes sans N, et les deux ne suivent pas nécessairement les mêmes tendances.
La variabilité des gains de rendement procurés par les apports de N est significative (différence entre les bandes riches en N et les bandes zéro-N (sans apport additionnel de N) à travers le champ. Dans cet exemple, l’effet de l’engrais azoté sur le rendement varie de 0 à 50 boisseaux/acre.
La topographie de ce champ est accidentée, ce qui semble influer grandement sur les gains procurés par l’azote, surtout dans les bandes zéro-N :
On observe souvent dans les dépressions des hausses locales de rendement dans les bandes zéro-N (« 1 » à la figure 2).
On observe souvent dans les buttes des baisses locales de rendement dans les bandes zéro-N (« 2 » à la figure 2).
On présume que le processus de formation du sol et l’érosion (par le travail du sol ou l’eau) donnent une couche arable plus épaisse ainsi qu’une plus grande quantité de matière organique et une minéralisation plus prononcée de l’azote dans les dépressions de terrain que dans les buttes. On peut en apprendre davantage sur ce qui se passe dans les horizons souterrains en examinant des carottes de sol. En prélevant des échantillons à quatre pieds de profondeur dans un autre champ accidenté, on peut ainsi trouver des buttes qui ne comportent que quelques pouces de sol arable (et trop de cailloux pour insérer pleinement une carotte à quatre pieds de profondeur) et des dépressions qui ont au moins quatre pieds de couche arable (figure 3) (Field Crop News, 2020).
Figure 3. Horizon de sol d’une butte (haut de la pente) et d’une dépression (bas de la pente) dans un champ accidenté près de Rockwood, en Ontario.
Le rendement relatif permet-il de prévoir les gains de rendement procurés par l’azote sur le rendement à travers un champ?
Si le rendement relatif est un bon indicateur des gains sur le rendement procurés par un apport de N à divers endroits du champ, l’effet de l’azote entre une bande zéro-N et une bande riche en N devrait être lié aux rendements des bandes riches en N, donc de gros rendements signifieraient un effet important de l’azote et de petits rendements signifieraient que l’apport d’azote apporte moins de gains.
En observant les zones à rendement élevé à la figure 2, on constate que certaines se trouvent dans des dépressions où les gains liés à l’apport d’azote ont été peu élevés; dans les zones à rendement en maïs de 175 boisseaux/acre, les bandes zéro-N ont donné des rendements semblables aux bandes riches en N (« 3 » à la figure 2). Cependant, dans d’autres zones à haut rendement, l’effet de l’apport de N a été parmi les plus prononcés du champ. Il s’agissait souvent d’endroits surélevés ou des buttes associés à des rendements élevés, mais présentant de très faibles rendements dans le cas des bandes zéro-N (« 4 » à la figure 2).
De façon similaire, il y a eu des zones à faible rendement offrant peu de gains liés à l’apport de N et où les rendements des bandes zéro-N étaient similaires aux bandes riches en N (« 5 » à la figure 2). Les rendements des bandes riches en N et l’effet potentiel des apports de N ont peut-être été limités pour d’autres raisons (stress hydrique, drainage, pH, etc.). Il y a également eu des zones à faible rendement qui réagissaient très bien aux apports de N, surtout dans les buttes et les pentes latérales où les rendements des bandes riches en N étaient peu élevés, mais où les bandes zéro- N étaient exceptionnellement faibles (« 6 » à la figure 2).
Il est évident que pour cet exemple, les réticences de l’agronome étaient justifiées. Bien que l’exigence de rendement du maïs joue un rôle important sur les gains de rendement procurés par l’apport de N, il ne s’agit que d’une partie de l’équation. Les gains de rendement liés à l’apport de N à travers le champ ne semblent pas étroitement liés au seul rendement. Un seul exemple a été décrit, mais ces comportements sont courants dans d’autres champs. La figure 4 montrer des gains rendement semblables liés à l’apport de N dans un champ moins accidenté d’un autre comté et à une autre année.
Figure 4. Rendements des bandes zéro- N et riches en N et élévation le long de la pente d’un champ différent, une autre année.
Observations sur les bandes de rendement delta
Les bandes de rendement delta fournissent beaucoup d’information, et certaines observations méritent d’être soulignées :
Une bande de rendement delta pour une année ne donne qu’un aperçu dans le temps, et les tendances doivent être évaluées en fonction des conditions qui ont prévalu cette année-là.
Même à l’intérieur d’une petite superficie, les doses optimales de N varient d’une année à l’autre, en fonction des changements dans le potentiel de rendement du maïs (Deen et coll., 2015) et/ou des pertes d’azote.
Les zones d’un champ où les gains de rendement procurés par l’apport de N sont élevés ou faibles peuvent varier selon les années (Mamo et coll., 2003). Le potentiel de rendement, les pertes de N et l’effet des apports de N dans les buttes, les sols présentant une faible capacité de rétention d’eau ou un mauvais drainage ou les dépressions peuvent aussi varier selon les précipitations.
Les pertes de rendement le long du champ des bandes zéro-N peuvent être coûteuses, surtout quand le prix du maïs est élevé. L’application de faibles doses de N au lieu d’aucun apport, ou dans les zones d’intérêt (selon la topographie ou le type de sol) dans de mini-bandes peut apporter certains gains généraux et donc moins de pertes de rendement.
Références
Deen, B., K. Janovicek, J. Lauzon et T. Bruulsema, Optimal rates for corn nitrogen depend more on weather than price, Better Crops, 99:16-18, 2015.
Mamo, M., G.L. Malzer, D.J. Mulla, D.R. Huggins et J. Strock, Spatial and temporal variation in economically optimum nitrogen rate for corn. Agron. J., 95:958-964, 2003.
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I spoke with an agronomist about a grower who started variable rating nitrogen (N) in corn. Logically, given that high yielding corn takes up more N than low yielding corn, the grower was going to variable rate N by yield across the field – more in high yielding areas, less in low yielding areas.
The agronomist was cautious on this strategy however… while they agreed high yielding areas take up more N than low yielding areas, their concern was the strategy ignores variability in N supply across the field. For instance, some areas may yield high because of deeper topsoil and more organic matter, conditions which likely already mineralize more N. And some areas may yield low because of little topsoil or organic matter, conditions which likely already mineralize less N.
Observing N Response Down the Length of a Field
I looked at past trials pairing zero-N and N-rich strips (often called “delta yield” strips) down the length of a field. Strips are harvested with yield monitors so we can graph yields down the length of the field. Pairing these strips tells a nitrogen story, at least for that part of the field for that growing season:
Zero-N strips indicate yields where N is only provided from soil mineralized N, and should partly reflect differences in the ability of soil to provide N
The N-rich strip (fertilizer N applied at rate not expected to limit yields) indicates yield potential if N was not limiting
The difference (“delta yield”) between the two indicates yield that can be captured with N fertilizer… large differences indicate higher responses/needs for fertilizer N while small differences indicate lower responses/needs for fertilizer N (Figure 1)
Figure 1. Conceptual yield responses (delta yields) to nitrogen.
An Example Field
Figure 2 is one example from a past trial. Zero-N yield, N-rich yield and elevation are graphed down the length of the field.
Figure 2. Yields of zero-N and N-rich strips and elevation down the length of a field.
A couple things stand out:
Not only is there significant variability in N-rich yields (we know this already when we harvest across any field), there is also significant variability in zero-N yields… and the two don’t necessarily follow the same pattern
There is significant variability in N response (difference between N-rich and zero-N) across the field… in this example response to fertilizer N ranges from 0 to 50 bu/ac
This field has significant topography which appears to be a strong driver of N response patterns, particularly for zero-N yields:
depressions often result in local yield increases for zero-N (“1” in Figure 2)
knolls often result in local yield decreases for zero-N (“2” in Figure 2
Presumably, soil formation and erosion (tillage, water) result in more topsoil, organic matter and N mineralization in depressional areas and less on knolls. Soil cores can reveal the secrets below ground. Pulling 4′ cores in another field with significant topography, we could find knolls with only a couple inches of topsoil (and too many stones to insert a full 4′ core) and depressions with at least 4′ of topsoil (Figure 3) (Field Crop News, 2020).
Figure 3. Soil profile of knoll (upper slope) and depression (lower slope) in field with significant topography near Rockwood, ON.
Is Relative Yield a Good Predictor of Fertilizer N Response Across a Field?
If relative yield is a good predictor of N response across a field, the yield response between N-rich and zero-N strips should be correlated to N-rich yields… big yields should have big responses, small yields should have small responses.
Looking at high yielding areas in Figure 2, some occurred in depressions where there was little response to N – corn yielding 175 bu/ac and strips with zero-N yielded similar to N-rich (“3” in Figure 2). However, other high yielding areas had some of the largest N responses in the field, often elevated areas or knolls producing high yields but very low zero-N yields (“4” in Figure 2).
Similarly, there were low yielding areas with little N response where zero-N yields were similar to N-rich (“5” in Figure 2). N-rich yields and potential N response were perhaps limited by other issues (drought stress, drainage, pH etc.). There were also low yielding areas with very large N responses, particularly knolls and side slopes where N-rich yields were low, but zero-N yields were exceptionally low (“6” in Figure 2).
Clearly in this example, the agronomist’s caution was warranted – while corn yield demand plays an important part of N response, it is only one part of the equation. Yield response to N across the field does not appear to be well correlated to yield alone. While only one example was shown, these patterns are common in other fields too. Figure 4 shows similar N responses for a field with less topography from a different county and year.
Figure 4. Yields of zero-N and N-rich strips and elevation down the length of a different field, different year.
Notes on Delta Yield Strips
Delta yield strips provide great insight, there are also some things to know:
one delta yield strip in one year only gives one snapshot in time, and patterns should be taken in context with conditions that year
within even a small area, optimum N rate varies year to year, driven by changes in corn yield potential (Deen et al, 2015) and/or N-loss
high or low N response areas within fields can change across years (Mamo et al, 2003)… yield potential, N loss and N-response of knolls, soils with poor water holding capacity or drainage or depressions may vary depending on precipitation
yield loss from field length zero-N strips can be expensive, especially with high corn prices… using low N rates instead of zero, or targeting areas of interest (e.g. topography, soil types) with mini-strips may indicate general N response with less yield loss
References
Deen, B., K. Janovicek, J. Lauzon and T. Bruulsema. 2015. Optimal rates for corn nitrogen depend more on weather than price. Better Crops. 99:16-18.
Mamo, M., G.L. Malzer, D.J. Mulla, D.R. Huggins and J. Strock. 2003. Spatial and temporal variation in economically optimum nitrogen rate for corn. Agron. J. 95:958-964.
