Optimisation de la fertilisation azotée sur base … de la fertilisation azotée sur base d’un...
Transcript of Optimisation de la fertilisation azotée sur base … de la fertilisation azotée sur base d’un...
Optimisation de la fertilisation azotée sur base d’un outil d’aide à la décision construit autour
du modèle sol-culture STICS
- Benjamin Dumont & Bruno Basso - - Bernard Bodson, Marie-France Destain & Jean-Pierre Destain -
Présentation originale réalisée dans le cadre du Séminaire des utilisateurs du modèle STICS
La Rochelle – 17-19 Octobre 2017
2
Contexte général
Technologie d‟optimisation de l‟N
La modélisation agronomique sur le cas d‟étude
Développement d‟un outil d‟aide à la décision (OAD)
Gestion N en stratégique
Gestion N en tactique
3
Contexte général
1945 Vision productiviste de l‟agriculture
1960 Vision réductionniste de l‟agriculture - Révolution verte
4
Contexte général
1945 Vision productiviste de l‟agriculture
1960
1980
Vision réductionniste de l‟agriculture - Révolution verte
Agriculture de Précision – €€€
5
Contexte général
1945 Vision productiviste de l‟agriculture
1960
1980
1990
Vision réductionniste de l‟agriculture - Révolution verte
Agriculture de Précision – €€€
Directive Européenne Nitrate 91/6/76/EEC
6
Contexte général
1945 Vision productiviste de l‟agriculture
1960
1980
1990
Vision réductionniste de l‟agriculture - Révolution verte
Agriculture de Précision – €€€
Directive Européenne Nitrate 91/6/76/EEC
2002 PGDA : Transposition de la directive Nitrate en Wallonie
7
Contexte général
2002 PGDA : Transposition de la directive Nitrate en Wallonie
Définition de bonnes pratiques agricoles par un organe scientifique (GReNeRA) Amendement organique – Fertilisation minérale – etc.
Implantation et destruction des intercultures – épandages - etc.
Implémentation de ces pratiques au sein d‟un réseau de 35 fermes d‟obs.
Mesure des APL (Azote Potentiellement Lessivable) au sein du réseau En fonction de la date de prélèvement et du précédent
Profil de sol 0-90cm
Etablissement des niveaux de références percentile 66 des APL
Audit annuel aléatoire de 3% des fermes wallonnes
Comparaison des APL audit >< APL de référence
Si résultat « - » entrée dans un programme de suivi et risque d‟amende
8
Contexte général
2002 PGDA : Transposition de la directive Nitrate en Wallonie
Définition de bonnes pratiques agricoles par un organe scientifique (GReNeRA) Amendement organique – Fertilisation minérale – etc.
Implantation et destruction des intercultures – épandages - etc.
Implémentation de ces pratiques au sein d‟un réseau de 35 fermes d‟obs.
Mesure des APL (Azote Potentiellement Lessivable) au sein du réseau En fonction de la date de prélèvement et du précédent
Profil de sol 0-90cm
Etablissement des niveaux de références percentile 66 des APL
Audit annuel aléatoire de 3% des fermes wallonnes
Comparaison des APL audit >< APL de référence
Si résultat « - » entrée dans un programme de suivi et risque d‟amende
Procédure d‟évaluation a posteriori de l‟effet des pratiques
9
Contexte général
1945 Vision productiviste de l‟agriculture
1960
1980
1990
Vision réductionniste de l‟agriculture - Révolution verte
Agriculture de Précision – €€€
Directive Européenne Nitrate 91/6/76/EEC
Besoin de concilier économie et environnement Présent
Futur Besoin d‟outil d‟aide au processus décisionnel
2002 PGDA : Transposition de la directive Nitrate en Wallonie
10
Contexte général
Technologie d’optimisation de l’N
La modélisation agronomique sur le cas d‟étude
Développement d‟un outil d‟aide à la décision (OAD)
Gestion N en stratégique
Gestion N en tactique
RS - Drone/Satellite
Couverture spatiale élevée
Résolution temporelle faible
“Instantané”
Diagnostique
Gestion N : Technologies émergentes
Gestion N : Technologies émergentes
Modèle sol-culture
Représente l‟Agro-Ecosystème
Dynamique du système
Comprendre les causes
Analyser les
conséquences
RS - Drone/Satellite
Couverture spatiale élevée
Résolution temporelle faible
“Instantané”
Diagnostique
13
Contexte général
Technologie d‟optimisation de l‟N
La modélisation agronomique sur le cas d’étude
Développement d‟un outil d‟aide à la décision (OAD)
Gestion N en stratégique
Gestion N en tactique
Limon profond
Climat tempéré
Zone Hesbaye
6 saisons culturales
2008-09 à 2013-14
7 protocoles azotés
14
Un cas d’étude
Fertilisation level [kgN ha-1
] Exp. # Tiller Stem exten. Flag leaf Total Season
Zadoks 23 29 30 39
Exp. 1 0 / 0 0 0
Exp. 2 30 / 30 60 120
Exp. 3 / 60 / 60 120
Exp. 4 60 / 60 60 180 2008-2014
Exp. 5 / 90 / 90 180
Exp. 6 60 / 60 120 240
Exp. 7 / 120 / 120 240
Exp. 8 60 / 60 0 120
Exp. 9 60 / 60 30 150 2012-2014
Exp. 10 60 / 60 90 210
1
Evaluation du modèle
Evaluation du modèle
17
Contexte général
Technologie d‟optimisation de l‟N
La modélisation agronomique sur le cas d‟étude
Développement d’un outil d’aide à la décision (OAD)
Gestion N en stratégique
Gestion N en tactique
Un OAD générique
18
Développer un outil décisionnel
Ce que l’on ne
maitrise pas
Ce que l’on
veut étudier
Ce que l’on
veut optimiser
Ce que l‟on veut étudier:
Déterminer le moment le plus opportun pour une action donnée
Déterminer l‟action la plus adaptée à un instant donné
19
…
Développer un outil décisionnel
? Action ? ! Action !
Ce que l‟on ne maitrîse pas : Le type de sol Peut être PARAMETRISE
20
Développer un outil décisionnel
Ce que l‟on ne maitrîse pas : Le type de sol Peut être PARAMETRISE
Le climat Inconnu
21
Développer un outil décisionnel
Climat connu Jjour
Set de données minimum pour la simulation d‟une saison
?? FUTUR ??
Ce que l‟on ne maitrîse pas : Le type de sol Peut être PARAMETRISE via carte sols
Le climat Peut être EXPLORE
22
Développer un outil décisionnel
Climat connu Jjour
Set de données minimum pour la simulation d‟une saison
…
Possibilités
Range
Gestion stratégique vs tactique
?? Comment considerer le climat ??
Recorded
climate = 0
…
Gestion stratégique vs tactique
La gestion stratégique dessert un
objectif global et long-terme
Analyse inter-annuelle
?? Comment considerer le climat ??
La gestion tactique dessert un
objectif local et limité dans le temps
Analyse intra-annuelle
Recorded
climate = 0
…
Recorded
climate Dday
…
Recorded
climate Dday
…
Gestion stratégique vs tactique
La gestion stratégique dessert un
objectif global et long-terme
Analyse inter-annuelle
?? Comment considerer le climat ??
26
Ce que l‟on veut optimiser :
Critère agronomique
Rendement maximal
Développer un outil décisionnel
27
Ce que l‟on veut optimiser :
Critère agronomique
Rendement maximal
Critère agro-économique
Revenu marginal net ~ f(rendements, intrants)
Développer un outil décisionnel
YI = Rendement sous intrant I[ton.ha-1]
PG = Prix de vente grain [€.ton-1]
QI = Quantité d‟intrants I [kg.ha-1]
PI = Prix achan de l‟intrant I [€. kgN-1]
IIGI PQPYMNR ..
Revenus Dépenses
28
Ce que l‟on veut optimiser :
Critère agronomique
Rendement maximal
Critère agro-économique
Revenu marginal net
Critère agro-économico-environnemental
Amélioration de la fertilité des sols
Optimisation de l’utilisation des nutriments
Optimisation des ressources en eau
Développer un outil décisionnel
29
Contexte général
Technologie d‟optimisation de l‟N
La modélisation agronomique sur le cas d‟étude
Développement d‟un outil d‟aide à la décision (OAD)
Gestion N en stratégique
Gestion N en tactique
Optimiser l’azote en stratégique Se focaliser sur la réalité de terrain !
Avant la floraison : capacité de compensation forte
Optimiser l’azote en stratégique Se focaliser sur la réalité de terrain !
Avant la floraison : capacité de compensation forte
Dumont, B., Basso, B., Bodson, B., Destain, J., Destain, M., 2015. Climatic risk assessment to improve nitrogen fertilisation recommendations : A strategic crop model-based
approach. European Journal of Agronomy 65, 10-17
? N der. feui. ?
…
N tal. N red.
Optimiser l’azote en stratégique Focus sur stade ZS39 (Flag-leaf) du blé d‟hiver
Dumont, B., Basso, B., Bodson, B., Destain, J., Destain, M., 2015. Climatic risk assessment to improve nitrogen fertilisation recommendations : A strategic crop model-based
approach. European Journal of Agronomy 65, 10-17
Optimiser l’azote en stratégique
Exemple de resultats : 60-60-60 kgN.ha-1
CDF distribution
Optimiser l’azote en stratégique
Exemple de resultats : 60-60-60 kgN.ha-1
En termes de gestion du risque :
Climat le + défavorable
est celui qui a
le + de chances
de se produire
Climate „+‟ = Probabilité 0
Climate „-‟ = Probabilité 1
CDF distribution
Climate “+”
Climate “-”
Une courbe de réponse 3D spécifique au site de mesure Precision Agriculture
Optimiser l’azote en stratégique
Climate -
Climate +
N +
N -
MN
R [
€.h
a-1]
Le futur est inconnu la position sur la surface est inconnue
Optimiser l’azote en stratégique
Climate -
Climate +
N +
N -
MN
R [
€.h
a-1]
Pour chaque probabilité climatique il existe une dose N optimale
Optimiser l’azote en stratégique
Climate -
Climate +
N +
N -
MN
R [
€.h
a-1]
La relation Nopti – Climat est linéaire (dans l’espace 2D)
Optimiser l’azote en stratégique
Climate -
Climate +
N +
N -
MN
R [
€.h
a-1]
Sélectionner la dose qui surpasse les autres la majorité du temps
Optimiser l’azote en stratégique
Climate -
Climate +
N +
N -
MN
R [
€.h
a-1]
Basso, B., Sartori, L., Bertocco, M., Cammarano, D., Martin, E.C., Grace, P.R., 2011. Economic and environmental evaluation of site-specific tillage in a maize crop in NE Italy.
European Journal of Agronomy 35(2) 83-92.
Following Basso et al., 2011
Optimisation sur base d’un critère agro-economique
Optimiser l’azote en stratégique
Climate -
Climate +
N +
N -
MN
R [
€.h
a-1]
Basso, B., Sartori, L., Bertocco, M., Cammarano, D., Martin, E.C., Grace, P.R., 2011. Economic and environmental evaluation of site-specific tillage in a maize crop in NE Italy.
European Journal of Agronomy 35(2) 83-92.
60-60-50kgN/ha
Gp = 200eur/ton
N = 300eur/ton
Quid de la composante environnementale ?
Optimiser l’azote en stratégique
Climate -
Climate +
N + N -
MN
R [
€.h
a-1]
NAL [kgN.ha-1]
Optimisation sur base d’un critère agro-econ.-environnemental
MN
R [
€.h
a-1]
Dumont, B., Basso, B., Bodson, B., Destain, J., Destain, M., 2015. Climatic risk assessment to improve nitrogen fertilisation recommendations : A strategic crop model-based
approach. European Journal of Agronomy 65, 10-17
NAL [kgN.ha-1]
Climat “+”
Climat “~”
Climat “-”
N + N -
Optimiser l’azote en stratégique
Dumont, Basso, et al., 2015
Optimisation sur base d’un critère agro-econ.-environnemental
MN
R [
€.h
a-1]
Dumont, B., Basso, B., Bodson, B., Destain, J., Destain, M., 2015. Climatic risk assessment to improve nitrogen fertilisation recommendations : A strategic crop model-based
approach. European Journal of Agronomy 65, 10-17
NAL [kgN.ha-1]
Climat “+”
Climat “~”
Climat “-”
N + N -
Optimiser l’azote en stratégique
Entre 30 and 50kgN.ha-1 :
MNR se stabilise
NAL augmente fortement
50 kgN.ha-1
30 kgN.ha-1
44
Contexte général
Technologie d‟optimisation de l‟N
La modélisation agronomique sur le cas d‟étude
Développement d‟un outil d‟aide à la décision (OAD)
Gestion N en stratégique
Gestion N en tactique
Optimiser l’azote en tactique
Dumont, B., Basso, B., Bodson, B., Destain, J., Destain, M., 2016. Assessing and modeling economic and environmental impact of wheat nitrogen management in Belgium.
Environmental Modelling and Software 79, 184-196
…
N fixe N fixe
Climat connu
Climat inconnu
Date fixe Date variable Date « encore
plus variable »
? N Optimal ?
Développer un outil décisionnel
Historical
WDB
1980-2013
Estimation of the second fertilisation date at
ZS 30
Fixed date of first N
fertilisation at ZS 23
Estimation of the third fertilisation date at
ZS 39.
300 synthetics
weather time-series (SWTS)
derived
with LARS-WG
Application of 60kgN/ha.
Application of 60kgN/ha.
N = 0 kgN/ha
Tactical N management
SWTS = 1
Perform simulation with :
- Real climatic data from day 1 to ZS39
- SWTS # from ZS39 to maturity
- N # fractions
N ≤ 120 kgN/ha
SWTS ≤ 300
Decision rules
* Season 2012-13
• Season 2013-14
60-60-0 kgN.ha-1
60-60-120 kgN.ha-1
@ HARVEST
@ 75%Prob level
@ Flag-leaf
Un test en temps réel !
Un test en temps réel !
Sais. 2012-13 Sais. 2013-14
Observed Opt. N 60-60-0 60-60-30
@ Harvest [kgN.ha-1] [kgN.ha-1]
Predicted Opt. N 60-60-20 60-60-10
@ DF [kgN.ha-1] [kgN.ha-1]
Un test en temps réel !
Sais. 2012-13 Sais. 2013-14
Observed Opt. N 60-60-0 60-60-30
@ Harvest [kgN.ha-1] [kgN.ha-1]
Predicted Opt. N 60-60-20 60-60-10
@ DF [kgN.ha-1] [kgN.ha-1]
Raison :
Prix de vente du grain observé >< prix de vente estimé à DF
Percentile 75% n‟est pas toujours celui qui se realise
Un constat :
L‟approche prédit correctement qu‟il faut diminuer la fertilisation
MNR/NAL @75% MNR @75%
Retro-application sur 30 ans
Gp = 200eur/ton
N = 300eur/ton
Gp = 200eur/ton
N = 300eur/ton
Retro-application sur 30 ans
La pratique classique 60-60-60 kgN.ha-1
Pertinent 4 années sur10 @ MNR
Pertinent 1 années sur10 @ MNR/NAL
MNR/NAL @75% MNR @75%
Gp = 200eur/ton
N = 300eur/ton
Retro-application sur 30 ans
En moyenne on pourrait économiser
15 kgN.ha-1.an-1 @ MNR
35 kgN.ha-1.an-1 @ MNR/NAL
MNR/NAL @75% MNR @75%
Retro-application sur 30 ans
Gp = 200eur/ton
N = 300eur/ton
Gp = 200eur/ton
N = 165eur/ton
Gp = 200eur/ton
N = 300eur/ton
Retro-application sur 30 ans
Gp = 200eur/ton
N = 300eur/ton
Gp = 200eur/ton
N = 165eur/ton
Gp = 200eur/ton
N = 300eur/ton
La composante environnementale
est la plus contraignante
Elle est relativement stable et
~indépendante du prix
55
Contexte général
Technologie d‟optimisation de l‟N
La modélisation agronomique sur le cas d‟étude
Développement d‟un outil d‟aide à la décision (OAD)
Gestion N en stratégique
Gestion N en tactique
Conclusions
56
Conclusions
Les approches développées :
Sont Génériques par rapport à la culture et au modèle (culture, climat)
Sont Spécifiques au site et sont concues pour prendre en compte les
variabilités Inter- et Intra-annuelles
Permettent à chacun de gérer le Niveau de Risque
Considèrent des critères Agro-Economico-Environnementaux
Aident au Processus decisionniel via une Préconisation en temps-réel
Optimisation de la fertilisation azotée sur base d’un outil d’aide à la décision construit autour du modèle sol-culture STICS
57
- Dr. Ir. Benjamin Dumont - - Ainsi que toutes les personnes impliquées dans ce projet -
Présentation originale réalisée dans le cadre du Séminaire des utilisateurs du modèle STICS
La Rochelle – 16-19 Octobre 2017
Merci pour votre attention ?? Questions ??