Étude temporelle des émissions hivernales de protoxyde d'azote d'une parcelle agricole

Abstract

Il est établi que les sols agricoles sont à l'origine de pertes significatives de N₂O et de CO₂ durant l'hiver et la fonte printanière. Les conditions de l'interface sol-neige et les différentes structures présentes dans le couvert nival influencent la production et l'émission des gaz. Dans cette perspective, les objectifs de recherche consistent à faire l'estimation des émissions hivernales de N₂O (un gaz à effet de serre) à l'échelle d'une parcelle agricole avec la première loi de diffusion de Fick et de calculer la masse de N₂O par strate de sol à l'aide de la loi de Henry. L'étude a été réalisée au cours de l'hiver 2002-2003 à la ferme expérimentale de Chapais (Agriculture et Agroalimentaire Canada) à Lévis (Québec, Canada). Premièrement, les gaz ont été échantillonnés à différentes profondeurs dans le sol et dans le couvert de neige afin d'en estimer les concentrations et les flux. Deux différentes méthodes de mesure de la densité de la neige ont été utilisées pour déterminer la porosité de la neige: par carottage manuel et avec la sonde SNOWPOWER. Dans un second temps, l'eau du sol a été échantillonnée à 35 cm de profondeur afin d'évaluer la concentration de N₂O dissous et d'établir le contenu massique. La grande solubilité du N₂O à basse température combinée à un contenu en eau élevé induisent une quantité importante de N₂O dissous dans le sol, ce qui peut entraîner des pertes importantes de N₂O par drainage de l'eau du sol au printemps. La comparaison des méthodes de mesure de la densité du couvert de neige a permis de constater que les valeurs de porosité calculées avec la méthode par carottage sont généralement plus élevées et possèdent un écart-type plus important qu'avec la sonde SNOWPOWER. Cette dernière permet de mesurer la variation temporelle de la densité du couvert de neige en intégrant tout l'épaisseur du couvert de neige sur une longueur de 20 m. Le contenu en N₂O pour la couche de sol allant de 30 à 40 cm de profondeur montre une quantité maximale de 26,86 kg ha^-1 de N₂O accumulée dans l'air et l'eau du sol lors de la fonte massive, le 27 mars 2003. On dénote une augmentation significative de la quantité total de N₂O lors de la fonte massive de la neige.

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It is established that agricultural soils are the source of significant losses of N₂O and CO₂ during winter and spring thaw. The conditions of the ground-snow interface and the various structures present in the snow cover influence the production and emission of gases. In this perspective, the research objectives consist in estimating winter emissions of N₂O (a greenhouse gas) at the scale of an agricultural plot with Fick's first diffusion law and calculating the mass of N₂O per soil stratum using Henry's Law. The study was carried out during the winter of 2002-2003 at the experimental farm of Chapais (Agriculture and Agri-Food Canada) in Lévis (Quebec, Canada). First, the gases were sampled at different depths in the ground and in the snow cover in order to estimate their concentrations and fluxes. Two different snow density measurement methods were used to determine snow porosity: by hand coring and with the SNOWPOWER probe. Secondly, soil water was sampled at a depth of 35 cm to assess the concentration of dissolved N₂O and establish the mass content. The high solubility of N₂O at low temperature combined with a high water content induces a large amount of dissolved N₂O in the soil, which can lead to significant losses of N₂O by drainage of soil water in spring. The comparison of snow cover density measurement methods has shown that the porosity values calculated with the coring method are generally higher and have a larger standard deviation than with the SNOWPOWER probe. The latter makes it possible to measure the temporal variation of the density of the snow cover by integrating the entire thickness of the snow cover over a length of 20 m. The N₂O content for the soil layer ranging from 30 to 40 cm deep shows a maximum amount of 26.86 kg ha-1 of N₂O accumulated in air and soil water during massive melting, on 27 March 2003. There is a significant increase in the total quantity of N₂O during the massive melting of snow.