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CRAAQ – Colloque Fertilisation, agriculture de précision et agrométéorologie 1

Typologie (ou classification) des sources de variation de l'échantillonnage et de l'analyse des sols agricoles au Québec Lotfi Khiari 1, Hakima Chelabi1, 2

1 Département des sols et de Génie agroalimentaire, FSAA, Université Laval. Pavillon P. Comtois, 2425, rue de l’agriculture, Québec, Qc, G1V 0A6. 2 Agro-Enviro-Lab, 1642 rue de la ferme, La Pocatière ; Québec, G0R 1Z0.

Mots clés: Échantillonnage, variabilité temporelle, spatiale, ponctuelle, analytique.

L’échantillonnage et l’analyse des sols doivent fournir des résultats de qualité puisqu’ils influencent grandement la gestion de la fertilisation et des amendements minéraux et organiques des champs agricoles. Les résultats des analyses des échantillons de sol sont des données essentielles à la production des plans agroenvironnementaux de fertilisation (PAEF) et de recyclage (PAER). Pour répondre aux besoins des développeurs et des utilisateurs des grilles de recommandation en engrais et en chaux, soit d’avoir des résultats d’analyse fiables nous avons élaboré une base conceptuelle. Cette base regroupe toutes les sources possibles d’incertitudes des résultats de caractérisation des sols agricoles, leurs amplitudes, leurs interdépendances et leurs typologies. Les composantes de variation sont hiérarchisées, des plus importantes aux moins importantes (Figure 1). Cette classification par ordre de priorité est un moyen simple de gérer les incertitudes liées à la caractérisation physicochimique des sols agricoles.

Figure 1. Modèle conceptuel d’hiérarchisations des sources de variation des résultats de caractérisation des sols agricoles

CRAAQ – Colloque Fertilisation, agriculture de précision et agrométéorologie 2

Une équipe de l’Université Laval a travaillé en collaboration avec les professionnels en recherche et développement d’Agro-Enviro-Lab pour amender les procédures d’échantillonnage, de préparation des échantillons et d’analyse au laboratoire afin de garantir des résultats d’analyse de qualité et un niveau de confiance adéquat.

Typologie des sources de variation de l'échantillonnage

et de l'analyse

Lotfi Khiari

Collaborateurs

Hakima Chelabi

Nathalie Gaudette

Michel Champagne

Jacques Gallichand

Antoine Karam

Hélène Moore

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Introduction

PAER PAEF

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• Agrobase

• Agris )

Plus de 250 articles

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Synthèse bibliographique

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Synthèse bibliographique

•CEAEQ

•EURACHEM/CETAC

•La théorie d’échantillonnage de P.M Gy

•NAPT

•EPA

•Guide AFNOR

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Caractérisation de base

PHeau, pHSMP , MO (%) Mehlich-3 (P, Al, ISP1, Ca,

Mg et oligoéléments)

CECestimée(%)

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Évaluation de l’incertitude

•Approche expérimentale ou approche descendante « top-down approach »

•Approche modélisation ou approche ascendante « bottom up approach »

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Patron d’échantillonnage

Nbr de sous échantillons

Stratégie d’éch

Séchage

Préparation

Surface

Stratificat

Ondulation

profondeur

Perte de matériel

Reprointer

Biais

Répétintra

Hétérogénéité

Perte sélective

Force mécanique

Humidité

Température

Propriétés du matériel

Diagramme causes et effet

Valeur X

Var. ponctuelle Var. spatiale

Prép-Échan Analyse-Lab

8

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Méthode du duplicata

1 point parmi 8

Rép1 Rép1

Anl1 Anl2 Anl3 Anl1 Anl2 Anl3

2spatiale

2ponctuelle

2Analyse

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Argile Kamouraska1,5 ha

Loam-sableux argileux 1,7 ha

Étude exploratoire

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Étude exploratoire

[P/Al]réel

σ2analyse

σ2échantillonnage σ2

spatiale

σ2ponctuelle σ2

spatiale

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Erreurs de mesure ISP1

ISP1: [P/Al]M-3

Anova classique Spatiale Ponctuelle Analytique Mesure

Moyenne 23.427917

SommeCarré 1187.1948 153.64557 0.5309326

Sigma (S) 5.007 2.529 0.129

%Variance 79,6% 20,3% 0.05% 24.00%

Sigma (Total) 5.611

Champ 47

12

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Variation temporelle ISP1

24% 28% 20% 10% Erreurs

Champ 47

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Modèle conceptuel

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Tolérance sur les erreurs

NAPT(2001) CEAEQ(2003)

pHeau 0.8 - 1.2% 3 – 4%

pHSMP 3%

MO 5 – 10%

10% PM-3

AlM-3

KM-3 13%

CaM-3 10 – 15% 10%

MgM-3 10 – 15%

CEC 6 – 12%

OligoM-3 10 – 15% 15 – 18%

BM-3 20%

15

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SPV1: temporelle

Champ 47, année2010

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Périodogramme AlM-3

4 17

17

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Période d’échantillonnage

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Fréquence d’échantillonnage

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Modèle conceptuel (SPV2)

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SPV2: Spatiale

61 champs

avec grille d’éch. intensif

Surfaces de 0,02-128 ha

168 points

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y = 0.3125x-0.5166

R2 = 0.9983

y = 0.2952x-0.5125

R2 = 0.9972

y = 0.2512x-0.5299

R2 = 0.9996

y = 0.2293x-0.5288

R2 = 0.9994

y = 0.0226x-0.5261

R2 = 0.9996

y = 0.2645x-0.5132

R2 = 0.9966

y = 0.3691x-0.5155

R2 = 0.9979

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%

0 5 10 15 20 25 30

Nombre de sous échantillons

Co

eff

icie

nt

de v

ari

ati

on

(%

)

cv(P/Al)

CV(KM3)

CV(Nitrates)

CV(PM3)

CV(pHSMP)

CV(Mg(M3)

CV(Ca(M3)

13

ISP1: [P/Al]Mehlich3

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Nb de sous échantillons

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Nombre minimum

𝑁𝑏𝑚𝑖𝑛 = 𝐺𝑟 × 𝑇𝑟 × 𝑆𝑃

Grandeur du champ

Travail du sol

Saturation en P

Nb de sous-échantillons minimum

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Facteur grandeur du champ

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 5 10 15 20 25 30

Nb

de

sou

s éc

han

tillo

ns

Surface (ha)

S < 10 ha,

Gr = 10 KM-3

24

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y = 0,7x R² = 0,32

0

5

10

15

20

25

0 5 10 15 20 25 30

Nb

de

sou

s éc

han

tillo

ns

Surface (ha)

S <

25

ha

G

r = 0

,7 s

ou

s é

ch

an

t/h

a

0,7

Facteur grandeur du champ

PM-3

25

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0

5

10

15

20

25

30

0 20 40 60 80 100 120 140

Nb

de

sou

s éc

han

tillo

ns

Surface (ha)

S >

25 h

a,

Gr =

0,2

sou

s échan

t/ha

0.2

Facteur grandeur du champ

PM-3

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Facteur grandeur du champ

Superficie S ≤ 10 ha 10 ha < S ≤ 25 ha S > 25 ha

Nombre

minimum

de SÉ par

composite

Gr = 10 SÉ Gr = 10 SÉ

+ 1 SÉ/(ha)supplémentaire

Gr = 25 SÉ + 1 SÉ/(5ha)supplémentaires

SÉ: sous échantillons

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20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 2 4 6 8 10

CV

(%)

ISP1

Facteur d’ajustement SP

G1 argile lourde

G1

SP: saturation en phosphore

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Facteur d’ajustement SP

*VCE : valeur critique environnemental au-delà de laquelle le risque de pollution diffuse en phosphore est élevé

Type de sol ISP VCE* Facteur SP

Sols minéraux

G1a

ISP1

> 6 %

1,20

G1 > 8 %

G2 > 11 %

G3 > 15 %

Canneberge G3 ISP2 > 11 %

Sols organiques ISP3 > 5 %

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Espacement latéral (cm) de la bande de placement de P

PO

lsen

(mg

/kg

)

Loam-argileux

pH 7,0

Source: H3PO4 kg P/ha

Loam-limoneux

pH 5,3

Loam-limoneux

pH 7,2

-6 -6 -66 6 6

Source: PPA kg P/ha Source: PPA kg P/ha

16 fois 5 fois 3 fois

Facteur d’ajustement Tr

30

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T.R : Travail réduit, S.D semis direct RA : Rapport d’ajustement pour tenir compte des rangs de plantation ERP : Espacement entre les rangs de plantation *Kitchen et al., (1990)

Facteur d’ajustement Tr

Travail du sol Conventionnel T.R ou S.D

< 3 ans

[T.R ou S.D] ≥ 3 ans

Rangs fixes Rangs variables

Facteur Tr Tr = 1 Tr = 1 Tr = 1,25 Tr = 1,50

RA RA∗ =

8

30x ERP (cm)

31

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Exemple

• Nbminimum = G𝑟 × 𝑇𝑟 × 𝑆𝑃

= 20 × 1,25 × 1,20 = 30 SÉ

• RA = 8/30 ˣ (30 cm) = 8

• 8 fois plus entre les rang que dans les rangs

27 entre les rangs et

3 dans les rangs

20 ha (G2)-ISP1= 12% Semis direct depuis 5 ans

Rangs visibles

30 cm

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Patron d’échantillonnage

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Modèle conceptuel (SPV3)

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Perte de matériel

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Instruments

Temps du premier trou à la fermeture du sac d’échantillonnage incluant, homogénéisation dans la chaudière et la sélection d’un échantillon représentatif

09-oct-2012 Temps (Min: Secondes)

Pro-Sonde 14:53

Oakfield 27:24

Pelle 35:14

Hollandaise 50:47

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Instruments

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Ondulation de labour

2 dates : avant et après labour

Effet spatial (15 échantillons)

Effet ponctuel : 3 répétitions/point

Total : 2 x 15 x 3 = 90 échantillons

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Moyenne

Avant labour Après labour Probabilité

pH 6.15 6.18 0.499ns

pHSMP 6.53 6.57 0.28ns

MO (%) 6.02 5.83 0.522ns

PM-3 (Kg/ha) 244.41 235.31 0.676ns

K M-3 (Kg/ha) 108.22 109.71 0.885ns

Ca M-3 (Kg/ha) 3472.58 3334.23 0.291ns

Mg M-3 (Kg/ha) 144.28 133.07 0.326ns

Al M-3 (mg/kg) 1444.77 1475.02 0.513ns

ISP1 (%) 7.93 7.43 0.517ns

CEC Cmole(+)/kg 17.14 16.41 0.0699ns

B M-3 (mg/kg) 0.31 0.36 0.00854ns

Mn M-3 (mg/kg) 15.82 15.12 0.718ns

Cu M-3 (mg/kg) 1.31 1.23 0.26ns

Zn M-3 (mg/kg) 2.64 2.6 0.877ns

Fe M-3 (mg/kg) 257.72 305.12 0.000732***

Hum.pc 21.41 14.43 < 2 10-16***

Avant labour

Après labour

Ondulation de labour

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Profondeur

15 cm 20 cm 25 cm

40

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Profondeur

Probabilité

15 VS 20 cm 15 VS 25 cm 20 VS 25 cm

pH 0.94 ns 0.40 ns 0.60 ns

pHSMP 0.96 ns 0.91 ns 0.99 ns

MO (%) 0.99 ns 0.99 ns 0.99 ns

PM-3 (Kg/ha) 0.98 ns 0.97 ns 0.99 ns

K M-3 (Kg/ha) 0.88 ns 0.96 ns 0.97 ns

Ca M-3 (Kg/ha) 0.91 ns 0.93 ns 0.99 ns

Mg M-3 (Kg/ha) 0.97 ns 0.93 ns 0.99 ns

Al M-3 (mg/kg) 0.97 ns 0.99 ns 0.94 ns

ISP1 (%) 0.99 ns 0.99 ns 0.99 ns

CEC Cmole(+)/kg 0.97 ns 0.99 ns 0.99 ns

B M-3 (mg/kg) 0.99 ns 0.93 ns 0.94 ns

Mn M-3 (mg/kg) 0.24 ns 0.08 ns 0.84 ns

Cu M-3 (mg/kg) 0.60 ns 0.55 ns 0.99 ns

Zn M-3 (mg/kg) 0.03 * 0.60 ns 0.25 ns

Fe M-3 (mg/kg) 0.47 ns 0.85 ns 0.80 ns

Hum.pc 0.014* 0*** 0***

41

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Modèle conceptuel (SPV4)

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Préparation de l’échantillon

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Au champ

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G1

G2

G3

Préparation de l’échantillon

Dans les laboratoires

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G1 G2 G3

Analyse µ CV(%) µ CV(%) µ CV(%)

pHeau 5.99** 0.18 3.1 6.04** 0.12 2.1 7.07** 0.14 2.0

pHSMP 6.60** 0.08 1.2 6.51** 0.08 1.2 6.97** 0.09 1.2

MO 4.3ns 0.1 1.6 6.3 ns 0.1 2.0 7.6** 0.8 10.8

PM-III 33** 9 26.8 109** 13 12.0 543** 28 5.1

AlM-III 1064** 29 2.7 1678* 79 4.7 1096* 52 4.7

ISP 1.4** 0.3 24.5 2.9** 0.3 11.0 22.1* 0.5 2.2

KM-III 508** 24 4.7 227 ns 27.1 11.9 641** 55 8.5

CaM-III 4658 181 3.9 3519 227 6.5 7332 963 13.1

MgM-III 1025 31 3.1 240 15.5 6.4 189 21 11.4

CEC 22.9 1.1 4.8 17.9 1.19 6.6 22.6 3.0 13.2

MnM-III 21.1 17.9 84.7 9.6 6.6 68.3 37.3 17.3 46.5

CuM-III 1.5 0.5 35.9 1.2 0.3 27.4 2.2 0.3 13.5

ZnM-III 2.1 0.2 8.65 2.1 0.1 3.9 6.70 0.82 12.3

FeM-III 306 38 12.51 276 51 18.6 179 35 19.4

BM-III 0.39 0.04 10.45 0.53 0.05 8.7 1.05 0.11 10.91

Préparation de l’échantillon

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Modèle conceptuel (SPV5)

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Analyse en laboratoire

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Récapitulatif Strates principales de variation Paramètres

SPV1: Fréquence et période Groupe textural

Date d’échantillonnage

Conditions du sol : Tp et Hd

Date du dernier échantillonnage

SPV2 : Stratégie d’échantillonnage Pratiques de travail du sol (depuis

combien d’années?)

Application de l’engrais en bande

(distance entre les bandes)

Dépassement du seuil critique ISP

Nombres de sous-échantillons (total,

dans les rangs et entre les rangs

Patron d’échantillonnage

SPV3 : Prélèvements ponctuels Instrument de prélèvement (type et

composition)

Profondeur de prélèvement

Pourcentage de cailloux

SPV4 : Préparation de l’échantillon Séchage préalable ou envoi direct

Autres matériaux de préparation

(composition)

SPV5 : Pratiques d’analyse des sols Nom du laboratoire

Numéro de laboratoire

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