Analysis of Nitrate leaching under sprinkler and furrow irrigation techniques on a loamy soil plot with corn

Field experiments were carried out over a 2-year period on a loamy soil plot under corn in Montpellier (south-east France). The effectiveness of improved irrigation practices in reducing the adverse impact of irrigation on the environment was assessed. Different irrigation and fertiliser treatments were applied to identify the best irrigation and fertilisation strategy for each technique (furrow and sprinkler) to ensure both good yields and lower NO3- leaching. No significant differences in corn yield and NO3- leaching were found for the climatic scenario of 1999 between sprinkler and furrow irrigation during the irrigation season. Following the rainy events occurring after plant maturity (and the irrigation season), differences in N leaching were observed between the treatments. The study shows that both the fertiliser method, consisting of applying a fertiliser just before ridging the furrows, and the two-dimensional (2D) infiltration process, greatly influence the N distribution in the soil. N distribution seems to have a beneficial impact on both yield and N leaching under heavy irrigation rates during the cropping season. In contrast, the 1D infiltration process occurring during sprinkler irrigation events affects the entire soil surface in the same way. As a result the same irrigation rate would probably increase N leaching under sprinkler irrigation to a greater extent than under furrow-irrigation during an irrigation period. In order to assess the robustness of these interpretations derived from soil N-profile analysis, a modelling approach was used to test the irrigation and fertilisation strategies under heavy irrigation rates such as those occurring at the downstream part of closed-end furrows. The use of a 2D water- and solute-transport model such as HYDRUS-2D enabled us to strengthen the conclusions derived from the observations made on the N distribution under a cross-section of furrow and gives information regarding the risks of NO3 leaching under heavy infiltration rates such as those existing at downstream part of the blocked-end furrows. / Des essais au champ ont été menés sur une période de 2 ans en sol limoneux cultivé en maïs à Montpellier. Les conséquences environnementales de pratiques d'irrigation améliorées ont été analysées. Différents traitements d'irrigation et de fertilisation ont été mises en oeuvre pour identifier la meilleure stratégie d'irrigation et de fertilisation pour chaque technique (irrigation à la raie et aspersion) garantissant un bon niveau de rendement et de faibles lessivages d'azote. Durant la période d'irrigation aucune différence significative de rendement et de lessivage n'a été trouvée entre aspersion et gravitaire sur la base du scénario climatique de 1999.. A la faveur d'événements pluvieux survenus après maturité du maïs, des différences d'azote lessivé ont pu être observés entre traitements. L'étude montre qu'à la fois la méthode de fertilisation consistant en deux apports d'engrais l'un avant semis l'autre juste avant confection des raies, et le processus d'infiltration bidimensionnel (2D) , influencent fortement la distribution de l'azote dans le sol. La distribution d'azote semble avoir un effet bénéfique à la fois sur le rendement et le lessivage sous régime d'irrigation élevé.. Contrairement au cas de la raie, dans le contexte de l'aspersion le processus 1D de l'infiltration affecte de manière comparable l'ensemble du profil. En conséquence, des régimes d'infiltration comparables à ceux du gravitaire induiraient dans le cas de l'aspersion un lessivage beaucoup plus important durant la période d'irrigation. Afin de donner plus de robustesse à ces interprétations déduites des mesures de profil d'azote au droit du billon et de la raie, on a fait appel à la modélisation pour tester les stratégies d'irrigation et de fertilisation sous des apports d'eau élevés tels que ceux existant à l'aval des raies bouchées.. L'usage d'un modèle mécaniste de transfert 2D d'eau et de solutés tel qu'HYDRUS-2D nous permet de renforcer les conclusions déduites de l'observation relative à la distribution de l'azote dans une section de raie et de simuler les conséquence d'apport d'eau extrêmes notamment en aval des raies bouchées.