VOLUME 41 (1999) - #1 (January/FebruaryMarch)

Disposing hog manure on inorganically-fertilized corn and forage fields in southeastern Quebec - G. Gangbazo, G.M. Barnett, A.R. Pesant and D. Cluis

In Québec, manure has often been considered as a valueless by-product. Hog (Sus scrofa domestica L.) manure has frequently been applied to soils at high rates within a disposal philosophy. This 5-year study was conducted to evaluate the effect of high-rate hog manure (HM) applications, in addition to the normal inorganic fertilizer (IF), on water quality, soil fertility, and crop growth. Two crops were fertilized (IF) according to N requirement (kg/ha): silage corn (Zea mays L.)-180, and a timothy-red and white clover mixture (Phleum pratense L.-Trifolium repens L.): 55. In addition, HM was applied at twice these rates to each crop on separate plots in three ways: all in the fall, all in the spring, or split equally between these two seasons. Control plots for each crop received only IF. In contrast to forage, relatively more total N, NH₄-N, and NO₃-N was lost in runoff and drainage from corn when HM was applied in addition to IF, the degree of difference depending on the year. Although there were no fall-spring or split-whole differences for total N or NO₃-N for either crop, there was frequently much more NH₄-N lost from fall applications to corn (as compared to spring), the effect being year dependent. Hog manure in addition to IF generally did not affect water P consistently. However, fall application often produced higher runoff P losses for both crops. Whole (vs split) applications sometimes increased runoff P for both crops. Drainage P was little affected except for a decrease sometimes when HM was added. In comparison to forage, there was much more NO₃-N in the top two layers of corn soil (0-200 and 200-400 mm). There was no treatment effect on soil P. Yield increases were much higher for forage when compared to corn. Therefore, applying high rates of HM in addition to IF caused water pollution by nitrogen and phosphorus and nitrate-N accumulation in soil, but generally to a greater degree for corn than for forage for the same level of overfertilization. Treatment effects were often crop and year dependent. Keywords: hog manure, inorganic fertilizer, corn, forage, runoff water, drainage water, nitrogen, phosphorus.

Les fumiers ont souvent été considérés comme des sous-produits sans valeur au Québec. Le lisier de porc (Sus scrofa domestica L.) a fréquemment été épandu à forte dose sur les sols aux seules fins d'élimination. Cette étude de cinq ans a été réalisée pour évaluer l'effet des fortes doses de lisier de porc (HM) en plus des doses normales de fertilisants inorganiques (IF), sur la qualité de l'eau, la fertilité du sol, et la productivité des cultures. Deux cultures étaient fertilisées (IF) conformément aux besoins azotés (kg/ha): du maïs ensilage (Zea mays L.)-180, et du fourrage-55, ce dernier étant constitué d'un mélange de mil (Phleum pratense L) et de trèfle rouge et blanc (Trifolium repens L.). De plus, HM était appliqué au double de ces doses à chaque culture, sur des parcelles séparées selon trois scénarios: tout à l'automne, tout au printemps, ou fractionné en quantité égale entre ces deux saisons. Les parcelles témoin pour chaque culture recevaient des IF uniquement. Contrairement au fourrage, une quantité relativement plus élevée de N total, NH₄-N, et NO₃-N était perdue dans l'eau de ruissellement et de drainage des parcelles de maïs lorsque HM était épandu en plus des IF, l'ampleur de la différence dépendant de l'année. Bien qu'il n'y avait pas de différence automne-printemps ou application fractionnée-application en une seule fois pour N total ou NO₃-N pour chacune des deux cultures, il y avait fréquemment beaucoup plus de NH₄-N perdu pour les épandages d'automne sur le maïs (comparativement aux épandages du printemps), l'effet dépendant des années. L'épandage du lisier de porc en plus des IF n'a pas toujours influencé la perte de P dans l'eau. Toutefois, les épandages d'automne ont produit souvent des pertes plus élevées de P dans le ruissellement pour les deux cultures. L'application en une seule fois (par rapport à l'application fractionnée) a augmenté quelquefois la perte de P dans le ruissellement pour les deux cultures. La perte de P dans le drainage a été peu influencée, sauf à quelques occasions, où elle a diminué lorsque HM était utilisé en plus des IF. Comparé au fourrage, il y avait beaucoup plus de NO₃-N dans les deux couches de surface du sol des parcelles de maïs (0-200 et 200-400 mm). Les traitements n'ont pas influencé la quantité de P dans le sol. Les augmentations de rendement étaient beaucoup plus élevés pour le fourrage que pour le maïs. Par conséquent, l'épandage de grandes quantités de lisier de porc en plus des IF a causé la pollution de l'eau par l'azote et le phosphore et l'accumulation de nitrates dans le sol, mais généralement plus pour le maïs que pour le fourrage pour le même niveau de surfertilisation. Les effets des traitements dépendaient de la culture et des années.

Estimation régionale de la recharge par un modèle hydrologique ponctuel - A.-M. Laroche, J. Gallichand et M. Thériault

Groundwater recharge estimation is important for modelling transport of agricultural pollutants and their consequences on groundwater quality. The objective of this study was to evaluate the model EPIC (Erosion/Productivity Impact Calculator) for its capacity to estimate groundwater recharge. Simulations were done between 1967 and 1990 on the Portneuf River watershed (359 km²) which is located south-west from Québec. EPIC was used on 789 homogeneous zones of the watershed. These homogeneous zones were determined by soil utilization, soil texture, slope, and groundwater depths criteria. Drainage depths reaching the saturated zone, simulated by EPIC, were compared to baseflows at the outlet of the watershed. No calibration of EPIC was necessary to estimate groundwater recharge, except for a parameter that controlled soil water evaporation. For the 24-year study period, the mean difference between measured and simulated drainage was 4.3%. Sand textured areas, where potato fields are located, contributed mainly to groundwater recharge.

L'évaluation de la recharge de la nappe phréatique est un préalable pour modéliser le transport des contaminants agricoles et les répercussions de ceux-ci sur la qualité de l'eau souterraine. L'objectif de cette étude était d'évaluer le modèle EPIC (Erosion/Productivity Impact Calculator) pour sa capacité d'estimer la recharge de la nappe phréatique, entre 1967 et 1990, sur le bassin versant de la rivière Portneuf (359 km²) situé au sud-ouest de Québec. EPIC a été utilisé sur 789 unités homogènes composant le bassin versant. Les zones homogènes ont été déterminées selon les critères d'utilisation et de texture du sol, de pente du terrain et de profondeur de la nappe phréatique. L'épaisseur de drainage, simulée par EPIC et atteignant la nappe, a été comparée à l'écoulement de base à l'exutoire de la rivière Portneuf. Sauf pour un paramètre contrôlant l'évaporation de l'eau du sol, aucune calibration du modèle EPIC n'a été nécessaire pour estimer les quantités d'eau de percolation. Pour les 24 années de l'étude, la recharge moyenne annuelle a été sous-estimée de 4.3%. Les zones à texture sableuse, sur lesquelles prédomine la culture de la pomme de terre, ont contribué de manière importante à la recharge de la nappe phréatique.

Quantification of soil macroporosity and its relationship with soil properties - S.N. Asare, R.P. Rudra, W.T. Dickinson and A. Fenster

Image analysis was used to estimate macroporosity (pores 0.54 mm in diameter) of undisturbed soil columns obtained from a field under no-till for 5 years. A high resolution x-ray Image Intensifier (XRII)-based CT scanner was used to investigate soil macroporosity at different depths in the soil column. Total macroporosity in the A and B horizons averaged 3.70 and 1.94%, respectively, and was consistently lower in the B-horizon. The relative contributions of macroporosity to the total porosity in the A and B horizons were 7.76 and 4.92%, respectively. There was a statistically significant decreasing trend of macroporosity through the combined A and B horizon depth (0 - 400 mm) and in the A horizon (depth 0 - 200 mm), but not in the B-horizon (depth 200 - 400 mm). Saturated hydraulic conductivity correlated significantly with the total macroporosity of the A and the B horizons, within the A horizon, bulk density also significantly correlating with total macroporosity. Keywords: bulk density, computer tomography, image analysis, macroporosity, hydraulic conductivity, no-till.

Des techniques d'analyse d'images furent utilisées pour évaluer la macroporosité (pores 0.54 mm de diamètre) de colonnes de sol non dérangé provenant d'un champ où il n'y avait pas eu de travail du sol depuis 5 ans. On a utilisé un tomodensitomètre assisté par ordinateur (CT scanner) opérant avec un intensificateur d'image à rayons-X (XRII) pour examiner la macroporisité du sol à différentes profondeurs dans la colonne de sol. La macroporosité totale dans les horizons A et B était en moyenne de 3.70 et 1.94%, respectivement, et était régulièrement plus faible dans l'horizon B. La contribution relative de la macroporosité à la porosité totale était, dans les horizons A et B, de 7.76 et 4.92% respectivement. On a observé une tendance à la baisse statistiquement significative de la macroporosité à travers les horizons A et B combinés (0 - 400 mm) , et dans l'horizon A seul (0 - 200 mm), mais pas dans l'horizon B (profondeur 200 - 400 mm). Il y avait une corrélation significative entre la conductivité hydraulique et la macroporosité totale des horizons A et B. Pour l'horizon A, on a aussi établi une corrélation significative entre la densité apparente et la macroporosité totale. Mots-clés: densité apparente, tomodensitométrie assistée par ordinateur, analyse d'images, macroporosité, conductivité hydraulique, travail réduit du sol.

The development of models simulating nitrogen transport in soil and manure - S. Hengnirun, S. Barrington, S.O. Prasher and D. Lyew

Three submodels were developed for simulating the transport of nitrogen in a manure-amended soil. RUNOFF and LEACH are the submodels for simulating nitrogen losses by runoff after a rainfall and for leaching into the subsoil. The effects of soil adsorption and the presence of both micro- and macropores were considered in the development of LEACH. The simulation of adsorption was accomplished by a third model called ADSORP which was coupled with LEACH. The consideration of macropores in addition to micropores contributed towards a more realistic simulation of leaching and adsorption in the soil. The three submodels were integrated into a model called MANIMEA (Manurial Nitrogen Management: Environmental Aspects). The MANIMEA model simulated the transformation and transport processes affecting nitrogen in a manure-soil system for a specified soil and meteorological conditions so as to predict the fate and distribution of nitrogen in this system. Such a model is a useful tool in the management of manure application so as to lessen the environmental impact of this manure. The integration of RUNOFF, LEACH, and ADSORP into MANIMEA was successfully realized. The simulation results indicated that the submodels were able to generate results that fell within reasonable limits.

Trois sous-modèles furent développés pour simuler les mécanismes de transport de l'azote dans un sol amendé avec des engrais organiques (fumier) et inorganiques. RUNOFF et LEACH sont les sous-modèles qui simulent les pertes d'azote par ruissellement et par lessivage dans le sous sol. Les effets de l'absorption du sol et de la présence de micro et macropores dans le sols furent considérés dans le sous-modèle LEACH. La simulation de l'adsorption fut réalisée par le sous-modèle ADSORP qui fut accouplé au sous-modèle LEACH. La considération des macropores du sol fait en sorte que le modèle est plus réaliste lors de la simulation de l'adsorption et du lessivage dans le sol. Les trois sous-modèles furent intégrés dans le modèle MANIMEA (Gestion de l'azote des fumiers: aspects environnementaux). Le modèle MANIMEA simule la transformation et le transport de l'azote dans tout système constitué de fumier et de sol, pour des conditions spécifiques de climat et de sol. Ce modèle fut développé dans le but d'offrir un outil de gestion des fumiers en tenant compte des aspects environnementaux et agronomiques. L'integration des sous-modèles RUNOFF, LEACH et ADSORP avec MANIMEA fut réalisée avec succès car les données calculées sont réalistes.

Evaluation of a four-row prototype machine for pneumatic control of Colorado potato beetle - C. Laguë, M. Khelif and B. Lacasse

Previous research work related to pneumatic control of Colorado potato beetle (CPB) showed that this alternate control means is technically feasible and that it may represent an interesting alternative to chemical means. A four-row prototype machine was designed and built to implement pneumatic control at the field scale. Extensive testing of this machine in the field was completed during a full growing season. The effects of pneumatic control of CPB on the growth of potato plants and on the yields were investigated. Also, the efficiency of a specific pneumatic strategy in controlling CPB was evaluated. Field experiments consisted of: control (no treatment), pneumatic control (once and twice per week), chemical control, and combined chemical and pneumatic control (once and twice per week). Results showed that the use of the pneumatic machine to control the CPB did not have any negative effect on the crop development. The plots treated twice per week with the pneumatic machine gave a comparable yield to the plots chemically treated. However, the use of the pneumatic machine once per week resulted in very low yields. In general, variable CPB control in the plots treated twice per week was achieved by the prototype machine. Nevertheless, the plots treated once per week were rapidly defoliated with the appearance of the large larvae (L3-L4). These results prove that the pneumatic machine could be used to control CPB without affecting the plant growth or yield. However, further improvements of the machine, like the shape of the blowing units, have to be considered in order to better control CPB populations. Keywords: Colorado potato beetle, insect control, pneumatic, air flows, potato, prototype.

Des travaux antérieurs portant sur le contrôle pneumatique du doryphore de la pomme de terre (DPT) ont révélé que cette méthode de lutte est techniquement faisable et qu'elle peut représenter une alternative intéressante aux moyens chimiques. Un prototype a été conçu et construit afin d'évaluer cette technologie à échelle réelle et des essais au champ ont été effectués durant une saison complète de croissance. Les effets du contrôle pneumatique de DPT sur la croissance des plants et sur les rendements ont été examinés. De plus, l'efficacité d'une stratégie de contrôle pneumatique du DPT a été évaluée. Les expériences au champ étaient: contrôle (aucun traitement), contrôle pneumatique (une et deux fois par semaine), contrôle chimique, contrôle combiné chimique et pneumatique (une et deux fois par semaine). Les résultats ont montré que l'utilisation du prototype pour contrôler les DPT n'a eu aucun effet négatif sur la croissance des plants. Les parcelles traitées deux fois par semaine avec le système pneumatique ont donné un rendement comparable à celui des parcelles traitées chimiquement. Toutefois, l'utilisation du système pneumatique une fois par semaine a résulté en de très faibles rendements. En général, un certain contrôle des DPT dans les parcelles traitées deux fois par semaine a été accompli avec le système pneumatique. Par ailleurs, les parcelles traitées une fois par semaine ont été rapidement défoliées suite à l'apparition des grosses larves (L3-L4). Les résultats obtenus démontrent que le système pneumatique pourrait être utilisé pour contrôler les DPT sans affecter la croissance des plants ou leur rendement. Toutefois, quelques améliorations, en particulier au niveau de la forme des unités de soufflerie, doivent être apportées au prototype afin de mieux contrôler les populations de DPT. Mots clés: Doryphore de la pomme de terre, contrôle des insectes, pneumatique, écoulements de l'air, pomme de terre, prototype.

Pneumatic and thermal control of Colorado potato beetle - C. Laguë, M. Khelifi, J. Gill and B. Lacasse

Previous research and development work showed that pneumatic and thermal control of Colorado potato beetle (CPB) are both technically and economically possible at different stages of growth of the potato plants or of the beetles. A two-stage control strategy was thus developed and tested. The first stage requires retrofitting flaming components on potato cultivation implements. As mechanical cultivation is performed shortly after the potato plants have emerged, the heat generated by propane burners is directed toward the crop rows to control emerging adult CPB and egg masses at a period where the potato plants are more resistant to heat than CPB. A dedicated implement combining pneumatic and thermal components is required for the second stage later during the season. Air is blown across the crop rows to dislodge large CPB larvae and adult insects present on the potato plants. The dislodged insects are deposited on the soil surface between the rows where shielded propane burners are used to destroy them. Preliminary testing of this control strategy was completed during the summer of 1997 using a 4-row prototype of the combined pneumatic-thermal implement along with existing cultivation implements retrofitted with propane burners. Results of the research study under real production conditions showed that the use of the combined CPB control strategy had no negative effects on the growth of potato plants. Also, the effectiveness of this strategy in controlling CPB during the first half of the growing season of potato plants is comparable to that of chemical insecticides. The proposed combined control strategy could therefore be a very interesting alternative to chemical means for controlling CPB. Keywords: Colorado potato beetle, insect control, pneumatic, air flows, thermal, propane, burning, potato.

Des travaux antérieurs de R&D ont montré que les contrôles pneumatique et thermique du doryphore de la pomme de terre (DPT) sont techniquement et économiquement possibles à différents stades de croissance des plants de pomme de terre ou des insectes. À cet effet, une stratégie de contrôle en deux phases a été développée et testée. La première phase a nécessité l'implantation de composantes de contrôle thermique sur des équipements de sarclage de pomme de terre. Comme le sarclage mécanique est effectué après l'émergence des plants de pomme de terre à une période où les plants sont plus résistants à la chaleur que les DPT, la chaleur générée par des brûleurs au propane a été dirigée directement sur les rangs pour contrôler les DPT adultes émergeant du sol et les masses d'oeufs. Plus tard dans la saison, un équipement combinant des composantes pneumatiques et thermiques a été utilisé pour la deuxième phase. Des jets d'air étaient soufflés au travers des rangs pour déloger les DPT (grosses larves et adultes) présents sur les plants de pomme de terre. Les insectes délogés étaient déposés à la surface du sol entre les rangs où des brûleurs au propane munis d'écrans de protection étaient utilisés pour les détruire. Les essais préliminaires de cette stratégie de contrôle ont été complétés au cours de l'été 1997 à l'aide d'un prototype à 4 rangs du système intégré pneumatique/thermique et d'un sarcloir équipé de brûleurs au propane. Les résultats des travaux de recherches effectués en conditions réelles de production ont montré que l'utilisation de cette stratégie de contrôle intégré n'a eu aucun effet négatif sur la croissance des plants de pomme de terre. De plus, l'efficacité de contrôle des DPT durant la première moitié de saison de croissance des plants de pomme de terre étaient comparable à celle des insecticides chimiques. La stratégie de contrôle intégré proposée pourrait ainsi être considérée comme une alternative intéressante aux produits chimiques pour le contrôle du DPT. Mots clés: Doryphore de la pomme de terre, contrôle des insectes, pneumatique, écoulements d'air, thermique, propane, brûlage, pomme de terre.

Simplified equations for transient center temperature prediction in solids during short time heating or cooling - H.S. Ramaswamy and S. Sreekanth

The transient temperature of solids subjected to convective heating at the surface can be approximated, with reasonable accuracy, by the first term of an infinite series for long-time heating/cooling processes (Fo > 0.2). For short-time heating/cooling (Fo < 0.2), errors involved in the above approximation are quite high, increasing from about 1% at Fo = 0.2 to 14-31% at Fo = 0.05 to a maximum of 27-100% at Fo = 0, depending on the particle shape. Simplified equations, using first term approximation coefficients, were developed for estimating the initial curved portion of the semi-logarithmic heating/cooling curves. Initially, a regression model for the correction factor () was developed for Bi = as a function of Fourier number (Fo). Subsequently, an additional correction factor () was developed as a function of Biot number to accommodate finite Biot numbers. The errors in predicted temperatures using the developed equations were less than 2.5% as compared with the infinite summation series.

La température transitoire de nourritures solides soumises au chauffage par convection à la surface peut être approximée, avec exactitude raisonnable, en utilisant le premier terme d'une serie infinie pour des procédés de chauffage/refroidissement de longue durée (Fo>0,2). Pour les procédés de chauffage/refroidissement de courte durée (Fo<0,2), les erreurs impliquées dans l'approximation précitée sont tout à fait élevées croissant d'environ 1% à Fo = 0,2 à 14-31% à Fo = 0,05 jusqu'à un maximum de 27-100% à Fo = 0, dépendantes de la forme de la particule. Des équations simplifiées se basant sur l'approximation des coefficients de premier terme ont été développées pour estimer la courbée initiale des courbes de chauffage /refroidissement semi-logarithmiques. Initialement, un modèle de régression pour le facteur de correction () a été développé pour Bi = , en tant que fonction du nombre de Fourier (Fo). Par la suite, un facteur de correction additionnel () a été développé comme fonction du nombre de Biot pour satisfaire des nombres de Biot finis. Les erreurs des températures prédites utilisant les équations développées étaient moins que 2,5% comparé à la série de l'addition infinie.

Gas leakage through samples of wall seams of bolted-metal bins - M. Lukasiewicz , D.S. Jayas, W.E. Muir and N.D.G. White

Laboratory experiments were conducted to quantify the leakage of carbon dioxide (CO₂) through samples of wall seams of bolted-metal bins by determining pressure decay times and CO₂ retention rates from a sealed container. Samples of vertical and horizontal seams of a typical grain bin were tested with different methods of sealing and a range of initial CO₂ concentrations. The performances of vertical seams sealed with a single or double rows of butyl caulking were similar, but they were significantly different from uncaulked horizontal seams. An additional protective coating of a flexible membrane resin was not effective when other caulking had been applied previously but was effective when no caulking was used. Pressure decay times were not affected by initial CO₂ concentrations in the bin, but CO₂ retention coefficients were lower for higher concentrations. Pressure decay times were shorter and CO₂ retention coefficients were lower in containers filled with grain than in empty ones.

Des expériences ont été faites en laboratoire pour quantifier les fuites de dioxyde de carbone (CO₂) à travers différents types de joints de parois de silo en métal boulonné, en déterminant le temps de dépressurisation et le coefficient de rétention du CO₂ de conteneurs scellés. Des échantillons de joints verticaux et horizontaux d'un silo à grains typique furent testés en utilisant différentes méthodes de colmatage et une gamme de concentrations initiales de CO₂. Les performances de joints horizontaux scellés avec une ou deux couches de calfeutrage au butyle ont été semblables, mais ont été significativement différentes de celles de joints horizontaux non-calfeutrés. L'addition d'une couche protectrice constituée d'une membrane flexible en résine n'a eu aucun effet lorsque du calfeutrage avait déjà été appliqué, mais a été efficace lorsqu'il n'y avait pas eu d'application de calfeutrage. Les temps de dépressurisation n'ont pas été influencés par la concentration initiale de CO₂ dans le silo. Par contre les coefficients de rétention du CO ₂ étaient plus faibles pour des concentrations plus élevées. Dans des conteneurs remplis de grains, les temps de dépressurisation étaient plus courts et les coefficients de rétention du CO₂ plus faibles.