The application of irrigation water and nitrogen (N) fertilizer in excess of crop demand reduces
profitability and has multiple detrimental impacts on the environment. N dynamics in
agroecosystems are extremely complex, and mechanistic crop models are most often required to
quantify the impact of improved management practices on reducing fertilizer N losses. In this
study, Life Cycle Assessment (LCA) methodology and mechanistic modelling was used to
quantify the environmental benefits of improved management of water and fertilizer N by
sugarcane farmers in a case study in Pongola, South Africa. A baseline scenario, representing
farmer intuition-based irrigation scheduling management, and two additional scenarios in which
water, and water and N were more rationally managed, were compared. Results show that
improved water and N management can lead to a 20% reduction in non-renewable energy
consumption per functional unit (FU), with sustained or even increased yields. Total GHG
emissions can potentially be reduced by 25% through more efficient water and N management.
Limiting the rates of fertilizer N applied, made possible by decreasing N leaching through
improved irrigation scheduling, resulted in the highest reductions for both impact categories.
While total water consumption was very similar between the scenarios, more efficient use of rainfall was achieved through accurate scheduling, reducing blue water requirements. Through
the simultaneous consideration of multiple environmental impacts, combining mechanistic crop
modelling and LCA shows potential to identify improved management practices as well as to
establish environmental stewardship incentives.
L'application d'eau d'irrigation et d'engrais azotés (N) en excès par rapport à la demande des
cultures réduit la profitabilité et a de multiples impacts négatifs sur l'environnement. La
dynamique de l'azote dans les agrosystèmes est extrèmement complexe, et des modèles de
culture mécanistes sont souvent nécessaires pour quantifier l'impact de pratiques de gestion
améliorées sur la réduction des pertes en azote. Cette étude utilise la méthodologie de l'Analyse
du Cycle de Vie (ACV) combinée à la modélisation mécaniste pour quantifier les bénéfices
environnementaux d'une gestion améliorée de l'eau et des fertilisants azotés par des producteurs
de canne à sucre, dans une étude de cas à Pongola, Afrique du Sud. Un scénario de base
représente les pratiques courantes et intuitives des producteurs en termes d'irrigation, et deux
scénarios supplémentaires représentent des pratiques de gestion plus rationnelles de l'eau, et de
l'eau et des engrais, respectivement. Les résultats montrent qu'une meilleure gestion de l'eau et
de l'azote peut générer une réduction de 20% de la consommation en énergie non-renouvelable,
avec des rendements maintenus voire améliorés. Les émissions totales de GES peuvent
potentiellement être réduites de 25%. La réduction des applications d'engrais, rendue possible
par le moindre lessivage de l'azote sous irrigation raisonnée, résulte en de fortes réductions de
ces deux catégories d'impacts. La consommation totale en eau est similaire entre scénario de
base et scénarios de meilleure gestion de l'eau; cependant l'utilisation de l'eau de pluie est plus
efficiente avec les irrigations raisonnées, réduisant ainsi les besoins d'extraction de la ressource.
Par la prise en compte simultanée d'impacts environnementaux multiples, la combinaison de
l'ACV et de la modélisation mécaniste de culture montre un potentiel pour identifier les
pratiques améliorées et pour développer un accompagnement en éco-conception de systèmes.
