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CHAPITRE 1 Revue de littérature

Table des matières

La revue de littérature présentée ici dresse un portrait des productions agricoles et forestières au Canada, démontre l’importance de la nutrition minérale dans l’atteinte des objectifs de production végétale, présente les méthodes de détection des carences nutritives de même que la culture choisie pour tester les hypothèses de recherche.

La présente section vise à présenter le contexte économique et social dans lequel l’idée de ce projet de recherche a émergée. Pour ce faire l’agriculture et la foresterie au Canada seront présentées, et à titre d’exemple, nous ferons quelques références à la situation du Québec. Ceci ne se veut pas une contrainte au développement de la technique mais plutôt une introduction à la réalité de ces secteurs économiques.

L’agriculture et la foresterie sont d’importants moteurs économiques pour plusieurs régions du Canada et représentent respectivement 8,0 et 2,8 % du produit intérieur brut (PIB) canadien (Gouvernement du Canada, 2004; NRCAN, 2004). Bien qu’ayant plusieurs traits communs, ces deux industries se pratiquent à des échelles temporelles et spatiales différentes. Au Canada, la superficie des terres agricoles est de 36,4 millions d’hectares (Statistique Canada, 2004) alors que le territoire forestier est dix fois plus vaste (400 millions ha) (NRCAN, 2004b). Au Québec, l’ensemble des superficies ensemencées pour l’agriculture en 2001 couvrait 1,9 millions d’hectares (Statistique Canada, 2004) alors que les superficies destinées à l’exploitation forestière couvraient un territoire totalisant près de 85 millions d’hectares (NRCAN, 2004b).

Les cultures agricoles sont pour la plupart des cultures annuelles pour lesquelles le producteur doit optimiser l’ensemble des éléments nécessaires à une bonne croissance sur une période de quelques mois voire quelques semaines. La marge d’erreur est alors assez mince. Par contre, dans l’exploitation forestière la période de croissance excède souvent une vingtaine d’années réduisant ainsi l’impact d’une mauvaise saison sur la récolte.

Dans le secteur forestier canadien, l’épinette compte pour près de 35 % des volumes de bois suivi par le pin et le peuplier, représentant respectivement 17 % et 14 % des volumes (Tableau 1) (Ressources naturelles Canada, 2004). Ces trois espèces ont des distributions géographiques couvrant une vaste proportion du territoire canadien. À l’inverse, les Douglas vert et bleu, n’occupant que les zones centre et sud de la Colombie-Britannique et de l’Alberta représentent tout de même plus de 3 % des volumes d’arbres du pays (Ressources naturelles Canada, 2004). En 2001, le Canada était le plus grand exportateur de produits forestiers au monde et plus du quart de la valeur exportée venait du Québec (NRCAN, 2004). De l’ensemble de ces exportations, 80 % étaient dirigées vers les États-Unis.

Dans le secteur agricole canadien, les principales cultures sont, en pourcentage de superficies ensemencées, le blé (29,8 %), le foin (20,1 %), l’orge (12,9 %) et le canola (10,4 %). Le secteur de l’agriculture et de l’agroalimentaire canadien figure parmi les cinq premières industries du pays (Statistique Canada, 2004). L’industrie du blé est la plus lucrative de toutes les cultures générant plus du quart des recettes en 2001, elle est suivie par le canola (12,7 %) (Statistique Canada, 2004). Des industries de cultures de légumes (représentant 0,4% des superficies ensemencées), la pomme de terre est la plus lucrative au pays (Gouvernement du Canada, 2004). La répartition géographique des cultures n’est toutefois pas uniforme. À titre d’exemple, la culture du blé ne compte que pour 1,9 % des terres en culture au Québec alors que le foin et le maïs-grain y occupent respectivement 42,2 et 23,6 % des superficies ensemencées (Statistique Canada, 2004).

Les secteurs de l’agriculture et de la foresterie bien qu’intrinsèquement différents de par la durée de croissance des végétaux et les équipements utilisés, notamment, partagent plusieurs points communs. Par exemple, les cultures de plants forestiers à racines nues, en pépinières, demandent des soins semblables à ceux prodigués aux cultures agricoles tels traitement phytosanitaire, fertilisation et irrigation (Larocque et al., 2002). Ainsi, il devient parfois difficile de tracer la ligne entre foresterie et agriculture. La récolte des arbres de Noël, de l’eau d’érable ou celle des pommes sont des exemples d’une agriculture forestière ou d’une foresterie devenue agricole.

La matière ligneuse des arbres, les grains de blé ou les tubercules de pommes de terre sont tous considérés comme des organes « puits ». C’est-à-dire que les photosynthétats produits par les organes « sources », les feuilles, sont transloqués puis emmagasinés dans ces organes « puits ». Pour fonctionner adéquatement, les organes « sources » nécessitent des éléments minéraux en quantité suffisante. Une pénurie ou une carence en un élément pertubera la relation source-puits. Une carence nutritive induira plusieurs changements dans la plante (Lambers et al., 1998) : en premier lieu la plante puise les éléments manquants dans ses réserves vacuolaires. Il n’y aura donc pas d’effet sur sa croissance. Puis lorsqu’elle ne parvient plus à combler ses besoins grâce à ses réserves, les concentrations foliaires en nutriments diminuent, spécialement pour les feuilles les plus âgées. On observe ensuite, dans cet ordre, une diminution du taux de croissance puis une diminution du taux de photosynthèse. Étant donné que la croissance est inhibée avant la photosynthèse cela entraîne l’accumulation d’hydrates de carbone non structuraux dans les feuilles. Les plus vieilles feuilles dépérissent en fonction de la proportion de leurs nutriments transloqués vers d’autres organes. Les réserves sont alors réallouées pour compenser le faible apport en nutriments. Il y aura donc augmentation de la masse racinaire et de sa capacité d’absorption (Lambers et al., 1998). À titre d’exemple, lorsqu’une plante est adéquatement fertilisée en azote, 10 % de ses photosynthétats sont alloués à la croissance racinaire alors qu’en présence de carence azotée, cette proportion s’élève à 50 % (Gardner et al., 1985). Le taux de photosynthèse devient ensuite considérablement réduit de même que la fonction d’absorption en éléments nutritifs. Si l’apport en éléments nutritifs n’a pas encore été corrigé, les méristèmes de la plante entrent en dormance ou meurent (Lambers et al., 1998).

Plus spécifiquement, une carence en azote inhibe la croissance, entraîne la chlorose des feuilles par diminution de la teneur en chlorophylle, en commençant par les plus vieilles (Heller et al., 1993; Houghland, 1964). S’ensuit la mort des vieilles feuilles et l’apparition de tiges plus minces mais plus rigides. Cette rigidité est due à une accumulation d’hydrates de carbones qui ne sont pas utilisés pour synthétiser des acides aminés ou autres composés azotés (Taiz & Zeiger, 1998). Cette accumulation peut aussi favoriser la synthèse des anthocyanines (Taiz & Zeiger, 1998). Une carence en potassium dérègle le potentiel osmotique des cellules végétales de même que l’induction de nombreux enzymes impliqués dans la photosynthèse et respiration cellulaire, elle provoque aussi des chloroses et des nécroses en marge des feuilles. La tige devient mince et faible (Taiz & Zeiger, 1998). La carence en magnésium dérègle l’induction de plusieurs enzymes impliqués notamment dans la photosynthèse, la respiration cellulaire et la synthèse de l’acide désoxyribonucléique (ADN) et de l’acide ribonucléique (ARN). Le magnésium étant un constituant principal de la chlorophylle, une carence entraînera des chloroses et une abscission prématurée des feuilles (Taiz & Zeiger, 1998).

En agriculture, des grilles de fertilisation existent afin d’estimer l’apport en nutriments du sol en fonction de la culture en place. Dans le cas de la pomme de terre, la fertilisation en azote et en potassium augmente le rendement en tubercules de grande taille alors que la fertilisation phosphatée augmente le nombre de tubercules produits (Harris, 1992). De plus, les carences minérales perturbent l’ensemble de l’équilibre nutritif des plants. Par exemple, une carence en calcium peut entraîner une diminution dans les concentrations de phosphore, potassium et sodium et ce, dans tout le plant de pomme de terre (Pessarakli, 1999).

En foresterie, étant donné que les superficies de culture sont beaucoup plus vastes et que la croissance est plus longue, il n’est pas fréquent de fertiliser une forêt. Toutefois, dans le domaine de la sylviculture, la fertilisation des plantules en fin de saison de croissance interrompt temporairement le processus de dilution des éléments nutritifs et favorise ainsi leur implantation en forêt (Boivin et al., 2002). De plus, la fertilisation en pleine forêt des arbres-mères augmente la survie des graines, favorisant ainsi la régénération (Ceccon et al., 2003). Des études récentes effectuées sur des peuplements de pins taeda montrent un effet bénéfique de la fertilisation sur la croissance du peuplement (Albaugh et al., 2004; Haywood et al., 2003; Martin & Jokela, 2004). L’application d’azote et de phosphore permet notamment, une augmentation de croissance qui est justifiable biologiquement mais aussi économiquement (Martin & Jokela, 2004). Certaines réserves sont toutefois émises en ce qui concerne la densité du bois des arbres fertilisés. Albaugh et al. (2004) ont fertilisé un peuplement de pin taeda pendant une période de neuf ans. Ils ont ensuite évalué que l’impact de la fertilisation sur la densité du bois ne permettait pas d’envisager une altération significative de cette propriété du bois et que l’utilisation actuellement faite du pin taeda ne serait pas perturbée. En augmentant la productivité du peuplement, la fertilisation réduit la durée des rotations (BCGov, 1995). Ainsi, la fertilisation des forêts est une avenue qui peut être préconisée pour augmenter les quantités de bois commercialisables de même que la valeur de forêts déjà établies (BCGov, 1995).

La détection des carences nutritives peut s’effectuer de diverses façons. Les méthodes traditionnelles de diagnostic foliaire incluent les analyses chimiques et les méthodes de seuillage. Différents outils ont été développés afin d’accélérer le traitement des données et de fournir rapidement l’état nutritionnel des plantes. Ces outils incluent les chlorophylle mètres, les ions mètres ou les capteurs associés à la télédétection.

Bien qu’elle soit destructive, l’analyse de la composition chimique de la plus jeune feuille mature est la méthode la plus utilisée pour évaluer les carences nutritives chez la plupart des cultures (Bell et al., 2001). Pour déterminer leur contenu en éléments nutritifs, les feuilles doivent être collectées, séchées puis broyées. Une digestion acide des tissus permet d’extraire les éléments minéraux qui sont ensuite déterminés à l’aide d’appareils tels plasma inductif ou analyseurs en continu. Pour réaliser ces analyses dans un laboratoire privé au Québec, les producteurs agricoles doivent débourser près de 30 $ CAN par échantillon. Un échantillon parcellaire est composé de 20 à 30 sous-échantillons (Agtest, 2005). Le temps de manutention pour l’analyse est d’environ deux semaines. Afin de déterminer si la plante présente des carences nutritives, il est important de comparer les résultats de l’analyse foliaire avec des valeurs critique délimitant les besoins des plantes. À titre d’exemple, le Tableau 2 présente les valeurs critiques des besoins en nutriments pour la pomme de terre. Selon ce tableau, un plant sera considéré comme carencé en azote si sa concentration foliaire en azote est inférieure à 3% de son contenu en matière sèche.

La concentration foliaire en azote (N), phosphore (P), potassium (K) et soufre (S) tend à décroître avec l’âge des plants échantillonnés (Walworth & Sumner, 1987). Le cas contraire est cependant observé avec les concentrations foliaires en calcium (Ca) et magnésium (Mg) qui elles, augmentent. Il devient alors important de considérer le stade phénologique lorsque l’état nutritionnel d’une plante est évalué en utilisant des grilles de valeurs critiques (Walworth & Sumner, 1987).

Afin d’éliminer cette variation en fonction des stades de croissance, Beaufils (1973) proposa les ratios de type N/P, N/K ou K/P qui demeurent constants en fonction des stades de croissance (Walworth & Sumner, 1987). Il développa le Diagnosis and Recommendation Integrated System (DRIS), décrit dans Walworth & Sumner (1987). Les ratios sont calculés pour une population et la norme d’équilibre correspondant à la moyenne de la population est déterminée. Pour faire le diagnostic de l’état nutritionnel d’une plante, un graphique ou des indices peuvent être utilisés. Si la valeur calculée du ratio est inférieure à la valeur seuil (μx), il est important de fertiliser. Les indices DRIS sont calculés en utilisant les équations [ 1 ] à [ 5 ] et leur somme devrait toujours donner zéro. Leur valeur peut être négative ou positive : plus la valeur est faible, plus l’élément semble limitant pour la croissance du végétal.

La méthode DRIS détermine l’état d’équilibre d’une plante en utilisant des ratios dualistes. Ce type de ratio permet de voir l’interaction d’un paramètre avec un autre mais pas en relation avec l’ensemble des éléments nutritifs inclus dans la plante. Et comme nous l’avons vu précédemment dans le cas de la pomme de terre, une carence en calcium peut entraîner une diminution des concentrations en P, K, et Na dans tout le plant. Afin de considérer l’ensemble des interactions possibles entre les éléments nutritifs, Parent & Dafir (1992) ont développé le Compositional nutrient diagnosis (CND) en se basant sur l’approche du Compositional data analysis (Aitchison, 1986).

Le CND est une méthode qui permet de considérer les interactions entre tous les nutriments et ainsi détecter toute perturbation de l’équilibre nutritif par calcul de ratios multinutriments log-centrés. Les détails des calculs reproduits ici sont tirés de Khiari et al. (2001). Les calculs décrits subséquemment se réalisent sur une population de plantes, constituée de n échantillons. Pour chacun de ces échantillons, l’ensemble des équations [ 6 ] à [ 11 ] est calculé. Ainsi, il en résulte une matrice prenant la forme de celle présentée à titre d’exemple au Tableau 3.

Une des premières hypothèses posées par l’approche CND est que la matière sèche totale d’une plante doit être égale et contrainte à 100% [ 6 ] . Ainsi, dès que la concentration foliaire en un élément varie dans la plante, la concentration des autres éléments variera automatiquement : il est impossible d’altérer la concentration en un élément sans en perturber la concentration d’au moins un autre.

[ 6 ]

(en %) [ 7 ]

où N, P, K, Ca et Mg = teneur en éléments minéraux (%)

Pour que l’interaction entre les éléments se reflète dans les ratios calculés, la concentration foliaire en chacun des éléments est divisée par la moyenne géométrique G calculée pour d composantes ou éléments nutritifs [ 8 ]. Ces ratios sont ensuite convertis en rapports log-centrés par l’équation [ 9 ].

[ 8 ]

où d= nombre d’éléments nutritifs

[ 9 ]

où Vx = rapport log-centré pour l’élément x

Chaque rapport log-centré, par exemple pour l’azote, est linéarisé dans sa composition et est propice aux analyses en composantes principales ou au krigeage, par exemple. La somme de tous les rapports log-centrés, ici , pour un échantillon foliaire est égale à zéro, par définition. Les indices de déséquilibre nutritifs notés pour l’indice de déséquilibre azoté, pour l’indice de déséquilibre en phosphore et l’indice global de déséquilibre nutritif (CND_r2) sont calculés en utilisant respectivement les équations [ 10 ] et [ 11 ].

[ 10 ]

= indice de déséquilibre en azote

= moyenne des rapports log-centrés pour l’azote ( ) de la population hautement productive

= écart-type des rapports log-centrés pour l’azote ( ) de la population hautement productive

[ 11 ]

est l’indice de déséquilibre nutritif distribué comme un

= indice de déséquilibre en azote

= indice de déséquilibre en phosphore

= indice de déséquilibre en potassium

= indice de déséquilibre en calcium

= indice de déséquilibre en magnésium

= indice de déséquilibre pour la variable de remplissage

L’indice-critique de déséquilibre nutritif est déterminé par la valeur du à d+1 degrés de liberté au niveau α désiré (d+1; α). À titre d’exemple, l’indice critique calculé en utilisant N, P, K, Ca, Mg sera de (5+1; 0,05) = 12,59. Les échantillons ayant un CND_r2 supérieur à la valeur critique (12,59) sont en état de déséquilibre nutritif. Il est ensuite possible de déterminer quel élément cause ce déséquilibre en analysant les indices spécifiques de déséquilibre nutritif (IN, IP, IK, ...). La valeur de l’indice critique global (ici 12,59) peut être validée en additionnant les indices critiques spécifiques déterminés grâce à la procédure de partition Cate-Nelson (Nelson & Anderson, 1977).

L’ensemble des méthodes décrites précédemment nécessite les résultats des analyses foliaires pour effectuer leur calcul. Étant donné le temps nécessaire pour réaliser les analyses puis les calculs, l’ensemble de ces méthodes présente un certain désavantage associé au temps requis pour l’exécution. Cependant leur avantage est certainement la précision élevée associée aux analyses foliaires.

Afin de réduire le temps associé à la mesure et au traitement du matériel végétal, il est possible d’utiliser des ions mètres tel le CARDY (Spectrum Technologies, Inc., IL, USA). Ces appareils portatifs permettent de mesurer les teneurs en ions (NO3-N, K+ ou Na+) d’une manière simple et efficace, grâce à des électrodes. Le coût de ces appareils est d’environ 420 $ CAN avec un coût estimé par mesure de 0,47 $ CAN. La mesure s’effectue sur un extrait de sève, fréquemment prélevé à partir du pétiole de la feuille. La lecture est donnée en partie par million (ppm). Westcott (1993) a comparé les lectures d’un CARDY (NO3-N) obtenues à partir de la sève du pétiole avec des teneurs en NO3-N de pétioles secs (séchés pendant 48 heures à 65°C). La relation empirique obtenue [ 12 ] permet de faire la correspondance entre les valeurs critiques déjà connues (Tableau 2) et les lectures faites sur du matériel frais par le CARDY. La lecture CARDY ainsi convertie peut alors être utilisée comme une teneur en nitrate provenant de la biomasse sèche.

NO3-N biomasse sèche= (11.8 x NO3-N CARDY )- 3,800 (ppm) [ 12 ]

Hochmuth et al. (2004) ont établi, pour diverses cultures en Floride, les valeurs des concentrations adéquates en NO3-N à partir des lectures de CARDY. Pour la pomme de terre, au début de son stade de floraison, les concentrations devraient être entre 1 000 et 1 200 ppm.

La précision du CARDY est variable en fonction de la concentration en nitrates, elle est présentée au Tableau 4. Il faut compter environ trois minutes par lecture. Si l’unité d’échantillonnage est un champ agricole, il est important d’y prendre plusieurs mesures afin d’augmenter la représentativité de nos données, augmentant cependant le temps de la prise de données et le coût d’analyse.

D’autres capteurs manuels sont aussi disponibles, par exemple, le chlorophylle-mètre SPAD de la compagnie Minolta (Spectrum technologies, inc., IL, USA). Il s’agit d’une pince permettant de déterminer la quantité de chlorophylle présente dans une feuille. Pour ce faire, l’instrument mesure la transmittance de la feuille dans le rouge (longueur d’onde d’amplitude maximale : env. 650 nm) et dans le proche-infrarouge (longueur d’onde d’amplitude maximale : env. 940 nm), il calcule ensuite le ratio des transmittances et le convertit en valeur de SPAD, correspondant à la teneur en chlorophylle de la feuille. Cette teneur en chlorophylle peut ensuite être reliée à la teneur en azote des plants et le chlorophylle-mètre peut être utilisé pour quantifier les doses de fertilisants à appliquer en cours de saison de végétation, pour une culture de coton, par exemple (Malavolta et al., 2004). Cet appareil coûte environ 1 800 $ CAN. Le temps de mesure est très rapide, soit environ trois secondes par mesure. Il est possible de se le procurer avec un acquisiteur de données intégré.

Le chlorophylle-mètre peut être utilisé comme outil d’aide à la gestion de la fertilisation. Pour ce faire, le producteur doit établir, dans son champ ou à proximité, une parcelle de référence dont la fertilisation est optimale. En comparant les lectures moyennes de son champ avec celles de la parcelle référence, il pourra, à l’aide de l’équation[ 13 ], déterminer la dose d’azote requise, pour le blé, dans ce cas-ci (Murdock et al., 1997).

[ 13 ]

où N= Recommandation d’azote (lb/acre) pour le blé

a= Constante égale à 6 pour la culture du blé (Murdock et al., 1997).

b= Constante égale à 7, pour la culture de blé (Murdock et al., 1997).

D= Différence entre les lectures moyennes de la parcelle ‘référence’ et les lectures moyennes du champ à fertiliser.

Les mesures des chlorophylle-mètres sont toutefois influencées par l’irradiance, la teneur en eau de la plante et le moment de la journée auquel les mesures sont prises (Martinez & Guiamet, 2004). Il est donc important de considérer ces facteurs lors de la prise de mesure. De plus, si plusieurs chlorophylle-mètres sont disponibles, il est important d’utiliser toujours le même pour compléter les séries de mesures. En effet, les mesures de six chlorophylle-mètres ont été comparées et une grande variation entre les résultats des différents appareils a été détectée (Huang & Peng, 2004).

Afin de diminuer le temps associé à l’acquisition de matériel végétal (analyses chimiques) ou à la prise de mesures (capteurs manuels), des techniques de détection à distance ou télédétection ont été développées.

La télédétection est l’ensemble des connaissances et techniques utilisées pour déterminer des caractéristiques physiques et biologiques d'objets, par mesures effectuées à distance, sans contact matériel avec ceux-ci (OQLF, 2004). Cette approche technique est utilisée notamment pour le suivi des végétaux à partir de capteurs satellitaires ou aéroportés. Il existe des capteurs passifs et actifs possédant différentes résolutions. Les capteurs passifs recueillent l’énergie rayonnante ne provenant pas d’une irradiation intentionnelle de la scène alors que les capteurs actifs ont un émetteur incorporé qui irradie la scène (OQLF, 2004). Le Tableau 5 présente des exemples de capteurs satellitaires ou aéroportés permettant l’acquisition de mesures passives pour assurer le suivi de la végétation. On remarque que la résolution des capteurs varie beaucoup. Elle passe du kilomètre pour NOAA et SPOT Vegetation, au mètre pour IKONOS et à moins de 1 mètre pour les capteurs aéroportés CASI 2 et MS4100. Les capteurs passifs mesurent généralement la réflectance des végétaux dans les longueurs d’onde visible (VIS), proche infrarouge (PIR) et infrarouge thermique (TIR) avec des bandes d’intérêts dans le visible telles rouge, vert ou bleu (RVB).

Le Tableau 6 présente quant à lui des capteurs satellitaires ou aéroportés actifs. Les capteurs actifs incluent des RADARs permettant par exemple le suivi de la végétation, des habitats fauniques ou la cartographie des neiges (Ahern et al., 1993; Guneriussen et al., 2001); des LIDARs pour évaluer la hauteur de la canopée ou pour effectuer des modèles numériques de terrain (Nilsson, 1996); des FLIDARs pour le suivi du phytoplancton par fluorescence ou pour évaluer la température de l’eau (Pantani et al., 1995), de même que des altimètres RADAR actif.

Étant donné que la réflectance et la fluorescence des végétaux présentent un potentiel pour la détection de carences minérales (Adams et al., 1993; Apostol et al., 2003; Chappelle et al., 1984; Corp et al., 2003; Gamon et al., 1997; McMurthey III et al., 1994; Mercure et al., 2004; Samson et al., 2000; Strachan et al., 2002; Tartachnyk & Rademacher, 2003; Vouillot et al., 1998; Zhao et al., 2003) elles sont décrites plus en détail dans la suite de cette section.

Les spectres de réflectance et de transmittance des plantes dans le visible et le proche infrarouge sont directement liés aux spectres d’absorption des pigments photosynthétiques. Les zones où l’absorption est forte, la réflectance et la transmittance seront faibles et réciproquement, les zones de faibles absorptions auront de fortes réflectances et de fortes transmittances (Walter-Shea & Norman, 1991). La figure 1 présente les spectres d’absorption d’extraits de chlorophylle a dissouts dans du méthanol, de chlorophylle b dissouts dans de l’éther diéthylique et d’extraits de bêta-carotène dissouts dans de l’hexane. On remarque que les extraits de chlorophylles absorbent principalement dans le bleu (400-450 nm) et dans le rouge (600-700 nm) alors que l’extrait de bêta-carotène n’absorbe que dans le bleu (400-500 nm).

La figure 2 présente le spectre de réflectance et de transmittance d’une feuille chlorophyllienne typique se divisant en trois zones principales; visible (400-700 nm), proche-infrarouge (PIR) (700-1350 nm) et une zone d’absorption de l’eau dans le PIR (1350-2700 nm). On remarque que la réflectance et la transmittance ne sont pas élevées dans le visible étant donné la forte absorption des pigments photosynthétiques dans cette partie du spectre (figure 1). La concentration en pigments dans une feuille augmente au cours de sa maturation, amenant une diminution de la réflectance dans le visible à mesure que la feuille mature, le contraire survient cependant lors de la sénescence. Bien que la réflectance dans le visible soit plus faible que dans l’infrarouge, on remarque un pic situé approximativement à 550 nm soit dans le vert : zone de faible absorption de la chlorophylle. Dans le proche-infrarouge, les valeurs de réflectance et de transmittance sont particulièrement élevées (Gausman, 1985). Elles sont dues à une faible absorbance des pigments photosynthétiques dans cette région du spectre de même qu’au mésophylle qui diffuse la lumière reçue. En effet, des diffusions multiples de la lumière apparaissent là où il y a changement d’indice de réfraction, par exemple entre l’air et l’eau ou entre l’air et les parois cellulaires. Plus les feuilles ont des changements d’indices de réfraction plus la réflectance dans le proche-infrarouge augmente. À l’intérieur d’une feuille de dicotylédones, on retrouve plus d’espaces vides qu’à l’intérieur d’une feuille de monocotylédones. Cela est dû à l’arrangement structural des cellules foliaires. Par exemple, dans une feuille de dicotylédone, le mésophylle est divisé en parenchyme palissadique et en parenchyme lacuneux tandis que dans une feuille de monocotylédone, le mésophylle est plus compact. La figure 3 présente un schéma des arrangements cellulaires des feuilles de dicotylédones et la figure 4 présente les monocotylédones. La réflectance dans le proche infrarouge sera donc plus élevée pour les dicotylédones que pour les monocotylédones (Gausman, 1985). Entre 1 350 et 2 700 nm, le spectre de réflectance est influencé en partie, par la structure interne des feuilles mais principalement par leur teneur en eau (Gausman, 1985). Des bandes d’absorption attribuables à l’eau sont présentes à 1 450 nm et 1 950 nm notamment.

Les teneurs en pigments sont grandement influencées par les conditions de croissance des végétaux : par exemple, en présence d’une carence azotée, on remarque un déclin de la teneur en chlorophylle et ce, plus rapidement que pour la teneur en caroténoïdes (Heller et al., 1993; Houghland, 1964). De plus, la concentration en anthocyanines peut augmenter dans les feuilles ayant un faible taux de photosynthèse et étant soumises à une faible température ou à un stress (Sims & Gamon, 2002). Comme la réflectance est un outil efficace pour déterminer la concentration en pigments dans les plantes (Merzlyak et al., 2003), on comprend qu’elle soit sensible aux stress, principalement dans les zones 535-640 nm et 685-700 nm (Carter, 1993). Chez le maïs, les mesures de réflectance ont permis de détecter des carences en azote de façon simple, rapide et peu dispendieuse (Zhao et al., 2003).

L’analyse des données de réflectance se fait principalement en utilisant des ratios ou des indices au lieu de valeurs brutes : leur corrélation avec la teneur en chlorophylle est ainsi supérieure (Read et al., 2002; Zhao et al., 2003). Les ratios simples correspondent à un rapport d’intensités de réflectance à des longueurs d’onde données, présenté selon la forme suivante [ 14 ] :

[ 14 ]

= intensité de réflectance à la longueur d’onde λ 1 (nm)

et = intensité de réflectance à la longueur d’onde λ 2 (nm)

Ainsi dans le cas où λ 1= 400 nm et λ 2 = 800 nm le ratio sera présenté sous la forme R400/R800. Le Tableau 7 présente des exemples d’indices développés pour le suivi de la végétation : les plus connus sont l’indice d’activité végétale (NDVI) présenté aux équations [ 15 ] (Ma et al., 2001) et [ 16 ] (Sims & Gamon, 2002), l’indice de différence normalisée dans le vert (GNDVI) présenté à l’équation [ 17 ] (Osborne et al., 2004) suivi du point d’inflexion de la montée vers le proche infrarouge (red-edge) présenté à l’équation [ 18 ] (Sims & Gamon, 2002) et certains autres plus récemment développés : le TCARI/OSAVI (Haboudane et al., 2002), l’indice de sénescence des plantes (PSRI) (Merzlyak et al., 1999) ou l’intégrale d’absorption de la chlorophylle (CAI) (Oppelt & Mauser, 2004) présentés respectivement aux équations [ 19 à 22 ].

tiré de Ma et al., (2001) [ 15 ]

tiré de Sims & Gamon, (2002) [ 16 ]

tiré de Osborne et al., (2004) [ 17 ]

tiré de Sims & Gamon, (2002) [ 18 ]

tiré de Haboudane et al., (2002) [ 19 ]

tiré de Merzlyak et al., (1999) [ 20 ]

tiré de Oppelt & Mauser, (2004) [ 21 ]

= réflectance du spectre du végétal à la longueur d’onde [ 22 ]

et = réflectance de l’enveloppe à la longueur d’onde (%)

Ces indices ont des potentiels de détection différents et sont influencés par, entre autres, la variété étudiée (Oppelt & Mauser, 2004), la teneur en azote du couvert (Oppelt & Mauser, 2004), les carences nutritives combinées, la disponibilité de certains éléments (Fridgen & Varco, 2004) ou le stade de croissance (Osborne et al., 2002). Le TCARI/OSAVI n’est, quant à lui, pas influencé par les changements d’indices de surface foliaire ou d’angle de zénith solaire (Haboudane et al., 2002). Cet indice pourrait peut-être répondre à la demande de Pinter et al. (2003) qui recommandaient le développement d’indices fiables à travers l’espace et le temps.

Pour le suivi de la végétation, la plupart des indices développés sont fortement corrélés avec la teneur en chlorophylle ou en azote des plants. Cependant, certains indices tel le GNDVI, sont liés davantage à la biomasse ou au rendement qu’à la teneur en chlorophylle. Ces indices pourraient être implantés dans des modèles de croissance et ainsi améliorer les estimations du rendement (Doraiswamy et al., 2003).

En plus des capteurs satellitaires et des capteurs aéroportés présentés au Tableau 5, des spectroradiomètres embarqués ont été développés. Ceux-ci se retrouvent embarqués à bord de véhicule terrestre, ayant une faible distance capteur-cible. En utilisant la réflectance dans le domaine du visible et du proche-infrarouge, Brach et al. (1981) ont réussi, sur une étude d’un an, à départager des cultures, des variétés de la même culture et de même qu’à mesurer la maturité des cultures à partir d’un spectroradiomètre mobile. À la International conference on crop harvesting and processing en 2003, Feiffer et al. (2003) ont présenté le Hydro N-sensor. Cet appareil, monté sur un tracteur, mesure la réflectance des plants et permet de transférer les données acquises directement à un épandeur à taux variables. L’appareil doit cependant être étalonné en utilisant les mesures prises par un chlorophylle-mètre dans une parcelle de référence, bien fertilisée, parfois même surfertilisée. Dans un même ordre d’idée, Heege & Thiessen (2002) ont présenté un capteur embarqué sur un tracteur pour gérer la fertilisation azotée. Ce capteur utilisait la réflectance dans la région du red-edge pour établir son diagnostic et procéder à l’application de fertilisants. Cependant, le red-edge semble significativement influencé par la couverture de la canopée. Pour les plants cultivés en rangs largement espacés, un champ de vue restreint est nécessaire afin de ne pas biaiser les lectures en y incluant du sol nu.

Des nouvelles approches utilisant la fluorescence végétale induite par laser ont un potentiel considérable pour l’identification de carences nutritives avant qu’elles n’apparaissent dans le visible (Pinter et al., 2003). La section suivante présente la fluorescence et son potentiel de détection, en laboratoire, principalement.

La fluorescence est le phénomène par lequel certaines molécules dissipent, sous forme de radiations lumineuses, une portion de l’énergie d’excitation acquise notamment par irradiation ultraviolet (UV). Contrairement à la phosphorescence, la fluorescence cesse immédiatement (<2-3 ns) lorsque la molécule n’est plus soumise à l’excitation. Lorsque des plantes sont soumises à un rayonnement ultraviolet (UV) elles produisent un spectre de fluorescence (figure 5). Sur ce spectre deux zones principales de fluorescence peuvent être délimitées. Il s’agit de la fluorescence bleu-vert (BGF) et de la fluorescence chlorophyllienne (ChlF), respectivement dans les régions spectrales suivantes : 400-600 nm et 650-775 nm.

La fluorescence chlorophyllienne (ChlF) comme son nom l’indique, est étroitement liée aux chlorophylles et émane donc principalement du limbe des feuilles. Elle est principalement émise à 690 et 740 nm. L’intensité de la fluorescence chlorophyllienne dépend de la force du signal d’excitation et de la réabsorption de la fluorescence émise à 690 nm par les chlorophylles. Par exemple, Corp et al (1997) et Bilger et al (1997), ont remarqué qu’une teneur plus élevée en composés absorbant le rayonnement ultraviolet influençait la fluorescence chlorophyllienne. Par exemple, l’épiderme des plants cultivés en champ absorbe plus les rayons UV que celui des plants cultivés en serre. Ainsi en comparant la ChlF induite par UV avec la ChlF induite par lumière bleue, il est possible de mesurer la transmittance de l’épiderme aux rayons UV (Bilger et al. 1997). La valeur de cet indice [23] diminue notamment en présence de carence en azote (Apostol et al, 2003; Samson et al , 2000).

Transmittance de l’épiderme = [ 23 ]

= l’intensité de fluorescence chlorophyllienne induite par UV

et = l’intensité de fluorescence chlorophyllienne induite par lumière bleue

La fluorescence chlorophyllienne peut aussi être diminuée (quenching) par l’activité photosynthétique si la lumière d’excitation est actinique, i.e., qu’elle induit la photosynthèse et aussi par le cycle de la xanthophylle, initié afin de protéger l’appareil photosynthétique contre une illumination excessive. La figure 6 illustre les transferts d’électrons ayant lieu lors de l’acte photochimique. Deux structures jouent un rôle essentiel dans l’acte photochimique, il s’agit des photosystèmes I et II. Le photosystème I est composé d’une antenne collectrice composée de chlorophylle b et de caroténoïdes associés à un pigment actif correspondant à une chlorophylle a ayant son maximum d’absorption à 700 nm (P700). Le photosystème II est lui aussi composé d’une antenne collectrice et d’un pigment actif toutefois celui-ci a son maximum d’absorption à 680 nm (P680). Les deux photosystèmes se composent aussi d’accepteurs d’électrons. L’acte photochimique se déroule comme suit : les photons sont collectés par les pigments accessoires du photosystème II puis transférés au pigment actif P680. Le niveau d’énergie ainsi accumulé permet d’élever celui de deux électrons et de les transférer à un accepteur primaire qui se réduit. Celui-ci transfèrera ensuite ses électrons à des accepteurs secondaires tels plastoquinone, cytochrome f et plastocyanine. L’énergie dissipée lors de ces transferts d’électrons est utilisée pour la synthèse d’adénosine triphosphate (ATP), une source d’énergie pour plusieurs réactions cellulaires. Les électrons de la plastocyanine sont ensuite transférés au pigment actif du photosystème I (P700). Grâce à l’antenne collectrice de ce photosystème, les photons captés augmentent le niveau d’énergie des électrons du P700 et permettent leur transfert à un accepteur primaire puis à la ferrédoxine afin de produire de la nicotinamide adénine dinucléotide phosphate sous sa forme réduite (NADPH). Le NADPH agit comme transporteur d’hydrogène et est aussi utilisé pour la synthèse des glucides dans le cycle de Calvin.

Lorsque l’ensemble des accepteurs d’électrons est chimiquement réduit, les photosystèmes se saturent. L’énergie emmagasinée par les pigments doit alors être dissipée afin de ne pas endommager l’appareil photosynthétique. Une des voies de dissipation de cette énergie est le cycle de la xanthophylle. Dans ce cycle, la violaxanthine est convertie en zéaxanthine par une enzyme soluble à l’eau et active à pH 5, la dé-époxydase. La réaction inverse est catalysée par une oxygénase active à pH 7,6 qui consomme du NADPH et de l’oxygène. Le cycle de la xanthophylle est activé par un taux insuffisant d’utilisation des protons par l’ATPase provoquant une augmentation du gradient de pH, ce qui active la dé-époxydase. La dé-époxydase amène la formation de zéaxanthine qui dissipe le surplus de protons sous forme de chaleur ramenant le gradient de pH à des valeurs plus normales et activant ainsi l’oxygénase qui transformera la zéaxanthine en violaxanthine ce qui équilibre la réaction (Farquhar et al., 1989). Le fait de pouvoir gérer ce surplus de photons protège les plantes des dégâts potentiels créés par l’accumulation de radicaux libres formés lors de la réduction de la ferrédoxine.

La fluorescence bleu-vert (BGF), quant à elle, comprend un maximum à 440 nm et un épaulement à 520 nm. Lorsqu’ils sont soumis à des rayons UV, plusieurs composés dont principalement l’acide férulique, émettent la fluorescence BGF (Cerovic et al., 1999). Ces composés sont présents dans l’épiderme des feuilles de même que dans les parois cellulaires des pétioles, des nervures et des tiges des feuilles. Ainsi contrairement à la fluorescence chlorophyllienne qui émanait du limbe, la fluorescence BGF émane principalement des nervures et des tiges. Corp et al. (1997) ont évalué que la longueur d’onde optimale d’excitation pour induire de la fluorescence BGF se situe à 340 nm.

Il a été observé par Buschmann & Lichtenthaler (1998), qu’il y avait, chez les plants attaqués par des insectes, une augmentation de la fluorescence BGF au point d’attaque parce qu’il y a sécrétion de composés phénoliques ponctuellement au site des attaques. Sanchez et al. (2000) ont observé l’accumulation de composés phénoliques dans des plants de Phaseolus vulgaris, L. soumis à des niveaux toxiques d’azote. Dans le cas de plante en déficit d’azote, cette accumulation de composés phénoliques est associée à l’augmentation de la fluorescence bleu-vert (Mercure et al., 2004).

Tout comme la réflectance, l’analyse des données de fluorescence se fait en utilisant des indices ou des ratios simples. La majorité des ratios de fluorescence est présenté sous la forme suivante  [ 24 ]:

[ 24 ]

= intensité de fluorescence à la longueur d’onde λ 1 (nm)

et = intensité de fluorescence à la longueur d’onde λ 2 (nm)

Ainsi dans le cas où λ 1= 440 nm et λ 2 = 690 nm le ratio entre l’intensité de fluorescence mesurée à 440 nm et celle mesurée à 690 nm sera présenté sous la forme F440/F690. Les ratios de fluorescence les plus fréquemment utilisés pour le suivi de la végétation sont les suivants : F440/F520, F440/F690, F440/F740, F690/F740 ainsi que des indices évaluant entre autres, la transmittance de l’épiderme aux rayons UV. Ces ratios et indices de fluorescence végétale peuvent être utilisés pour la détection de stress chez les végétaux tels stress nutritif, hydrique ou thermique.

Pour la détection de carences nutritives la majorité des travaux ont été effectués sur des plants carencés en azote, bien que des carences en potassium aient aussi été induites. La carence en potassium provoque une augmentation de la fluorescence chlorophyllienne interprétée comme une diminution de l’efficacité photosynthétique causée en partie par le peu de stomates ouverts résultant en un faible taux de gaz carbonique (CO2) disponible (Chappelle et al., 1984).

McMurthey III et al. (1994) ont travaillé à discriminer des doses de fertilisation azotée dans des champs de maïs. Ils ont trouvé que les ratios F525/F685 et F740/F685 permettaient de trouver des différences significatives entre des plantes fertilisées selon différents niveaux d’azote et le ratio F440/F685 permettait de séparer les plantes fertilisées à 50 % du taux optimal de celles fertilisées à 75 % du taux optimal. Heisel et al. (1996) ont induit des carences azotées sur du maïs et ont réussi à départager les plants carencés des plants témoins en utilisant les ratios F440/F690 et F440/F740. De plus, il semble que l’effet de l’azote sur la fluorescence des feuilles dépend de l’âge de celles-ci. Subbash & Mohanan (1994) utilisent quant à eux les ratios F690/F725 et F690/F705 pour étudier les stress nutritifs chez le riz. C’est la première fois dans le spectre de fluorescence qu’un maximum apparaît à 705 nm. La carence azotée a aussi un effet significatif sur la transmittance de l’épiderme aux rayons UV [ 23 ]. La valeur de cet indice diminue en présence d’une telle carence (Apostol et al., 2003; Samson et al., 2000).

Il semble que le ratio F690/F730 soit celui qui détecte le mieux les stress hydrique et thermique. Günther et al. (1994) ont travaillé sur des chênes pubescents afin de discriminer une plante saine d’une plante soumise à un stress hydrique et ce, avec les ratios F685/F730 et F440/F685. Méthy et al. (1991) ont étudié le stress hydrique chez le soya en utilisant le rapport F690/F730 et ils ont noté que la valeur de ce rapport augmentait lorsque l’activité photosynthétique diminuait. De plus, ce rapport est peu sensible au développement de la végétation ainsi qu’à sa structure, c’est-à-dire à sa disposition dans l’espace. Son aptitude à fournir un diagnostic précoce en fait une technologie à investiguer. Méthy et al. (1994) ont évalué la possibilité de discriminer des stress thermiques et nutritifs chez le chêne vert et chez le soya. Ils ont utilisé le ratio F690/F730 pour détecter les stress et ont découvert que ce ratio est sensible à la quantité de pigments chlorophylliens présents dans la plante évaluée. Schweiger et al. (1996) ont travaillé à discriminer des plants stressés de plantes témoins en fonction de divers stress (hydrique, thermique et de luminosité). Ils ont conclu que les meilleurs indicateurs de stress sont les ratios F450/F690 et F450/F735 car ils augmentent en présence de stress.

Pour la détection d’autres stress ou de conditions de développement défavorables, Cerovic et al. (1999) ont développé un indice global de la fluorescence végétale (FGVI) décrit à l’équation [ 25 ]. Cet indice permet de détecter la présence de stress chez les végétaux étudiés, dont les carences en nutriments. Le FGVI varie entre –1 et 1. Plus l’indice est près de –1 plus la plante croît dans des conditions défavorables.

[ 25 ]

où ChlF est la fluorescence chlorophyllienne (630-800 nm) et BGF est la fluorescence bleu-vert (400-630 nm).

Le ratio F690/F735 semble être le plus adéquat pour la détection de stress divers chez les plantes. Ce ratio est toutefois sensible à quelques paramètres. Les résultats de l’étude de Agati et al. (1995) indiquent que ce ratio est sensible à l’intensité de lumière à laquelle la plante est soumise de même qu’à la température foliaire. Il semble aussi que la réabsorption de la fluorescence chlorophyllienne par les pigments photosynthétiques ait un impact sur les valeurs du ratio et que cela soit directement lié à la teneur en chlorophylle des feuilles. Gitelson et al. (1998) recommande de corriger les mesures de fluorescence avec des mesures de réflectance.

Le Tableau 8 résume l’ensemble des études présentées ici et confirme le potentiel de la fluorescence pour la détection des carences nutritives et de d’autres stress. Cette technique de télédétection est majoritairement utilisée en laboratoire et il est maintenant nécessaire d’entamer son transfert vers le champ.

La pomme de terre a été choisie comme plante pour l’étude étant donné sa courte période de croissance, à peine trois mois, et aussi parce que c’est une plante exigeante en éléments minéraux et parce qu’elle se cultive sur des sols sableux, sensibles au lessivage et nécessitant un apport en fertilisants. Ainsi la détection des carences nutritives chez la pomme de terre est primordiale afin de diminuer les pertes de rendements en tubercules ainsi que les risques environnementaux associés à la pollution diffuse.

La pomme de terre est la culture la plus répandue mondialement après celle du maïs. Elle est cultivée dans près de 140 pays. La majeure partie de la production a lieu dans les zones tempérées puisque la température optimale pour la photosynthèse de la pomme de terre se situe entre 20 et 25°C (Beukema & van der Zaag, 1990). Au Canada, en 2001, la pomme de terre était cultivée sur plus de 170 000 ha (FAO, 2004) et a généré des recettes de plus de $950 millions CAN (Gouvernement du Canada, 2004).

La pomme de terre est une espèce qui se reproduit le plus souvent de manière végétative (Moorby & Milthorpe, 1975). Le tubercule, la partie récoltée de la culture, est un organe de dissémination. Bien que sous terre, le tubercule se forme à partir d’un stolon et est une tige modifiée, adaptée à l’entreposage des nutriments (Harris, 1992).

Les tubercules dont la dormance est levée peuvent être mis en terre. La croissance des pousses s’accélèrera alors rapidement. Le taux d’émergence est influencé par la solution du sol, par la température et l’humidité du sol, par la longueur de la pousse et la profondeur du semis. Chez la pomme de terre, le développement du couvert végétal est plus rapide que chez la plupart des espèces car il peut y avoir développement de rameaux secondaires chez les espèces à croissance indéterminée. La fertilisation azotée favorise grandement la croissance des tiges et des feuilles mais retarde l’initiation du tubercule. Une surfertilisation de même qu’une carence en azote diminueront le rendement en tubercules. En présence d’un déficit hydrique, il se produit une réduction de l’expansion foliaire. La restriction de la croissance foliaire peut être vue comme la première ligne de défense des plantes face à un stress hydrique prolongé (Taiz & Zeiger, 1998).

Le développement phénologique de pomme de terre suit le graphique présenté à la figure 7. La croissance principale du couvert végétal survient normalement entre le 30e et le 70e jour après l’émergence (JAE en français et DAE en anglais). La poussée de croissance maximale se note entre le 30e et le 45e JAE. L’initiation de la formation du tubercule concorde avec l’émergence de l’inflorescence (Kolbe & Stephan-Beckman, 1997). Le développement phénologique de la pomme de terre peut être suivi en utilisant un code à deux chiffres tel que décrit par Radtke & Rieckmann (1991). Le Tableau 9 présente les codes de développement ainsi que les stades de croissance associés.

L’initiation des tubercules ou tubérisation est favorisée par des jours courts, des températures fraîches, des radiations quotidiennes élevées et un faible apport en nutriments. La tubérisation semble être régulée par deux mécanismes. Le premier relevant d’une activité hormonale jumelée à la photopériode et le second, d’une combinaison de facteurs qui favorisent l’augmentation de la concentration en photosynthétats dans la pointe des stolons. Une fois leur croissance initiée, les tubercules atteignant une grosseur adéquate pour la récolte se forment dans une période de deux semaines seulement. Leur taux de croissance est exponentiel pendant les deux ou trois premières semaines et devient linéaire par la suite. Leur croissance est attribuable à leur rôle de « puits », c’est–à-dire qu’ils sont des accumulateurs de photosynthétats, transportés à partir de la feuille et des tiges (sources), jusqu’aux tubercules, les organes « puits ». L’azote, le phosphore et le potassium sont principalement transloqués à travers le phloème, quelques heures après leur assimilation ou lors de la sénescence des parties aériennes. Le calcium est plutôt transporté à travers le xylème et il entre dans les tubercules en période sombre. Le saccharose entre dans les tubercules sans avoir été hydrolysé, où il y sera converti en amidon (Moorby & Milthorpe, 1975).

Il existe plusieurs variétés de pomme de terre couramment utilisées en production intensive. Elles sont choisies en fonction de l’utilisation finale des tubercules. Par exemple, la variété Superior, une variété blanche est disponible depuis 1961 et est principalement utilisée pour la production de pomme de terre de consommation ou destinée à la transformation en croustilles. La Norland, une variété rouge est disponible depuis 1957 et est principalement utilisée pour la production de pomme de terre de consommation. Ces deux variétés sont à croissance déterminée, c’est-à-dire qu’elles ne favorisent pas la croissance de rameaux secondaires. Elles ont un port bien plus droit et moins étalé que des variétés à croissance indéterminée, ce qui permet entre autre, une meilleure entre les rangs lorsqu’elles sont semées au champ. Il semble aussi qu’elles produisent moins de tubercules ayant des défauts internes tels cœur creux, nécrose interne ou décoloration vasculaire (CFIA, 2004).

Trois carences ont été identifiées comme étant les plus préoccupantes pour l’industrie. Les sols sableux dans lesquels poussent les pommes de terre ne retiennent pas beaucoup les engrais mobiles tel l’azote, il est donc important d’appliquer la bonne dose au bon moment. Un fractionnement des apports azotés est indispensable pour éviter la lixiviation d’autant plus que la pomme de terre est une plante très exigeante en azote : ses besoins sont similaires à ceux du maïs soit entre 120 et 170 kg N ha-1. Bien que les cellules de pommes de terre peuvent, en présence de sels, exclure les ions sodium (Na+) pour prévenir le déclin en ions potassium (K+) (Pessarakli, 1999), les producteurs québécois appliquent, en plus d’un engrais azoté, un engrais enrichi en potassium lors du renchaussage. La carence en magnésium peut survenir principalement s’il y a une surfertilisation en potassium, en effet ces deux éléments sont antagonistes (Kolbe & Stephan-Beckman, 1997). Selon la revue de littérature présentée dans Allison et al. (2001), la fertilisation en magnésium entraîne des augmentations significatives du rendement en tubercules principalement lorsque les plants sont fertilisés avec de fortes doses de potassium.

Tout comme mentionné précédemment, la culture de la pomme de terre se réalise principalement sur des sols sableux, sensibles au lessivage. Cette caractéristique peut avoir un impact environnemental sur les populations vivant à proximité de cette production. À titre d’exemple, dans la région de Portneuf, Québec, la culture de la pomme de terre se pratique de façon intensive sur des sols sableux. L’eau de puits privés a été analysée afin de vérifier l’impact de la culture de la pomme de terre sur l’eau de consommation de ces populations. Une situation alarmante est présente pour les puits creusés sur des sols sableux : 13 % de ces puits avaient des concentrations en nitrates supérieures à 10 mg N par litre (Landry & Levallois, 2000). Il semble toutefois que cette situation soit limitée aux régions sablonneuses situées à moins de 2 km des champs de pomme de terre et que la contamination par les nitrates ait diminué depuis 1990, probablement dû à un changement dans les pratiques culturales.

Depuis 1997, le gouvernement du Québec s’est doté d’une législation visant à réduire la pollution d’origine agricole. Le règlement sur la réduction de la pollution d’origine agricole implanté en 1997 (Q-2, r.18.2) a été remplacé en 2002 par le règlement sur les exploitations agricoles (Q-2, r.11.1). Ce règlement vise, entre autres, une meilleure gestion des matières fertilisantes en imposant à tous les agriculteurs un plan agroenvironnemental de fertilisation (PAEF), signé par un agronome. Le règlement restreint d’ailleurs l’épandage de matières fertilisantes dans des zones à risques, par exemple, à moins de 3 mètres d’un cours d’eau. En ce qui concerne la protection des puits, le règlement sur le captage des eaux souterraines (Q-2, r.1.3), interdit l’épandage de déjections animales à moins de 30 m d’un puits, par exemple. La mise en place de l’ensemble de ces règlements contribuera à l’amélioration de la qualité de notre environnement. Et afin d’aider les intervenants à y parvenir, il est essentiel que l’on acquière rapidement de l’information sur l’état nutritif des cultures.

© Marie-Christine Bélanger, 2005