carl belec - université laval
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CARL BELEC
WFLUENCE DE LA SUCCESSION CULTURALE EN SOLS ORGANIQUES SUR
LES PROPRIÉTÉS PHYSIQUES DU SOL ET LE BILAN D'AZOTE
Mémoire présenté
à la faculté des études supérieures de l'Université Laval
dans le cadre du programme de maîtrise en sols et environnement
pour l'obtention du grade de maître ès sciences (M. Sc.)
FACULTÉ DES SCIENCES DE L'AGRICULTURE ET DE L'ALIMENTATION
UNIVERSITÉ LAVAL
QUÉBEC
JANVIER 2006
© Carl Bélec, 2006
RESUME
Cette étude réalisée entre 1992 et 1994 inclusivement montre que l'introduction d'une
culture d'orge dans un programme de rotation avec la culture de carottes a permis de
produire un couvert végétal important et a amélioré la qualité du sol organique de la sous-
station de recherche de Sainte-Clotilde d'Agriculture et Agroalimentaire Canada. Une
élévation rapide de la conductivité hydraulique saturée a été mesurée l'année même de
l'implantation de l'orge et s'est maintenue lors des mesures prisent au printemps suivant
avec des valeurs de 8,6X10^5 et l,4X10^5 m^1 pour l'orge et la carotte, respectivement.
Toutefois, l'effet s'est dissipé au cours de l'année suivante, suite à la remise en culture de
la carotte. L'introduction de l'orge dans la rotation a entraîné une augmentation des
rendements vendables de carottes de l'ordre de 3,7 t ha'1 mais n'a pas affecté les besoins
azotés.
Différents traitements de fertilisation azotée allant de 0 à 75 kg N ha 1 ont également été
appliqués sur une période de trois ans afin d'évaluer si la carotte répondait à la
fertilisation de l'année mais également à celle des années antérieures. Un suivi des
nitrates du sol a été effectué afin de quantifier l'importance des risques de pertes par
lessivage. Les doses croissantes d'engrais azoté n'ont eu aucun effet sur le rendement de
carottes pour les trois années d'expérimentation. Un rendement moyen de 51,0 t ha ' a été
obtenu en 1994 pour les parcelles sous monoculture de carottes ayant reçu 0 kg N ha 1 en
1992, 1993 et 1994 comparativement à un rendement de 49,6 t ha ' pour une fertilisation
successive de 75 kg N ha ' en 1992 et 1993 et de 50 kg N ha"1 en 1994. Les doses
croissantes d'engrais azotés ont cependant fait augmenter le contenu en azote du sol et
des tissus. Les doses d'azote plus élevées ont amené de plus grandes quantités de nitrates
sous la zone racinaire, augmentant ainsi le risque de contamination de la nappe d'eau
souterraine. De plus, le fractionnement des engrais azotés n'a eu aucun effet, tant sur le
rendement de la carotte que le contenu en azote du sol ou des tissus.
AVANT-PROPOS
Je tiens à remercier toutes les personnes qui ont contribuées de près ou de loin à la
réalisation de ce projet. Je souligne particulièrement la contribution de mon directeur de
recherche M. Jean Caron pour son soutien et son aide précieuse, ainsi que mes co-
directeurs M. Nicolas Tremblay et M. Léon-Étienne Parent.
Je remercie également M. Yvon Perron d'Agriculture et Agroalimentaire Canada à St-
Jean-sur-Richelieu et M. Michel Fortin de la ferme expérimentale de Ste-Clotilde pour
leur aide tout au long de cette recherche.
Je souligne finalement l'implication du Département des sols de l'Université Laval et de
la station de recherches d'Agriculture et Agroalimentaire Canada à St-Jean-sur-Richelieu
(CRDH), de même que le Conseil de Recherches en Pêche et Agroalimentaire du Québec
(CORPAQ) pour leur support financier nécessaire à la réalisation de ce projet de
recherche.
TABLE DES MATIÈRES
RÉSUMÉ ii
AVANT-PROPOS iii
TABLEDESMATIÈRES iv
LISTEDESTABLEAUX v
LISTE DES FIGURES vii
tt4TRODUCTION 1
1. REVUE DE LITTÉRATURE 3
2.MATÉRIELETMÉTHODE 6
2.1 Dispositifexpérimental 6
2.2Regiede culture 7
2.3 Suivi des nitrates du sol 8
2.4 Prélèvements azotés 10
2.5 Suivi despropriétésphysiques du sol 11
2.6Analyse statistique 13
3.RESULTATSETDISCUSSION 14
3.1 Propriétésphysiques du sol 14
3.2 Rendement de Iα carotte 17
3.3 Contenu en azote dusol 19
3.4Prelevements azotés de Iα carotte 26
3.5Bilanazote 29
CONCLUSION 32
RÉFÉRENCESBIBLIOGRAPHIQUES 34
LISTE DES TABLEAUX
Tableau 1. Résultats d'analyses de sol pour le profil 0-20 cm réalisées sur des
échantillons prélevés à l'automne 1991 8
Tableau 2. Paramètres de sol utilisés pour convertir les résultats d'analyses SSE de μg g '
enkgha'1 10
Tableau 3. Valeurs moyennes de porosité totale et de porosité drainable obtenues au
cours des années 1992 et 1993 en fonction du précédent cultural 14
Tableau 4. Valeurs moyennes de conductivité hydraulique saturée obtenues au cours des
années 1992 à 1994 en fonction duprécédent cultural 15
Tableau 5. Effet de la fertilisation azotée sur les rendements de carottes obtenus en 1992
(P<0.05) 17
Tableau 6. Effet de la fertilisation azotée et du précédent cultural sur les rendements de
carottesobtenusenl993(^<0.05) 17
Tableau 7. Effet de la fertilisation azotée appliquée en 1993-1994 et du précédent cultural
sur les rendements de carottes obtenus en 1994 (P < 0.05) 18
Tableau 8. Teneurs en N-NCV pour le profil de sol 0-60 cm selon les différents
traitements de fertilisation azotée et de précédent culturaux pour l'année 1992 (P <
0.05) 20
Tableau 9. Teneurs en N-NO3^ pour le profil de sol 0-70 cm et 80-90 cm selon les
différents traitements de fertilisation azotée et de précédent culturaux pour l'année
\992>(P<0.05) 21
Tableau 10. Teneurs en N-NCV pour le profil de sol 0-70 cm et 80-90 cm selon les
différents traitements de fertilisation azotée et de précédent culturaux pour l'année
\994(P<0.05) 22
Tableau 11. Azote prélevé par la carotte dans les parties foliaire et racinaire lors de la
saison 1992 27
Tableau 12. Azote prélevé par la carotte dans les parties foliaire et racinaire lors de la
saison 1993 27
VI
Tableau 13. Azote prélevé par la carotte dans les parties foliaire et racinaire lors de la
saison 1994 28
Tableau 14. Bilan azoté de la saison 1992 mesuré pour la culture d'orge et de carottes
dans le profil de sol 0-60 cm 29
Tableau 15. Bilan azoté de la saison 1993 mesuré pour la culture de carottes sur le profil
de sol 0-70 cm et 80-90 cm 30
Tableau 16. Bilan azoté de la saison 1994 mesuré pour la culture de carottes sur le profil
de sol 0-70 cm et 80-90 cm 31
Vll
LISTE DES FIGURES
Figure 1. Plan de champ du bloc I pour les années 1992 à 1994 (G = orge; C = carotte; 1
= traitement 0 kg N ha'1; 2 = 25 kg N ha^1; 3 = 50 kg N ha'1; 4 = 75 kg N ha'1; 5 = 25
+ 25 kg N ha'1) 7
Figure 2. Relation entre la conductivité hydraulique non saturée et le potentiel matriciel
moyen mesurée sur la ferme de Sainte-Clotilde aumois d'août 1993 12
Figure 3. Évolution de la conductivité hydraulique saturée sur une base relative avec le
précédent carotte (%) en fonction du précédent cultural pour la période allant de mai
1992ajuinl994 16
Figure 4. Distribution de l'azote sous forme nitrates ^J-NO3^) obtenues pour la culture
d'orge et de carottes selon les différents traitements de fertilisation azotée pour la
saison 1992 24
Figure 5. Distribution de l'azote sous forme nitrates O -NO3") obtenues pour la culture de
carottes selon les différents traitements de fertilisation azotée pour la saison 1993.25
Figure 6. Distribution de l'azote sous forme nitrates ^S[-NO3') obtenues pour la culture de
carottes selon les différents traitements de fertilisation azotée pour la saison 1994.25
1
INTRODUCTION
Les sols organiques occupent 10 % du territoire canadien soit 922 000 km2 mais, si on se
limite à la zone localisée au sud de la ligne du pergélisol, la surface occupée est de
368 000 km2 (Jasmin et al. 1977). Au sud de Montréal se trouvent environ 10 000
hectares de sols organiques utilisés pour la production maraîchère. La carotte occupe
40 % des surfaces cultivées et est produite en continu ou en rotation avec l'oignon. Dès
leur mise en culture, les sols organiques deviennent très productifs mais sont alors
exposés à deux problèmes courants reliés à la dégradation des sols organiques : la
compaction réversible ou érosion irréversible du sol et la minéralisation irréversible de la
matière organique relâchant de grandes quantités d'azote sous forme de nitrates
susceptible de contaminer l'eau.
L'affaissement par oxydation biologique, la compaction, l'érosion éolienne et l'érosion
hydrique mettent en péril la productivité de ces sols. II a été établi que les sols organiques
s'accumulent au taux moyen de 30 cm par 500 ans et que le phénomène d'affaissement
d'une terre en culture, en l'occurrence celle de Sainte-Clotilde, est de 2,5 cm par année
(Jasmin et al. 1977). Des solutions doivent être apportées afin de réduire les pertes de sols
par érosion, en plus de limiter les niveaux de compaction. Une des solutions est
d'exploiter le système racinaire fasciculé d'une graminée pour structurer le sol, tout en
profitant des quantités importantes de résidus de culture laissés au sol pour freiner les
pertes de sols par érosion éolienne et hydrique. Par conséquent, de l'orge a été implantée
dans un programme de rotation avec la culture de carottes sur un sol organique exploité
depuis 1936. Plusieurs paramètres ont été mesurés au champ afin de suivre l'évolution
des propriétés physiques du sol associée à l'implantation de l'orge.
Le second volet des travaux a porté sur la régie de fertilisation azotée de la carotte. Les
sols organiques exploités depuis longtemps atteignent un certain niveau de maturité
(diminution du rapport C^Si) où l'azote minéralisé dans le profil par les micro-organismes
excède amplement la demande en azote de ces derniers CNesterenko 1976, Schothorst
1977, Tate 1987). Une source d'azote importante pouvant représenter un risque de
contamination de la nappe d'eau souterraine (Avnimelech et al. 1978) est alors disponible
pour la plante, suggérant que les recommandations pour la fertilisation azotée pourraient
être réévaluées. De plus, comme les engrais azotés appliqués au cours de l'année
précédente peuvent représenter une source d'azote pouvant modifier les recommandations
de fertilisation de l'année qui suit (Tremblay et al. 1989), l'évaluation doit se faire sur
plusieurs saisons. Ainsi, différents traitements de fertilisation azotée ont été appliqués sur
une période de trois ans afin d'évaluer si la carotte répondait à la fertilisation de l'année
mais également à celle des années antérieures. Un suivi des nitrates du sol a également
été effectué afin de quantifier l'importance des risques de pertes par lessivage, associées
avec différentes pratiques de fertilisation. Cette étude vise donc à vérifier l'effet de la
succession culturale sur la productivité de la carotte, sur le prélèvement d'azote et le bilan
azoté.
1. REVUE DE LITTÉRATURE
Les sols organiques, après drainage, chaulage et fertilisation, peuvent devenir hautement
productifs (Guthrie et Duxbury 1978). Cependant, à partir du moment où l'on draine ces
sols pour des pratiques agricoles, il s'ensuit une perte graduelle de sol sur l'ensemble du
profil. Le processus d'affaissement résulte principalement de l'oxydation aérobique de la
matière organique et du rabattement de la nappe (Reddy 1982; Terry et Tate 1980).
L'intensité du processus d'affaissement est régi par plusieurs facteurs comme le type de
matériel à l'origine de la tourbière, le système de production (type de culture, façon de
récolter) et est reliée à la profondeur de la nappe phréatique (Shih et al. 1979, Lucas
1982). D'importantes pertes de sol sont également attribuables à l'érosion éolienne et
hydrique (Parent et al. 1982). Afin de réduire les problèmes de dégradation, des travaux
ont porté sur la rotation des cultures. L'introduction d'une culture de graminée dans la
rotation stabilise efficacement le sol et laisse pendant l'hiver une couverture végétale
protégeant la surface du sol face à l'érosion éolienne (Woodruffet al. 1977). Sur des sols
organiques localisés au sud-ouest du Québec, Millette et al. (1981) ont démontré que la
conductivité hydraulique saturée des sites cultivés était inférieure aux sites boisés. Ainsi,
les pratiques culturales pouvant modifier le réseau poral, tel que l'introduction d'une
culture de graminée dans la rotation, sont susceptibles de changer la perméabilité du sol
permettant de favoriser l'infiltration de l'eau à travers le profil et limitant aussi le
ruissellement de surface.
On sait déjà que le précédent cultural influence les rendements des cultures maraîchères
(Hamilton et Bernier 1976) et que l'introduction d'une graminée permet de réduire la
conductivité électrique de la solution du sol et les populations de nématodes, ce qui
contribue à maintenir de hauts rendements de carottes (Martel 1992). L'incorporation de
la graminée au sol, riche en carbone rapidement oxydable, favorise une augmentation de
l'activité biologique dans le profil, ce qui a pour effet d'immobiliser d'importantes
quantités d'azote, limitant ainsi les pertes de nitrates vers la nappe phréatique (Leclerc
1989,SmithetElliott 1990).
De plus, ces sols au départ immobilisant peuvent devenir minéralisant avec le temps.
Nesterenko (1976) a calculé que les sols organiques cultivés au nord de la Russie (C^Si =
22) émettaient 10 Mg C ha'1 an^1 et pouvaient relâcher 450 kg N ha'1 an"1, dont 100 kg N
ha ' an"1 en pertes à l'environnement. Schothorst (1977) a estimé que les sols organiques
hollandais (CVN = 14.5) émettant 7 Mg C ha"1 an"1 relâcheraient 480 kg N ha"1 an^'. Un
sol organique de Floride émettant 11 Mg C ha"1 cm^1 (CfN = 23.6) libérerait 466 kg N ha'1
cm^1 an"1 (Tate 1987). Parent et Khiari (2003) ont calculé un taux de minéralisation du N
de 620 kg N ha"1 an" pour un sol organique du Québec montrant un contenu en cendre de
0.20, une masse volumique apparente de 0.25 g cm^3 et un rapport CÍN de 15 et
s'affaissant à un taux de 0,8 cm an"1 (Campbell et Frascarelli 1981). Ainsi, la fertilisation
de ces sols pourrait avoir à être revue à la baisse. Précisons cependant que la
minéralisation dépend de la température avec un optimum entre 20 et 35 °C (Kaila et al.
1953 ; Avnimelech 1971). Le taux de nitrification double entre 24 °C et 36 °C
(Avnimelech 1971) et est négligeable sous 5 °C (Stevenson 1986). D'ailleurs, selon
Jasmin et al. (1977), l'utilisation de fertilisants azotés en sols organiques n'est requise
qu'au printemps étant donné que les pluies printanières combinées à la fonte des neiges
lessivent l'azote du profil de sol sans compter que les conditions froides du sol en début
de saison limite le taux de minéralisation. Hamilton et Bernier (1975) n'ont trouvé
aucune réponse significative à l'engrais azoté chez la carotte {Daucus carota L.), la laitue
{Lactuca sativa L.) et le céleri {Apium graveolens L.) dans les sols organiques du sud-
ouest du Québec. Parent et Khiari (2003) ne rapportent aucune réponse au N ajouté chez
la carotte et l'oignon et peu de réponse du céleri dans les champs commerciaux du sud-
ouest du Québec.
La recommandation actuelle au Québec est de 40-60 kg N ha"1 appliqué en pré-semis
(CRAAQ 2003) et pourrait représenter une pratique menant à une surfertilisation. II
apparaît donc que cette pratique contribuerait probablement à la détérioration de l'eau de
surface telle que décrit dans le bassin de la rivière Châteauguay (Simoneau 1996). On
constate en effet que les pertes annuelles d'azote atteignent 37-245 kg N ha"1 dans les sols
organiques drainés et cultivés de l'Ontario (Miller 1979) et à 39-88 kg NO3-N ha"1 dans
ceux de l'état de New York (Duxbury et Peverly 1978). Ces pertes de NO3-N par
écoulement souterrain sont attribuables à la production asynchrone dans le sol par rapport
au prélèvement par les plantes et à la présence de grandes quantités de N potentiellement
minéralisable dans la matière organique (Cambardella et al. 1999). Ainsi, compte tenu de
ces haut taux d'azote potentiellement minéralisable, il y aurait lieu de revoir la
fertilisation à la baisse. Comme la plante est le principal puits de nitrate, une rotation
culturale appropriée combinée à de hauts rendements peut améliorer la gestion de l'azote
en sol organique, en piégeant une partie de ces fertilisants surtout en fin de saison.
Les hypothèses du projet sont :
• L'introduction de l'orge dans la rotation légumière permet d'augmenter la
conductivité hydraulique saturée et, par le fait même, limite les pertes de sols par
érosion hydrique.
• Les sols organiques exploités depuis longtemps atteignent un niveau de maturité
qui fait en sorte qu'ils minéralisent des quantités d'azote suffisamment
importantes pour que l'on revoie à la baisse les niveaux de fertilisation
recommandés.
Afin de vérifier ces hypothèses, les objectifs suivants sont poursuivis :
1. Déterminer l'influence de l'orge ou de la carotte en tête de rotation sur les
propriétés physiques du sol et la productivité de la carotte durant deux saisons
consécutives.
2. Évaluer la minéralisation de l'azote en sol organique dégradé à partir du bilan de
l'azote.
3. Évaluer si l'ajout de 75 kg N ha^1 affecte le rendement et/ou augmente les risques
de pollution de la nappe d'eau souterraine.
4. Évaluer si le fractionnement de l'azote en augmente l'efficacité.
5. Vérifier si la culture de carottes répond à la fertilisation azotée de l'année
précédente.
2. MATÉRIEL ET MÉTHODE
2.1 Dispositifexpérimental
L'essai qui s'est déroulé sur une période de trois ans, soit de 1992 à 1994, a été réalisé à
la sous-station de recherche de Sainte-Clotilde du Centre de recherche et de
développement en horticulture (CRDH) d'Agriculture et Agroalimentaire Canada (45°
09' 55"N, 73° 40' 35"W). L'horizon de surface (0-20 cm) était composé de mésisol
limnique avec 83 ± 2 % de pertes par combustion (550°C, 16 h) et un pH (0,01 M CaCl2)
de 5,2 ± 0,2. Le rapport C Si de l'horizon de surface était de 19,5 ± 1,0 et a été déterminé
en dosant l'azote par digestion Kjeldahl (Bremner et Mulvaney 1982) et en convertissant
les pertes par combustion en carbone à l'aide du facteur 1,724. Le sol comprenait une
couche de surface de type humisol (Ohp, 0-30 cm) sous laquelle se trouvait un matériel
de tye mésisol constitué de résidus de végétaux et de bois (Om, 30-70 cm), suivi d'une
terre coprogène ou tourbe sédimentaire (Oco, 70-80 cm), de marne (IICg, 80-100 cm) et
d'argile marine. Le dispositifutilisé était répété à l'intérieur de quatre blocs. En 1991, les
blocs 1 et 3 était sous culture d'orge, le bloc 2 était en carotte et le bloc 4 enjachère. Le
dispositifutilisé en 1992 était un plan en blocs complètement aléatoires comprenant une
culture d'orge {Hordeum vulgare L. cv Chapais) non fertilisée et une culture de carottes
{Daucus carota L. cv Sixpack 2) recevant cinq traitements de fertilisation azotée. Quatre
traitements de fertilisation étaient appliqués à la volée en pré-semis (0, 25, 50 et 75 kg N
ha^1) et un cinquième traitement était fractionné (25 kg N ha 1 en pré-semis et 25 kg N
ha1 sept semaines après le semis). Pour la saison 1993, une culture de carottes a été
implantée sur l'ensemble du dispositif. Un plan en tiroirs a été utilisé incluant cinq
traitements de fertilisation azotée en sous-parcelles (mêmes traitements de fertilisation
azotées qu'en 1992) et deux précédents culturaux en parcelles principales (orge et
carotte). En 1994, les sous-parcelles ont été divisées en deux, formant des sous-sous-
parcelles de 4,5 m par 10 m pour un total de 20 unités expérimentales par bloc. Deux
traitements de fertilisation azotée, soit 0 et 50 kg N ha^1, ont été distribués aléatoirement
sur chacune des deux sous-sous-parcelles.
La dimension des blocs était de 22 m par 50 m avec des parcelles principales de 9 m par
50 m. Chaque parcelle principale était subdivisée en cinq sous-parcelles mesurant 9 m par
10 m. L'aménagement d'un bloc est illustré à la figure 1 pour les trois années
d'expérimentation.
50m
22m
121GO
122GO
123GO
124GO
125GO
111C4
112Cl
113C3
114C2
115C5
4 m
BlocI-1992
121C4
122C2
123Cl
124C5
125C2
111C4
112Cl
113C3
114C2
115C5
BlocI-1993
121AC3
122 ACl
123ACl
124 ACl
125 AC3
121BCl
122BC3
123BC3
124BC3
125BCl
111AC3
112ACl
113AC3
114AC3
114AC3
111BCl
112BC3
113BCl
114BCl
114BCl
BlocI-1994
Figure 1. Plan de champ du bloc I pour les années 1992 à 1994 (G = orge; C = carotte; 1
= traitement 0 kg N ha1; 2 = 25 kg N ha'1; 3 = 50 kg N ha'1; 4 = 75 kg N ha*1; 5 = 25 + 25
kg N ha^1).
2.2 Régie de culture
Le contenu en éléments nutritifs du sol avant la mise en place de l'essai en 1992 est
présenté au tableau 1. La fertilisation en P et en K de la carotte a été réalisée à partir
d'une analyse de sol (profil 0-20 cm) et selon les recommandations du CPVQ (1985). Les
sources d'engrais utilisées étaient du super phosphate triple (0-46-0) et du muriate de
potassium (0-0-60) et ont été appliqués en pré-semis. La source d'engrais azoté utilisé
était du nitrate d'ammonium (33,5 % N).
Tableau 1. Résultats d'analyses de sol pour le profil 0-20 cm réalisées sur des
échantillons prélevés à l'automne 1991.
Bloc
1234
Moyenne
ρ*
75
146
70
20
78
Κ
417
578
612
540
537
Analyse Mehlich-3
Ca
8075
8590
8018
8095
8194
Mg
1121
1081
1345
1578
1281
Β
2,3
2,6
3,3
1,7
2,5
(Mgg^Cu
23
41
23
4
23
)Fe
308
280
285
272
286
Μη
10,2
6,8
13,5
11,310,5
Zn
26
31
34
38
32
P*: Fait par colorimétrie.
Le taux de semis de la carotte était de 100 g m"1 linéaire de rang ayant un espacement de
60 cm alors que l'orge (cv Chapais) a été semée à la volée à un taux de 350-380 grains
m^2. Le semis d'orge et les semis de carottes ont été effectués vers la fin du mois de mai
(entre le 20 et le 27 mai) pour les trois années d'expérimentation. L'application d'azote
en post-levée a été réalisée respectivement le 23 et le 26 juillet pour les années 1992 et
1993. Les carottes ont été récoltées à la fin de septembre/début d'octobre en prélevant
aléatoirement 4,5 m linéaires (3 X 1,5 m) de rang par parcelle. Les carottes difformes et
non commercialisables ont été rejetées ce qui a permis d'obtenir le rendement total, le
rendement vendable et le rendement invendable. L'orge a été fauchée à la mi-août au
stade d'épiaison à l'aide d'une faucheuse rotative, puis a été enfouie avec un rotoculteur
pour favoriser une seconde germination.
2.3 Suivi des nitrates du sol
Un suivi de l'azote dans le profil de sol a été effectué en procédant à un échantillonnage à
différentes profondeurs au cours de la saison de croissance des cultures. La fréquence de
l'échantillonnage variait d'une année à l'autre mais des mesures ont été faites sur les trois
ans en pré-semis (avant l'application des engrais), avant l'application d'azote en post-
levée et au moment de la récolte. En 1992, six profondeurs ont été échantillonnées (0-10,
10-20, 20-30, 30-40, 40-50 et 50-60 cm) et ce à huit reprises soit le 14 mai, 1 et 23 juin,
10 juillet, 3 et 25 août, 21 septembre et 7 octobre. Des piézomètres étaient localisés à
proximité de chacun des blocs afin de relever les hauteurs de nappe phréatique. Comme
la nappe phréatique se situait à une profondeur d'environ 0,8 à 1 m en 1992, les
profondeurs de sol 60-70 et 80-90 cm ont été ajoutées pour le suivi de l'azote des deux
dernières années de l'essai. En 1993, l'échantillonnage de sol a été effectué à six reprises
soit le 14 mai, 18juin, 13 août et 28 octobre. En 1994, on a procédé à un échantillonnage
de sol uniquement sur les sous-sous-parcelles ayant reçu en 1993 un traitement de
fertilisation azotée de 0 et de 50 kg ha^1. L'échantillonnage a été réalisé à 5 reprises au
cours de la saison 1994 soit le 11 mai, 15 juillet, 20 août et 31 octobre. Un prélèvement
en surface (0-20 cm) a également été effectué sur l'ensemble des 80 sous-sous-parcelles à
deux occasions lors de la saison 1994, soit le 13 et le 14 juin de même que le 12 et le 13
septembre. Une fois prélevés, les échantillons de sol étaient congelés pour analyse
ultérieure.
Une extraction de sol saturé (SSE) a été effectuée sur ces échantillons de sol (Warncke
1986, 1990). Un volume de sol d'environ 150 cm3 était placé dans un entonnoir Buchner
d'un diamètre de 8 cm contenant un papier filtre Whatman no. 1. Le sol était saturé avec
de l'eau déminéraliséejusqu'à ce que l'eau commence toutjuste à s'écouler du Buchner.
Après une période d'attente de 2 h, l'échantillon était passé sous vide à 66 kPa pour en
extraire le filtrat. Le pH et la conductivité électrique ont été déterminés dans les filtrats
qui étaient congelés par la suite en vue du dosage du nitrate et du phosphore par auto-
analyseur Technicon (Technicon 1977a, 1977b). Afin de pouvoir convertir les résultats
d'analyses minérales de μg g ' à kilogramme par hectare, des mesures de densité
apparente ont été prises à l'intérieur de chaque bloc pour chacune des profondeurs de sol
échantillonnées. Les volumes d'eau utilisés pour amener les échantillons à saturation en
fonction du poids sec de sol ont également été mesurés. Les mesures obtenues sont
présentées au tableau 2. La transformation des données a donc été effectuée en tenant
compte des caractéristiques de chaque bloc et pour chacune des profondeurs à l'aide de
l'équation suivante :
Kg N-NCV ha 1 = [E] x % humidité x densité sol x facteur A x facteur B
[E] = N-NO3^ dosé en μg g"1
10
% humidité = humidité du sol amené à saturation pour l'extraction SSE (tableau 2)
densité sol = densité apparente du sol (tableau 2)
facteur B = pour 10 cm de sol = 1 x 109 ml de sol ha 1
facteur C = conversion de μ§ en kg - kg / 109 μg
Tableau 2. Paramètres de sol utilisés pour convertir les résultats d'analyses SSE de μg g '
enkgha"1.
Densité apparente(g sol sec/cm3)
Humidité du sol àsaturation
(g eau / g sol sec)
Bloc
12341234
0-100,330,360,250,252,692,993,032,80
10-200,340,280,250,222,683,833,623,34
20-30
0,310,250,240,2
3,586,715,514,89
Profondeur (cm)30-40
0,270,20,210,25,037,355,615,31
40-500,240,210,210,173,787,856,795,77
50-600,240,20,190,152,748,137,845,38
60-70
0,380,130,180,232,058,226,967,28
80-90
0,610,230,210,211,184,065,705,10
2.4 Prélèvements azotés
Une évaluation de la biomasse aérienne et racinaire de l'orge a été réalisée le 5 août
1992, soit au moment où la culture a été incorporée au sol. Des mesures de biomasse
aérienne et racinaire ont également été réalisées sur la carotte lors des récoltes de 1992 à
1994. Les tissus ont été séchés à 70°C puis broyés. Les échantillons ont ensuite été
digérés par la méthode d'Isaac et Johnson (1976) puis dosés pour en déterminer le
contenu en azote. Ces analyses ont permis d'estimer les prélèvements d'azote par la
culture d'orge et de carottes qui, une fois combinés aux teneurs en azote du sol lors du
semis et au moment de la récolte, ont permis d'établir le bilan azoté. Mentionnons que ce
type de bilan azoté sous-estime le potentiel de minéralisation réel du sol car il ne tient pas
compte des pertes d'azote par lessivage et par volatilisation. Le bilan des apports et des
pertes d'azote entre les périodes de contrôle a donc permis d'évaluer l'azote minéralisé et
le risque environnemental de contamination des eaux. L'azote minéralisé a été calculé
selon l'équation :
11
N minéralisé = Ν prélevé par la culture + N résiduel du sol à la récolte - N du sol
au semis - N provenant de la fertilisation
Le coefficient apparent d'utilisation (CAU), qui correspond au pourcentage d'azote
prélevé par la plante par rapport à la quantité d'azote appliqué (Tran 1994) a également
été évalué en appliquant l'équation (exemple pour une dose d'engrais de 25 kg N ha^1):
CAU = [QSÍ prélevé pour une dose de 25kg N ha 1 - N prélevé pour une dose de 0
kgNha'')/25kgNha'']xl00
2.5 Suivi des propriétés physiques du sol
Afin d'évaluer l'impact de l'introduction de l'orge dans la rotation sur les propriétés
physiques du sol, des mesures de conductivité hydraulique saturée (Ksc) ont été prises à
l'aide d'un perméamètre à charge constante (Elrick et Reynolds 1992). Une première série
de mesure de perméabilité a été prise en mai 1992, tout juste avant le semis de carotte et
d'orge, dans les parcelles ayant été identifiées pour recevoir les traitements de fertilisation
0, 50 et 75 kg N ha"1. Une seconde série de mesure a été faite un peu avant la récolte en
septembre 1992. Deux autres mesures de perméabilité ont été effectuées avant le semis et
avant la récolte en 1993. La dernière mesure a été prise vers la fin de juin 1994. Afin
d'avoir une bonne représentation de la perméabilité d'une parcelle, deux mesures étaient
prises sur chacune d'elles. Les coordonnées pour le positionnement de la première lecture
de perméabilité étaient choisies de façon aléatoire. Les coordonnées du deuxième point
de mesure étaient déterminées en ajoutant 4,5 m à la coordonnée en x et 5,0 m à la
coordonnée en y afin de maintenir un espacement égal entre les deux observations à
l'intérieur d'une même parcelle.
Le perméamètre détermine, dans un cylindre à hauteur d'eau constante et enfoncé dans le
sol, les volumes d'eau s'écoulant par unité de temps pour l'atteinte du régime permanent
d'infiltration d'eau. La conductivité hydraulique saturée est calculée comme suit:
Ksc = Q / [(ax/G+πa2+ayαG)] (Éq. 1)
12
où Q (cm3 s"1) est le débit en régime permanent; a (cm) est le rayon du cylindre enfoncé
dans le sol, x (cm) est la hauteur d'eau maintenue au-dessus du sol, G est une constante
calculée à l'aide de l'Éq. 2 où d (cm) est la profondeur d'insertion du cylindre.
G = 0.316d/a + 0.184 (Éq.2)
Quant au paramètre a, c'est une constante qui a été évaluée sur le site au mois d'août
1993 à l'aide de la méthode des profils instantanés (Hillel 1980), qui permet de mesurer
les changements de teneur en eau et de potentiel matriciel en fonction du temps entre
deux zones de sols données. La valeur α correspond à la pente de la régression entre la
conductivité hydraulique non saturée (K(h)) et le potentiel matriciel (figure 2). Dans notre
cas, la valeur α calculée a été de 0,092 cm"1 ou 9,2 m"1, ce qui est comparable à la valeur
de 19,1 m^1 obtenue en substrat organique (Tardifet Caron 1993).
-30 -25
Potentiel matriciel moyen (cm)
-20 -15 -10 -5
y = 0,092x- 12,06
R2 = 0,55
0
-10
- -11
- -12
-13
-14
-15
3
Cβ
•a'>*υoco
U
Figure 2. Relation entre la conductivité hydraulique non saturée et le potentiel matriciel
moyen mesurée sur la ferme de Sainte-Clotilde au mois d'août 1993.
Des échantillons de sol ont également été prélevés à trois reprises au cours des années
1992 et 1993 afin d'évaluer les changements de porosité totale et de porosité drainable.
13
Les sous-parcelles recevant les traitements azotés 0, 50 et 75 kg N ha"1 ont été suivies
pour chacun des quatre blocs. L'échantillonnage non-destructif a été fait au niveau de la
couche de surface, à l'intérieur d'un cylindre de 9 cm de diamètre par 6 cm de hauteur et
placé à l'intérieur de cellule Tempe (Tanner et Elrick 1958, Joyal et al. 1989). Après avoir
été placés sous saturation pendant une période de 24 h, les échantillons ont été soumis
successivement à des pressions de 10, 50 et 100 cm.
2.6 Analyse statistique
Le dispositif utilisé était un plan en blocs complètement aléatoires en 1992, un plan en
tiroirs (split-plot) en 1993 et un plan en tiroirs subdivisés (split-split-plot) en 1994.
L'analyse de la variance (ANOVA) a été faite à l'aide du logiciel SAS (SAS Institute
1994) afin de mettre en évidence les effets principaux et les interactions des traitements
de fertilisation azotée, de précédents culturaux sur le rendement, les teneurs en nitrates du
sol de même que les différentes propriétés physiques du sol. Les comparaisons ont été
réalisées à l'aide de contrastes. L'analyse graphique des résidus de même que le test de
Levene ont été utilisés pour vérifier l'homogénéité de la variance.
14
3. RÉSULTATS ET DISCUSSION
3.1 Propriétés physiques du sol
Le tableau 3 présente les résultats des mesures de porosité prises en 1992 et 1993 afin
d'évaluer l'impact du précédent cultural sur la structure du sol.
Tableau 3. Valeurs moyennes de porosité totale et de porosité drainable obtenues au
cours des années 1992 et 1993 en fonction du précédent cultural.
Précédent
cultural
Carotte
Orge
Août
Porositétotale
(cm3 cm"3)
0,820,82N.S.
1992
Porositédrainable
(cm3 cm"3)
0,290,30N.S.
Mai
Porositétotale
(cm3 cm"3)
0,760,82N.S.
1993
Porositédrainable
(cm3 cm"3)
0,19
0,33N.S.
Août
Porosité
totale
(cm3 cm"3)
0,86
0,85N.S.
1993
Porositédrainable
(cm3 cm"3)
0,42
0,40N.S.
L'introduction de l'orge dans la rotation n'a entraîné aucun changement significatif des
mesures de porosité et ce, pour les trois dates de mesures. La seule tendance que l'on peut
noter a été enregistrée en mai 1993 avec une augmentation de la porosité totale et de la
porosité drainable suite à l'introduction de l'orge dans la rotation.
Les mesures de conductivité hydraulique saturée prises sur les parcelles d'orge et de
carottes de 1992 à 1994 sont présentées au tableau 4.
15
Tableau 4. Valeurs moyennes de conductivité hydraulique saturée obtenues au cours des
années 1992 à 1994 en fonction du précédent cultural.
Date
Mai 1992Septembre 1992
Mai 1993Août 1993Juillet 1994
Conductivitéhydraulique
Précédent carotte3,64E-053,33E-05
l,42E-05l,74E-044,16E-04
saturée (m"1)Précédent orge
4,02E-056,29E-058,56E-052,26E-044,31E-04
Niveau designification
(Pr > F)N.S.0,0530,049N.S.N.S.
Les mesures de conductivité hydraulique saturée (Ksc) prises avant la récolte de carottes
en septembre 1992 indiquent que le précédent cultural a modifié les valeurs de Ksc. En
effet, les mesures prises sur les parcelles d'orge étaient significativement plus élevées que
celles prises sur les parcelles de carottes (tableau 4). En mai 1993, tout juste avant de
procéder au travail du sol nécessaire pour le semis de carottes, les valeurs de Ksc étaient
encore une fois significativement supérieures pour le précédent orge (tableau 4). L'effet
du précédent cultural sur Ksc s'est cependant dissipé au cours de la saison 1993. Ainsi, en
août 1993, les valeurs de Ksc prises sur les deux précédents culturaux n'étaient plus
significativement différentes. Les mesures prises en juillet 1994 ont confirmé que le
précédent cultural n'avait plus d'effet sur Ksc. On remarque que les valeurs de Ksc
enregistrées en août 1993 et enjuillet 1994 (milieu de saison) sont plus élevées que les
valeurs obtenues lors des mesures prises antérieurement (début et fin de saison). La figure
3 illustre en mode relatif l'évolution de la conductivité hydraulique saturée pour le
précédent orge selon les valeurs obtenues pour le précédent carotte.
16
700
g 6007 500ω 400
T3
Précédent orgePrécédent carotte
Mai-92 Sep-92 Mai-93 Aoû-93 Jui-94
Figure 3. Évolution de la conductivité hydraulique saturée sur une base relative avec le
précédent carotte (%) en fonction du précédent cultural pour la période allant de mai
1992ajuinl994.
Dès septembre 1992, la conductivité hydraulique saturée sous parcelles d'orge était 1,9
fois plus élevée que sous parcelles de carottes. Au printemps suivant, cet écart est passé à
un niveau de Ksc 6,0 fois supérieur pour le précédent orge mais l'écart s'est dissipé au
cours de la saison de croissance de la carotte, tel que mesuré en août 1993. Ces résultats
indiquent que le passage de la machinerie permettant de préparer le sol pour le semis (fin
mai 93) semble avoir brisé la continuité des pores formés par les racines d'orge, annulant
ainsi les effets bénéfiques générés par la culture de l'orge en 1992.
La plus importante implication associée à une conductivité hydraulique élevée est la
réduction des problèmes d'érosion hydrique, fréquente en sols organiques lors de la fonte
des neiges ou de fortes précipitations. À l'inverse, un sol ayant une conductivité
hydraulique réduite (précédent carotte) favorise un écoulement de surface entraînant des
pertes de sol comme ce fut le cas au printemps 1993, où des rigoles se sont formées dans
les parcelles semées en carottes. De plus, les résidus de culture laissés par l'orge
protègent le sol contre l'érosion éolienne au printemps et en automne et intercepte la
neige au cours de l'hiver, réduisant encore davantage les pertes par érosion éolienne.
17
3.2 Rendement de la carotte
Les rendements vendables et totaux obtenus en fonction des traitements de fertilisation
azotée et du précédent cultural sont présentés aux tableaux 5, 6 et 7 pour les années 1992,
1993 et 1994, respectivement.
Tableau 5. Effet de la fertilisation azotée sur les rendements de carottes obtenus en 1992
(P<0.05).
Fertilisation 1992(kg Ν ha'1)
0
25
50
75
25+25
Fertilisation
Rendementsvendables (t ha"1)
61,7
64,8
60,0
61,0
65,9
N.S.
Rendementstotaux (t ha"1)
76,9
78,8
77,7
78,1
82,3
N.S.
Tableau 6. Effet de la fertilisation azotée et du précédent cultural sur les rendements de
carottes obtenus en 1993 (P < 0.05).
Fertilisation
1993(kg Ν ha'1)
0
25
50
75
25+25
Précédent
FertilisationInteraction PxF
Précédent
Rendementsvendables (t ha"1)
44,7
47,1
46,1
47,247,3
N.S.
N.S.N.S.
carotte
Rendementstotaux (t ha'1)
50,5
54,6
53,0
53,553,2
N.S.
N.S.N.S.
Précédent orge
Rendementsvendables (t ha"1)
52,2
51,3
50,7
49,048,0
Rendementstotaux (t ha"1)
57,8
58,9
58,0
55,454,9
18
Tableau 7. Effet de la fertilisation azotée appliquée en 1993-1994 et du précédent
cultural sur les rendements de carottes obtenus en 1994 (P < 0.05).
Fertilisation
1994(kg Ν ha 1)
0
50
Fertilisation
1993(kg Ν ha 1)
0
25
50
75
25+25
0
25
50
75
25+25
Précédent
Fertilisation 94
Fertilisation 93
Interaction PxF94
Interaction PxF93Interaction PxF94xF93
Précédent
Rendementsvendables (t ha'1)
51,0
45,5
48,0
50,6
54,4
54,6
47,1
52,5
49,653,3
N.S.
N.S.
N.S.
N.S.
N.S.N.S.
carotte
Rendementstotaux (t ha'1)
58,5
59,7
58,8
58,5
62,5
63,0
60,7
61,5
58,761,6
N.S.
N.S.
N.S.
N.S.
N.S.N.S.
Précédent orge
Rendementsvendables (t ha'1)
53,1
49,2
53,0
51,6
56,0
52,8
50,8
54,8
51,755,1
Rendementstotaux (t ha'1)
62,6
59,3
60,1
61,8
63,1
61,0
64,2
63,9
62,865,6
Les rendements de carottes vendables obtenus lors des années 1992 à 1994 ont varié de
45 à 66 tonnes par hectare (tableaux 5 à 7). Les traitements de fertilisation azotée de
l'année, qui variaient de 0 à 75 kg N ha^1 en 1992 et 1993 et de 0 à 50 kg N ha 1 en 1994,
n'ont eu aucun effet sur les rendements de carottes. Le fractionnement de l'azote n'a pas
augmenté l'efficacité de l'engrais sur les rendements de carottes. De plus, aucun effet
résiduel des traitements de fertilisation azotée appliqués au cours des années antérieures
n'a été mesuré sur les rendements. Ainsi, un rendement moyen de 51,0 t ha" a été obtenu
en 1994 pour les parcelles sous monoculture de carottes ayant reçu 0 kg N ha"1 en 1992,
1993 et 1994 comparativement à un rendement de 49,6 t ha"1 pour une fertilisation
successive de 75 kg N ha"1 en 1992 et 1993 et de 50 kg N ha"1 en 1994. Ces résultats
semblent démontrer qu'une révision à la baisse des recommandations de fertilisation
azotée pour la carotte en sol organique s'avère nécessaire. Toutefois, il est important de
mentionner que les résultats obtenus lors des trois années d'essai sont issus d'une
19
production de carottes pour un semis tardif (20-27 mai). Les résultats auraient fort
probablement été bien différents pour un semis hâtif (fin avril ou début mai). En effet,
plusieurs entreprises agricoles voulant profiter du marché de la primeur procèdent au
semis dès que la condition des champs est satisfaisante pour permettre les opérations de
travail du sol. À cette période de l'année, la température du sol et le taux de
minéralisation sont plus faibles que ceux retrouvés à la fin du mois de mai. L'impact de
la fertilisation azotée sous de telles conditions risque d'être plus grand.
On note également que l'introduction de l'orge dans la rotation culturale a entraîné une
tendance à la hausse des rendements de carottes en 1993, un rendement vendable moyen
de 50,2 et de 46,5 t ha 1 ayant été obtenu pour le précédent orge et carotte, respectivement
(tableau 6). Cette augmentation de rendements était significative à un niveau de P < 0.10.
Aucun effet du précédent cultural sur le rendement de carotte n'a été mesuré lors de la
récoltede 1994.
Les travaux de recherche de Martel (1992) ont démontré que les rendements de carottes
cultivées en monoculture étaient significativement inférieurs aux rendements obtenus
avec un précédent cultural composé d'une graminée. Le précédent graminée (orge) avait
entraîné une réduction importante des dommages causés par les nématodes ce qui avait
eu pour effet d'augmenter de 7,7 fois le rendement de carottes vendables
comparativement à la monoculture de carotte. Pour ce qui est de la présente étude, il n'y a
pratiquement pas eu de dommages reliés aux nématodes. On ne peut donc attribuer
l'augmentation des rendements de carottes vendables en 1993 par le précédent orge à un
meilleur contrôle des nématodes.
3.3 Contenu en azote du sol
Les tableaux 8 à 10 présentent les teneurs en N-NO3^ pour tout le profil de sol selon les
différents traitements de fertilisation azotée et de précédent culturaux pour les années
1992 à 1994.
20
Tableau 8. Teneurs en N-NO3' pour le profil de sol 0-60 cm selon les différents
traitements de fertilisation azotée et de précédent culturaux pour l'année 1992 (P < 0.05).
Culture
Carotte
Orge
Fertilisation 92
(kg Ν h a ' )
0
25
50
75
25+25
0
GO vs CO
Fractionnement (50vs25+25)
Fertilisation 92 LIN
Fertilisation 92 QUA
Fertilisation 92 CUB
14 Mai
(kg Ν ha"')
220
206
194
201
114
150
N.S.
N.S.
N.S.
N.S.
N.S.
1 Juin
(kg Ν ha"')
226
314
248
345
226
209
N.S.
N.S.
N.S.
N.S.
N.S.
23 Juin*
(kg Ν ha 1 )
330
415
391
438
311
250
N.S.
N.S.
0,0203
N.S.
N.S.
10 Juillet
(kg Ν h a 1 )
362
433
387
507
313
75
0,0063
N.S.
N.S.
N.S.
N.S.
3 Août*
(kg Ν ha"')
171
247
218
292
145
28
0,0028
N.S.
N.S.
N.S.
N.S.
25 Août( k g Ν h a ' )
62
141
125
153
75
198
0,046
N.S.
0,0385
N.S.
N.S.
21 Septembre
(kg Ν ha"1)
21
88
72
97
36
91
N.S.
N.S.
N.S.
N.S.
N.S.
7 Octobre*
(kg Ν ha"')
116
120
38
111
38
72
N.S.
N.S.
N.S.
N.S.
N.S.•Une transformation logarithmique a été effectuée sur les données afin d'améliorer l'homogénéité de la variance.
Lors de l'implantation du dispositifen mai 1992, d'importantes quantités d'azote étaient
présentes dans le profil de sol 0-60 cm avec un contenu moyen en N-NO3^ de 181 kg N
ha^1 (tableau 8). On constate que la minéralisation de l'azote s'est intensifiée peu de
temps après le semis avec un accroissement de la teneur en N-NO3^ du sol entre le 14 mai
et le 10 juillet 1992. Ainsi, le contenu total du sol en N-NO3" des parcelles de carottes ne
recevant aucun engrais azoté est passé de 220 à 362 kg N ha^1 entre le 14 mai 1992 et le
10 juillet 1992. Par la suite, les teneurs en N-NO3' sur l'ensemble du profil de sol ont
diminué ce qui peut être expliqué par un accroissement des prélèvements d'azote par la
carotte. L'échantillonnage de sol effectué le 23 juin 1992, soit quatre semaines après le
semis, de même que celui du 25 août 1992 indique que la fertilisation azotée a entraîné
une augmentation linéaire du contenu du sol en N-NO3'. Le 23 juin 1992, les teneurs en
N-NO3' étaient respectivement de 330 et de 438 kg N ha^1 pour les traitements 0 et 75 kg
N ha"1. Le 25 août 1992, les teneurs en N-NO3^ sont passées à 62 et 153 kg N ha 1 pour les
traitements 0 et 75 kg N ha^', respectivement. Les mesures prises le 10 juillet et le 3 août
de même que celles prises en fin de saison soit le 21 septembre et le 7 octobre indiquent
que la fertilisation azotée n'a eu aucun effet sur le contenu en azote du sol. Le
fractionnement de l'azote n'a pas modifié le contenu en N-NO3" du sol.
21
Pour le précédent orge, les teneurs en N-NCV du sol ont augmenté du 14 mai au 23 juin
1992, le contenu en N-NO3" passant de 150 à 250 kg N ha'1. Par la suite, on note une
réduction importante des teneurs en N-NO3^ dans le profil de sol, les valeurs passant à 75
kg N ha'1 dès le 10 juillet 1992. Au moment d'incorporer l'orge, soit le 3 août 1992, les
teneurs en N-NO3" du sol étaient à leur plus bas niveau avec 28 kg N ha"1.
L'enfouissement de l'orge (matériel riche en azote) a rapidement fait augmenter le
contenu en N-NCV du sol dès la mesure prise le 25 août 1992 avec une teneur de 198 kg
Nha'1.
Tableau 9. Teneurs en N-NCV pour le profil de sol 0-70 cm et 80-90 cm selon les
différents traitements de fertilisation azotée et de précédent culturaux pour l'année 1993
(P<0.05).
Précédent
culturalCarotte
Orge
Fertilisation 93(kg Nha'1)
0255075
25+250255075
25+25PrécédentFractionnement (50vs25+25)Fertilisation 92Fertilisation 93JLINFertilisation 93_QUAFertilisation 93_CUBInteraction PxF93
Mai 93(kg Nha'1)
515757664685101789477
N.S.N.S.N.S.
----
Juin 93(kg N ha'1)
115233220220186121153182267169
N.S.N.S.
-0,0004N.S.N.S.N.S.
Août 93*(kg Nha'1)
26995854581132305837
N.S.N.S.
-0,00030,03610,0214N.S.
Octobre 93(kg Nha'1)
49646964484850756756
N.S.N.S.
-N.S.N.S.N.S.N.S.
*Une transformation logarithmique a été effectuée sur les données afin d'améliorerl'homogénéité de la variance.
Les mesures de teneurs en N-NO3" pour le profil de sol 0-70+80-90 cm faites en mai
1993, soit toutjuste avant l'implantation du dispositif, indiquent que les doses croissantes
22
d'engrais azoté appliquées en 1992 pour le précédent carotte n'ont pas eu d'effet sur le
contenu en N-NO3 . Le contenu moyen en N-NO3^ était de 55 et 87 kg N ha 1 pour le
précédent carotte et orge, respectivement. Cette différence entre les deux précédents
culturaux n'était pas significative. D'ailleurs, le précédent cultural n'a pas eu d'effet sur
le contenu en azote du sol pour les quatre mesures prises au cours de la saison 1993. On
note encore une fois que la minéralisation s'est intensifiée après le semis avec une hausse
des teneurs en N-NO3^ du sol entre mai et juin 1993 suivi d'une baisse graduelle entre
juin et octobre 93. Le fractionnement de l'azote n'a eu aucun effet sur le contenu en N-
NO3" du sol. Les doses croissantes d'engrais azoté appliquées en 1993 ont entraîné une
augmentation du contenu en N-NO3" du sol enjuin et août 1993. L'effet des différentes
doses d'engrais n'était plus perceptible lors des mesures prises en octobre 1993, soit au
moment de la récolte.
Tableau 10. Teneurs en N-NO3' pour le profil de sol 0-70 cm et 80-90 cm selon les
différents traitements de fertilisation azotée et de précédent culturaux pour l'année 1994
(P<0.05).
PrécédentculturalCarotte
Orge
Fertilisation 94(kg Ν ha-1)
0
50
0
50
PrécédentFertilisation 94Fertilisation 93Interaction PxF94Interaction PxF93Interaction PxF94xF93
Fertilisation 93(kg Ν ha1)
0
50
0
50
0
50
050
Mai 94(kg Ν ha"1)
46
64
46
64
69
63
6963
N.S.•-
N.S.
-
N.S.-
Juillet 94(kg Ν ha"1)
133
159
211
269
123
149
176207
N.S.
0,0020,024N.S.
N.S.N.S.
Août 94(kg Ν ha"1)
29
37
38
56
29
40
4050
N.S.
0,0040,060N.S.
N.S.N.S.
Octobre 94(kg Ν ha"1)
72
73
88
93
78
95
8485
N.S.
N.S.
N.S.
N.S.
N.S.N.S.
23
L'échantillonnage de sol fait en mai 1994 a été réalisé selon le dispositif 1993, c'est-à-
dire un échantillon par sous-parcelle et non par sous-sous-parcelle. Ce plan
d'échantillonnage explique qu'on retrouve les mêmes valeurs pour les traitements de
fertilisation et de précédent cultural identiques en 1993. En mai 1994, toutjuste avant de
procéder au semis, le contenu en N-NCh^ pour le profil de sol 0-70+80-90 cm variait de
46 à 69 kg N ha"1. Encore une fois, le précédent cultural n'a eu aucun effet sur le contenu
en N-NO3", tant pour les mesures prises en mai 1994 que pour le reste de la saison.
L'engrais azoté appliqué en 1994 a augmenté de façon linéaire le contenu en N-NO3" du
sol enjuillet et en août 1994. L'engrais azoté appliqué l'année précédente a également
entraîné une augmentation linéaire du contenu en N-NO3" du sol en juillet et en août
1994. L'effet des engrais appliqués en 1994 de même que ceux appliqués en 1993 n'était
plus perceptible lors des mesures prises en octobre 1994, soit au moment de la récolte.
On note également que la minéralisation s'est intensifiée après le semis avec une hausse
des teneurs en N-NCb^ du sol entre mai et juillet 1994, suivie d'une baisse graduelle entre
juillet et octobre 1994.
Les figures 4 à 6 présentent le mouvement des nitrates à travers le profil du sol pour les
différents traitements de fertilisation azotée pour les années 1992 à 1994.
24
10ftrilletl992
5 15 25 35 45 55 5 15 25 35 45 55 5 15 25 35 45 55 5 15 25 35 45 55
Profondeur moyenne (cm)
21 septembre 1992 7 octobre 1992
15 25 35 45 55 5 15 25 35 45 55 5 15 25 35 45 55
Profondeur moyenne (cm)
5 15 25 35 45 55
Figure 4. Distribution de l'azote sous forme nitrates (N-NO3 ) obtenues pour la culture
d'orge et de carottes selon les différents traitements de fertilisation azotée pour la saison
1992.
25
*—ON5ON
o··· 25+25N
-25N-75N
28 octobre 1993
Profondeur moyenne du sol (cm)
Figure 5. Distribution de l'azote sous forme nitrates (N-NO3") obtenues pour la culture de
carottes selon les différents traitements de fertilisation azotée pour la saison 1993.
80 π
ON -50N
31 octobre 1994
Profòndeur moyenne du sol (cm)
Figure 6. Distribution de l'azote sous forme nitrates (N-NO3 ) obtenues pour la culture de
carottes selon les différents traitements de fertilisation azotée pour la saison 1994.
26
Les figures 4a et 4b illustrent le comportement de l'azote à l'intérieur du profil de sol au
cours de la saison de croissance de l'orge et de la carotte selon les différents traitements
de fertilisation azotée pour la saison 1992. Peu après l'application des engrais, on peut
remarquer une augmentation des concentrations de l'azote à l'intérieur des dix premiers
centimètres de sol. L'augmentation est proportionnelle à la dose d'azote appliquée. La
courbe de fuite du mois d'août 1992 illustre les mêmes résultats, le front d'azote s'étant
déplacé en profondeur, avec une concentration maximale située dans la zone de 30 cm de
profondeur. On remarque également l'effet de la culture d'orge (G-0) comparativement à
celle de la carotte (C-0) sur la dynamique du prélèvement de l'azote. L'azote minéralisé
dans le profil a été prélevé par l'orge alors que, dans le cas de la carotte, cet azote semble
avoir été lessivé dans le profil, avec une concentration d'environ 50 kg N ha"1, située dans
la zone de 30 cm de profondeur. La courbe de fuite du 25 août 1992 illustre bien que
l'incorporation de l'orge faite le 3 août 1992 a augmenté les concentrations en azote sur
l'ensemble du profil mais principalement dans les 30 premiers centimètres de sol.
La fréquence d'échantillonnage de sol était réduite pour les années 1993 et 1994 mais a
été réalisée jusqu'à une profondeur de 90 cm. De façon générale, le mouvement des
nitrates dans le profil de sol en 1993 et 1994 a été similaire à celui observé au cours de la
saison 1992 (figure 5 et 6). L'échantillonnage de sol fait plus en profondeur indique que
l'engrais azoté a peu affecté les teneurs en N-NCV dans la couche de sol 60-70 et 80-90
cm, avec des niveaux de N-NO3^ qui sont demeurés très faibles, soit entre 0 et 10 kg N
ha1.
3.4 Prélèvements azotés de la carotte
L'azote prélevé par la culture de carottes, tant au niveau foliaire que racinaire, a été
évalué lors de la récolte 1992, 1993 et 1994. Les résultats sont présentés aux tableaux 11,
12 et 13.
27
Tableau 11. Azote prélevé par la carotte dans les parties foliaire et racinaire lors de la
saison 1992.
Fertilisation 1992
(kg Ν ha 1 )
0255075
25+25
Fractionnement (50vs25+25)Fertilisation 92
Prélèvement foliaire
(kg Ν ha"1)
86961298489
N.S.N.S.
Prélèvement racinaire
(kg Ν ha'1)
150153185140148
N.S.N.S.
Prélèvement total
(kg Ν ha'1)
236249314224237
N.S.N.S.
Tableau 12. Azote prélevé par la carotte dans les parties foliaire et racinaire lors de la
saison 1993.
Fertilisation1993
(kg Ν ha'1)
0
25
50
75
25+25
PrécédentFractionnement (50vs25+25)Fertilisation 93 LINFertilisation 93_QUA
Fertilisation 93 CUBInteraction PxF
Précédent carottePrélèvement
foliaire
(kg Ν h a 1 )
45
59
59
6053
N.S.
N.S.
0,0008
N.S.
N.S.
N.S.
Prélèvementracinaire
(kgΝ h a ' )
72
94
96
9993
N.S.
N.S.
0,0002
N.S.
N.S.
N.S.
Prélèvementtotal
(kg Ν ha'1)
117
153
155159
145
N.S.
N.S.
0,0002
N.S.
N.S.
N.S.
1
Prélèvementfoliaire
(kg Ν ha"1)
45
52
56
5760
^recèdent org<Prélèvement
racinaire
(kg Ν ha"1)
81
89
95
101
100
Prélèvementtotal
(kg Ν ha"1)
126
141
151
158160
28
Tableau 13. Azote prélevé par la carotte dans les parties foliaire et racinaire lors de la
saison 1994.
Fertilisation1994
(kg Ν ha 1)
0
50
Fertilisation
1993(kg Ν ha"1)
0255075
25+250
255075
25+25
PrécédentFractionnement (50vs25+25)Fertilisation 94Fertilisation 93Interaction PxF94Interaction PxF93Interaction PxF94xF93
Précédent carotiPrélèvement
foliaire(kg Ν ha 1)
851039187961031139697100
Prélèvementracinaire
(kg Ν ha")
49655752555671495557
N.S. N.S.M.S. N.S.
0,0077 0,0004N.S. N.S.N.S. N.S.N.S. N.S.N.S. N.S.
Prélèvementtotal
(kg Ν ha")
134168148139151159184145152157
N.S.N.S.
0,0002N.S.N.S.N.S.N.S.
Précédent orgePrélèvement
foliaire(kgNha1)
89818483861051009996114
Prélèvementracinaire
(kgNha')
52565455565662666466
Prélèvementtotal
(kgNha1)
141138138138142161162165160179
Les engrais azotés appliqués en 1992 n'ont pas eu d'effet sur l'azote prélevé par la
culture de carottes en 1992 (tableau 11). La carotte a prélevé en moyenne 252 kg N ha'1
dont 97 kg N ha"1 par la partie aérienne (laissé au champ) et 155 kg N ha ' par la partie
racinaire. Les mesures prises lors de la récolte en 1993 indiquent que le précédent
cultural n'a eu aucun effet sur le prélèvement d'azote (tableau 12). Par contre, les doses
croissantes d'engrais azotés appliquées au semis en 1993 ont fait augmenter linéairement
le prélèvement d'azote de la carotte tant pour la partie aérienne que racinaire. Le
prélèvement moyen a été de 121 et de 159 kg N ha"1 pour les traitements de fertilisation 0
et 75 kg N ha"1, respectivement. Le fractionnement de l'azote n'a pas eu d'effet sur le
prélèvement azoté de la carotte. Les résultas obtenus en 1994 sont similaires à ceux de
1993 avec une augmentation significative du prélèvement d'azote suite à l'application
d'engrais azoté au semis (tableau 13). Ainsi, le prélèvement moyen a été de 144 et de 162
kg N ha ' pour les traitements de fertilisation 0 et 50 kg N ha"1, respectivement. Les
engrais appliqués l'année précédente n'ont pas eu d'effet sur le prélèvement d'azote de la
carotte en 1994. Encore une fois, le précédent cultural et le fractionnement n'ont pas
affecté le prélèvement azoté de la carotte en 1994.
29
On remarque que les prélèvements d'azote au cours de l'année 1992 ont été supérieurs à
ceux des années 1993 et 1994. Pour les parcelles non fertilisées (0 kg N ha"1), le
prélèvement a été de 236, 121 et 144 kg N ha'1 pour les années 1992, 1993 et 1994,
respectivement. Cette différence entre les années s'explique en grande partie par le fait
que les rendements ont été plus élevés en 1992, d'où un prélèvement d'azote plus
important. Le prélèvement moyen de la carotte sur les trois années pour les parcelles non
fertilisées a été de 166 kg N ha'1 ce qui correspond au prélèvement d'azote de la carotte
relevé dans la littérature, soit de 170 kg N ha'1 (Fink, 1999).
3.5 Bilan azoté
Les bilans azotés de même que les coefficients apparents d'utilisation de l'azote (CAU)
obtenus au cours des années 1992 à 1994 sont présentés respectivement aux tableaux 14 à
16.
Tableau 14. Bilan azoté de la saison 1992 mesuré pour la culture d'orge et de carottes
dans le profil de sol 0-60 cm.
Culture
Carotte
Orge*
Fertilisation
1992(kgNha"1)
0
25
50
75
25+250
Contenu du sol
en azote au semis
(kgN-NO3'ha')
220
206
194
201
114
150
Contenu du sol
en azote à la récolte(kgN-N(Vha ' )
116
120
38
111
3828
Prélèvement
d'azote(kgNha1)
236
249
314
224
237345
Azote
minéralisé(kgNha 1 )
132
139
108
59
111222
Coefficient apparent
d'utilisation
de l'azote (%)
-
50155-17
1
-
*La récolte de l'orgeaété effectuée le 5 août 1992.
L'azote minéralisé dans le profil de sol, entre le semis et la récolte de carottes en 1992
(c'est-à-dire de mai à octobre), a varié de 59 à 139 kg N ha'1 pour une moyenne de 110
kg N ha"1. Les données mesurées pour la culture d'orge en 1992 indiquent que l'azote
minéralisé dans le profil entre le semis et l'incorporation, soit de mai à août, a été de 222
kg N ha^'. En considérant uniquement les parcelles de carottes ne recevant aucun engrais
azoté, le sol sous culture d'orge a minéralisé 90 kg N ha"1 de plus que le sol sous culture
30
de carottes et ce, pour une période plus courte de deux mois. II est clair que cette façon de
calculer le bilan azoté est grandement influencée par la dynamique de prélèvement
d'azote des cultures qui varie énormément.
Le coefficient apparent d'utilisation (CAU) de l'azote, qui correspond au pourcentage de
l'engrais azoté prélevé par la culture, était également très variable avec des valeurs de -17
à +155 %. Le CAU était faible pour le traitement 75 kg N ha'1 et la dose fractionnée, mais
plus élevé pour les traitements 25 et 50 kg N ha"1. Les traitements de fertilisation azotée
de 1992 n'ont eu aucun effet sur le prélèvement d'azote de la culture ce qui explique le
peu de relation entre les traitements de fertilisation et le CAU. Cependant, on peut
difficilement expliquer qu'il y ait une aussi grande variation.
Tableau 15. Bilan azoté de la saison 1993 mesuré pour la culture de carottes sur le profil
de sol 0-70 cm et 80-90 cm.
Fertilisation
1993(kg Ν ha'1)
0
25
50
75
25+25
Contenu du sol
en azote au semis
(kgN-NO3'ha')
68
79
67
8061
Contenu du sol
en azote à la récolte(kgN-NOj'ha1)
48
5772
6652
Prélèvement
d'azote(kg Ν ha1)
121
147
153
159153
Azote
minéralisé(kg Ν ha'1)
101
100
108
69
94
Coefficient apparent
d'utilisation
de l'azote (%)
-
103
63
50
63
Le profil de sol sous culture de carottes en 1993 a minéralisé en moyenne 94 kg N ha"1.
Le CAU a été plus stable qu'en 1992 avec des variations de +50 à +103 % pour les
différents traitements de fertilisation azotée. On constate que le CAU était inversement
proportionnel à la dose d'engrais appliquée au semis. De plus, le CAU pour le traitement
50 kg N ha^1 et la dose fractionnée (25 + 25 kg N ha"1) était le même à 63 %.
31
Tableau 16. Bilan azoté de la saison 1994 mesuré pour la culture de carottes sur le profil
de sol 0-70 cm et 80-90 cm.
Fertilisation
1994(kg Ν ha'1)
0
50
Contenu du sol
en azote au semis
(kg N-NO3" ha'1)
61
61
Contenu du sol
en azote à la récolte
(kg N-NO3' ha'1)
80
87
Prélèvement
d'azote(kg Ν ha 1 )
140
158
Azote
minéralisé(kg Ν ha"1)
159
134
Coefficient apparent
d'utilisation
de l'azote (%)
-
36
En 1994, la quantité moyenne d'azote minéralisé dans le profil a été de 147 kg N ha'1 et
le CAU était de +36 % pour le traitement de fertilisation de 50 kg N ha^1. Pour les trois
années de mesures, l'azote minéralisé dans le profil de sol sous culture de carottes a été
en moyenne de 117 kg N ha^1. Même si ce taux moyen de minéralisation correspond
uniquement à la période allant de mai à octobre, il est bien différent des taux de
minéralisation relevés dans la littérature. Tel que mentionné précédemment, cette façon
d'établir le bilan azoté est grandement affecté par la dynamique de prélèvement des
cultures. De plus, elle sous-estime le taux de minéralisation réel car elle ne tient pas
compte des pertes d'azote par lessivage et par volatilisation.
32
CONCLUSION
Les problèmes associés à la monoculture de carottes en sols organiques sont nombreux.
En plus des pertes de rendements, les producteurs maraîchers doivent faire face à des
problèmes de compaction de même qu'à des pertes graduelles de sol par érosion qui,
combinées au processus d'affaissement, mettent en péril la productivité à long terme de
ces sols.
Des mesures de perméabilité ont démontré qu'il y avait augmentation significative de la
conductivité hydraulique saturée (Ksc) des parcelles semées avec de l'orge et ce, dès
l'année d'implantation. Cet effet s'est maintenu jusqu'en début de saison l'année suivante,
avec une valeur moyenne de K sc 6,0 fois plus élevée dans les parcelles sous précédent
d'orge. Par la suite, l'écart s'est graduellement atténué pour ne plus être perceptible lors
des mesures prises en septembre 1993.
Ainsi, l'introduction d'une graminée en rotation avec la culture de carottes a permis
d'augmenter la capacité d'infiltration du sol, permettant de réduire les problèmes
d'érosion hydrique. De plus, les résidus de culture d'orge laissés à l'automne ont formé
une couverture efficace pour contrer les pertes de sol par érosion éolienne qui surviennent
au cours de l'automne et de l'hiver.
Les résultats du deuxième volet de cette étude, qui traitait de l'aspect fertilité et du bilan
azoté, indiquent que l'azote minéralisé par le sol organique de la ferme de Sainte-Clotilde
au cours de la saison 1992 à 1994 a comblé les besoins azotés de la culture de carottes.
Ainsi, les doses croissantes d'engrais azoté n'ont eu aucun effet sur le rendement de
carottes pour les trois années d'expérimentation mais ont fait augmenter le contenu en
azote du sol et des tissus. Lors des mesures prisent en août et en septembre 1992, les
doses d'azote plus élevées ont amené de plus grandes quantités de nitrates sous la zone
racinaire, augmentant ainsi les risques de contamination de la nappe d'eau souterraine.
Précisons que ces résultats ont été obtenus pour un sol organique dégradé et pour une
33
date de semis relativement tardive (vers la fin mai). Ces résultats ne sont donc pas
nécessairement applicables à un sol organique nouvellement mis en culture (peu dégradé)
ou pour un semis hâtif fait environ quatre semaines plus tôt.
Le fractionnement des engrais azotés n'a eu aucun effet, tant sur le rendement de la
carotte que le contenu en azote du sol ou des tissus. Le fractionnement de l'azote
n'apparaît pas être une pratique culturale utile en sol organique puisque les taux de
minéralisation au cours de la saison de croissance atteignent des niveaux élevés qui
répondent aux besoins azotés de la culture.
L'introduction de l'orge dans la rotation en 1992 a entraîné une augmentation des
rendements de carottes en 1993 sans toutefois affecter les besoins azotés de la culture.
Mentionnons que le gain de rendements, qui n'était pas associé au contrôle des
nématodes, était faible avec une augmentation de 8 % soit 3,8 t ha^'.
Suite à cette étude, on peut donc affirmer que l'introduction d'orge dans un programme
de rotation avec la culture de carottes s'avère une pratique culturale favorisant le
développement durable en agriculture. Elle ne change rien au bilan azoté et ne relâche
pas cet azote dans le sol l'année suivante. De plus, l'apport d'engrais azoté pour la carotte
semée tardivement et cultivée en sol organique dégradé s'avère inutile et ne contribue
qu'à augmenter les risques de perte d'azote dans l'environnement.
34
RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES
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