Optimisation de la gestion de l irrigation de la laitue en sol organique

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1 Optimisation de la gestion de l irrigation de la laitue en sol organique YANN PÉRIARD 1, JEAN CARON 1, SYLVAIN JUTRAS 2, JONATHAN LAFOND 1 1 Département des sols et de génie agroalimentaire, Faculté des sciences de l agriculture et de l alimentation, Université Laval, Centre de recherche en horticulture, 2480 boulevard Hochelaga, Québec, QC, G1V 0A6 2 Département des sciences du bois et de la forêt, Faculté de foresterie, de géographie et de géomatique, Université Laval, Pavillon Abitibi-Price, 2405 rue de la Terrasse, Québec, QC, G1V 0A6 yann.periard-larrivée.1@ulaval.ca Mots clés : irrigation, laitue, variabilité spatiale, sol organique, réserve facilement utilisable La laitue au sud-ouest du Québec est cultivée sur une superficie de 2800 ha et représente plus de 84.2 % de la production au Canada. Elle s effectue majoritairement sur des sols organiques. La laitue présente toutefois des risques importants de stress hydrique lors de période à forte demande d évapotranspiration. Ceci occasionne des pertes de rendements dus à l apparition de symptômes de brûlure de la pointe. La gestion de l irrigation demeure compliquée, car le diagnostic de l état d humidité du sol est très difficile et rend la planification des séquences d irrigation très complexe. Il existe également une variabilité spatiale importante des propriétés physiques du sol à l intérieur des champs ce qui peut causer un problème d hétérogénéité de réponse à l irrigation (Warrick et Gardner 1983). En effet, en utilisant une gestion locale à taux variable de l irrigation qui tient compte des patrons spatiaux des propriétés physiques, on peut obtenir des gains de rendement de l ordre de 13 % (Sadler et al. 2003). Les objectifs de ce projet étaient : d évaluer la performance (consommation en eau et en énergie, lessivage et rendements) de deux échelles de gestion de l'irrigation de la laitue en sol organique (locale vs globale); d étudier les mécanismes de transport de l eau dans le sol et leurs implications dans l apparition de symptômes de stress hydrique (brûlure de la pointe). Afin d apprécier l efficacité des deux types de gestion de l irrigation (locale vs globale), trois expériences au champ ont été réalisées au cours de l été 2010 et 2011 sur une superficie de 7ha. Le site possédait une grande hétérogénéité de la réserve facilement utilisable (RFU). Le champ a été divisé en trois zones dont chacune était instrumentée par des tensiomètres. Le seuil critique d irrigation était de X kpa en conditions de faible demande d évapotranspiration (ETP) (Bergeron-Piette 2010) et de Y kpa pour une période à forte demande d ETP. De plus, une étude approfondie des flux d eau provenant du sol a été effectuée à l aide d un modèle mathématique descriptif du processus d absorption en eau par la laitue sous des conditions réelles de croissance au champ. Des variables climatiques et atmosphériques (pluie, température, radiation solaire, humidité relative, vitesse du vent) ont été mesurées afin d établir les besoins en eau de la plante sous différentes conditions au cours de la saison de croissance. Suite à l analyse des résultats, la stratégie d irrigation localisée a permis une augmentation des rendements de 16.5 à 18.2 % selon les années, mais a utilisé de 21.2 à 23.6 % plus d eau et de 21 à 100 % d énergie de plus que la gestion globale. La modélisation des flux d eau provenant du sol a permis d améliorer les connaissances des mécanismes de transfert de l eau dans le sol afin de cibler les conditions qui peuvent provoquer le stress hydrique chez la laitue. Ceci permet désormais d anticiper les besoins en eau de la laitue par des mesures en temps réel de l humidité du sol et de cibler le moment précis (seuil de tension critique) où l irrigation est nécessaire pour contrôler les symptômes de brûlure de la pointe. Références Bergeron-Piette, É Perte d eau et de solutés durant l irrigation des laitues romaines en sols organiques : comparaison de méthodes d évaluation et impacts sur les rendements. Mémoire de maîtrise, Université Laval, Québec, QC, Canada Sadler, E.J., Evans, R.G., K.C. Stone, K.C., and Camp, C.R Opportunities for conservation with precision irrigation. Journal of Soil and Water Conservation 60(6), Warrick, A.W., and Gardner, W.R Crop yield as affected by spatial variations of soil and irrigation. Water Resources. Research 19(1), Légumes de champ 1

2 Optimisation de la gestion de l irrigation de la laitue en sol organique Yann Périard, étudiant, M.Sc. Jean Caron, agr., Ph.D. Sylvain Jutras, ing.f., Ph.D. Jonathan Lafond, Ph.D. Présentation de la problématique Déficits hydriques observés en Montérégie Ouest La gestion de l irrigation Complexe Diagnostic difficile de l humidité du sol La variabilité spatiale Problème d hétérogénéité de réponse à l irrigation (Warrick et Gardner., 1983) Perte de rendement associée à la Brûlure de la pointe (Tipburn) 1

3 Objectifs du projet de recherche D évaluer la performance (consommation en eau et en énergie, lessivage et rendements) de deux échelles de gestion de l'irrigation de la laitue romaine en sol organique (locale vs globale) D étudier les mécanismes de transport de l eau dans le sol et leurs implications dans l apparition de symptôme de stress hydrique (brûlure de la pointe) Protocole expérimental Seuil de décision d irrigation Tension critique de -X kpa (Aggelides, 1999; Plamondon, 2009; Bergeron Piette, 2010) -Y kpa (ETP de +X mm) Tensiomètres 3 profondeurs 15 cm, 30 cm, 45 cm Tension moyenne 0-15 jours = 15 cm jours = 15 et 30 cm jours = 15, 30 et 45 cm 2

4 Dispositif expérimental 2010 Dispositif expérimental

5 Échantillonnage et analyses des laitues Échantillonnage systématique Échantillon = 20 laitues/ue Évaluation des paramètres suivants : Masse totale, masse commercialisable Longueur de la laitue Nombre de feuilles Longueur du cœur Présence de maladies Rendement Brûlure de la pointe Performances de l irrigation locale

6 Performances de l irrigation locale Réduction de la brûlure de la pointe de 50 et 40 % en 2010 et de 17 % en 2011 Gain de rendement de 16,5 à 18,2 % Performances de l irrigation locale

7 Performances de l irrigation locale Consommation en eau de 21,2 à 23,6 % et de 21 % à 100 % en énergie supérieure en gestion locale Performances de l irrigation locale

8 Performances de l irrigation locale Lessivage variable selon les années 27 % de moins de lessivage en % de plus de lessivage en 2011 Irrigations plus fréquentes Seuil de X kpa en période à forte ETP Élaboration du modèle de prélèvement ModèleVanGenuchten1980 θ ( h) θs θr = θr + n 1 + α h m m 1 l m s e ( e ) K( h) = K S 1 1 S m = 1 1 n Penman Monteith FAO feuillet 56 es e a Δ( Rn G) + ρacp ra λet = r s Δ+ γ 1+ ra 2 Modèle de Feddes et col.1978 ( ) = α ( ) = (, ) S h S h S p t p Modèle devogel 1987 (, ) b x z p b x z ST = t ΩR ΩR b`( x, z) 1 Tp = SpdΩ S b`( x, z) dω ( ) Shxz (,, ) = α( hxzb,, ) xz, ST 1 Ta = Sp dω = Tp α( h, xzb, ) ( xzd, ) Ω S t ΩR ΩR t p 7

9 Élaboration du modèle de prélèvement Hydrus 2D/3D 1.xx Propriétés hydrauliques du sol Distribution racinaire Demande d ETP Irrigations Conditions initiales Évapotranspiration

10 Évapotranspiration 2011 Modélisation de la tension du sol (85 % de Brûlure) 9

11 Modélisation du prélèvement en eau (85 % de Brûlure) Évaluation du prélèvement racinaire 85 % de Brûlure Réduction du prélèvement Au seuil X kpa Flux d eau insuffisant 10

12 Quantification du déficit hydrique 2010 Déficit hydrique de ++X mm 85 % Déficit hydrique de --X mm 15 % Quantification du déficit hydrique 2011 Déficit hydrique de ++ X mm 95 % Déficit hydrique de --X mm 0 % 11

13 Quantification du phénomène de Brûlure ÉquationGompertz f( dh) = 100e 2 R = dh 40e À seulement X mm On a 15% de Tipburn Quantification du phénomène de Brûlure Sensibilité très élevée Fenêtre d intervention Restreinte 0% Tipburn = 0 à X mm 12

14 Conclusion Performance de la gestion locale Rendement de 16,5 à 18 % L incidence de la Brûlure de la pointe 50 et 40 % en 2010 et de 17 % en 2011 Consommation en eau de 18 à 23,6 % Consommation en énergie de 21 à 100 % du lessivage de 27 % en 2010 et de 100 % en 2011 Mécanismes de transport de l eau Quantifier le phénomène de Brûlure de la pointe Établir le seuil de tension critique a maintenir pour des périodes à forte ETP (+X mm) 13