Périodique de transfert de connaissances du Réseau Ligniculture Québec

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1 Périodique de transfert de connaissances du Réseau Ligniculture Québec Le présent numéro résume l article intitulé : Post-establishment fertilization of Minnesota hybrid poplar plantations Auteurs : M. Coleman, D. Tolsted, T. Nichols, W.D. Johnson, E.G. Wene et T. Houghtaling Biomass and Bioenergy 30 (2006): Introduction Dans les plantations de peuplier hybride (PEH) non irriguées, l application de fertilisants survient, la plupart du temps, au moment de la préparation du terrain et/ou lorsque la canopée se referme. La fertilisation à la fermeture de la canopée est habituellement préférable puisqu elle ne cause pas une croissance excessive de la végétation de compétition, en plus de fournir les éléments nécessaires à des arbres qui sont dans une phase critique de leur développement. La fertilisation augmente généralement la productivité du PEH de 20 à 60 %, et même plus, tout dépendant des caractéristiques édaphiques du site. Toutefois, sur certaines stations, les plantations répondent peu ou pas du tout à l application de fertilisants. Sur le plan du diagnostic, les techniques utilisées pour évaluer la capacité d une plantation à répondre à l addition de fertilisants ont peu progressé. Certains auteurs affirment qu une plantation de peuplier ayant une concentration foliaire en azote en bas de 20 mg/g est en situation de déficit, alors que d autres affirment qu il faut maintenir cette concentration à 30 mg/g durant la saison de croissance. Or, des études en serre et sur le terrain montrent qu il est désormais possible d obtenir des résultats de croissance positifs même lorsque la valeur seuil de 30 mg/g pour l azote foliaire est dépassée. Pour ce faire, il suffit d appliquer le fertilisant annuellement en petites doses selon un ratio qui sera fonction des véritables besoins de l arbre. C est généralement le manque d azote qui limite la croissance des plantations de PEH. Cependant, si un autre nutriment devient limitant, la fertilisation sera sans effet. Afin d améliorer la précision des diagnostics, il devient donc important de mesurer les besoins des plantations pour un éventail de nutriments. À cet effet, il semble que l utilisation du DRIS (diagnosis and recommendation integrated system), tant chez le PEH que chez les autres essences, soit une alternative qui permette d évaluer rigoureusement la balance nutritionnelle pour l ensemble des éléments essentiels à l arbre. Dans cette étude, les auteurs ont voulu évaluer la capacité des plantations de PEH à répondre à une fertilisation post-établissement malgré le fait que ces plantations présentent des concentrations en azote foliaire supérieures aux valeurs seuils recommandées. Pour ce faire, une application annuelle d un fertilisant azoté a été réalisée en parallèle avec une application d un fertilisant complet. La méthode DRIS a ensuite été employée pour comparer l effet des deux types de fertilisants sur la balance nutritionnelle des PEH. 1

2 L hypothèse de départ stipule que la balance nutritionnelle devrait être maintenue en utilisant le fertilisant complet, mais qu elle chuterait à mesure que le fertilisant azoté est appliqué année après année. Les auteurs ont également réalisé un suivi des caractéristiques foliaires et des caractéristiques de la canopée afin de mesurer l efficience en termes de croissance (growth efficiency). Ce paramètre décrit la capacité d une plantation à répondre à la fertilisation en plus de fournir une indication sur la tolérance à l infection. En d autres termes, l efficience est une mesure de la vigueur d un peuplement. L objectif global de l étude était d examiner chez le PEH la relation entre les concentrations foliaires en nutriments, la surface foliaire totale et la biomasse aérienne (branches et tronc) dans plusieurs stations. Méthodologie Trois traitements de fertilisation ont été comparés sur cinq sites expérimentaux au Minnesota. Les plantations ont été établies en 1995 et 1996 et elles sont toutes caractérisées par une végétation compétitrice de faible vigueur en raison de la préparation mécanique du site et du dégagement chimique. Deux clones ont été sélectionnés pour cette étude, le DN17 et le DN34, deux hybrides de type Populus deltoides x P. nigra. Deux types de fertilisants ont été appliqués sur une base annuelle en mai 1999, 2000 et 2001 selon les traitements suivants : (1) aucune fertilisation, (2) 50 kg N/ha sous forme d urée en granules et (3) 50 kg N/ha d une formulation contenant 2,5 % de S. Ce dernier fertilisant est constitué d un mélange de phosphate diammonium, d urée, de potasse et de sulfate d ammonium auquel on a ajouté un mélange commercial de micronutriments (Micromax, Grace Sierra, Inc.) contenant 350 g Fe/ha, 73 g Mn/ha, 2,9 g B/ha, 15 g Cu/ha, 29 g Zn/ha et 1,5 g Mo/ha. Afin de mesurer la croissance des PEH, les auteurs ont déterminé l augmentation en biomasse sèche d une année à l autre. La biomasse au-dessus du sol, sans les feuilles, (DM, en kg) a été calculée à partir du diamètre (d, en cm) au DHP selon l équation suivante : DM = 0,007d 3 + 0,1058d 2 + 0,2001d (R 2 = 0,9838). La biomasse totale du peuplement a ensuite été calculée à partir de la somme des DM de chaque arbre en vie dans la parcelle divisée par l aire de la parcelle. Un échantillonnage foliaire a également été réalisé à la mi-juillet dans le but de déterminer les concentrations en nutriments et le poids spécifique des feuilles. La concentration en N foliaire a été déterminée par la méthode de combustion à sec. Une digestion à l acide a été réalisée pour extraire les autres éléments essentiels qui ont été dosés, par la suite, à l aide d une torche à plasma («inductively coupled plasma - ICP»). Ces analyses de contenu en nutriments ont alors servi à calculer les indices de balance nutritionnelle (DRIS) en utilisant les normes établies par Leech et Kim (1981) pour le peuplier. Une collecte mensuelle des feuilles mortes (litière) a été réalisée à la fin de chacune des saisons de croissance (de septembre à novembre). Les échantillons recueillis dans les paniers collecteurs ont ensuite été séchés et pesés, ce qui a permis d estimer la surface foliaire pour l ensemble de la canopée. L efficience en termes de croissance a été calculée en divisant la production de biomasse annuelle par le poids des feuilles mortes à la fin de la saison de croissance. 2

3 Résultats - discussion La production de biomasse dans les plantations à l étude était limitée par la disponibilité en nutriments. Pour l ensemble des plantations, il y a eu une réponse positive à la fertilisation la première année et cette réponse a augmenté au cours des deux années suivantes (Tableau 1). À la fin de la 3 e année de croissance, il y avait 40 % plus de biomasse dans les parcelles fertilisées par rapport au contrôle. Pour la 3 e année de croissance seulement, cette augmentation s élevait à 80 %, et ce, pour les deux types de fertilisants employés. Cette réponse positive sur tous les sites suggère que sur des sols loameux, l application annuelle de fertilisants à l approche de la fermeture de la canopée augmente de façon appréciable les rendements du PEH en termes de biomasse. Tableau 1 : Biomasse aérienne en poids sec Tableau 2 : Concentration foliaire en nutriments pour la partie supérieure de la canopée Il est à noter que cette réponse à la fertilisation n a pas pu être prédite au moyen de la concentration en N foliaire (Tableau 2). En 1999 (début de l étude), cette concentration était au-delà de 30 mg/g, une valeur qui a été établie comme un seuil critique au-dessus duquel la fertilisation n est pas recommandée. En 2000, dans les parcelles témoins, cette concentration avait chuté à 25 mg/g. Cette baisse dans la concentration en N foliaire à mesure que la plantation vieillit suggère ainsi que cette mesure, lorsqu elle est utilisée seule, n est pas un bon indicateur des besoins nutritionnels des arbres à ce stade de développement. Autrement dit, la demande en N est très élevée au moment où la canopée se referme pour décliner par la suite, ce qui fait en sorte qu une fertilisation est justifiable à ce stade malgré des concentrations en N foliaire qui dépassent le seuil critique. Par conséquent, si l on retarde la fertilisation en attendant que les concentrations en N foliaire chutent en bas du seuil critique, il se peut que l on passe outre le 3

4 moment où le peuplement est le plus stimulé par l application de fertilisants. Il est donc nécessaire de baser les diagnostics nutritionnels en fonction des besoins précis de l arbre pour un stade de développement en particulier. 1. Concentration de N foliaire et production de biomasse La concentration en N foliaire a été positivement corrélée avec la production de biomasse aérienne (tronc et branches) lorsque les données sont séparées par année d observation. Néanmoins, dans les plus jeunes plantations (concentration en N foliaire plus élevée), la réponse à la fertilisation, en matière de production, a été inférieure par rapport à ce qui a été observé dans les plus vieilles plantations. Ces résultats démontrent donc qu une application annuelle et à faible dose de fertilisants offre la possibilité de maintenir la balance nutritionnelle chez le PEH. Une telle pratique semble, par ailleurs, favorable sur le plan environnemental comparativement à l application unique d une dose élevée de fertilisants, puisqu elle réduit les pertes par ruissellement et percolation. La fertilisation à faible dose est donc plus efficiente. 2. Efficience en termes de croissance Ce paramètre a également augmenté en réponse à la fertilisation, ce qui suggère qu un apport externe en nutriments optimise la croissance des peuplements à ce stade de développement (Figure 1). Rappelons que ces observations ont été réalisées au moment de la fermeture de la canopée alors que la compétition entre les arbres n était pas encore à son paroxysme. 3. Balance nutritionnelle Fait intéressant, le fertilisant auquel des micronutriments ont été ajoutés n a pas produit de meilleur gain de croissance que le traitement simple à l urée, ce qui révèle que seul l azote était limitant dans les sites étudiés. Ces résultats sont appuyés par un indice DRIS qui montre qu avant la fertilisation, les arbres affichaient une balance nutritionnelle favorable (Tableau 3). Toutefois, à mesure que les plantations vieillissent, la somme des indices DRIS s éloigne de zéro, ce qui montre une déstabilisation de la balance nutritionnelle interne. Il est donc essentiel de conserver cette somme près de zéro pour optimiser la nutrition des PEH et maximiser la production ligneuse. Figure 1 : Effet de la fertilisation annuelle sur l efficience 4

5 Tableau 3 : Indices DRIS pour le feuillage de la partie supérieure de la canopée N.B. Un élément est considéré comme déficient lorsque l indice est inférieur à -10 et surabondant lorsque l indice est supérieur à +10. En conclusion, il semble que l utilisation de DRIS est un moyen beaucoup plus fiable que l utilisation seule d un seuil critique de N foliaire pour recommander l utilisation d un fertilisant, notamment lorsque le peuplement arrive au stade de fermeture de la canopée. Les auteurs rappellent enfin l importance de réaliser une fertilisation annuelle et à petites doses afin de fournir un apport constant en nutriments tout en réduisant les pertes dans le milieu environnant. Rédigé par : Julien Fortier, M. Env. Agent de transfert de connaissances Réseau Ligniculture Québec 5