REGIES D'IRRIGATION ET RENDEMENT DE LA TOMATE DE SERRE {LYCOPERSICONESCULENTUM MILL.) EN MÉLANGE SCIURE-TOURBE

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1 ISABELLE LEMAY REGIES D'IRRIGATION ET RENDEMENT DE LA TOMATE DE SERRE {LYCOPERSICONESCULENTUM MILL.) EN MÉLANGE SCIURE-TOURBE 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 es sciences (M.Sc.) DEPARTEMENT DES SOLS ET DE GENIE AGROALIMENTAIRE FACULTÉ DES SCIENCES DE L'AGRICULTURE ET DE L'ALIMENTATION UNIVERSITÉ LAVAL QUÉBEC 2006 Isabelle Lemay, 2006

2 Il REMERCIEMENTS Je voudrais remercier mon directeur de recherche, M. Jean Caron, pour son enseignement, ses précieux conseils et son encadrement tout au long de mes travaux. Je remercie aussi mon co-directeur, Steeve Pépin, pour ses conseils, son aide technique et sa grande disponibilité. Merci à Martine Dorais et Claudine Ménard pour leurs nombreux conseils et leur participation aux prises de mesures. Je tiens aussi à remercier Carole Boily pour son aide, ses précieux conseils et son support, ainsi que tous les étudiants ayant participé au projet. Il ne faut pas oublier Jocelyne Moreau et Linda Gaudreau de chez Savoura pour leurs précieux conseils, et Sébastien Descôteaux de Hortau et Normand Bertrand d'agriculture et Agroalimentaire Canada pour leur appui technique. Merci au CRSNG pour leur contribution financière par l'octroi d'une bourse d'étude. Je voudrais aussi souligner la contribution financière des Serres du St-Laurent (Savoura), ainsi que celles de Hortau, Industrie Maibec Inc. et Premier Horticulture Ltée pour la fourniture de matériel. Finalement, je voudrais remercier mon conjoint et ma famille pour leur support et leurs encouragements tout au long de mes études.

3 m RESUME Pour la tomate de serre, un mélange de 70 % de sciure d'épinette blanche et de 30 % de tourbe de sphaigne brune semble particulièrement intéressant comme substitut à la laine de roche au Québec, mais sa régie d'irrigation doit être adaptée. Cette expérience avait pour but de déterminer cette régie afin d'obtenir les meilleurs rendements et économies d'eau. Différentes régies pour ce mélange (irrigué en fonction du potentiel matriciel (ST/T-12), par minuterie avec correction pour la radiation solaire (ST/M) ou avec remontée capillaire pour deux potentiels matriciels différents (ST/R-11, ST/R-9)) ont été comparées à la laine de roche (LR/M) irriguée selon ST/M. ST/T-12 a permis une augmentation du rendement comparativement à LR/M. La meilleure économie d'eau a été réalisée en remontée capillaire pour le substrat le plus humide (ST/R-9). Finalement, les rendements ont été négativement corrélés au potentiel matriciel moyen maintenu dans le substrat.

4 IV TABLE DES MATIERES REMERCIEMENTS RÉSUMÉ TABLE DES MATIÈRES LISTE DES TABLEAUX LISTE DES FIGURES ii iii iv vi vii CHAPITRE I : INTRODUCTION GÉNÉRALE 1 TOMATE DE SERRE 2 SUBSTRAT DE CULTURE 2 EFFET DU STRESS HYDRIQUE OU ANOXIQUE SUR LA PLANTE 6 RÉGIE D'IRRIGATION. 10 OBJECTIF 12 RÉFÉRENCES 13 CHAPITRE II : EFFET DE LA RÉGIE D'IRRIGATION SUR LE RENDEMENT DE LA TOMATE DE SERRE CULTIVÉE EN MÉLANGE SCIURE-TOURBE 17 INTRODUCTION 18 MATÉRIEL ET MÉTHODES 22 Substrat de culture 22 Régies d'irrigation 24 Détermination des potentiels matriciels moyens 26 Conditions en serre et régie de culture 26 Mesures et analyses 27 Analyse statistique 29 RÉSULTATS. 30 Détermination des potentiels matriciels moyens 30 Substrat 32 Croissance des plants 38 Rendement 42 Qualité des fruits 44 DISCUSSION 46 Amélioration du rendement 46 Économie d'eau 48

5 Effet d'aération 49 Implications pratiques 50 Avenues futures de recherche 51 CONCLUSION. 52 RÉFÉRENCES 53 CHAPITRE III : CONCLUSION GÉNÉRALE 57 ANNEXE I : MESURES DE CROISSANCE DU PLANT, DIAMÈTRE DE TIGE, HAUTEUR DE FLORAISON ET LONGUEUR D'UNE FEUILLE MATURE 59 ANNEXE II : BIOMASSE PRÉSENTE SUR LE PLANT APRÈS 11 SEMAINES DE RÉCOLTE 61 ANNEXE III : MESURES DE FLUORESCENCE, PHOTOSYNTHÈSE, CONDUCTANCE STOMATIQUE ET POTENTIEL HYDRIQUE DU XYLÈME 63 ANNEXE IV : POURCENTAGE DE MATIÈRE SÈCHE DES FRUITS À LA RÉCOLTE 65 ANNEXE V : MESURES DE QUALITÉ ORGANOLEPTIQUE ET NUTRITIONNELLE DES FRUITS À LA RÉCOLTE 67

6 VI LISTE DES TABLEAUX Tableau 1. Distribution des dimensions des particules de la sciure, de la tourbe et du mélange sciure-tourbe-compost sur une base de masse 23 Tableau 2. Conductivité électrique et ph moyens de l'eau de lessivage 33 Tableau 3. Conductivité électrique des échantillons pris au lysimètre à succion pour chaque série de mesures 34 Tableau 4. Biomasse totale produite par plant jusqu'au moment de l'étêtage, masse sèche des racines en fin de culture, taux relatif de croissance (RGR) et rapport foliaire (LWR) 40 Tableau 5. Rendements total et vendable cumulatifs et calibre moyen des fruits de classe 1 (17 semaines de récolte) 43 Tableau 6. Pourcentage des fruits récoltés (17 semaines de récolte) présentant certains désordres physiologiques à divers degrés 46

7 VII LISTE DES FIGURES Figure i. Allure générale d'une courbe de rétention en eau 6 Figure ii. Exemple de l'évolution des paramètres physiologiques de la plante en fonction de l'eau disponible dans le substrat 9 Figure 1. Courbe de rétention en eau et de réhumectation des substrats utilisés 24 Figure 2. Photosynthèse maximale mesurée en fonction du potentiel matriciel (Portneuf). 30 Figure 3. Conductance stomatique maximale mesurée en fonction du potentiel matriciel (Portneuf) 31 Figure 4. Courbes de rétention en eau et de réhumectation des substrats en début et en fin de culture 32 Figure 5. Conductivité électrique (± erreur-type) dans le substrat pour chaque quart de profondeur 35 Figure 6. Teneur en eau mesurée dans le substrat à différentes profondeurs (mesure horizontale) et sur toute la profondeur (mesure verticale) pour 9 journées de mesure ( mai, 13-14juin, juillet) 36 Figure 7. Concentrations (± erreur-type) en oxygène, dioxyde de carbone et oxyde nitreux dans le substrat et au fond du bac pour les quatre séries de mesures 38 Figure 8. Photosynthèse maximale en fonction du potentiel matriciel pour la laine de roche et le mélange aux Serres du Saint-Laurent et pour les différents traitements d'irrigation aux serres de l'université Laval 42 Figure 9. Corrélation entre le rendement total et le potentiel matriciel moyen maintenu dans le mélange sciure-tourbe de jour (8h-16h) et de nuit (16h-8h) 44

8 CHAPITRE I : INTRODUCTION GENERALE

9 TOMA TE DE SERRE La tomate, originaire d'amérique du Sud, est maintenant cultivée à travers le monde. Dans certains pays, afin d'en améliorer les rendements ou de prolonger la période de production, on la cultive aussi sous serre. Les cultures abritées de tous genres représentent ha à travers le monde (Peet et Welles, 2005), dont près de 2000 hectares sous serres au Canada. La tomate est la plus importante culture légumière de serre au pays, couvrant une superficie de plus de 430 hectares (Statistique Canada, 2005). À l'exception de la production biologique, la tomate de serre est rarement cultivée en plein sol. En 2005, 95 % de la tomate de serre en Europe, au Canada et dans les grands complexes de serre aux États- Unis était cultivée dans des substrats artificiels inertes (Peet et Welles, 2005). Pour la culture hors-sol, la laine de roche est le substrat le plus utilisé. Puisque ce substrat n'est pas recyclable et génère des quantités importantes de déchets, l'industrie tend à se tourner vers des substrats moins coûteux et plus respectueux de l'environnement. De nouveaux substrats sont donc étudiés afin d'évaluer leur potentiel d'utilisation pour la tomate de serre. Puisque la croissance et le rendement de cette plante sont fortement influencés par le régime hydrique (Salter, 1954), il est aussi important de maintenir une régie d'irrigation adéquate adaptée au substrat de culture. SUBSTRAT DE CULTURE Depuis plusieurs années, le respect de l'environnement et la préservation des ressources naturelles sont des préoccupations mondiales grandissantes. En serriculture, la tendance mondiale est donc de plus en plus orientée vers des substrats organiques de culture. En effet, plusieurs matériaux présentent un potentiel d'utilisation en remplacement des substrats inorganiques artificiels pour la production de tomates de serre. Différentes expériences démontrent ce potentiel pour des substrats à base de tourbe, de fibre de bois ou de bran de scie. Selon De Rouin (1988), les substrats à base de tourbe présentent des caractéristiques physiques favorables à la production horticole. Cependant, elle a aussi observé que dans le mélange de bran de scie et de tourbe blonde étudié (60 % bran de scie / 40 % tourbe blonde), il y avait une faible proportion d'eau facilement disponible. Le bran

10 de scie, composé de particules grossières, augmente la proportion des pores de grande dimension et favorise ainsi une aération accrue dans le substrat. Toutefois, dans une étude effectuée en 2003 à l'échelle commerciale, aucune différence significative n'a été observée entre la croissance des plantes, la répartition du carbone, le rendement et la qualité externe des fruits des plantes cultivées en bac de bran de scie pur ou en mélange de bran de scie (70 % bran de scie + 30 % fibre de bois) et ceux cultivés en laine de roche (Dorais et coll., 2005). Cependant, des rendements plus faibles que ceux en laine de roche ont été obtenus avec des sciures et des copeaux en sacs de culture (Allaire et coll., 2005). Similairement, une étude effectuée par le MAPAQ (2004) a démontré que des rendements légèrement inférieurs à ceux obtenus en fibre de noix de coco ont été atteints en bran de scie (principalement d'épinette et de sapin), et ce à un coût bien inférieur. De plus, selon les chercheurs, les résultats auraient été encore meilleurs avec une régie de fertigation mieux adaptée. Selon certains auteurs (Gruda et Schnitzler, 2004b), les substrats de fibre de bois sont également utilisables pour la culture des transplants de légumes et sont une bonne alternative aux substrats à base de tourbe. Lors de cette expérience, ces chercheurs se sont surtout intéressés au niveau de compaction des substrats puisque les propriétés physiques sont grandement influencées par le niveau de compression. Le potentiel matriciel de l'eau dans un substrat organique est aussi grandement influencé par son niveau de compaction. Ainsi, il faut rechercher un équilibre entre la quantité d'air et d'eau contenue à l'intérieur du substrat. La masse volumique d'un substrat de fibre de bois peut être influencée par son niveau de compaction ou par la grosseur de ses fibres. Ainsi, l'augmentation de la masse volumique des substrats de fibre de bois augmente leur teneur en eau disponible (Gruda et Schnitzler, 2004a). Les propriétés de ces substrats organiques sont donc très variables, tout comme les résultats obtenus lors de ces expériences. On peut regrouper les caractéristiques d'un substrat selon ses propriétés physiques, chimiques et biologiques. La porosité et la stabilité sont des propriétés physiques importantes d'un substrat. Selon la granulométrie du substrat, la capacité de rétention en eau sera différente. En effet, la force avec laquelle l'eau est retenue par le substrat est influencée par la dimension des pores. Les macropores, pores de grande dimension, retiennent l'eau plus faiblement et sont les premières à se drainer après ressuyage du

11 substrat. Elles permettront donc les échanges gazeux nécessaires à la respiration des racines. Un substrat de texture grossière, constitué d'une proportion importante de macropores, est un milieu faiblement capillaire et plutôt aéré. Dans les micropores, l'eau est plus fortement retenue. Ces espaces de faible diamètre contiennent la réserve hydrique de la plante. Un substrat de texture très fine possède plus de micropores et retient l'eau plus fortement. Ce milieu de forte capillarité sera humide et peu aéré. Un équilibre entre la proportion de micropores et de macropores est donc idéal. La stabilité du substrat est aussi une caractéristique recherchée. Ainsi, un substrat qui ne se tasse pas avec le temps semble plus intéressant, de même qu'un volume racinaire physiquement homogène. Du point de vue chimique, on vise à ce que l'alimentation des plants soit assurée par la solution nutritive, et non par le substrat (Vitre, 2003). Les substrats inertes, dont la capacité d'échange est nulle ou faible et de ph stable, sont conseillés. La laine de roche, par exemple, est inerte au niveau du ph et de la capacité d'échange cationique, ce qui signifie qu'il y a peu de réactions chimiques entre celle-ci et la solution qui la mouille. De plus, puisqu'elle ne libère aucun élément fertilisant, on peut dire qu'elle possède une stabilité chimique totale. Les substrats organiques, comme la tourbe ou la fibre de coco, sont normalement stables le temps d'une culture (Vitre, 2003). Finalement, une inertie biologique (substrat stérile de toute vie biologique), ainsi que l'absence de germes pathogènes seraient souhaitables, mais puisque cette inertie est pratiquement impossible à atteindre, il semble préférable d'ajouter au substrat des microorganismes désirables afin d'occuper les niches microbiennes et d'éviter les infestations par des agents pathogènes. Il semble donc intéressant, selon Cheuk et coll. (2003), d'ajouter du compost au mélange puisque celui-ci procure un habitat pour les micro-organismes favorables et peut donc permettre de diminuer les risques de maladies des plantes. Les propriétés physiques d'un substrat influencent sa courbe de rétention en eau, c'est-àdire l'évolution de sa teneur en eau volumique en fonction de son potentiel matriciel. La forme de cette relation constitue une caractéristique spécifique à un type de sol. Sur cette courbe, on identifie les points suivants; saturation, capacité en bac, flétrissement temporaire et flétrissement permanent (figure i). La différence entre la teneur en eau à saturation (6 S ) et celle à capacité en bac (0 c ) représente l'aération du substrat après drainage. Cette quantité

12 d'air (6 a ) contenue à l'intérieur du substrat est importante afin d'éviter l'asphyxie des racines. Pour sa part, la différence entre la teneur en eau à capacité en bac (6 C ) et celle au point de flétrissement temporaire (6ft) représente la quantité d'eau facilement disponible à la plante, soit la réserve facilement utilisable (RFU). Cette réserve en eau utile permet à la plante de subvenir à ses besoins entre chaque irrigation. Afin de maintenir des niveaux d'humidité et d'aération adéquats pour la plante, le potentiel matriciel doit se situer dans cet intervalle, entre le point de flétrissement temporaire et celui de capacité en pot. Plus l'eau est retenue fortement par le substrat (potentiel matriciel faible), plus la plante doit dépenser d'énergie pour aller puiser cette eau. Cette énergie, fournie sous forme d'atp, permet l'absorption sélective d'ions par la racine et la création d'un gradient de concentration grâce auquel l'eau du sol sera absorbée. Ainsi, cette partie de l'énergie de la plante qui est utilisée pour l'absorption de l'eau pourrait autrement servir à la production de matière sèche (De Boodt et Verdonck, 1972). Sous des potentiels matriciels inférieurs au point de flétrissement temporaire, la plante est soumise à un stress hydrique, lequel se traduit habituellement par des effets négatifs sur la croissance et la production. Comme la courbe de rétention en eau varie selon le substrat, différentes valeurs sont citées dans la littérature. Selon De Boodt et Verdonck (1972), la réserve en eau facilement utilisable idéale pour la production de plantes ornementales se situe entre 0,20 et 0,30 cm 3 /cm 3 en terme de volume. Pour sa part, le volume d'air présent pour des conditions optimales de croissance devrait être de 0,20 cm 3 /cm 3 (Verdonck et coll., 1983). Pour les substrats en contenants, on estime que leur teneur en eau à capacité de rétention en bac est la teneur en eau correspondant à une tension égale à la moitié de la hauteur du substrat. Par exemple, pour un pot de 20 cm de hauteur, la teneur en eau 9 C sera celle correspondant à un potentiel matriciel de l'eau du sol de -10 cm. Les points de flétrissement temporaire (9f t ) et permanent (8f P ) sont estimés à -50 cm et -100 cm respectivement pour les milieux artificiels (Caron, 2002). Cependant, en plus de varier en fonction du substrat, les points de flétrissement varient aussi en fonction de la plante, puisque leur capacité à puiser l'eau ou à résister à la sécheresse est variable (Duval, 1993). Ainsi, différents intervalles de tension idéaux sont suggérés dans la littérature, soit moins de 100 cm pour des plantes ornementales (De Boodt et Verdonck 1972), entre 60 cm et 100 cm dans des sols riches en matière organique (Frenz et Lechl, 1981), et entre 10 et 40 cm d'eau pour le chrysanthème (Lieth et Burger, 1989).

13 1 -je: ^- 0s o 0,8 \ 9c v a 1 ro CD c 0,6 0,4 \ ' \ RFU o n o o 4 1 " - r~ ~~~ i Potentiel matriciel (cm) i. i 9fp i i i Figure i. Allure générale d'une courbe de rétention en eau. De Boodt et Verdonck (1972) ont tracé les courbes de rétention en eau de différents substrats utilisés en horticulture ornementale, ainsi que l'intervalle à l'intérieur duquel un substrat idéal devrait se situer. Ces courbes peuvent aider à déterminer avec quel matériel mélanger un substrat dont la rétention en eau n'est pas idéale, afin que sa courbe de rétention se rapproche le plus possible de cette courbe idéale. EFFET DU STRESS HYDRIQUE OU ANOXIQUE SUR LA PLANTE L'eau présente dans le substrat est soumise à différentes forces, principalement le potentiel de pression, le potentiel de gravité et le potentiel chimique (Musy et Soutter, 1991). Lorsque l'eau est située en dessous d'une surface d'eau libre, sa pression est supérieure à la pression atmosphérique, et lorsqu'elle est soumise à des forces de capillarité ou d'adsorption, sa pression est inférieure à cette valeur. La pression atmosphérique est souvent utilisée comme pression de référence et est fixée à zéro. Ainsi, si l'eau est soumise à une pression hydrostatique, son potentiel de pression est positif, et si elle est sous tension, son potentiel de pression est négatif. On parle de potentiel matriciel lorsque le potentiel de pression négatif est dû à la matrice solide du sol ou du substrat. Pour sa part, le potentiel de

14 gravité est positif lorsque l'eau se trouve à une altitude supérieure à celle du système de référence et négatif dans le cas contraire. C'est ce potentiel qui est responsable du drainage de l'eau après une irrigation. Le potentiel chimique exprime la diminution de la capacité de travail des molécules d'eau de la solution au point du sol considéré, par comparaison avec celle d'une eau pure (Musy et Soutter, 1991). Dans le cas des échanges entre le sol et la plante, on parle plutôt de potentiel osmotique. L'ensemble de ces potentiels de la solution du sol influence son comportement. Ainsi, dans le substrat, seulement une partie de l'eau présente est disponible pour la plante. Une certaine quantité d'eau sera fortement sorbée à l'intérieur des micropores du substrat et une autre sera sorbée moins fortement dans les macropores. L'excédent d'eau que le substrat n'est pas en mesure de retenir sera drainé par gravité. Ainsi, la réserve en eau facilement utilisable devra être suffisante pour subvenir aux besoins de la plante, et la salinité devra ne pas y être trop élevée. Pour que la solution du sol puisse pénétrer dans la plante, son potentiel doit être plus élevé que celui de la sève à l'intérieur des racines. La diminution du potentiel à l'intérieur des racines peut se faire de façon passive suite à la transpiration de la plante ou de façon active par la création d'un gradient de potentiel osmotique lorsque la transpiration est lente (Kramer et Boyer, 1995). La transpiration est un phénomène important qui contrôle principalement l'absorption de la solution nutritive et son ascension dans la plante. Le taux de transpiration (mole d'eau/m 2 s) est défini par : T = C -C r f où Cf et C O ir sont la concentration de vapeur à la surface d'évaporation dans la feuille et dans l'air respectivement (mole/mole), et r/ et r air sont la résistance à la diffusion de la vapeur dans la feuille et dans l'air respectivement (s-m 2 /mol). La transpiration dépendra ainsi à la fois des conditions environnementales et de la morphologie de la plante. Lors de journées chaudes, la transpiration peut provoquer le flétrissement temporaire de la plante à mesure que le sol s'assèche, puis le flétrissement permanent peut s'ensuivre si aucune irrigation n'est apportée. L'irrigation doit donc répondre aux besoins de la plante en fonction des conditions climatiques afin de maintenir des conditions favorables à sa croissance.

15 Un substrat de culture et une irrigation inadéquats peuvent entraîner un stress hydrique ou un stress anoxique chez la plante. Par exemple, il reste très peu d'eau disponible à la plante dans un substrat tourbeux une fois les larges pores drainés, et un stress hydrique se développe rapidement (Papadopoulos et coll., 1992). Si l'irrigation est trop fréquente, cependant, un stress d'aération se développe. De plus, un changement soudain du potentiel hydrique de l'environnement racinaire affecte le statut hydrique de la plante (Van de Sanden et Uittien, 1995). Un stress hydrique a un effet sur la croissance de la plante. Sous un stress hydrique modéré, la photosynthèse est ralentie parce que le mouvement des gaz à travers les stomates est restreint (Benton Jones, 1999). En plus d'une diminution de la photosynthèse, d'autres effets peuvent aussi être observés lorsqu'il y a stress hydrique, tels que la fermeture des stomates et la diminution de la transpiration (Duval, 1993). Les fruits sont aussi affectés par la régie d'irrigation (Chrétien et coll., 2000; Dorais et coll., 2001a). En effet, une régie plus sèche augmente la présence de pourriture apicale (Waister et Hudson, 1970) et une faible fréquence d'irrigation favorise le fendillement des fruits (Abbott et coll., 1986). De plus, une étude réalisée avec une variété de tomate à croissance déterminée a démontré que le stade de croissance de la plante auquel un stress hydrique se produit influence plus fortement le rendement vendable et la qualité des fruits que l'ampleur du stress (Nuruddin et coll., 2003). En effet, un stress hydrique pendant les stades de croissance et de mûrissement des fruits ou à partir de la floraison jusqu'au mûrissement réduit le rendement vendable et augmente les solides solubles du fruit et la couleur, comparativement à un stress hydrique seulement pendant la période de floraison et de formation des fruits. La croissance générative de la plante est donc affectée par son statut hydrique.

16 1,25 Seuil d'irrigation Zone optimale ro Zone de stress hydrique 1,25 1 0,75 0,5 0,25 Fraction disponible de l'eau du sol Figure ii. Exemple de l'évolution des paramètres physiologiques de la plante en fonction de l'eau disponible dans le substrat. Plusieurs paramètres physiologiques des plantes ont été étudiés en fonction de l'eau disponible dans le sol. En effet, la relation entre le rapport évaporation réelle/potentielle et le pourcentage d'eau extractible du sol varie selon la plante étudiée et selon l'évaporation potentielle (Ritchie, 1973). D'autres chercheurs ont illustré la relation entre la transpiration du soya et la fraction disponible de l'eau du sol (Sinclair et coll., 1998). L'allure de cette relation indique la présence d'une zone d'asphyxie, d'une zone optimale où la transpiration est maximale ainsi que d'une zone de stress hydrique (figure ii). Le même type de relation a été observée sur Prunus par Caron et coll. (1998) pour le potentiel hydrique du xylème de la plante et le potentiel à l'interface sol-racine en fonction du potentiel de l'eau du sol. Cependant, la zone d'asphyxie est plus ou moins présente selon le type de substrat étudié. Puisqu'une quantité trop faible ou trop élevée d'eau disponible dans le substrat entraîne une baisse des performances de la plante, la régie d'irrigation doit être gérée de façon très précise afin de correspondre à la zone optimale de confort pour la plante.

17 10 RÉGIE D'IRRIGA TION Les préoccupations environnementales grandissantes orientent la population vers des efforts d'économie de l'eau et de réduction de la pollution. La production en serre est une industrie où des quantités importantes d'eau et de fertilisants sont rejetées dans l'environnement, ces quantités pouvant atteindre L/ha par jour pour la tomate en période estivale (Fricke, 1998). Cependant, depuis plusieurs années, les producteurs s'intéressent à des techniques d'irrigation plus respectueuses de l'environnement. En production de tomate sous serre, l'irrigation par goutteurs est très répandue. Avec ce type d'irrigation, l'eau de drainage n'est habituellement pas récupérée suite à des contraintes de désinfection. Cependant, les systèmes de recirculation de la solution nutritive sont de plus en plus populaires et permettent de diminuer les quantités de solution nutritive rejetées dans l'environnement. De plus, différentes techniques d'irrigation sont étudiées afin de réduire les quantités d'eau utilisées et lessivées. Ces techniques doivent cependant permettre d'obtenir des rendements intéressants, puisque la régie d'irrigation influence les performances du substrat utilisé. Des travaux réalisés en milieu commercial ont permis d'évaluer la performance de différents outils de régie d'irrigation, soit le potentiel matriciel du substrat mesuré par tensiomètre, le contenu en eau volumique mesuré par réflectométrie métallique (TDR), la masse d'eau dans le substrat mesurée par cellule de charge et la température de la canopée mesurée par un capteur de rayons infra-rouges, pour des substrats de sciure, de mélange (70 % sciure et 30 % fibre de bois) et de laine de roche (Dorais et coll., 2005). Les résultats ont démontré pour la culture d'hiver des corrélations significatives entre le TDR, la cellule de charge et le tensiomètre. Pour la culture d'été, la corrélation entre le potentiel matriciel et la teneur en eau volumique était significative seulement pour les substrats à base de sciure. Les relations entre les différentes méthodes différèrent donc selon le substrat de culture, principalement à cause des différences au niveau des courbes de désorption des différents substrats et d'un important phénomène d'hystérèse (différence entre la courbe de drainage et celle d'humectation). En effet, de faibles variations 'du contenu en eau volumique résultent parfois en d'importants changements au niveau du potentiel matriciel.

18 11 Ainsi, une régie d'irrigation basée sur le contenu en eau volumique ne correspond pas nécessairement aux besoins de la plante puisque cette eau peut être difficile à prélever lorsqu'elle est retenue fortement par le substrat. L'utilisation de tensiomètres pour gérer l'irrigation en fonction du potentiel matriciel du substrat semble, pour sa part, une méthode intéressante. De nombreuses recherches portent sur des régies d'irrigation par tensiomètre (Frenz et Lechl 1981; Michelakis et Chartzoulakis 1988; Norrie et coll., 1995; Xu et coll., 1995). Selon Papadopoulos et coll. (1992), une régie d'irrigation par tensiomètre en milieu tourbeux a permis d'obtenir des rendements finaux comparables à ceux de la laine de roche, avec l'avantage d'une réduction d'utilisation de l'eau et des fertilisants (économies d'eau de 20, 23 et 13 %). Lieth et Burger (1989) ont aussi observé qu'une régie par tensiomètres diminue de 76 à 92 % les quantités d'eau utilisées par rapport à une régie par minuterie. Avec cette régie, différentes consignes de départ et d'arrêt de l'irrigation ont aussi été étudiées. Pour la tomate de serre cultivée en sol, un rendement supérieur a été obtenu pour un départ de l'irrigation à un potentiel matriciel de -60 cm comparativement à -140 cm (Frenz et Lechl, 1981). Cependant, dans d'autres études, aucune différence significative n'a été observée entre les rendements en sol lorsque les seuils d'irrigation variaient de cm à -200 cm avant le début de la nouaison des fruits et de cm à -100 cm après le début de la nouaison des fruits (Michelakis et Chartzoulakis 1988) ou en sacs de tourbe lorsque les seuils d'irrigation variaient de -45 cm à -65 cm (Norrie et coll., 1995). La différence entre les consignes comparées était peut-être trop faible pour qu'une différence puisse être observée. En effet, une expérience a démontré que lorsque le potentiel de la consigne de départ d'irrigation n'est pas assez faible pour produire un stress hydrique, le rendement n'est pas affecté (Pascual et coll., 2000). Waister et Hudson (1970) ont observé qu'un substrat (loam sableux) maintenu plus sec entre les irrigations entraînait une diminution du rendement en fruits de la tomate de serre. Lors d'une expérience portant sur le chrysanthème cultivé en pot dans un mélange de sciure, tourbe et sable, Lieth et Burger (1989) ont cependant observé que des tensions élevées (potentiel matriciel moyen de -55,5 à -84,0 cm) favorisaient la croissance reproductive par rapport à la croissance végétative des plants. Aussi, Duval (1993) a observé qu'une tension matricielle d'arrêt de l'irrigation élevée (30 cm d'eau) entraîne une hausse de la conductivité électrique de la solution du substrat, et certaines études démontrent l'effet néfaste d'une conductivité électrique élevée

19 12 sur le statut hydrique de la plante et sur son rendement (Ben-Gai et Shani, 2003; Norrie et coll., 1995; Van de Sanden et Uittien, 1995). De plus, Duval (1993) suggère un départ de l'irrigation à une tension de 80 cm d'eau et l'arrêt à 0 cm d'eau pour la tomate de serre cultivée sur un substrat tourbeux. Les consignes de départ et d'arrêt de l'irrigation d'une régie par tensiomètre influenceront les quantités d'eau appliquées, ainsi que le rendement. Certaines recherches ont démontré que l'augmentation des quantités d'eau d'irrigation apportées résulte en des rendements plus élevés (Frenz et Lechl, 1981; Tûzel et coll., 1994), même si des effets adverses ont été détectés sur la qualité des fruits (Dorais et coll., 2001b; Tûzel et coll., 1994). Une autre régie d'irrigation qui semble avantageuse du point de vue environnemental est la subirrigation. En effet, Incrocci et coll. (2006) ont observé une meilleure efficacité d'utilisation de l'eau, des quantités d'eau nécessaires plus faibles et un lessivage moindre en subirrigation plutôt qu'en irrigation avec goutteurs pour des systèmes avec recirculation de la solution nutritive. Lors de cette expérience, les plants ont été cultivés dans un mélange de tourbe et de perlite pendant 13 semaines. La conductivité électrique de l'eau de lessivage a été plus élevée pour le traitement irrigué par goutteurs, tandis que dans le traitement en subirrigation, le mouvement de la solution nutritive vers le haut a causé une augmentation de la salinité dans la région supérieure du substrat. Finalement, les quantités d'eau consommées par les plantes et les rendements en fruits ont été semblables pour ces deux régies d'irrigation. OBJECTIF La présente expérience porte sur l'adaptation de l'irrigation à un substrat organique potentiellement intéressant au Québec dans le but d'améliorer les rendements en fruits de la tomate de serre. Suite à certains résultats de recherche qui démontrent le potentiel d'utilisation d'un mélange de 70 % de sciure d'épinette blanche et de 30 % de tourbe de sphaigne brune en remplacement de la laine de roche pour la culture de la tomate de serre au Québec, ce substrat a retenu l'attention. Différentes régies d'irrigations pour ce substrat ont donc été étudiées. Le prochain chapitre portera sur cet aspect.

20 13 REFERENCES Abbott, J.D., M.M. Peet, D.H. Willits, D.C. Sanders et R.E. Gough Effects of irrigation frequency and scheduling on fruit production and radial fruit cracking in greenhouse tomatoes in soil beds and in a soil-less médium bags. Scientia Horticulturae, 28: Allaire, S.E., J. Caron, C. Ménard et M. Dorais Potential replacements for rockwool as growing substrate for greenhouse tomato. Canadian Journal ofsoil Science, 85: Ben-Gai, A. et U. Shani Water use and yield of tomatoes under limited water and excessboron. Plant and Soil, 256: Benton Jones, J.Jr Tomato plant culture : In the fïeld, greenhouse, and home garden. Boca Raton: CRC Press. 199 p. Caron, J., H.L. Xu, P.Y. Bernier, I. Duchesne et P. Tardif Water availability in three artificial substrates during Prunus xcistena growth : Variable threshold values. Journal of the American Society for Horticullural Science, 123(5): Caron, J Notes de cours : Physique et hydrodynamique des sols. Université Laval. Cheuk, W., K.V. Lo et B. Fraser Use of composted greenhouse waste as a growing médium component will contribute to a sustainable waste management solution for vegetable greenhouses. Biological Agriculture and Horticulture, 21: Chrétien, S., A. Gosselin et M. Dorais High electrical conductivity and radiationbased water management improve fruit quality of greenhouse tomatoes grown in rockwool. HortScience, 35(4): De Boodt, M. et O. Verdonck The physical properties of the substrates in horticulture. Acta Horticulturae, 26: De Rouin, N Étude de l'influence des propriétés physiques des substrats artificiels sur la croissance et le développement de la tomate de serre. Mémoire. Université Laval. 37 p. Dorais, M., A.P. Papadopoulos et A. Gosselin. 2001a. Influence of electric conductivity management on greenhouse tomato yield and fruit quality. Agronomie, 21: Dorais, M., A.P. Papadopoulos et A. Gosselin. 2001b. Greenhouse tomato fruit quality: the influence of environmental and cultural factors. Horticultural Reviews, 26:

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22 15 Norrie, J., M. E. D. Graham, J. Charbonneau et A. Gosselin Impact of irrigation management of greenhouse tomato : Yield, nutrition, and salinity of peat substrate. Canadian Journal of Plant Science, 75: Nuruddin, M.Md., C.A. Madramootoo et G.T. Dodds Effects of water stress at différent growth stages on greenhouse tomato yield and quality. HortScience, 38(7): Papadopoulos, A. P., M. E. D. Graham et B. Ancil On-line matric potential sensors for irrigation control in peat-based soil-less média. Acta Horticulturae, 304: Pascual, B., J. V. Maroto, A. Sanbautista, S. Lopez-Galarza et J. Alagarda Influence of watering on the yield and cracking of cherry, fresh-market and processing tomatoes. Journal of Horticultural Science & Biotechnology, 75(2): Peet, M.M. et G. Welles Greenhouse tomato production in Tomatoes. Edited by E. Heuvelink. CABI Publishing. 339 p. Ritchie, J.T Influence of soil water status and meteorological conditions on evaporation from a corn canopy. Agronomy Journal, 65: Salter, P.J The effects of différent water-regimes on the growth of plants under glass. I. Experiments with Lycopersicon esculentum Mill. Journal of Horticultural Science, 29: Sinclair, T.R., L.C. Hammond et J. Harrison Extractable soil water and transpiration rate of soybean on sandy soils. Agronomy Journal, 90: Statistique Canada Les industries des cultures de serre, des gazonnières et des pépinières. N XIB au catalogue. Tiizel, Y., M.A. Ul et I.H. Tiizel Effects of différent irrigation intervais and rates on spring season glasshouse tomato production: II. Fruit quality. Acta Horticulturae, 366: Van de Sanden, P.A.CM. et J.J. Uittien Root environment water potential and tomato fruit growth. Acta Horticulturae, 401: Verdonck, O., R. Penninck et M. De Boodt The physical properties of différent horticultural substrates. Acta Horticulturae, 150: Vitre, A Consultant en serriculture, France.. Fondements et principes du hors-sol. Agri-réseau : Doc V 3.1 HRS 12 Ind A. 10 p. 34

23 16 Waister, P.D. et J.P. Hudson Effects of soil moisture régimes on leaf water déficit, transpiration and yield of tomatoes. Journal of Horticultural Science, 45: Xu, H.L., L. Gauthier et A. Gosselin Effects of fertigation management on growth and photosynthesis of tomato plants grown in peat, rockwool and NFT. Scientia Horticulturae, 63:

24 CHAPITRE II : EFFET DE LA REGIE D'IRRIGATION SUR LE RENDEMENT DE LA TOMATE DE SERRE CULTIVÉE EN MÉLANGE SCIURE-TOURBE

25 18 INTRODUCTION La tomate est le légume le plus important au monde (Krauss et coll., 2006) et une quantité considérable en est produite chaque année, soit plus de 123 millions de tonnes en 2004 (FAO 2006). En Amérique du Nord et en Europe, la tomate de serre est surtout cultivée dans la laine de roche. Ce substrat de culture d'origine inorganique est cependant dispendieux et génère des quantités importantes de déchets. De plus, à certains endroits comme aux États-Unis, les producteurs voulant que leurs produits soient certifiés biologiques doivent obligatoirement cultiver leurs plants dans un substrat organique. L'intérêt pour des systèmes de production durable est donc grandissant. Ainsi, à cause de considérations environnementales et de la pression des consommateurs, la tendance mondiale s'oriente vers des substrats organiques en remplacement de la laine de roche. Par conséquent, de nouveaux substrats de culture sont de plus en plus étudiés. Au cours des dernières années, certaines études ont porté sur des substrats de culture à base de tourbe, de sciure, de copeaux ou d'écorce pour la production de tomates de serre (Allaire et coll., 2004; Allaire et coll., 2005; Desbiens 2004; Dorais et coll., 2005; Juneau et coll., 2006). L'étude des matériaux découlant de l'industrie forestière ne date pas seulement des dernières années (Adamson et Maas, 1971; Adamson et Maas, 1976; Haynes et Goh, 1978; Starck et Okruszko, 1984). Ces sous-produits sont dégradables, peu dispendieux et facilement disponibles au Canada, aux États-Unis ainsi qu'en Europe du Nord. Cependant, les propriétés physico-chimiques de ces différents produits sont très variables. En effet, les sous-produits évoluent ainsi que le traitement secondaire qu'on fait subir aux biomasses, ce qui fait que les substrats qui en résulteront évolueront avec ces changements industriels. Ces propriétés doivent donc être connues afin de sélectionner les produits idéaux et de créer les mélanges qui offriront une bonne rétention en eau et une aération adéquate pour la plante, tout en offrant une stabilité acceptable dans le temps. Desbiens (2004) a étudié les propriétés de tourbe de sphaigne brune, d'écorces de pin et de sapin baumier compostées de différentes granulométries, de sciures de pin blanc, de cèdre jaune et d'épinette blanche de granulométrie inférieure à 6 mm, ainsi que celles de différents mélanges de tourbe et d'écorces. De tous les substrats étudiés, la sciure d'épinette blanche et la tourbe de sphaigne brune semblaient les deux plus prometteurs pour remplacer la laine de roche au Québec. En

26 19 effet, la sciure d'épinette blanche est un sous-produit de l'industrie forestière facilement disponible et abondant au Québec, pouvant être utilisé comme substrat organique dégradable. La tourbe brune, pour sa part, est une tourbe de niveau de décomposition plus élevé et de moindre qualité pour l'industrie horticole que la tourbe blonde. Son utilisation ne nécessite donc pas l'ouverture de nouvelles tourbières, mais permet plutôt d'utiliser la tourbe délaissée par l'industrie. D'après les résultats de Juneau et coll. (2006), un mélange de sciure et de tourbe brune en proportion 2 :1 semble intéressant pour la culture de la tomate de serre puisqu'il a permis d'obtenir des rendements équivalents à ceux de la laine de roche. Ce mélange de sciure et de tourbe possède des propriétés physiques adéquates pour la culture de la tomate de serre, une plante très sensible au stress hydrique (Waister et Hudson, 1970). En effet, l'ajout de tourbe à la sciure permet d'en améliorer la réserve en eau utile, laquelle a été reliée aux performances de substrats grossiers par Allaire et coll. (2005). Pour un substrat hors-sol idéal, De Boodt et Verdonck (1972) suggèrent entre 0,20 et 0,30 cmvcm 3 d'eau facilement disponible et une porosité d'air entre 0,20 et 0,30 cm 3 /cm 3 à un potentiel de -1 kpa, ce qui correspond à ce que Guttormsen (1974a) suggère, soit entre 0,20 et 0,30 cm 3 /cm 3 de porosité d'air pour la tomate de serre précisément. De plus, Juneau et coll. (2006) recommandent un maximum de 30 % de tourbe dans le mélange afin de conserver des propriétés d'aération adéquates pour la culture de la tomate. Un tel mélange semble donc une bonne alternative à la laine de roche. Cependant, l'irrigation de ce substrat n'a pas encore été étudiée, et une irrigation adaptée pourrait probablement permettre d'améliorer les rendements obtenus. En effet, les résultats d'une étude réalisée par Allaire et coll. (2004) sur différents milieux de culture indiquent que si l'irrigation était ajustée aux propriétés physiques des substrats, alors différents matériaux organiques recyclés avec des particules de formes et granulométries différentes peuvent être utilisés pour la production de la tomate de serre. L'irrigation de la tomate se fait principalement par goutteurs (Ctifl, 1995; Johnstone et coll., 2005; Michelakis et Chartzoulakis, 1988), et celle-ci peut être gérée de différentes façons. En serre, l'irrigation est souvent contrôlée par minuterie et/ou en fonction de la

27 20 radiation solaire. D'autres paramètres peuvent aussi être utilisés pour le contrôle de l'irrigation, comme l'évaporation (Guttormsen, 1974b; Mahajan et Singh, 2006), le diamètre de tige indiquant le niveau de turgescence de la plante (Ctifl, 1995), le contenu en eau volumique ou la température de la voûte foliaire (Dorais et coll., 2005), et aussi le potentiel matriciel du substrat (Frenz et Lechl, 1981; Norrie et coll., 1995). L'irrigation en fonction du potentiel matriciel est étudiée depuis longtemps (Salter, 1954) et son étude se poursuit afin de l'améliorer et de l'adapter à de nouveaux substrats de culture. Selon Van Der Veken et coll. (1982), ce type de régie d'irrigation peut permettre d'obtenir de meilleurs rendements qu'une régie par minuterie. Les potentiels matriciels qu'il a vérifiés, en sol argileux, correspondaient à -80 cm et -158 cm, et aucune différence de rendement n'a été observée entre ces deux valeurs. Ainsi, plusieurs des expériences portant sur les régies à potentiel matriciel variable comparaient différentes consignes d'irrigation, variant de façon plus ou moins importante. Waister et Hudson (1970) ont observé qu'un régime hydrique plus sec en loam sableux diminuait le rendement en fruits de la tomate. De plus, ils ont observé qu'un rendement maximal était atteint seulement lorsque le sol était gardé près de la capacité au champ. Similairement, pour une régie d'irrigation à potentiels matriciels variables, Frenz et Lechl (1981) ont observé une chute de rendement avec la diminution du potentiel matriciel pour des sols riches en matière organique. En effet, des succions de 220 et 300 cm d'eau ont donné des rendements plus faibles que des succions de 60 et 140 cm d'eau. Xu et coll. (1995) ont aussi obtenu des résultats semblables en sacs de 24 litres de tourbe et perlite (70:30 v/v) avec une diminution du rendement en fruits pour un potentiel matriciel du départ de l'irrigation à -90 cm comparativement à -50 cm. Cependant, dans certains cas, aucune différence significative n'a été observée entre les rendements. Par exemple, Norrie et coll. (1995) ont observé des rendements équivalents pour des potentiels de départ de -45 cm et -65 cm en substrat tourbeux. La différence entre les consignes comparées était peut-être trop faible pour qu'une différence puisse être observée. De plus, dans les cas où des baisses de rendement ont été observées, on ne sait pas si elles sont attribuables à l'ampleur de la variation du potentiel matriciel ou au potentiel matriciel moyen maintenu à l'intérieur du substrat. En effet, les résultats de certaines études laissent croire qu'une régie à potentiel matriciel plus constant permettrait d'atteindre de meilleurs rendements qu'une régie variable (Juneau et coll., 2006; Waister et Hudson, 1970). Par

28 21 exemple, l'expérience de Juneau et coll. (2006) démontre un rendement pour la tomate cultivée sur un substrat de sciure plus élevé pour un système à potentiel matriciel constant (remontée capillaire) que pour un système d'irrigation par minuterie et radiation solaire (potentiel variable). Un avantage du système à potentiel matriciel constant est la récupération d'une partie de l'eau de drainage. Cette eau chargée en fertilisants contribue à la contamination des sols et de la nappe phréatique lorsqu'elle est rejetée dans l'environnement. De plus, un volume d'eau moins important à traiter en recirculation présente un avantage économique important pour les producteurs. Ainsi, l'industrie serricole s'intéresse de plus en plus, pour des raisons environnementales, à la recirculation de l'eau de drainage. De plus, l'eau est une ressource limitée dans certains pays. Une diminution des quantités d'eau et de fertilisants nécessaires offre donc un avantage économique et environnemental. Ainsi, selon Lieth et Burger (1989), une régie par tensiomètres aurait l'avantage de diminuer les quantités d'eau utilisées par rapport à une régie par minuterie. L'objectif de cette recherche est donc de déterminer la régie d'irrigation permettant d'obtenir les meilleurs rendements et économies d'eau pour un mélange de sciure d'épinette blanche et de tourbe, tout en favorisant une qualité des fruits élevée à moindre coût. Cette recherche vise aussi à vérifier les hypothèses suivantes: l)une régie d'irrigation à potentiel matriciel variable par tensiomètre ou à potentiel matriciel constant par remontée capillaire, pour la tomate de serre cultivée dans un substrat sciure/tourbe (2 : 1) permet d'obtenir un rendement en fruits plus élevé qu'un même substrat irrigué par minuterie et radiation solaire; 2) une régie d'irrigation adaptée au mélange sciure-tourbe permet d'obtenir des rendements plus élevés que la laine de roche irriguée par minuterie et radiation solaire. Pour ce faire, quatre différentes régies d'irrigation du mélange sciuretourbe ont été comparées à la laine de roche irriguée par minuterie en fonction de la radiation solaire.

29 22 MATÉRIEL ET MÉTHODES Substrat de culture Le substrat utilisé était un mélange de deux parts de sciure d'épinette blanche {Picea glauca [Moench] Voss.) tamisée à 6 mm et d'une part de tourbe de sphaigne brune non tamisée (H4-H5 sur l'échelle von Post). Un peu de compost (fumier de bovin, de porc sur litière et de poule, Les Composts du Québec Inc., Québec, Canada) a été ajouté au mélange (8 % du volume total). Le ph de la tourbe a été ajusté à 5,5 par l'ajout de chaux calcique finement moulue (4,6 g/l de tourbe). La chaux a été mélangée à la tourbe pendant 5 minutes dans un baril rotatif. La sciure et le compost ont ensuite été ajoutés et mélangés pendant 15 minutes supplémentaires. La distribution des dimensions des particules du mélange et de ses composants mesurée après un tamisage d'une minute est présentée au tableau 1. Deux types de bacs de plastique ont été utilisés : des bacs conventionnels d'une capacité de 14,5 litres (40x28x13 cm) et des bacs modifiés d'une capacité de 13,1 litres (39x28x12 cm) comportant une réserve d'eau. Un feutre au fond de ce bac permettait la remontée de l'eau par capillarité des réserves vers le substrat, et une plaquette perforée se trouvait sous le feutre afin de permettre la circulation de l'air. Un matériel antiracinaire tapissait l'intérieur du bac afin d'éviter que les racines pénètrent dans le feutre. Les deux types de bacs comportaient quatre trous de drainage, situés dans les coins inférieurs pour les bacs conventionnels et au bas des deux extrémités pour les bacs modifiés. Des pains de laine de roche Master Dry (Agro Dynamics, ON, Canada) de 50x24x10 cm ont été utilisés comme substrat témoin. Les courbes de rétention en eau (relation entre le potentiel matriciel et la teneur en eau) des substrats de départ ont été déterminées à partir des mesures de teneur en eau par réflectométrie métallique (TDR) à la mi-hauteur du substrat sur des échantillons placés sur une table de tension (Paquet et coll., 1993). Pour le mélange sciure-tourbe, les lectures de constantes diélectriques (Ka) du réflectomètre métallique ont été converties en teneur en eau volumique (9) en utilisant l'équation de Paquet et coll. (1993) lorsque Ka< 55 : 0 = -0, ,0425 Ka - 0, Ka 2 + 0, Ka 3