Rappel des principes généraux sur la fertilisation des plants en pépinière forestière

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1 Rappel des principes généraux sur la fertilisation des plants en pépinière forestière Mohammed S. Lamhamedi Diplôme ing. agr., ing. f., M.Sc., Ph.D. Direction de la recherche forestière (DRF) Ministère des Ressources naturelles et de la Faune du Québec Formation sur la nutrition minérale dédiée aux pépinières forestières du Québec 15 avril 2009, Salle A-201 Atrium, Québec Gouvernement du Québec, 2009

2 Optimisation de la fertilisation La qualité de l eau d irrigation: ph, carbonates et bicarbonates, salinité, richesse en éléments minéraux, etc. ; Les propriétés physico-chimiques du substrat: texture, structure, ph, CEC, capacité de rétention en eau, aération, etc. ; Les différentes phases de croissance des plants spécifiques à chaque essence: germination, croissance exponentielle, endurcissement et préconditionnement au stress hydrique ;

3 Optimisation de la fertilisation L évolution de la fertilité du substrat en relation avec les phases de croissance et les variations des teneurs en eau du substrat (fréquences d irrigation et précipitations); Le contrôle des principales étapes reliées à la fertilisation; Le lessivage induit par l irrigation et les précipitations: pertes en éléments nutritifs et possibilités de pollution de la nappe phréatique àlong terme;

4 Optimisation de la fertilisation Le coût des fertilisants; L effet de la fertilisation sur la qualité morpho-physiologique des plants en pépinière en relation avec leur performance en site de reboisement (survie et amélioration de la croissance initiale).

5 Rappel Capacité d échange cationique (CEC) Ion: Peut-être un cation ou un anion; Cation: Charge positive (Mg 2+, NH 4+,K + Ca 2+, H +, etc.); Anion: Charge négative (NO 3-, H 2 PO 4-, SO 4 2-, etc.).

6 Capacité d échange cationique (CEC) La CEC est la capacité d un substrat à retenir et échanger des cations. La force de la charge positive, variable selon le cation, permet à ce dernier d en remplacer un autre sur une particule du substrat chargée négativement (unité: meq/100 g ou meq/unité de volume). H + Ca 2+ K + NO H NH 4 + Mg 2+

7 Avant Na + H + Excès d eau: Irrigation & Précipitations H + H + H + H + H + H + H+ H + H + H + H + H + H + H + H + H+ H + H+ Ca 2+ Ca 2+ Particule du substrat Mg 2+ K + Ca 2+ K + H + Mg 2+ Ca 2+ Na + NH 4 + Ca 2+ Après H + H + Na + Ca 2+ Ca 2+ Ca 2+ Mg 2+ H + NH + 4 K + H + H + K + Lessivage H + H + H + H + H + H + Mg 2+ H + Particule du substrat H + H + H + H + H + H + H + H + H + H + Na +

8 ph: Eau d irrigation ou du substrat de croissance La proportion et la concentration des ions H + et OH - détermine si la solution est acide, basique (alcaline) ou neutre: ph acide [H+] > [OH-] 0 à 6,9 ph basique [H+] < [OH-] 7,1 à 14 ph neutre [H+] = [OH-] 7

9 ph: Eau d irrigation ou du substrat de croissance ph = -log 10 [H + ], avec log 10 (10) = 1 Exemple: [H + ]=10-5 ; [H + ]=10-7 ph= -log 10 [10-5 ]= - (-5) * log 10 (10)= 5 ph= -log 10 [10-7 ]= - (-7) * log 10 (10)= 7

10 Mesure du ph: Eau ou CaCl 2 Avantages du ph mesuré au CaCl 2 Indépendant de la dilution dans une large proportion de rapports (sol- CaCl ) 2 Bonne approximation du ph dans des conditions naturelles Les résultats sont davantage reproductibles par rapport à ceux de la mesure du ph à l eau

11 Mesure du ph: Eau ou CaCl 2 Avantages du ph CaCl 2 La solution CaCl 2 0,01M possède une composition électrolytique semblable à celle de la solution du sol; La solution CaCl 2 masque la variabilité de la teneur des sols en sels; Le ph mesuré en solution CaCl 2 0,01M est inférieur d environ 0,5 unité au ph mesuré dans l eau (sol/eau: ½).

12 Rappel

13 13 Éléments essentiels Elément Symbole chimique % de la masse sèche du plant Masse atomique Masse équivalente * (équivalent) Azote Nitrate Ammonium Phosphore Phosphate Potassium Calcium Magnésium Soufre Sulfate N NO 3 - NH 4 + P H 2 PO 4 - K + Ca 2+ Mg 2+ S SO 4 2-1, ,2-1,0 0,5 0,2 0,1-14,0 62,0 18,0 31,0 97,0 39,1 40,1 24,3 32,1 96,0 4,7 62,0 18,0 10,3 97,0 39,1 20,0 12,2 8,0 48,0 * 1 eq = Masse atomique/valence (par exemple 1 eq SO 4 2- ) = 96/2 = 48

14 13 Éléments essentiels (suite) Elément Symbole chimique % de la masse sèche du plant Masse atomique Masse équivalente* Fer Manganèse Zinc Cuivre Bore Chlore Molybdène Fe 3+ Mn 2+ Zn 2+ Cu 2+ B 3+ Cl - Mo 2+ 0,01 0,005 0,002 0,0006 0,002 0,01 0, ,8 54,9 65,4 63,6 10,8 35,5 96,0 18,6 27,5 32,7 31,8 3,6 35,5 32,0

15 Absorption des éléments minéraux: Principaux facteurs Texture et structure (sol ou substrat) CEC Teneur en eau (irrigation, précipitations) Température du substrat (5 C) La salinité du substrat Variables environnementales: Température, humidité relative, DPV, vitesse du vent, etc. Croissance et architecture des racines Surface foliaire

16 Relation entre la croissance et la concentration dans les tissus des éléments minéraux Dell, B. et al. (1995)

17 Déficience en azote Photos: Landis

18 Déficience en phosphore Photos Landis

19 Exemple d une déficience en magnésium Dessèchement des extrémités Chlorose des extrémités Présence de Symptômes de déficience Absence de Symptômes de déficience Photos: M. Renaud & M. Lamhamedi Apport faible ou non fréquent Fertilisation très riche en azote (Ammonium, NH4 <25%) Ca:Mg (2:1 à 3:1) K:Mg (2,5:1 à 4:1)

20 Déficience en fer T. Landis Lamhamedi et al. 2009

21 Déficience en fer Pin blanc Épinette blanche

22 Déficience en fer (roche mère calcaire) Pin Pin pignon Lamhamedi 2000, Tunisie

23 Clone d épinette blanche Clone d épinette blanche T. Landis T. Landis Déficience en cuivre Déficience en cuivre M. S. Lamhamedi M. S. Lamhamedi

24 Fertilisation: 13 éléments minéraux essentiels à la croissance des racines et des parties aériennes Rôle nutritif spécifique de chaque élément et ne peut pas être remplacé par un autre L omission d un élément minéral peut engendrer une croissance anormale (mort prématuré d un organe, etc.) Dell, B. et al. (1995) Effet direct sur le métabolisme et la croissance

25 Trois règles usuelles à vérifier lors de la fertilisation: Compatibilité, solubilité et indice de salinité Urée Nitrate d ammonium Sulfate d ammonium Nitrate de calcium Nitrate de potassium Chlorure de potassium Sulfate de potassium Phosphate d ammonium Sulfate de Fe, Zn, Cu, Mn Fe, Zn, Cu, Mn chelaté Sulfate de magnésium Acide phosphorique Acid sulfurique Acide nitrique Urée Nitrate d ammonium Sulfate d ammonium Nitrate de calcium Nitrate de potassium Chlorure de potassium Sulfate de potassium Phosphate d ammonium Sulfate de Fe, Zn, Cu, Mn Fe, Zn, Cu, Mn chelaté Sulfate de magnésium Acide phosphorique Acide sulfurique Acide nitrique CaSO 4 Adapté de Landis et al Incompatible Solubilité réduite Totalement compatible

26 Macro-éléments N P K Ca Mg S Micro-éléments Fe Mn Zn Cu Mo B Cl Ratios à maintenir Ratio de l élément nutritif 1,00 0,30 0,50 0,04 0,05 0,09 0,007 0, ,0003 0, ,002 0,0003 Niveaux de concentrations 100 ppm ,7 0,4 0,03 0,03 0,007 0,2 0, ppm ,4 0,8 0,06 0,06 0,014 0,4 0,06

27 Pourcentages recommandés des anions et des cations Pourcentage des anions totaux Nitrate (NO 3- ) Phosphate (H 2 PO 4- ) Sulfate (SO 4 2- ) Pourcentage des cations totaux Potassium (K + ) Calcium (Ca 2+ ) Magnésium (Mg 2+ ) Ratios spécifiques de certains ions NO 3- :H 2 PO 4- : SO 4 2- K:Ca 2+ : Mg % 3-20% 25-45% 30-40% 35-55% 15-30% 60 : 5 : : 45 : 20

28 Importance de la source d azote sur les variations du ph selon les proportions en nitrate et en ammonium ph de la solution nutritive Ratio NO 3- : NH : 0 98 : 2 90 : : : : : Temps de contact avec la solution (jours)

29 Importance de la source d azote sur la physicochimie de la rhizosphère Nitrate d ammonium NH 4 NO 3 NH NO - 3 NH + 4 NO - 3 H + OH - ou HCO 3 -

30 Importance de la source d azote sur la croissance des racines et des parties aériennes Apport en azote 2NH 4 + 3O 2 2NO 3 + 8H + Nitrate: NO 3 - Ammonium: NH 4 +

31 Toxicité de l ammonium, mais pas celle des nitrates En absence d O 2, conversion bactérienne de l ammonium en nitrates (stockage); Stockage important des nitrates : ppm N-NO 3; Stockage faible de l ammonium: centaines ppm N-NH 4; NH 4+ : 10 mm 0,1 mm Dommages causés aux racines: Mort des apex. Britto et Kronzucker (2002)

32 Disponibilité des éléments minéraux selon le ph de la solution du sol: 5,5 à 6,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 Azote Potassium Phosphore Calcium Fer Manganèse Bore Zinc Cuivre Magnésium

33 Effet de l augmentation du ph sur la croissance des plants d épinette blanche (2+0) dans une pépinière forestière : Cas de l amendement avec de la chaux dolomitique (4,8 Kg/m 3 ) ph élevé ph=4,9 ph=7,2 Mg, Mn, Fe, B, Cu, Zn Date d échantillonnage: 1 août 2005 Photos: M. M. Renaud & M. M. Lamhamedi

34 Principales étapes de contrôle de la fertilisation 1- Eau d irrigation et système de filtration: Richesse en éléments minéraux, algues, spores, graines, impuretés, etc. 1

35 Principales étapes de contrôle de la fertilisation Photos: B. B. Fecteau et et D. D. Lavallé Lavallé 5 2- Solution stock 3- Solution appliquée 4- Fertilité du substrat 5- Lessivage

36 Azote

37 Effet de la concentration foliaire en azote sur la photosynthèse % maximum d assimilation de CO Y = -8, ,7x - 35,9x 2 r = 0,59; n = 75; P < 0, Feuillage (gn/kg)

38 Variations de la photosynthèse: Lumière et azote N: 1,58% Photosynthèse net te (µmol CO 2 *m -2 *s -1 ) N: 1,25% N: 1,25% HSD Pseudotsuga menziesii Mitchell et Hinckley (1993) Intensité lumineuse (µmol*m -2 *s -1 )

39 Effet de la concentration foliaire en azote sur le taux de survie Survie (%) 70 R 2 = 0,44 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 Conc. des aiguilles en azote (%)

40 Effets de la concentration foliaire en azote sur la grosseur des bourgeons, la cinétique du débourrement et l élongation des pousses Épinette blanche PFD: début de la 2e saison de croissance en pots

41 Phosphore Plusieurs fonctions physiologiques et structurales très critiques: ADN, membranes cellulaires, régulation des enzymes, effet tampon du ph et germination des semences; Lessivage: H 2 PO 4 - ; PO 4 3- ; Phosphore favorise la croissance des racines: Faux (inverse); Excès de phosphore non toxique: Déficience induite en Zn, Fe et Cu;

42 Potassium Surfertilisation azotée peut engendrer une déficience en potassium (ratio N/K: 2/1); Surfertilisation en K peut engendrer une déficience en Mg et en Ca.

43 Transpiration selon la concentration en potassium Transpiration (mg H 2 O/g de masse sèche d aiguille) R 2 = 0.83 Concentration de potassium dans les aiguilles (%)

44 Maintien des ratios Ratio Ca/K : 1/1 Ratio Ca/Mg : 3/1; Calcium Excès du Calcium en présence d un ph élevé (neutre à basique): Déficience en fer et en phosphore; Déficience en Calcium: élongation des racines.

45 Extension racinaire (mm) Marschner & Richter 1974 Marschner & Richter 1974 Déficience en Calcium Déficience en Calcium Temps (h) Réduction significative et rapide de la croissance des racines.

46 Rôle capital des mycorhizes: Nutrition minérale & hydrique en pépinière forestière et en plantation Photo: B. Fecteau Photos: M. Lamhamedi

47 Conclusion Fertilisation: 13 éléments minéraux essentiels à la croissance des racines et des parties aériennes; Respecter les ratios d équilibre; Variabilité des besoins selon les essences; Étapes de contrôle de la fertilisation (5); Optimiser les autres techniques culturales. Dell, B. et al. (1995)