Walloon Agricultural Research Centre

Le but du projet est d’accroître l’efficience d’utilisation des engrais azotés de synthèse, intrant dont le coût a doublé ces dernières années. L’étude des potentialités de la fluorescence chlorophyllienne (sensibilité, spécificité et précision) pour déterminer le statut azoté de la culture de pomme de terre constitue le premier objectif de ce projet. Ensuite l’intégration de valeurs seuil d’entrée en carence azotée des indicateurs identifiés (basés sur la fluorescence chlorophyllienne) dans des systèmes d’aide à la décision pour une gestion fine des apports fractionnés d’engrais azotés constitue le second objectif.

Contexte

Actuellement, les stratégies de raisonnement de la fertilisation azotée en agriculture durable et de précision proposent le fractionnement des apports d’engrais couplés à l’utilisation d’outils optiques permettant d’évaluer le statut azoté de la biomasse aérienne en cours de saison. Les outils optiques souvent utilisés dans ce contexte reposent sur la transmittance ou la réflectance pour l'estimation de la teneur en chlorophylle des feuilles. Deux limitations sont cependant identifiées en considérant la teneur en chlorophylle des feuilles : d’une part les chlorophyllomètres détectent essentiellement des situations de déficience marquée en azote, et d’autre part, on peut craindre un retard de détection par rapport à l’entrée réelle en carence azotée. Les mesures de réflectance fournissent un signal mixte provenant de la plante et du sol, particulièrement en culture de pomme de terre tant que les inter-buttes ne sont pas recouverts par la végétation. Ces aspects peuvent limiter l’usage de ces outils dans une optique de monitoring de l’azote en cours de culture pour une large gamme de situations culturales ou pédoclimatiques. La fluorescence chlorophyllienne possède l’avantage d’être spécifique à la plante et de présenter a priori une plus grande sensibilité potentielle puisque le signal de fluorescence ne provient que des parties vertes des plantes . La fluorescence chlorophyllienne des feuilles peut nous informer sur la teneur en chlorophylle et sur l’accumulation de certains composés phénoliques (les flavonoïdes). Les flavonoïdes des feuilles apparaissent comme des indicateurs potentiels pour l’évaluation du statut azoté de la plante.

Objectifs

Le premier objectif principal de cette étude est d’évaluer les potentialités des mesures de la fluorescence chlorophyllienne pour la détection du statut azoté de la culture de pomme de terre. Cette évaluation s’inscrit dans la perspective d’identifier un ou des indicateurs permettant, en cours de saison, de disposer d’une réponse rapide, sensible, spécifique, stable, plus précise et facile d’utilisation. Les potentialités de la fluorescence chlorophyllienne seront comparées à celles d’autres outils optiques basés sur la mesure de la transmission ou de la réflexion des rayonnements électromagnétiques. La réalisation de cet objectif est basée sur l’utilisation de l’Indice de Nutrition Azotée (INN) établi pour la culture de pomme de terre, comme méthode de référence pour évaluer le statut azoté de la culture. Les effets des facteurs azote, variétés, irrigation et année seront pris en considération dans cette évaluation. Les modalités de prise de mesure avec les outils optiques utilisés seront également considérées.

Le second objectif principal est l’utilisation des outils de mesure de la fluorescence chlorophyllienne dans le cadre du suivi du statut azoté en cours de culture. Cela implique en corollaire d’une part l’établissement de valeurs seuils d’entrée en carence azotée de la fluorescence chlorophyllienne et d’autre part leur intégration dans des systèmes d’aide à la décision (SAD) pour une gestion dynamique de la fertilisation azotée.

Description des tâches

Mise en place et suivi des expérimentations de plein champ

Acquisition de données liées aux conditions expérimentales (teneur en N minéral du sol, humidité du sol et conditions météorologiques)
Collecte des données optiques et analyse : les outils optiques testés sont: le chlorophyllomètre Hydro N-Tester (Yara, Oslo, Norvège), le fluorimètre Dualex (Force -A, Orsay, France), le fluorimètre Multiplex 375 (Force -A , Orsay , France) , le radiomètre Cropscan (Cropscan Inc , Rochester , Etats-Unis), le fluorimètre Handy-Pea (Plant Efficiency Analyser, Hansatech, Royaume-Uni) et le fluorimètre FMS2 (Fluorescence Monitoring System, Hansatech).
Prélèvement d’échantillons de plantes entières et analyse
Détermination du rendement final et de la qualité des tubercules récoltés, et des reliquats en azote minéral du sol
Dosage et identification des composés phénoliques (flavonoïdes) des feuilles et mise en relation avec les indices optiques basés sur la concentration en flavonoïdes

Valorisation des résultats et développement/vulgarisation vers les utilisateurs finaux

Détermination des valeurs seuils des indicateurs identifiés et correspondant à l’entrée en carence azotée de la biomasse
Intégration des indicateurs issus de la fluorescence chlorophyllienne dans des systèmes d’aide à la décisionpour la gestion de la fertilisation azotée

Résultats obtenus

Par la comparaison des mesures réalisées , sur le feuillage en cours de saison, avec les fluorimètres Dualex et Multiplex, le radiomètre Cropscan et le chlorophyllomètre Hydro-N tester, il apparaît que les indices basés sur l’estimation de la teneur en flavonoïdes des feuilles, mesurés par fluorescence et combinés ou non à la teneur en chlorophylle des feuilles sont les plus pertinents pour l’évaluation du statut azoté de la culture comparativement aux indices mesurés par transmittance ou par réflectance. Les indices liés aux flavonoïdes permettent la détection précoce de la déficience en azote de manière précise et avec une très bonne sensibilité.

En raison de la faible spécificité de la chlorophylle et des flavonoïdes pour l’évaluation du statut azoté, il s’est avéré utile de travailler avec des valeurs relatives des indices par la prise en compte d’une fenêtre de référence (soit une fenêtre sans apport d’azote, soit une fenêtre sur-fertilisée) plutôt qu’avec des valeurs absolues de ces indices.

Par la comparaison des modalités d’irrigation (irriguée et non irriguée) et d’azote testées durant deux années, il ressort que les indices flavonoïdes, mesurés par fluorescence chlorophyllienne, ne sont pas sensibles à la variation des disponibilités en eau pour la culture contrairement aux indices basés uniquement sur la mesure de la teneur en chlorophylle.

La détermination de l’indice de nutrition azotée (INN), comme indice de référence du statut azoté basé sur l’établissement de la courbe de dilution de l’azote dans nos conditions, a permis de définir les valeurs seuils des indices basés sur la fluorescence chlorophyllienne.

Ces valeurs seuils sont en cours de validation sur base agronomique et environnementale. Une application de ce projet sera leur intégration dans un outil d’aide à la décision pour la gestion de la fertilisation azotée de la pomme de terre pour un usage simple à destination des producteurs.

Contribution

Collaboration avec les Unités 2 (Amélioration des espèces et Biodiversité) et 14 (Technologie de la Transformation des produits) du CRA-W pour l’analyse des composés phénoliques et de la chlorophylle des feuilles.