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Rappel des principes généraux sur la fertilisation des plants en pépinière
forestière
Rappel des principes généraux sur la fertilisation des plants en pépinière
forestièreMohammed 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
Mohammed S. LamhamediDiplôme 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 forestièresdu Québec
15 avril 2009, Salle A-201 Atrium, Québec
Formation sur la nutrition minérale dédiée aux pépinières forestièresdu Québec
15 avril 2009, Salle A-201 Atrium, Québec
© Gouvernement du Québec, 2009
mohammed.lamhamedi@mrnf.gouv.qc.ca
Optimisation de la fertilisationOptimisation 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, capacitéde 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 ;
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);
Optimisation de la fertilisationOptimisation de la fertilisation
Le lessivage induit par l’irrigation et les précipitations: pertes en éléments nutritifs et possibilités de pollution de la nappe phréatique à long terme ;
Le contrôle des principales étapes reliées àla fertilisation;
Le coût des fertilisants;
Optimisation de la fertilisationOptimisation de la fertilisation
L’effet de la fertilisation sur la qualitémorpho-physiologique des plants en pépinière en relation avec leur performance en site de reboisement (survie et amélioration de la croissance initiale).
RappelCapacité d’échange cationique (CEC)
RappelCapacité d’échange cationique (CEC)
Ion: Peut-être un cation ou un anion;
Cation: Charge positive (Mg2+ , NH4+, K+
Ca2+ , H+, etc.);
Anion: Charge négative (NO3-, H2PO4
-, SO4
2-, etc.).
Capacité d’échange cationique (CEC)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+Ca2+
K+
H+
Mg2+
NH4+
-
-
- --
-- -
--NO3
-
Ca2+Ca2+
Ca2+
Mg2+
NH4+
Mg2+
Na+
H+
H+
Na+
Particule du substrat
K+
Ca2+K+
Avant
H+
Excès d’eau: Irrigation & PrécipitationsH+ H+
H+
H+ H+ H+
H+ H+ H+
H+
H+H+H+
H+
H+ H+
H+
H+
H+
Ca2+Ca2+
Ca2+ Mg2+NH4
+Mg2+
Na+
H+
Na+
K+
Ca2+
K+
Après
H+H+ H+
Particule du substrat
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
Lessivage
H+
H+
H+
H+
H+
La proportion et la concentration des ions H+ et OH- détermine si la solution est acide, basique (alcaline) ou neutre:
pH: Eau d’irrigation ou du substrat de croissance
7[H+] = [OH-]pH neutre
7,1 à 14[H+] < [OH-]pH basique
0 à 6,9[H+] > [OH-]pH acide
pH: Eau d’irrigation ou du substrat de croissance
pH = -log10 [H+], avec log10 (10) = 1
Exemple: [H+]=10-5 ; [H+]=10-7
pH= -log10 [10-5]= - (-5) * log10 (10)= 5 pH= -log10 [10-7]= - (-7) * log10 (10)= 7
Mesure du pH: Eau ou CaCl2Avantages du pH mesuré au CaCl2
Indépendant de la dilution dans une large proportion de rapports (sol- CaCl2)
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
La solution CaCl2 0,01M possède une composition électrolytique semblable àcelle de la solution du sol;
La solution CaCl2 masque la variabilitéde la teneur des sols en sels; Le pH mesuré en solution CaCl2
0,01M est inférieur d’environ 0,5 unitéau pH mesuré dans l’eau (sol/eau: ½).
Mesure du pH: Eau ou CaCl2Avantages du pH CaCl2
Rappel
4,762,018,010,397,039,120,012,28,048,0
14,062,018,031,097,039,140,124,332,196,0
1,5--0,2-1,00,50,20,1-
NNO3
-
NH4+
PH2PO4
-
K+
Ca2+
Mg2+
SSO4
2-
AzoteNitrateAmmoniumPhosphorePhosphatePotassiumCalciumMagnésiumSoufreSulfate
Masse équivalente *(équivalent)
Masse atomique
% de la masse
sèche du plant
Symbole chimique
Elément
* 1 eq = Masse atomique/valence (par exemple 1 eq SO42- ) = 96/2 = 48
13 Éléments essentiels
18,627,532,731,83,635,532,0
55,854,965,463,610,835,596,0
0,010,0050,0020,00060,0020,010,00001
Fe3+
Mn2+
Zn2+
Cu2+
B3+
Cl-
Mo2+
FerManganèseZincCuivreBoreChloreMolybdène
Masse équivalente*
Masse atomique
% de la masse
sèche du plant
Symbole chimique
Elément
13 Éléments essentiels (suite)
Absorption des Absorption des ééllééments minments minééraux: raux: Principaux facteursPrincipaux 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
Relation entre la croissance et la concentration dans les tissus des éléments minéraux
Dell, B. et al. (1995)
Photos: LandisPhotos: Landis
Déficience en azoteDéficience en azote
Photos LandisPhotos Landis
Déficience en phosphoreDéficience en phosphore
Exemple d’une déficience en magnésium
Présence de Symptômes de déficience
Absence de Symptômes de déficience
• 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)
• 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)
Chlorose des extrémités
Dessèchement des extrémités
Photos: M. Renaud & M. LamhamediPhotos: M. Renaud & M. Lamhamedi
T. LandisT. Landis
Déficience en ferDéficience en fer
Lamhamedi et al. 2009Lamhamedi et al. 2009
Déficience en ferDéficience en fer
Épinette blancheÉpinette blanche
Pin blancPin blanc
Lamhamedi 2000, TunisieLamhamedi 2000, Tunisie
Déficience en fer (roche mère calcaire)Déficience en fer (roche mère calcaire)
Pin pignonPin pignon
T. LandisT. Landis
Déficience en cuivreDéficience en cuivre
M. S. LamhamediM. S. Lamhamedi
Clo
ne d
’épi
nette
bla
nche
Clo
ne d
’épi
nette
bla
nche
Fertilisation: 13 éléments minéraux essentielsà la croissance des racines et des parties aériennes
• Rôle nutritif spécifiquede 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.)
• Effet direct sur le métabolisme et la croissance
• Rôle nutritif spécifiquede 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.)
• Effet direct sur le métabolisme et la croissance
Dell, B. et al. (1995)
UréeNitrate d’ammoniumSulfate d’ammoniumNitrate de calciumNitrate de potassium
Phosphate d’ammoniumSulfate de Fe, Zn, Cu, MnFe, Zn, Cu, Mn chelatéSulfate de magnésiumAcide phosphoriqueAcide sulfuriqueAcide nitrique
Chlorure de potassiumSulfate de potassium
Uré
eN
itrat
e d’
amm
oniu
mSu
lfate
d’a
mm
oniu
mN
itrat
e de
cal
cium
Nitr
ate
de p
otas
sium
Phos
phat
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oniu
mSu
lfate
de
Fe, Z
n, C
u, M
nFe
, Zn,
Cu,
Mn
chel
até
Sulfa
te d
e m
agné
sium
Aci
de p
hosp
horiq
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cid
sulfu
rique
Aci
de n
itriq
ue
Chl
orur
e de
pot
assi
umSu
lfate
de
pota
ssiu
m
IncompatibleSolubilité réduiteTotalement compatible
UréeNitrate d’ammoniumSulfate d’ammoniumNitrate de calciumNitrate de potassium
Phosphate d’ammoniumSulfate de Fe, Zn, Cu, MnFe, Zn, Cu, Mn chelatéSulfate de magnésiumAcide phosphoriqueAcide sulfuriqueAcide nitrique
Chlorure de potassiumSulfate de potassium
UréeNitrate d’ammoniumSulfate d’ammoniumNitrate de calciumNitrate de potassium
Phosphate d’ammoniumSulfate de Fe, Zn, Cu, MnFe, Zn, Cu, Mn chelatéSulfate de magnésiumAcide phosphoriqueAcide sulfuriqueAcide nitrique
Chlorure de potassiumSulfate de potassium
Uré
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umSu
lfate
de
pota
ssiu
m
IncompatibleSolubilité réduiteTotalement compatible
CaSO4
Trois règles usuelles à vérifier lors de la fertilisation: Compatibilité, solubilité et indice de salinité
Adapté de Landis et al. 1989
20060100
81018
1,40,8
0,060,060,014
0,40,06
1003050459
0,70,4
0,030,030,007
0,20,03
1,000,300,500,040,050,09
0,0070,0040.00030,0003
0,000070,0020,0003
Macro-élémentsNPKCaMgSMicro-élémentsFeMnZnCuMoBCl
200 ppm100 ppm
Niveaux de concentrationsRatio de l’élément nutritif
Ratios à maintenirRatios à maintenir
50-70%3-20%25-45%
30-40%35-55%15-30%
60 : 5 : 3535 : 45 : 20
Pourcentage des anions totauxNitrate (NO3
-)Phosphate (H2PO4
-)Sulfate (SO4
2-)Pourcentage des cations totauxPotassium (K+)Calcium (Ca2+)Magnésium (Mg2+)Ratios spécifiques de certains ionsNO3
- : H2PO4- : SO4
2-
K : Ca2+ : Mg2+
Pourcentages recommandés des anions et des cations
Pourcentages recommandés des anions et des cations
RatioNO3
- : NH4+
100 : 098 : 2
90 : 1080 : 20
20 : 8010 : 90
0 : 100
Temps de contact avec la solution (jours)0 2 4 6 8
pH d
e la
sol
utio
n nu
triti
ve
3.0
4.0
5.0
6.0
Importance de la source d’azote sur les variations du pH selon les proportions en nitrate et en ammonium
Importance de la source d’azote sur la physico-chimie de la rhizosphère
Nitrate d’ammoniumNH4NO3 NH+
4 NO-3+
NH+4
H+OH- ou HCO3
-
NO-3
Apport en azote
Nitrate: NO3-
Importance de la source d’azote sur la croissance des racines et des parties aériennes
Ammonium: NH4+
2NH4 + 3O2 2NO3 + 8H+
Toxicité de l’ammonium, mais pas celle des nitrates
Britto et Kronzucker (2002)
NH4+: 10 mM 0,1 mM
En absence d’O2, conversion bactérienne de l’ammonium en nitrates (stockage);
Stockage important des nitrates : 20 000 ppm N-NO3;
Stockage faible de l’ammonium: centaines ppmN-NH4;
Dommages causés aux racines: Mort des apex.
Disponibilité des éléments minéraux selon le pH de la solution du sol: 5,5 à 6,5
Azote
Potassium
Phosphore
Calcium
Magnésium
Fer
Manganèse
BoreZinc
Cuivre
4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0
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/m3)
pH=7,2pH=4,9
Date d’échantillonnage: 1 août 2005
Mg, Mn, Fe, B, Cu, Zn
pH élevé
Photos: M. Renaud & M. LamhamediPhotos: M. Renaud & M. Lamhamedi
Principales étapes de contrôle de la fertilisationPrincipales étapes de contrôle de la fertilisation
1- Eau d’irrigation et système de filtration:Richesse en éléments minéraux,
algues, spores, graines, impuretés, etc.
1
Principales étapes de contrôle de la fertilisationPrincipales étapes de contrôle de la fertilisation
2 2
3 4
5
Phot
os: B
. Fec
teau
et D
. Lav
allé
Phot
os: B
. Fec
teau
et D
. Lav
allé
2- Solution stock
3- Solution appliquée
3
4- Fertilité du substrat
5- Lessivage
AzoteAzote
Y = -8,3 + 124,7x - 35,9x2
r = 0,59; n = 75; P < 0,01
100
80
60
40
20
8 10 12 14 16 18 20 22 24Feuillage (gN/Kg)%
max
imum
d’a
ssim
ilatio
n de
CO
2Effet de la concentration foliaire en azote sur la photosynthèse
Effet de la concentration foliaire en azote sur la photosynthèse
Intensité lumineuse (µmol*m-2*s-1)
Variations de la photosynthèse: Lumière et azoteVariations de la photosynthèse: Lumière et azote
Mitchell et Hinckley (1993)
N: 1,25%
Phot
osyn
thès
e ne
t te
(µm
ol C
O2*
m-2
*s-1
)
100 500 1100
8
6
4
2
0
HSD
N: 1,58%
N: 1,25%
Pseudotsuga menziesii
1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8
90
80
70Surv
ie (%
)
Conc. des aiguilles en azote (%)
R2 = 0,44
Effet de la concentration foliaire en azote sur le taux de survie
Effet de la concentration foliaire en azote sur le taux de survie
Effets de la concentration foliaire en azote sur la grosseur des bourgeons, la cinétique
du débourrement et l’élongation des pousses
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 saisonde croissance en pots
Épinette blanche PFD: début de la 2e saisonde croissance en pots
PhosphorePhosphore Plusieurs fonctions physiologiques et structurales très critiques: ADN, membranes cellulaires, régulation des enzymes, effet tampon du pH et germination des semences;
Lessivage: H2PO4-; PO4
3-;
Phosphore favorise la croissance des racines: Faux (inverse); Excès de phosphore non toxique: Déficience induite en Zn, Fe et Cu;
PotassiumPotassium
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.
R2 = 0.83
Concentration de potassium dans les aiguilles (%)
Tran
spira
tion
(mg
H2 O
/g d
e m
asse
sèc
he d
’aig
uille
)Transpiration selon la concentration en potassiumTranspiration selon la concentration en potassium
CalciumCalcium
Maintien des ratios• Ratio Ca/K : 1/1• Ratio Ca/Mg : 3/1;
Excès du Calcium en présence d’un pH élevé (neutre à basique): Déficience en fer et en phosphore; Déficience en Calcium: élongation des racines.
Temps (h)
Exte
nsio
n ra
cina
ire(m
m)
Déficience en CalciumDéficience en Calcium
Réduction significative et rapide de la croissance des racines.
Mar
schn
er&
Ric
hter
197
4M
arsc
hner
& R
icht
er 1
974
Rôle capital des mycorhizes: Nutrition minérale & hydrique en pépinière forestière et en plantation
Rôle capital des mycorhizes: Nutrition minérale & hydrique en pépinière forestière et en plantation
Photos: M. LamhamediPhotos: M. Lamhamedi
Photo: B. FecteauPhoto: B. Fecteau
Conclusion Fertilisation: 13éléments minéraux essentielsà 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.
Fertilisation: 13éléments minéraux essentielsà 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)
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