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De l’éclairage artificiel à la rétention des nutriments : techniques pour

accroître le rendement

Forum sur la recherche et l’innovation en serriculture — 2013 —

Steeve PepinCentre de recherche en horticulture

Département des sols et de génie agroalimentaire

– Survol des principaux projets @ ULaval

– Éclairage artificiel

• 3 rangs vs. 4 rangs• Luminaires DEL dans le couvert végétal

– Amendement en biochar des sols biologiques

– Marais filtrants pour traiter les effluents

• Recirculation de l’eau traitée

Plan de la présentation

2

Développement de nouveaux biofongicides à base d’extraits de

plantes

Nicole Benhamou

Professeure

Centre de recherche en horticulture

Université Laval

TÉMOINTÉMOIN BIOFONGICIDEBIOFONGICIDE

Blanc du concombreBlanc du concombre

PHYTOPROTECTION

‣ Impact de différentes bactéries sur le développement d’une maladie causée par Xanthomonas chez la laitue

‣ Exploitation des propriétés anti-bactériennes de différents sels pour lutter contre les pourritures à Pseudomonas chez la laitue

‣ Impact de la silice sur la croissance des plants de soja et la diminution de maladie comme Phytophtora

Prof. RichardBélanger

Prof. RussellTweddell

PHYTOPROTECTION

3

‣ Développement d’un biochar de qualité et favorable à l’établissement d’une microflore bénéfique chez la tomate et le poivron cultivés en serres

BIOCHAR & MICROFLORE

Prof. Hani Antoun Vicky Lévesque

6

1. Sa capacité à retenir et à améliorer l’efficacité des engrais

2. Son potentiel de niche écologique pour les microorganismes utiles

3. Son action bénéfique sur la croissance de la plante

Comprendre comment les propriétés physicochimiques d’un biochar

affectent :

Objectif de l’étude :

4

‣ Essais d’absorption des sels par les plantes aquatiques pour la conception d’un MÉCA (marais épurateur construit adapté)

MARAIS ÉPURATEUR

Prof. Rosa Galvez

‣ Optimisation des méthodes d’irrigation dans les productions de fraises et canneberges

IRRIGATION DE LA FRAISEP

ho

to:

Mar

c R

obita

ille

Prof. Jean Caron

Axe de rechercheComprendre comment réagissent la canneberge et la fraise lors de changements apportés à trois des principaux paramètres du sol (potentiel matriciel, aération et conductivité électrique) associés à l’irrigation dans le but d’en accroître la productivité.

5

Optimisation de la distribution de la lumière pour une culture biologique de tomates de

serre sous éclairage artificiel

Espacement de 3 rangsSurface de culture = 79,4 m2/rang

Espacement de 4 rangsSurface de culture = 59,5 m2/rang

Rendement en fruits vendables après 29 semaines de production

0

5

10

15

20

25

30

1 nov 1 déc 1 jan 1 fév 1 mars 1 avr 1 mai 1 juin 1 juil 1 août

Biologique, 3 rangsBiologique, 4 rangsConventionnel, 3 rangsConventionnel, 4 rangs

Date de récolte

Ren

dem

ent

cum

ula

tif (

kg m

–2)

25,4124,95

22,3023,08

6

Qualité des tomates récoltées

Paramètres de qualité des fruits

biologique conventionnel15 mars

201119 avril 2011

15 mars 2011

19 avril 2011

Sucres solubles (%) 3,2(± 0,1)

3,8(± 0,3)

4,6(± 0,5)

4,8(± 0,4)

CE (mS cm–1) 5,1(± 0,4)

4,7(± 0,3)

4,5(± 0,4)

4,8(± 0,3)

Lycopène (mg kg–1) 37,8(± 1,7)

41,3(± 2,4)

43,9(± 4,1)

48,9(± 4,2)

Acidité titrable (%) 0,40(± 0,03)

0,38(± 0,01)

0,40(± 0,04)

0,42(± 0,02)

Antioxydants (TEAC) 1,0(± 0,1)

1,4(± 0,2)

1,5(± 0,2)

1,7(± 0,6)

EN RÉSUMÉ

• Espacement à 3 rangs = lumière artificiellemieux distribuée à l’intérieur du couvertvégétal, mais aucune différence significative decroissance entre traitements.

• Système de culture bio = augmentation durendement & légère diminution de la qualitéinterne des tomates, laquelle peut êtreaméliorée en ajustant les conditions decroissance.

7

Éclairage artificiel DEL à l’intérieur du couvert végétal pour accroître la croissance,

le rendement et la qualité des fruits

• Luminaires DEL (3D) d’une longueur de 5 mètres • PPFD ~50 µmol m–2 s–1 à une distance de 30 cm• Spectre : R = 72%; B = 7%; Blanc = 14%; IRproche = 6%• Positionnés à ~40 cm au-dessus des bacs

Intensité et qualité de la lumière

97 cm

77 cm

60 cm

51 cm

53 cm

65 cm

84 cm

105 cm

50 cm

Spectromètre & fibreoptique (400 μm) etcorrecteur cosinus

DELTémoinÀ l’extérieur du rang

0

2

4

µmol m

‐2s‐1

incident

0

2

4

µmol m

‐2s‐1

77 cm

0

2

4

µmol m

‐2s‐1

51 cm

0

2

4

µmol m

‐2s‐1

65 cm

0

2

4

350 500 650 800

µmol m

‐2s‐1

105 cm

0

2

4

µmol m

‐2s‐1

incident

0

2

4

µmol m

‐2s‐1

77 cm

0

2

4

µmol m

‐2s‐1

51 cm

0

2

4

µmol m

‐2s‐1

65 cm

0

2

4

350 500 650 800

µmol m

‐2s‐1

105 cm

Longueur d’ondes (nm)

8

Intensité et qualité de la lumière

DEL Témoin

À l’intérieur du rang

Longueur d’ondes (nm)

0

2

4

µmol m

‐2s‐1

incident

0

2

4

µmol m

‐2s‐1

59 cm

0

2

4

µmol m

‐2s‐1

13 cm

0

2

4

µmol m

‐2s‐1

43 cm

0

2

4

350 500 650 800

µmol m

‐2s‐1

93 cm

0

2

4

µmol m

‐2s‐1

incident

0

2

4

µmol m

‐2s‐1

59 cm

0

2

4

µmol m

‐2s‐1

13 cm

0

2

4

µmol m

‐2s‐1

43 cm

0

2

4

350 500 650 800

µmol m

‐2s‐1

93 cm

10 cm

84 cm

59 cm

34 cm

13 cm

20 cm

43 cm

68 cm

93 cm

Capacité photosynthétique des feuilles

Fin octobre 2012

~4

~8

0

5

10

15

20

0 500 1000 1500 2000

Témoin 5e feuille 30 cm au-dessus (DELs) Hauteur des DELs 30 cm sous les DELs

Pho

tosy

nthè

se n

ette

(m

ol m

–2 s

–1 )

PPFD (mol m–2 s–1)

0

5

10

15

20

0 500 1000 1500 2000

Luminaire DEL

Pho

tosy

nthè

se n

ette

(m

ol m

–2 s

–1 )

PPFD (mol m–2 s–1)

9

Capacité photosynthétique des feuilles

Fin novembre 2012

~5

~10

0

5

10

15

20

25

0 500 1000 1500 2000

Témoin 5e feuille 30 cm au-dessus Hauteur des DELs 30 cm sous

Ph

oto

syn

thè

se n

ette

(m

ol m

–2 s

–1)

PPFD (mol m–2 s–1)

0

5

10

15

20

25

0 500 1000 1500 2000

Luminaire DEL

Ph

oto

syn

thè

se n

ette

(m

ol m

–2 s

–1)

PPFD (mol m–2 s–1)

RENDEMENT EN FRUITS

0

1

2

3

4

5

6

18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Éclairage DELTémoin

Ren

dem

ent c

umul

atif

(kg

/pla

nt)

Semaine

10

COMPOSITION PHYTOCHIMIQUEDES FRUITS

Con

cent

ratio

n (m

g /1

00 g

MS

)

COMPOSITION PHYTOCHIMIQUEDES FRUITS

Exposition limitée des fruits aux luminaires DEL durant leur développement Luminaires DEL à la verticale

11

Effet de l’amendement en biochar des sols biologiques : rétention des nutriments, activité

biologique et phytopathogènes

Objectifs : 1)Évaluer la rétention des éléments nutritifs (bilan)

2)Évaluer l’activité microbienne des sols biologiques

3)Mesurer les émissions de gaz à effet de serre

4)Développer un modèle de fertilisation durable pour la tomate de serre biologique (analyse des données compositionnelles : Léon-Étienne Parent)

Dispositif expérimentalParcelle principale : • 10% biochar (v/v)• 0% biochar (témoin) Sous-parcelle : 6 types de solFertilisation (amendement) : • 4 semaines (durant 3 mois)• 2 semaines (durant 3 mois)

Culture de tomate (cv. Trust) mise en place en mars 2013

– Mesures de croissance et rendement– Analyses minérales (solution du sol: Dionex; sol: Mehlich-3, KCl)– Effluents (volume quotidien, analyses minérales, TOC)– Respiration du sol (flux de CO2)– Émissions de GES (P. Rochette, AAC)– Abondance des vers de terre– Activité microbienne (FDA, fluorescéine diacétate)

12

Rendement en fruits(20 mai au 26 août 2013)

0

2

4

6

8

10

Solsableux

sciuretourbe

compost

Tourbecompost

Loamsableux

Loam Terrenoire

Témoin

10% biochar (v/v)

Ren

dem

ent (

kg p

ar p

lant

)

Respiration du sol(juin à octobre 2013)

0

10

20

30

40

50

Solsableux

Sciuretourbe

compost

Tourbecompost

Loamsableux

Loam Terrenoire

Témoin

10% biochar (v/v)

Flu

x de

CO

2 (

mol

m–2

s–1

)

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Marais filtrants artificiels (MFA) pour réduire l’impact environnemental des cultures

horticolesObjectifs :

1.Évaluer l’effet du biochar sur :

• Diversité et l’activité des microorganismes dans MFA• Réduction des agents pathogènes par les MFA• Efficacité des MFA à réduire les pesticides (effluents)

2. Évaluer l’effet d’utiliser l’eau traitée par les MFA sur :

• Croissance des plantes• Répression des agents phytopathogènes• Diversité microbienne de la rhizosphère (culture: tomate)

Marais avec gravier vs. sable

• Témoin• 15% biochar (v/v)• Filtre de biochar

Effet du biochar sur l’activité des microorganismes

MFA

Gènes Fonction

amoA NH4+ monooxygénase : nitrification

nirK/nirS NO2– réductases : dénitrification

nosZ N2O réductase : dénitrification

nifH Nitrogénase : fixation symbiotique de N2

NosZ

N2O N2

14

QPCR du gène NosZ

0

1

2

3

4

5

ST GT SB GB SF GF

No

mb

re d

e co

pie

s

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REMERCIEMENTS

Équipe de recherche : Martine Dorais, Claudine Ménard, Élisabeth Fortier, Réjean Bacon, Sara Laurin-Lanctôt, Selmene Ouertani, Hajar Khedid et de nombreux auxiliaires

Financement : Ministère de l’Agriculture, des Pêcheries et de l’Alimentation du Québec (InnovBio, PSIA), Agriculture et Agroalimentaire Canada, et la grappe scientifique biologique du Canada