Stratégies d’irrigation dans

la fraise hors-sol et en sol

minéral: bilan ou flux d’eau

Jean Caron, Julien Cormier et Laurence Gendron

Professeur, département des sols et de génie

agroalimentaire de l’Université Laval. 18 février 2015

Hortau

• Manufacturier de tensiomètres sans fil enfouis (mesure de tension)

• Compagnie nord américaine, 50 employés, 73% de croissance (2013), leader en Californie (46% du marché, 16% pour le prochain plus près)

• Actionnaires majoritaires: Capital de risque du crédit agricole du Canada, Financière agricole, Desjardins, 2 privés

• Bureau au Québec, Lévis et en Californie, San Luis Obispo

Jean Caron

• agr. Ph. D. Physique du sol, Professeur à l’Université Laval

• Conflit d’intérêt: co-fondateur, conseilller scientifique (moins de 10% des actions)

• Recherche financée avec un budget de 6.6 M$ sur 5 ans, par Hortau et par des producteurs de fraises et de canneberges

• 91 personnes formées dans ce domaine (B.Sc.,M.Sc,. et Ph.D.)

• Irrigation peut être basée sur:

– Teneur en eau : quantité d’eau dans le sol

– Tension : force nécessaire pour extraire l’eau à partir du sol (par la plante), contrôle les flux d’eau dans le sol

– Évapotranspiration: (station météo)

– Température de la plante: (capteur infrarouge, satellite)

Théorie

Estimés quotidiens ou hebdomadaires du prélèvement passé pour estimer les besoins en irrigation (ETP)

Flux d’eau sol-plante (lien flux –tension)

Deux approches couramment utilisées pour régir l’irrigation: flux d’eau du sol vers la plante ou prélèvement estimé d’après la météo ou les changements de poids du sol

Évapotranspiration (ETP):

• ETP est la perte d’eau par évaporation (du sol à la surface) et de la transpiration (par la surface foliaire)

• Estimés de l’ETP d’une culture dans une région donnée pour estimer les besoins d’irrigation:

ETPréelle = ETP x Kc

Deux approches en irrigation • ETP : Pour un athlète, ajuster sa diète en se basant sur la perte de poids

hebdomadaire ou la consommation de calorie passées. Risque de réduire l’effort si on est mal nourri.

• Tension-flux en temps réel: compteur de calories prises et consommés en cours d’effort: la prise alimentaire est alors ajustée en fonction de l’effort optimal. L’irrigation est initiée avant qu’un seuil critique qui garantit l’apport adéquat d’eau du sol vers la plante ne soit atteint. L’approche d’estimation de ce seuil considère la demande actuelle ou prévisionnelle d’évapotranspiration pour commander l’apport d’eau.

L=profondeur racinaire Ks et a = hydraulique du sol

s0: transpiration

h1 = tension seuil d’ irrigation

La tension et la décision d’irriguer

Arrêt de l’irrigation Démarrage de

l’irrigation: message émis lorsque le seuil critique est atteint

(courriel, texte, téléphone, alarme)

Tensions observées à deux profondeurs avec des tensiomètres enfouis

Voie lente Voie rapide

Tensions observées à deux profondeurs en régie visuelle

Seuil d’irrigation Voie lente Voie rapide

Relation tension rendement en culture d’amande

Voie rapide

Sol sableux -8kPa

~110% ETc

Sol argileux -10 à -12 kPa

80 à 110% ETc

Loam limono-argileux Faible réponse

Effet du seuil de déclenchement de l’irigation (SDI) sur les rendements vendables

Ce qu’on va voir Sauver de l’eau en utilisant des tensiomètres sans fils

relativement à la gestion moyenne visant à compenser

pour la perte de la réserve du sol

Système est optimisé à un seuil de -10 kPa (ou cbars)

Seule exception est en sol grossier (30 à 70% gravier fin,

culture hors sols -5 kPa)

Retour sur investissement en 2 mois avec 5% de gain de

rendement, en 1 mois avec 10%.

4 ans sur la fraise Rendement et utilisation de l’eau

Expériences conduites

• 1. Ajuster le système en comparant différents seuils pour

intier l’irrigation à de multiples sites de 2010 à 2014, avec 4

types de sols et 4 sites.

• 2. Essais parallèles avec un traitement témoin gestionnaire

et 100% ET vs irrigation de precision par tension

• 3. Études de retour sur investissement

Analyses de sols

Paramètres mesurés

Propriétés initiales

Texture

Conductivité saturée-non saturée (Ksat), k(h), a

Courbe de rétention

Salinité : Conductivité électrique (CE)

Déterminations hebdomadaires

Quantité d’eau/ac avec des compteurs d’eau

Aalinité (CE) avec lysimetre à succion

Lessivage

Salinité du sol en SSE (méthode 1: 1 suspension (début, mi et fin

de saison)

Rendement en sous parcelles

Taille des fruits (calibre)

Qualité mesurée avec indice Brix

Taille de plants (surface de la canopée, diametre du

collet, poids des raciness et observation du système

racinaire)

Dispositifs répliqués

Paramètres mesurés

Mesure de performance des cultures

(hebdomadaires sur toute la saison)

Augmentation

de rendementp/R au producteur

Année Type de sol Région Producteur -10 kPa (%)

2011 Argile CA 100 93 0

Wastonville 2013 Argile CA 144 84 0

2014 Argile CA 83 83 26

2012 Loam limono-argileux CA 163 68 17

2012 Loam limno-argileux CA 100 114 14

2013 Loam sableux CA 93 128 6

2014 Loam sableux CA 100 154 7

2012 Loam argileux (schistes) QC 35 42 20

2013 Loam argileux (schistes) QC 49 42 18

2014 Loam argileux (schistes) QC 52 63 0

112 103 10CA: Cal i fornia ; QC: Québec

Eau utilisée% de l'ETP réelle

Moyenne de l'eau utilisée (Californie)

Salinas

Oxnard

Île d'Orléans

Sommaire des essais en fraises

Field Number1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Appl

ied

Wat

er (%

of c

rop

ET )

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Average = 94% Crop ET

Field Number1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Appl

ied

Wat

er (%

Cro

p ET

)

0

50

100

150

200

250January - October

Avg = 146%

Pourcentage de l’ETP réelle appliquée par les producteurs

californiens en 2010 et en 2011 dans la region de

Watsonville (Cahn, 2012)

2010 2011

Moyenne: 120%

Sol sableux -8kPa

~110% ETc

Sol argileux -10 à -12 kPa

80 à 110% ETc

Loam limono-argileux Faible réponse

Effet du seuil de déclenchement de l’irigation (SDI) sur les rendements vendables

Sol sableux -8kPa

~110% ETc

Sol argileux -10 à -12 kPa

80 à 110% ETc

Loam limono-argileux Faible réponse

Effet du seuil de déclenchement de l’irigation (SDI) sur les rendements vendables

Problématique Sol de l’île d’Orléans (fraction particules > 2 mm importante) :

– conductivité hydraulique élevée

– écoulement principalement vertical

Ce qui entraîne :

– eau hors de la zone racinaire

– assèchement en bordure de l’andain

– perte de nutriments

Faible efficacité d’utilisation de l’eau d’irrigation (EUEI)

Objectif Différentes techniques pourraient améliorer l’efficacité d’utilisation de l’eau d’irrigation (EUEI) :

– Fractionnement de l’irrigation

– Ajustement du SDI en fonction de la demande prévisionnelle d’évapotranspiration de la culture (ETc)

– Système culture hors-sol en champ sans abri

Déterminer l’effet sur la productivité, la qualité des fruits et l’EUEI

Traitement Seuil de déclenchement

(kPa)

1. Conventionnel -15

2. Fractionné -15

3. Fractionné avec seuil de déclenchement modulé par la demande anticipée d’évapotranspiration de la culture (ETc),

ETc < 2.0 mm ETc > 2.0 mm

-30

-15

4. Potentiel matriciel constant (PMC) -15

5. Hors-sol sur butte profilée -5

Matériel et méthodes

Matériel et méthodes Dispositifs expérimentaux

• Cultivar à jour neutre Monterey

• Densité plantation - sol : 7,8 plants/m (1 plant au 10 po)

- hors-sol : 10 plants/m (1 plant au 8 po)

Année Champ Répétition Plantation Début

récolte

Fin

récolte

Durée

(semaine)

2013 6 & 7 4 15 mai 13 juil 18 oct 13,9

2014 10 6* 20 mai 10 juil 10 oct 13,1

*bloc aléatoire incomplet

Traitements fractionnés (“pulse”)

Wang et al. (2006) : pomme de terre

préférable d’irriguer fréquemment de petites quantités d’eau que de faire une seule application du volume d’eau

Létourneau (2012) : fraisiers à jours neutres

irrigation fractionnée = une hausse significative du rendement à l’été 2012

• Exemple d’une irrigation :

0 60 120 Temps (min)

Fractionnée

Conventionnelle

Traitement à potentiel matriciel constant (PMC)

± 30 cm

Traitement hors-sol (Raised bed trough system)

Substrat Fafard G10 et sciure-tourbe avec matelas capillaire (-5 kPa)

Irrigation • 3 blocs instrumentés

• Sonde à : 15 cm : déclenchement

30 cm : indique si lessivage

• Déclenchement lorsque la moyenne des 3 tensiomètres à 15 cm atteint le seuil fixé

• 2013 : ouverture manuelle valves

• 2014 : système automatisé (CTR)

15 cm

30 cm

Variables mesurées

• Diamètre collet, canopée, biomasse

• Rendement vendable

• Calibre, fermeté, teneur en sucre

• Volume d’eau appliqué

• Propriétés physico-chimiques du sol

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Mai Juin Juillet Août Septembre Octobre

Pré

cip

itat

ion

(m

m)

0

20

40

60

80

100

Mai Juin Juillet Août Septembre Octobre

ETc

(mm

)

ETc

2013 = 266 mm

2014 = 255 mm

Précipitation 2013 = 588 mm

2014 = 581 mm

*à partir données station Saint-Laurent

Résultats 2013 et 2014 Mesures de croissance

2013 : Pas d’effet significatif

2014 : Avantage fractionné et hors-sol

Traitement Canopée (cm²) Diamètre collet (mm)

2013 2014 2013 2014

1. Conventionnel 716 a 680 b 22 a 19 b

2. Fractionné 697 a 806 a 22 a 23 a

3. Fractionné ETc 705 a 691 b 20 a 20 b

4. PMC 631 a 690 b 20 a 20 b

5. Hors-sol 614 a 805 a 20 a 25 a

Note : Les traitements avec une lettre commune ne sont pas significativement différents au niveau 0.05

Rendement vendable total

Traitement Moyenne 2 ans

(relatif)

1. Conventionnel 1,00

2. Fractionné 1,11

3. Fractionné ETc 1,09

4. PMC 1,09

5. Hors-sol 1,12

Pas d’augmentation significative globale à 16 d.l.

Qualité des fruits

Traitement Calibre (g/fruit) Teneur en

sucre (°BRIX) 2013 2014

1. Conventionnel 16,4 ab 19,4 a 9,2 a

2. Fractionné 15,7 b 19,7 a 9,0 a

3. Fractionné ETc 16,8 a 19,7 a 9,0 a

4. PMC 16,5 ab 19,8 a 9,2 a

5. Hors-sol 16,4 ab 18,1 b 8,1 b

Note : Les traitements avec une lettre commune ne sont pas significativement différents au niveau 0.05

Hors-sol : doit améliorer la qualité des fruits

Eau

Année Traitement Eau appliquée

m³/ha Efficacité utilisation de l’eau

d’irrigation (relative)

2013

1. Conventionnel 1 328 1,00

2. Fractionné 1 131 1,35

3. Fractionné ETc 1 033 1,40

4. PMC 1 143 1,27

5. Hors-sol 1 428 1,09

2014

1. Conventionnel 1 331 1,00

2. Fractionné 1 627 0,84

3. Fractionné ETc 1 275 1,12

4. PMC 1 259 1,19

5. Hors-sol 1 299 1,08

Maladie racinaire

Traitement

% de racine présentant symptômes maladies

2013 2014 2ans

1. Conventionnel 9 30 19 a

2. Fractionné 9 28 18 a

3. Fractionné ETc 8 31 19 a

4. PMC 11 30 21 a

5. Hors-sol 8 16 12 b Note : Les traitements avec une lettre commune ne sont pas significativement différents au niveau 0.05

Hors-sol n’élimine pas problème maladie racinaire mais significativement moins affecté

Champignons 2014 : • Fusarium • Verticilium • Sclerotina • Alternaria

2013 CE

14 mai 0,50

26 juin 0,43

8 août 0,34

Eau d’irrigation

Suivi CE au lysimètre

2013

2014 2014 CE

19 mai 0,21

22 juillet 0,25

Conclusions • Tous les traitement ont permis d’augmenter le

rendement vendable par rapport à la régie conventionnelle.

• La culture hors-sol a permis d’améliorer les rendements de 12% par rapport à la régie conventionnelle.

• La régie d’irrigation fractionnée engendre des gains de rendement de 10% par rapport à la régie conventionnelle.

Conclusions

• La culture hors-sol permet une amélioration de l’EUEI de 8,5% par rapport à la régie conventionnelle.

• Le fractionnement de l’irrigation permet une amélioration de l’EUEI jusqu’à 40%.

• L’ajustement du seuil d’irrigation permet des économies d’eau en début et en fin de saison.

Augmentation

de rendementp/R au producteur

Année Type de sol Région Producteur -10 kPa (%)

2011 Argile CA 100 93 0

Wastonville 2013 Argile CA 144 84 0

2014 Argile CA 83 83 26

2012 Loam limono-argileux CA 163 68 17

2012 Loam limno-argileux CA 100 114 14

2013 Loam sableux CA 93 128 6

2014 Loam sableux CA 100 154 7

2012 Loam argileux (schistes) QC 35 42 20

2013 Loam argileux (schistes) QC 49 42 18

2014 Loam argileux (schistes) QC 52 63 0

112 103 10CA: Cal i fornia ; QC: Québec

Eau utilisée% de l'ETP réelle

Moyenne de l'eau utilisée (Californie)

Salinas

Oxnard

Île d'Orléans

Sommaire des essais en fraises

3 Situations 1. Watsonville 2014 (augmentation de rendement et

économies d’eau)

-10 kPa et 100% ETr

2. Watsonville 2013 (économie d’eau)

Gestionnaire et -10 kPa

3. Oxnard 2014 (augmentation de rendement et irrigation supplémentaire)

Gestionnaire et -10 kPa

Coûts Bénéfices

Investissement Gains de rendement

(marché frais)

Coûts d’installation Économies d’eau

Frais d’entretien

Pour chaque méthode d’irrigation

Analyse coûts-bénéfices (tensiomètres sans fil Hortau)

Postulé Autres

possibilités

Prix de l’eau

($/acre-pied) 300(1) De 30 à 1400(3)

Prix de la fraise sur le

marché frais ($/lb) 1.0631(2) de 0.80 à 2.22(4)

(1) Average Water Prices for Agricultural Purposes in Watsonville Area (Delivered Recycled Water and Pumped Groundwater), Pajaro Valley Water Management Agency, Personal Communication, 2015

(2) According to USDA, National Agricultural Statistics Service, Agricultural Prices, Average Price Calculated from April to November 2014 Data

(3) Santa Clara Valley Water District 2015, Pajaro Valley Water Management Agency 2015, Public Work Agency County of Ventura 2013, Montecito Water District 2014, Samuel Sandoval Solis (Personal Communication, 2015)

(4) According to USDA, National Agricultural Statistics Service, Agricultural Prices, April to November 2014 and January to December 2012.

Postulats

Analyses coûts-bénéfcies

Tailles d’entreprises 25

acres 50

acres 100

acres 250

acres

Stations TX4 inclut: Tension (2), Temperature (1) et pression (1) , Base Web

2 5 10 25

Frais mensuels oui

En tensiomètres sans fils (-10 kPa)

Coûts

Taille d’entreprise

25 acres

50 acres

100 acres

250 acres

Réseau CIMIS Négligeables

Irrigation basée sur 100% ETréelle

Coûts

Precision Irrigation vs 100% ETr

79% ETr Accroissement

de rendement de 5% comparé à 100% ETr

21% moins d’eau que 100% Etr

Watsonville 2014

25

acres

50

acres

100

acres

250

acres1 958 $ 4 896 $ 9 792 $ 24 480 $

1 800 $ 4 500 $ 9 000 $ 22 500 $

Mileage Fee (annual) 336 $ 540 $ 1 380 $ 2 400 $

4 094 $ 9 936 $ 20 172 $ 49 380 $

ANNUAL GAINS62 298 $ 124 595 $ 249 191 $ 622 977 $

3 000 $ 6 000 $ 12 000 $ 30 000 $

65 298 $ 130 595 $ 261 191 $ 652 977 $

NET ADDITIONNAL MARGIN 61 203 $ 120 659 $ 241 019 $ 603 597 $

ROI 0.16 0.20 0.20 0.20

ANNUAL COSTS

Capital Cost Allowance* (5 years)

Service Fees (annual)

FARM SIZES

*The Capital Cost Allowance includes installation costs since these were not distinguishable from the cost of the technology.

Total Annual Costs

Yield Increase (5%, 2350 lbs/ac)

Total Annual Gains

Water Use Decrease (21%, 0,4 ac-ft/ac)

Irrigation de précision vs gestionnaire de l’irrigation 84% ETr

Pas de gain

de rendement comparé au traitement du gestionnaire

Économie d’eau de 58% comparé au producteur

Watsonville 2013

25

acres

50

acres

100

acres

250

acresCapita l Cost Al lowance* (5 years ) 1 958 $ 4 896 $ 9 792 $ 24 480 $

Service Fees (annual) 1 800 $ 4 500 $ 9 000 $ 22 500 $

Mileage Fee (annual) 336 $ 540 $ 1 380 $ 2 400 $

Total Annual Costs 4 094 $ 9 936 $ 20 172 $ 49 380 $

6 742 $ 13 485 $ 26 970 $ 67 425 $

Total Annual Gains 6 742 $ 13 485 $ 26 970 $ 67 425 $

2 648 $ 3 549 $ 6 798 $ 18 045 $

ROI 3.70 6.90 7.20 6.78

Water Savings (58%)

ANNUAL GAINS

ANNUAL COSTS

FARM SIZES

NET ADDITIONAL MARGIN

*The Capital Cost Allowance includes installation costs since these were not distinguishable from the cost of the technology.

Irrigation de précision vs gestionnaire (100 ETr)

154% ETr

Gain de rendement de 6% comparé au gestionnaire

Augmentation de

consommation en eau de 54% comparé au gestionnaire

Oxnard 2014

25

acres

50

acres

100

acres

250

acresCapita l Cost Al lowance* (5 years ) 1 958 $ 4 896 $ 9 792 $ 24 480 $

Service Fees (annual) 1 800 $ 4 500 $ 9 000 $ 22 500 $

Mileage Fee (annual) 336 $ 540 $ 1 380 $ 2 400 $

5 625 $ 11 250 $ 22 500 $ 56 250 $

Total Annual Costs 9 719 $ 21 186 $ 42 672 $ 105 630 $

92 649 $ 185 298 $ 370 597 $ 926 492 $

Total Annual Gains 92 649 $ 185 298 $ 370 597 $ 926 492 $

82 930 $ 164 112 $ 327 925 $ 820 862 $

ROI 0.12 0.15 0.15 0.15

NET ADDITIONAL MARGIN

FARM SIZES

ANNUAL COSTS

ANNUAL GAINSYield Increase (6%, 3490 lbs/ac)

Water Use Increase (54%)

*The Capital Cost Allowance includes installation costs since these were not distinguishable from the cost of the technology.

• Le gain de rendement est la principale variable affectant le retour sur

investissement en irrigation de precision

• L’irrigation de précision dégage des marges nettes additionnelles par

rapport au traitement donnant 100% de l’ETr

Retour sur investissement

Essai Résultats par rapport

au traitement ETr

Retour sur

investissement

(RSI)

Watsonville 2014 Gains de rendement: 5%

Économie d’eau: 21% 1.9 à 2.4 mois

Oxnard 2014 Gain de rendement: 6%

Économie d’eau: 54% 1.4 à 1.8 mois

Watsonville 2013 Économie d’eau: 58% 3.7 à 6.8 ans

Ce qu’on va voir Sauver de l’eau en utilisant des tensiomètres sans fils

relativement à la gestion moyenne visant à compenser

pour la perte de la réserve du sol

Système est optimisé à un seuil de -10 kPa (ou cbars)

Seule exception est en sol grossier (30 à 70% gravier fin,

culture hors sols -5 kPa)

Retour sur investissement en 2 mois avec 5% de gain de

rendement, en 1 mois avec 10%.

4 ans sur la fraise Rendement et utilisation de l’eau

Remerciements