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Journée Qu@liméditerranée 16 Novembre 2012 Technologies pour estimer l'état nutritionnel des plantes : de la feuille à la parcelle B. Tisseyre UMR ITAP, Montpellier SupAgro/Cemagref, France Atelier : les technologies au service de la nutrition des plantes

Atelier 2 - Les technologies au service de la nutrition des plantes : Les technologies pour estimer l'état nutritionnel des plantes : de la feuille à la parcelle

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Bruno Tisseyre (UMR ITAP)

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Journée Qu@liméditerranée 16 Novembre 2012

Technologies pour estimer l'état nutritionnel des plantes :

de la feuille à la parcelle

B. Tisseyre

UMR ITAP, Montpellier SupAgro/Cemagref, France

Atelier : les technologies au service de la

nutrition des plantes

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Introduction

Les Enjeux

Les différentes techniques

Techniques de base

Techniques directes

Techniques indirectes

L’intégration

Perspectives

Plan

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Introduction

Estimation de l’état nutritionnel

Tous les éléments nécessaires : croissance et développement

CO2

O2

H2O

N, P, K : éléments principaux, (besoins plusieurs kg/ha)

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Journée Qu@liméditerranée 16 Novembre 2012

Introduction

Estimation de l’état nutritionnel

Tous les éléments nécessaires : croissance et développement

CO2

O2

H2O

N, P, K : éléments principaux, (besoins plusieurs kg/ha)

Ca, Mg, S : Eléments secondaires, (besoins 100 aines de g/ha)

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Introduction

Estimation de l’état nutritionnel

Tous les éléments nécessaires : croissance et développement

CO2

O2

H2O

N, P, K : éléments principaux, (besoins plusieurs kg/ha)

Ca, Mg, S : Eléments secondaires, (besoins 100 aines de g/ha)

B, Fe, Cu, Mn,…Oligo-éléments, (besoins quelques g/ha)

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L’enjeu de l’azote

Technologies opérationnelles pour estimer l’état nutritionnel

Toutes référent au statut azoté

Sources : Comifer

- Enjeux de productivité

Un des plus importants facteurs de production des grandes cultures,

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Sources : UNIFA-fertilizers Europe (2011)

En kg d’élément fertilisant/ha

L’enjeu de l’azote

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Technologies opérationnelles pour estimer l’état nutritionnel

Toutes référent au statut azoté

Sources : Comifer

- Enjeux de productivité

- Enjeux de maîtrise de la qualité

La teneur en azote ou en protéines des récoltes

L’enjeu de l’azote

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Technologies opérationnelles pour estimer l’état nutritionnel

Toutes référent au statut azoté

- Enjeux de productivité

- Enjeux de maîtrise de la qualité

- Enjeux de qualité de l’eau et de l’air

Une forme dissoute mobile, (NO3-) sujette à lixiviation, Directive européenne*

sur le nitrate vise à limiter la teneur en nitrate dans les nappes. (NH3 :

ammoniac) est volatile et vient contaminer l’atmosphère.

* Directive n° 91/676/CEE du 12/12/91 concernant la protection des eaux contre la pollution par les nitrates à

partir de sources agricoles.

L’enjeu de l’azote

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Technologies opérationnelles pour estimer l’état nutritionnel

Toutes référent au statut azoté

- Enjeux de productivité

- Enjeux de maîtrise de la qualité

- Enjeux de qualité de l’eau et de l’air

- Enjeux économique et énergétique

Production de 1kg d’amonitrate = 2 litre de fuel (synthèse à partir du gaz

naturel). 50 % de l’intrant énergétique en agriculture. Un prix indexé sur le

pétrole.

L’enjeu de l’azote

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Technologies opérationnelles pour estimer l’état nutritionnel

Toutes référent au statut azoté

- Enjeux de productivité

- Enjeux de maîtrise de la qualité

- Enjeux de qualité de l’eau et de l’air

- Enjeux économique et énergétique

L’enjeu de l’azote

Estimer l’état nutritionnel azoté est un grand enjeux - Apporter la bonne dose, au bon moment

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Les Bases des techniques

- Un fractionnement des apports

Source : Comifer

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Les Bases des techniques

Besoins en outils spécifiques pour mesurer l’état nutritionnel

Source : Comifer

Etat nutritionnel

estimé par bilan

(Comifer)

Mesure de l’état

nutritionnel

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Les Bases des techniques

Techniques issues de l’agriculture de précision intéressantes pour

améliorer la résolution spatiale du bilan :

- Sol (profondeur, texture) pour estimer la minéralisation ou

les reliquats.

Techniques géophysiques (ERa, ECa)

(Géocarta, Défisol)

- Azote absorbé et restitué par la culture par estimation de la

biomasse entrée et sortie hiver.

(Farmstar, Colza)

0,2 kg/m² 0,4 kg/m² 1 kg/m²

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Ces techniques consistent à mesurer l’azote dans la plante : - Prélever un échantillon,

- Extraire le jus cet échantillon (base des tiges, pétiole) par pression,

- Doser l’azote présent dans le jus afin d’en déduire son état nutritionnel

par rapport à un état de référence à la date t ; Indice de nutrition azoté

INN (Lemaire et Gastal, 1997).

Les techniques directes

Exemples : - Jubil®, Inra/Arvalis (blé, blé dur, orge, pdt, maïs),

- Ramses ®, Invivo (blé, blé dur, orge),

- PILazo ®, Ctifl ( Carotte, melon, fraisier, pdt primeur, tomate, aubergine),

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Ces techniques consistent à l’azote dans la plante : - Prélever un échantillon,

- Extraire le jus cet échantillon (base des tiges, pétiole) par pression,

- Doser l’azote présent dans le jus afin d’en déduire son état nutritionnel

(par rapport à un état de référence).

Les techniques directes

Exemples : - Jubil®, Inra/Arvalis (blé, blé dur, orge, pdt, maïs),

- Ramses ®, Invivo (blé, blé dur, orge),

- PILazo ®, Ctifl ( Carotte, melon, fraisier, pdt primeur, tomate, aubergine),

Principe reposant sur mesure de

bandelettes colorimétriques

900 € HT

4 €/ha Sources : Nitralab RQFFlex

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Adoption : ?? (quelques 100 aines de milliers d’ha)

Intérêts : - Méthode sensible,

- Assez Spécifique ,

- Réunion de sensibilisation (au silo),

- Peu coûteuse (4 €/ha),

Inconvénients : - Fidélité (sensible à l’échantillonneur),

- Lourdeur de la préparation de l’échantillon,

- Méthodes destructives,

- Représentativité et résolution spatiale (60 tiges/pétioles),

Les techniques directes

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Méthodes basées sur les propriétés optiques des feuilles

Les techniques indirectes

Azote : constituant principal de la

chlorophylle a et b

Sources : wikipédia

Sources : wikipédia

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Méthodes basées sur les propriétés optiques des feuilles

Les techniques indirectes

Azote : constituant principal de la

chlorophylle a et b

Sources : wikipédia

Sources : Force A

Mesure par Réflectance

Mesure par transmittance

Mesure par fluorescence

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Méthodes basées sur les propriétés optiques des feuilles

Les techniques indirectes

Source : Feret, 2009

Source : wikipédia

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Méthodes basées sur les propriétés optiques des feuilles

Les techniques indirectes

Source : Feret, 2009

Elaboration d’indice à partir de :

- 2 : constant pour une variété considérée (structure)

- 1 : variable en fonction chla, chlb azote

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Méthodes basées sur les propriétés optiques des feuilles

Les techniques indirectes

Env : 1500-2000 €

Mesures par transmittance :

- sur le limbe ou le pétiole,

- Appareil à pince (transmittance),

- continuité des méthodes basées sur le jus de tige,

Exemples : - N tester®, Yara, Arvalis (blé, blé dur, orge, pdt, maïs), (650/950 nm)

- SPAD®, Invivo, Konika, Minolta (blé, blé dur, orge, riz), (650/940 nm)

Source : Yara Source : Minolta

(4 €/ha),

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Adoption : ?? (env. 2000 appareils en France)

Intérêts similaires à méthodes directes: - Similaires à méthodes directes,

- Non destructive

Inconvénients : - Similaires méthodes directes,

- Représentativité (intra-feuille) et résolution spatiale (30

feuilles/parcelles),

Les techniques indirectes

Méthodes basées sur la transmittance

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Les techniques indirectes

Méthodes basées sur la réflectance

- Proxidétection

- Télédétection

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Les techniques indirectes

Méthodes basées sur la réflectance

- Proxidétection

- Mesures à quelques cm du couvert végétal,

- Une difficulté, la réflectance est sensible aux conditions

d’acquisition,

- Ces méthodes fonctionnent généralement en relatif par

comparaison d’une bande sur fertilisée (30 m), ou d’une

référence autre avec le reste de la parcelle.

- Calcul d’un indice INN « local ».

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Les techniques indirectes

Méthodes basées sur la réflectance

- Proxidétection

Exemples : - GPN Pilot®, GPN Agriculture (blé, blé dur, orge) (env. 3000 €),

- GreenSeeker®, Trimble, (blé, blé dur, orge, mais, coton), (5000 €),

- N Sensor ®, Yara, (blé, blé dur, orge) (18000 €)

- Satscan ™, Satplan + Greenseeker (blé, orge) (20000€)

Source : GPN agriculture

Source : N tech/Trimble

Source : Yara

Source : Satplan

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Adoption : pour N sensor env. 1500 appareils en Allemagne, 500 en GB,

150 en France, Danemark, Ukraine.

Intérêts : - Assez Spécifique (confusion possible avec Chlorose)

- Rend la modulation possible,

Inconvénients : - Sensibilité à la variation de biomasse, sol nu, adventices

- Fidélité (sensible à l’échantillonneur),

- Lourdeur de la bande de référence à mettre en œuvre,

- Représentativité variable,

Les techniques indirectes

Méthodes basées sur la réflectance (Proxidétection)

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Les techniques indirectes

Méthodes basées sur la réflectance

- Télédétection (satellite)

- Corrections radiométriques,

- Sensibilité à la variabilité de la biomasse,

Deux approches :

- Approches relatives (INN local) basée sur parcelles de

référence et/ou observations locales (Farmsat®, SoilSense®

Geosys)

- Inversion de modèle biophysique => estimation de la

biomasse au sol et de la teneur en chlorophylle (Farmstar ®,

Astrium).

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Les techniques indirectes

Méthodes basées sur la réflectance

- Télédétection (drone, avion, satellite)

Exemples : - Farmsat®, Géosys (blé, blé dur, orge) (env. 10 €/ha),

- Farmstar®, Astrium, Arvalis, Cetiom, (blé, orge, colza), (10 €/ha),

Sources : Astrium Sources : Géosys

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Adoption : 600 000 ha (farmstar, France), ?? (Farmsat) avec un marché

international

Intérêts : - Exhaustivité spatiale (fonction de la résolution de l’image),

- Conseil associé (mode de distribution),

- Non destructive,

- Rend la modulation possible,

Inconvénients : - Spécificité,

- Coût, abonnement,

- Délai (zones septentrionnales)

Les techniques indirectes

Méthodes basées sur la réflectance (Proxidétection)

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Les techniques indirectes

Méthodes basées sur la fluorescence (Proxidétection)

Principe - Excitation de la chlorophylle (UV),

- Détection émission chlorophyllienne

(630-800 nm),

Sources : Force A

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Les techniques indirectes

Méthodes basées sur la fluorescence (Proxidétection)

Exemples : - Dualex ®, Force-A (5800 €)

- Multiplex ®, Force-A (27 900 €)

Sources : Force-A

Mesure du NBI (Nutritional balance index)

- Métabolite primaire : Chlorophylle,

- Métabolite secondaire : Flavonols,

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Des techniques intégrées

Sociétés privées (Yara, GPN, Astrium, etc.)

Instituts techniques

Associations (Arvalis, CTIFL, Comifer, etc.)

Distributeurs

Elaboration d’outils

Seuls ou en collaboration

Prescripteurs

Coopératives, Chambres

d’agriculture, conseil. Distribution, Conseil,

Utilisation, assistance

technique, etc.

Agriculteurs

Information,

avertissement, etc.

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Perspectives

- Méthodes directes (dosage chimique de pétiole)

- teneur en K, Mg, Ca, Fe, etc. de pétioles,

- identification de carences ou d’évolution moyen terme,

- enjeux : références adaptées

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Perspectives

- Méthodes directes (dosage chimique de pétiole)

- teneur en K, Mg, Ca, Fe, etc. de pétioles,

- identification de carences ou d’évolution moyen terme,

- enjeux : référénces adaptées

- Spectrométrie/ Imagerie hyperspectrale

- teneur en K de feuilles d’oranger en laboratoire (Menasetti et al. 2010),

- déficience en K de feuilles d’oliviers au champs (Gomez-Casero et al., 2007),

- niveaux de P et K sur des prairies (Kawamura et al., 2011),

- identification de signatures spécifiques dans le moyen infra-rouge (Jaquemoud, 2011)

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Perspectives

- Méthodes directes (dosage chimique de pétiole)

- teneur en K, Mg, Ca, Fe, etc. de pétioles,

- identification de carences ou d’évolution moyen terme,

- enjeux : référénces adaptées

- Spectrométrie d’impédance

- état général de stress sur plante ornementale (Azzarello et al. , 2006),

- état général de stress sur tomate sous serre (Tomkiewicz et al., 2007),

- Spectrométrie/ Imagerie hyperspectrale

- teneur en K de feuilles d’oranger en laboratoire (Menasetti et al. 2010),

- déficience en K de feuilles d’oliviers au champs (Gomez-Casero et al., 2007),

- niveaux de P et K sur des prairies (Kawamura et al., 2011),

- identification de signatures spécifiques dans le moyen infra-rouge (Jaquemoud, 2011)

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- Grande diversité d’outils opérationnels pour estimer l’état

nutrionnel azoté,

- Une application limitée… 3éme apport d’azote,

- Méthodes spécifiques restent destructives (analyses chimiques),

- Développement de méthodes non destructives mais pour un état

de stress général et non spécifique d’un élément.

Conclusion

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Merci

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Sources : Comifer

L’enjeu de l’azote

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Adoption : ?? (quelques 100 aines de milliers d’ha)

Intérêts : - Méthode sensible,

- Assez Spécifique ,

- Réunion de sensibilisation (au silo),

- Peu coûteuse (4 €/ha),

Inconvénients : - Fidélité (sensible à l’échantillonneur),

- Lourdeur de la préparation de l’échantillon,

- Méthodes destructives,

- Représentativité et résolution spatiale (60 tiges/pétioles),

Les techniques directes