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CARL BELEC WFLUENCE DE LA SUCCESSION CULTURALE EN SOLS ORGANIQUES SUR LES PROPRIÉTÉS PHYSIQUES DU SOL ET LE BILAN D'AZOTE Mémoire présenté à la faculté des études supérieures de l'Université Laval dans le cadre du programme de maîtrise en sols et environnement pour l'obtention du grade de maître ès sciences (M. Sc.) FACULTÉ DES SCIENCES DE L'AGRICULTURE ET DE L'ALIMENTATION UNIVERSITÉ LAVAL QUÉBEC JANVIER 2006 © Carl Bélec, 2006

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Page 1: CARL BELEC - Université Laval

CARL BELEC

WFLUENCE DE LA SUCCESSION CULTURALE EN SOLS ORGANIQUES SUR

LES PROPRIÉTÉS PHYSIQUES DU SOL ET LE BILAN D'AZOTE

Mémoire présenté

à la faculté des études supérieures de l'Université Laval

dans le cadre du programme de maîtrise en sols et environnement

pour l'obtention du grade de maître ès sciences (M. Sc.)

FACULTÉ DES SCIENCES DE L'AGRICULTURE ET DE L'ALIMENTATION

UNIVERSITÉ LAVAL

QUÉBEC

JANVIER 2006

© Carl Bélec, 2006

Page 2: CARL BELEC - Université Laval

RESUME

Cette étude réalisée entre 1992 et 1994 inclusivement montre que l'introduction d'une

culture d'orge dans un programme de rotation avec la culture de carottes a permis de

produire un couvert végétal important et a amélioré la qualité du sol organique de la sous-

station de recherche de Sainte-Clotilde d'Agriculture et Agroalimentaire Canada. Une

élévation rapide de la conductivité hydraulique saturée a été mesurée l'année même de

l'implantation de l'orge et s'est maintenue lors des mesures prisent au printemps suivant

avec des valeurs de 8,6X10^5 et l,4X10^5 m^1 pour l'orge et la carotte, respectivement.

Toutefois, l'effet s'est dissipé au cours de l'année suivante, suite à la remise en culture de

la carotte. L'introduction de l'orge dans la rotation a entraîné une augmentation des

rendements vendables de carottes de l'ordre de 3,7 t ha'1 mais n'a pas affecté les besoins

azotés.

Différents traitements de fertilisation azotée allant de 0 à 75 kg N ha 1 ont également été

appliqués sur une période de trois ans afin d'évaluer si la carotte répondait à la

fertilisation de l'année mais également à celle des années antérieures. Un suivi des

nitrates du sol a été effectué afin de quantifier l'importance des risques de pertes par

lessivage. Les doses croissantes d'engrais azoté n'ont eu aucun effet sur le rendement de

carottes pour les trois années d'expérimentation. Un rendement moyen de 51,0 t ha ' a été

obtenu en 1994 pour les parcelles sous monoculture de carottes ayant reçu 0 kg N ha 1 en

1992, 1993 et 1994 comparativement à un rendement de 49,6 t ha ' pour une fertilisation

successive de 75 kg N ha ' en 1992 et 1993 et de 50 kg N ha"1 en 1994. Les doses

croissantes d'engrais azotés ont cependant fait augmenter le contenu en azote du sol et

des tissus. Les doses d'azote plus élevées ont amené de plus grandes quantités de nitrates

sous la zone racinaire, augmentant ainsi le risque de contamination de la nappe d'eau

souterraine. De plus, le fractionnement des engrais azotés n'a eu aucun effet, tant sur le

rendement de la carotte que le contenu en azote du sol ou des tissus.

Page 3: CARL BELEC - Université Laval

AVANT-PROPOS

Je tiens à remercier toutes les personnes qui ont contribuées de près ou de loin à la

réalisation de ce projet. Je souligne particulièrement la contribution de mon directeur de

recherche M. Jean Caron pour son soutien et son aide précieuse, ainsi que mes co-

directeurs M. Nicolas Tremblay et M. Léon-Étienne Parent.

Je remercie également M. Yvon Perron d'Agriculture et Agroalimentaire Canada à St-

Jean-sur-Richelieu et M. Michel Fortin de la ferme expérimentale de Ste-Clotilde pour

leur aide tout au long de cette recherche.

Je souligne finalement l'implication du Département des sols de l'Université Laval et de

la station de recherches d'Agriculture et Agroalimentaire Canada à St-Jean-sur-Richelieu

(CRDH), de même que le Conseil de Recherches en Pêche et Agroalimentaire du Québec

(CORPAQ) pour leur support financier nécessaire à la réalisation de ce projet de

recherche.

Page 4: CARL BELEC - Université Laval

TABLE DES MATIÈRES

RÉSUMÉ ii

AVANT-PROPOS iii

TABLEDESMATIÈRES iv

LISTEDESTABLEAUX v

LISTE DES FIGURES vii

tt4TRODUCTION 1

1. REVUE DE LITTÉRATURE 3

2.MATÉRIELETMÉTHODE 6

2.1 Dispositifexpérimental 6

2.2Regiede culture 7

2.3 Suivi des nitrates du sol 8

2.4 Prélèvements azotés 10

2.5 Suivi despropriétésphysiques du sol 11

2.6Analyse statistique 13

3.RESULTATSETDISCUSSION 14

3.1 Propriétésphysiques du sol 14

3.2 Rendement de Iα carotte 17

3.3 Contenu en azote dusol 19

3.4Prelevements azotés de Iα carotte 26

3.5Bilanazote 29

CONCLUSION 32

RÉFÉRENCESBIBLIOGRAPHIQUES 34

Page 5: CARL BELEC - Université Laval

LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1. Résultats d'analyses de sol pour le profil 0-20 cm réalisées sur des

échantillons prélevés à l'automne 1991 8

Tableau 2. Paramètres de sol utilisés pour convertir les résultats d'analyses SSE de μg g '

enkgha'1 10

Tableau 3. Valeurs moyennes de porosité totale et de porosité drainable obtenues au

cours des années 1992 et 1993 en fonction du précédent cultural 14

Tableau 4. Valeurs moyennes de conductivité hydraulique saturée obtenues au cours des

années 1992 à 1994 en fonction duprécédent cultural 15

Tableau 5. Effet de la fertilisation azotée sur les rendements de carottes obtenus en 1992

(P<0.05) 17

Tableau 6. Effet de la fertilisation azotée et du précédent cultural sur les rendements de

carottesobtenusenl993(^<0.05) 17

Tableau 7. Effet de la fertilisation azotée appliquée en 1993-1994 et du précédent cultural

sur les rendements de carottes obtenus en 1994 (P < 0.05) 18

Tableau 8. Teneurs en N-NCV pour le profil de sol 0-60 cm selon les différents

traitements de fertilisation azotée et de précédent culturaux pour l'année 1992 (P <

0.05) 20

Tableau 9. Teneurs en N-NO3^ pour le profil de sol 0-70 cm et 80-90 cm selon les

différents traitements de fertilisation azotée et de précédent culturaux pour l'année

\992>(P<0.05) 21

Tableau 10. Teneurs en N-NCV pour le profil de sol 0-70 cm et 80-90 cm selon les

différents traitements de fertilisation azotée et de précédent culturaux pour l'année

\994(P<0.05) 22

Tableau 11. Azote prélevé par la carotte dans les parties foliaire et racinaire lors de la

saison 1992 27

Tableau 12. Azote prélevé par la carotte dans les parties foliaire et racinaire lors de la

saison 1993 27

Page 6: CARL BELEC - Université Laval

VI

Tableau 13. Azote prélevé par la carotte dans les parties foliaire et racinaire lors de la

saison 1994 28

Tableau 14. Bilan azoté de la saison 1992 mesuré pour la culture d'orge et de carottes

dans le profil de sol 0-60 cm 29

Tableau 15. Bilan azoté de la saison 1993 mesuré pour la culture de carottes sur le profil

de sol 0-70 cm et 80-90 cm 30

Tableau 16. Bilan azoté de la saison 1994 mesuré pour la culture de carottes sur le profil

de sol 0-70 cm et 80-90 cm 31

Page 7: CARL BELEC - Université Laval

Vll

LISTE DES FIGURES

Figure 1. Plan de champ du bloc I pour les années 1992 à 1994 (G = orge; C = carotte; 1

= traitement 0 kg N ha'1; 2 = 25 kg N ha^1; 3 = 50 kg N ha'1; 4 = 75 kg N ha'1; 5 = 25

+ 25 kg N ha'1) 7

Figure 2. Relation entre la conductivité hydraulique non saturée et le potentiel matriciel

moyen mesurée sur la ferme de Sainte-Clotilde aumois d'août 1993 12

Figure 3. Évolution de la conductivité hydraulique saturée sur une base relative avec le

précédent carotte (%) en fonction du précédent cultural pour la période allant de mai

1992ajuinl994 16

Figure 4. Distribution de l'azote sous forme nitrates ^J-NO3^) obtenues pour la culture

d'orge et de carottes selon les différents traitements de fertilisation azotée pour la

saison 1992 24

Figure 5. Distribution de l'azote sous forme nitrates O -NO3") obtenues pour la culture de

carottes selon les différents traitements de fertilisation azotée pour la saison 1993.25

Figure 6. Distribution de l'azote sous forme nitrates ^S[-NO3') obtenues pour la culture de

carottes selon les différents traitements de fertilisation azotée pour la saison 1994.25

Page 8: CARL BELEC - Université Laval

1

INTRODUCTION

Les sols organiques occupent 10 % du territoire canadien soit 922 000 km2 mais, si on se

limite à la zone localisée au sud de la ligne du pergélisol, la surface occupée est de

368 000 km2 (Jasmin et al. 1977). Au sud de Montréal se trouvent environ 10 000

hectares de sols organiques utilisés pour la production maraîchère. La carotte occupe

40 % des surfaces cultivées et est produite en continu ou en rotation avec l'oignon. Dès

leur mise en culture, les sols organiques deviennent très productifs mais sont alors

exposés à deux problèmes courants reliés à la dégradation des sols organiques : la

compaction réversible ou érosion irréversible du sol et la minéralisation irréversible de la

matière organique relâchant de grandes quantités d'azote sous forme de nitrates

susceptible de contaminer l'eau.

L'affaissement par oxydation biologique, la compaction, l'érosion éolienne et l'érosion

hydrique mettent en péril la productivité de ces sols. II a été établi que les sols organiques

s'accumulent au taux moyen de 30 cm par 500 ans et que le phénomène d'affaissement

d'une terre en culture, en l'occurrence celle de Sainte-Clotilde, est de 2,5 cm par année

(Jasmin et al. 1977). Des solutions doivent être apportées afin de réduire les pertes de sols

par érosion, en plus de limiter les niveaux de compaction. Une des solutions est

d'exploiter le système racinaire fasciculé d'une graminée pour structurer le sol, tout en

profitant des quantités importantes de résidus de culture laissés au sol pour freiner les

pertes de sols par érosion éolienne et hydrique. Par conséquent, de l'orge a été implantée

dans un programme de rotation avec la culture de carottes sur un sol organique exploité

depuis 1936. Plusieurs paramètres ont été mesurés au champ afin de suivre l'évolution

des propriétés physiques du sol associée à l'implantation de l'orge.

Le second volet des travaux a porté sur la régie de fertilisation azotée de la carotte. Les

sols organiques exploités depuis longtemps atteignent un certain niveau de maturité

(diminution du rapport C^Si) où l'azote minéralisé dans le profil par les micro-organismes

excède amplement la demande en azote de ces derniers CNesterenko 1976, Schothorst

1977, Tate 1987). Une source d'azote importante pouvant représenter un risque de

contamination de la nappe d'eau souterraine (Avnimelech et al. 1978) est alors disponible

Page 9: CARL BELEC - Université Laval

pour la plante, suggérant que les recommandations pour la fertilisation azotée pourraient

être réévaluées. De plus, comme les engrais azotés appliqués au cours de l'année

précédente peuvent représenter une source d'azote pouvant modifier les recommandations

de fertilisation de l'année qui suit (Tremblay et al. 1989), l'évaluation doit se faire sur

plusieurs saisons. Ainsi, différents traitements de fertilisation azotée ont été appliqués sur

une période de trois ans afin d'évaluer si la carotte répondait à la fertilisation de l'année

mais également à celle des années antérieures. Un suivi des nitrates du sol a également

été effectué afin de quantifier l'importance des risques de pertes par lessivage, associées

avec différentes pratiques de fertilisation. Cette étude vise donc à vérifier l'effet de la

succession culturale sur la productivité de la carotte, sur le prélèvement d'azote et le bilan

azoté.

Page 10: CARL BELEC - Université Laval

1. REVUE DE LITTÉRATURE

Les sols organiques, après drainage, chaulage et fertilisation, peuvent devenir hautement

productifs (Guthrie et Duxbury 1978). Cependant, à partir du moment où l'on draine ces

sols pour des pratiques agricoles, il s'ensuit une perte graduelle de sol sur l'ensemble du

profil. Le processus d'affaissement résulte principalement de l'oxydation aérobique de la

matière organique et du rabattement de la nappe (Reddy 1982; Terry et Tate 1980).

L'intensité du processus d'affaissement est régi par plusieurs facteurs comme le type de

matériel à l'origine de la tourbière, le système de production (type de culture, façon de

récolter) et est reliée à la profondeur de la nappe phréatique (Shih et al. 1979, Lucas

1982). D'importantes pertes de sol sont également attribuables à l'érosion éolienne et

hydrique (Parent et al. 1982). Afin de réduire les problèmes de dégradation, des travaux

ont porté sur la rotation des cultures. L'introduction d'une culture de graminée dans la

rotation stabilise efficacement le sol et laisse pendant l'hiver une couverture végétale

protégeant la surface du sol face à l'érosion éolienne (Woodruffet al. 1977). Sur des sols

organiques localisés au sud-ouest du Québec, Millette et al. (1981) ont démontré que la

conductivité hydraulique saturée des sites cultivés était inférieure aux sites boisés. Ainsi,

les pratiques culturales pouvant modifier le réseau poral, tel que l'introduction d'une

culture de graminée dans la rotation, sont susceptibles de changer la perméabilité du sol

permettant de favoriser l'infiltration de l'eau à travers le profil et limitant aussi le

ruissellement de surface.

On sait déjà que le précédent cultural influence les rendements des cultures maraîchères

(Hamilton et Bernier 1976) et que l'introduction d'une graminée permet de réduire la

conductivité électrique de la solution du sol et les populations de nématodes, ce qui

contribue à maintenir de hauts rendements de carottes (Martel 1992). L'incorporation de

la graminée au sol, riche en carbone rapidement oxydable, favorise une augmentation de

l'activité biologique dans le profil, ce qui a pour effet d'immobiliser d'importantes

quantités d'azote, limitant ainsi les pertes de nitrates vers la nappe phréatique (Leclerc

1989,SmithetElliott 1990).

Page 11: CARL BELEC - Université Laval

De plus, ces sols au départ immobilisant peuvent devenir minéralisant avec le temps.

Nesterenko (1976) a calculé que les sols organiques cultivés au nord de la Russie (C^Si =

22) émettaient 10 Mg C ha'1 an^1 et pouvaient relâcher 450 kg N ha'1 an"1, dont 100 kg N

ha ' an"1 en pertes à l'environnement. Schothorst (1977) a estimé que les sols organiques

hollandais (CVN = 14.5) émettant 7 Mg C ha"1 an"1 relâcheraient 480 kg N ha"1 an^'. Un

sol organique de Floride émettant 11 Mg C ha"1 cm^1 (CfN = 23.6) libérerait 466 kg N ha'1

cm^1 an"1 (Tate 1987). Parent et Khiari (2003) ont calculé un taux de minéralisation du N

de 620 kg N ha"1 an" pour un sol organique du Québec montrant un contenu en cendre de

0.20, une masse volumique apparente de 0.25 g cm^3 et un rapport CÍN de 15 et

s'affaissant à un taux de 0,8 cm an"1 (Campbell et Frascarelli 1981). Ainsi, la fertilisation

de ces sols pourrait avoir à être revue à la baisse. Précisons cependant que la

minéralisation dépend de la température avec un optimum entre 20 et 35 °C (Kaila et al.

1953 ; Avnimelech 1971). Le taux de nitrification double entre 24 °C et 36 °C

(Avnimelech 1971) et est négligeable sous 5 °C (Stevenson 1986). D'ailleurs, selon

Jasmin et al. (1977), l'utilisation de fertilisants azotés en sols organiques n'est requise

qu'au printemps étant donné que les pluies printanières combinées à la fonte des neiges

lessivent l'azote du profil de sol sans compter que les conditions froides du sol en début

de saison limite le taux de minéralisation. Hamilton et Bernier (1975) n'ont trouvé

aucune réponse significative à l'engrais azoté chez la carotte {Daucus carota L.), la laitue

{Lactuca sativa L.) et le céleri {Apium graveolens L.) dans les sols organiques du sud-

ouest du Québec. Parent et Khiari (2003) ne rapportent aucune réponse au N ajouté chez

la carotte et l'oignon et peu de réponse du céleri dans les champs commerciaux du sud-

ouest du Québec.

La recommandation actuelle au Québec est de 40-60 kg N ha"1 appliqué en pré-semis

(CRAAQ 2003) et pourrait représenter une pratique menant à une surfertilisation. II

apparaît donc que cette pratique contribuerait probablement à la détérioration de l'eau de

surface telle que décrit dans le bassin de la rivière Châteauguay (Simoneau 1996). On

constate en effet que les pertes annuelles d'azote atteignent 37-245 kg N ha"1 dans les sols

organiques drainés et cultivés de l'Ontario (Miller 1979) et à 39-88 kg NO3-N ha"1 dans

ceux de l'état de New York (Duxbury et Peverly 1978). Ces pertes de NO3-N par

Page 12: CARL BELEC - Université Laval

écoulement souterrain sont attribuables à la production asynchrone dans le sol par rapport

au prélèvement par les plantes et à la présence de grandes quantités de N potentiellement

minéralisable dans la matière organique (Cambardella et al. 1999). Ainsi, compte tenu de

ces haut taux d'azote potentiellement minéralisable, il y aurait lieu de revoir la

fertilisation à la baisse. Comme la plante est le principal puits de nitrate, une rotation

culturale appropriée combinée à de hauts rendements peut améliorer la gestion de l'azote

en sol organique, en piégeant une partie de ces fertilisants surtout en fin de saison.

Les hypothèses du projet sont :

• L'introduction de l'orge dans la rotation légumière permet d'augmenter la

conductivité hydraulique saturée et, par le fait même, limite les pertes de sols par

érosion hydrique.

• Les sols organiques exploités depuis longtemps atteignent un niveau de maturité

qui fait en sorte qu'ils minéralisent des quantités d'azote suffisamment

importantes pour que l'on revoie à la baisse les niveaux de fertilisation

recommandés.

Afin de vérifier ces hypothèses, les objectifs suivants sont poursuivis :

1. Déterminer l'influence de l'orge ou de la carotte en tête de rotation sur les

propriétés physiques du sol et la productivité de la carotte durant deux saisons

consécutives.

2. Évaluer la minéralisation de l'azote en sol organique dégradé à partir du bilan de

l'azote.

3. Évaluer si l'ajout de 75 kg N ha^1 affecte le rendement et/ou augmente les risques

de pollution de la nappe d'eau souterraine.

4. Évaluer si le fractionnement de l'azote en augmente l'efficacité.

5. Vérifier si la culture de carottes répond à la fertilisation azotée de l'année

précédente.

Page 13: CARL BELEC - Université Laval

2. MATÉRIEL ET MÉTHODE

2.1 Dispositifexpérimental

L'essai qui s'est déroulé sur une période de trois ans, soit de 1992 à 1994, a été réalisé à

la sous-station de recherche de Sainte-Clotilde du Centre de recherche et de

développement en horticulture (CRDH) d'Agriculture et Agroalimentaire Canada (45°

09' 55"N, 73° 40' 35"W). L'horizon de surface (0-20 cm) était composé de mésisol

limnique avec 83 ± 2 % de pertes par combustion (550°C, 16 h) et un pH (0,01 M CaCl2)

de 5,2 ± 0,2. Le rapport C Si de l'horizon de surface était de 19,5 ± 1,0 et a été déterminé

en dosant l'azote par digestion Kjeldahl (Bremner et Mulvaney 1982) et en convertissant

les pertes par combustion en carbone à l'aide du facteur 1,724. Le sol comprenait une

couche de surface de type humisol (Ohp, 0-30 cm) sous laquelle se trouvait un matériel

de tye mésisol constitué de résidus de végétaux et de bois (Om, 30-70 cm), suivi d'une

terre coprogène ou tourbe sédimentaire (Oco, 70-80 cm), de marne (IICg, 80-100 cm) et

d'argile marine. Le dispositifutilisé était répété à l'intérieur de quatre blocs. En 1991, les

blocs 1 et 3 était sous culture d'orge, le bloc 2 était en carotte et le bloc 4 enjachère. Le

dispositifutilisé en 1992 était un plan en blocs complètement aléatoires comprenant une

culture d'orge {Hordeum vulgare L. cv Chapais) non fertilisée et une culture de carottes

{Daucus carota L. cv Sixpack 2) recevant cinq traitements de fertilisation azotée. Quatre

traitements de fertilisation étaient appliqués à la volée en pré-semis (0, 25, 50 et 75 kg N

ha^1) et un cinquième traitement était fractionné (25 kg N ha 1 en pré-semis et 25 kg N

ha1 sept semaines après le semis). Pour la saison 1993, une culture de carottes a été

implantée sur l'ensemble du dispositif. Un plan en tiroirs a été utilisé incluant cinq

traitements de fertilisation azotée en sous-parcelles (mêmes traitements de fertilisation

azotées qu'en 1992) et deux précédents culturaux en parcelles principales (orge et

carotte). En 1994, les sous-parcelles ont été divisées en deux, formant des sous-sous-

parcelles de 4,5 m par 10 m pour un total de 20 unités expérimentales par bloc. Deux

traitements de fertilisation azotée, soit 0 et 50 kg N ha^1, ont été distribués aléatoirement

sur chacune des deux sous-sous-parcelles.

La dimension des blocs était de 22 m par 50 m avec des parcelles principales de 9 m par

50 m. Chaque parcelle principale était subdivisée en cinq sous-parcelles mesurant 9 m par

Page 14: CARL BELEC - Université Laval

10 m. L'aménagement d'un bloc est illustré à la figure 1 pour les trois années

d'expérimentation.

50m

22m

121GO

122GO

123GO

124GO

125GO

111C4

112Cl

113C3

114C2

115C5

4 m

BlocI-1992

121C4

122C2

123Cl

124C5

125C2

111C4

112Cl

113C3

114C2

115C5

BlocI-1993

121AC3

122 ACl

123ACl

124 ACl

125 AC3

121BCl

122BC3

123BC3

124BC3

125BCl

111AC3

112ACl

113AC3

114AC3

114AC3

111BCl

112BC3

113BCl

114BCl

114BCl

BlocI-1994

Figure 1. Plan de champ du bloc I pour les années 1992 à 1994 (G = orge; C = carotte; 1

= traitement 0 kg N ha1; 2 = 25 kg N ha'1; 3 = 50 kg N ha'1; 4 = 75 kg N ha*1; 5 = 25 + 25

kg N ha^1).

2.2 Régie de culture

Le contenu en éléments nutritifs du sol avant la mise en place de l'essai en 1992 est

présenté au tableau 1. La fertilisation en P et en K de la carotte a été réalisée à partir

d'une analyse de sol (profil 0-20 cm) et selon les recommandations du CPVQ (1985). Les

sources d'engrais utilisées étaient du super phosphate triple (0-46-0) et du muriate de

potassium (0-0-60) et ont été appliqués en pré-semis. La source d'engrais azoté utilisé

était du nitrate d'ammonium (33,5 % N).

Page 15: CARL BELEC - Université Laval

Tableau 1. Résultats d'analyses de sol pour le profil 0-20 cm réalisées sur des

échantillons prélevés à l'automne 1991.

Bloc

1234

Moyenne

ρ*

75

146

70

20

78

Κ

417

578

612

540

537

Analyse Mehlich-3

Ca

8075

8590

8018

8095

8194

Mg

1121

1081

1345

1578

1281

Β

2,3

2,6

3,3

1,7

2,5

(Mgg^Cu

23

41

23

4

23

)Fe

308

280

285

272

286

Μη

10,2

6,8

13,5

11,310,5

Zn

26

31

34

38

32

P*: Fait par colorimétrie.

Le taux de semis de la carotte était de 100 g m"1 linéaire de rang ayant un espacement de

60 cm alors que l'orge (cv Chapais) a été semée à la volée à un taux de 350-380 grains

m^2. Le semis d'orge et les semis de carottes ont été effectués vers la fin du mois de mai

(entre le 20 et le 27 mai) pour les trois années d'expérimentation. L'application d'azote

en post-levée a été réalisée respectivement le 23 et le 26 juillet pour les années 1992 et

1993. Les carottes ont été récoltées à la fin de septembre/début d'octobre en prélevant

aléatoirement 4,5 m linéaires (3 X 1,5 m) de rang par parcelle. Les carottes difformes et

non commercialisables ont été rejetées ce qui a permis d'obtenir le rendement total, le

rendement vendable et le rendement invendable. L'orge a été fauchée à la mi-août au

stade d'épiaison à l'aide d'une faucheuse rotative, puis a été enfouie avec un rotoculteur

pour favoriser une seconde germination.

2.3 Suivi des nitrates du sol

Un suivi de l'azote dans le profil de sol a été effectué en procédant à un échantillonnage à

différentes profondeurs au cours de la saison de croissance des cultures. La fréquence de

l'échantillonnage variait d'une année à l'autre mais des mesures ont été faites sur les trois

ans en pré-semis (avant l'application des engrais), avant l'application d'azote en post-

levée et au moment de la récolte. En 1992, six profondeurs ont été échantillonnées (0-10,

10-20, 20-30, 30-40, 40-50 et 50-60 cm) et ce à huit reprises soit le 14 mai, 1 et 23 juin,

10 juillet, 3 et 25 août, 21 septembre et 7 octobre. Des piézomètres étaient localisés à

proximité de chacun des blocs afin de relever les hauteurs de nappe phréatique. Comme

Page 16: CARL BELEC - Université Laval

la nappe phréatique se situait à une profondeur d'environ 0,8 à 1 m en 1992, les

profondeurs de sol 60-70 et 80-90 cm ont été ajoutées pour le suivi de l'azote des deux

dernières années de l'essai. En 1993, l'échantillonnage de sol a été effectué à six reprises

soit le 14 mai, 18juin, 13 août et 28 octobre. En 1994, on a procédé à un échantillonnage

de sol uniquement sur les sous-sous-parcelles ayant reçu en 1993 un traitement de

fertilisation azotée de 0 et de 50 kg ha^1. L'échantillonnage a été réalisé à 5 reprises au

cours de la saison 1994 soit le 11 mai, 15 juillet, 20 août et 31 octobre. Un prélèvement

en surface (0-20 cm) a également été effectué sur l'ensemble des 80 sous-sous-parcelles à

deux occasions lors de la saison 1994, soit le 13 et le 14 juin de même que le 12 et le 13

septembre. Une fois prélevés, les échantillons de sol étaient congelés pour analyse

ultérieure.

Une extraction de sol saturé (SSE) a été effectuée sur ces échantillons de sol (Warncke

1986, 1990). Un volume de sol d'environ 150 cm3 était placé dans un entonnoir Buchner

d'un diamètre de 8 cm contenant un papier filtre Whatman no. 1. Le sol était saturé avec

de l'eau déminéraliséejusqu'à ce que l'eau commence toutjuste à s'écouler du Buchner.

Après une période d'attente de 2 h, l'échantillon était passé sous vide à 66 kPa pour en

extraire le filtrat. Le pH et la conductivité électrique ont été déterminés dans les filtrats

qui étaient congelés par la suite en vue du dosage du nitrate et du phosphore par auto-

analyseur Technicon (Technicon 1977a, 1977b). Afin de pouvoir convertir les résultats

d'analyses minérales de μg g ' à kilogramme par hectare, des mesures de densité

apparente ont été prises à l'intérieur de chaque bloc pour chacune des profondeurs de sol

échantillonnées. Les volumes d'eau utilisés pour amener les échantillons à saturation en

fonction du poids sec de sol ont également été mesurés. Les mesures obtenues sont

présentées au tableau 2. La transformation des données a donc été effectuée en tenant

compte des caractéristiques de chaque bloc et pour chacune des profondeurs à l'aide de

l'équation suivante :

Kg N-NCV ha 1 = [E] x % humidité x densité sol x facteur A x facteur B

[E] = N-NO3^ dosé en μg g"1

Page 17: CARL BELEC - Université Laval

10

% humidité = humidité du sol amené à saturation pour l'extraction SSE (tableau 2)

densité sol = densité apparente du sol (tableau 2)

facteur B = pour 10 cm de sol = 1 x 109 ml de sol ha 1

facteur C = conversion de μ§ en kg - kg / 109 μg

Tableau 2. Paramètres de sol utilisés pour convertir les résultats d'analyses SSE de μg g '

enkgha"1.

Densité apparente(g sol sec/cm3)

Humidité du sol àsaturation

(g eau / g sol sec)

Bloc

12341234

0-100,330,360,250,252,692,993,032,80

10-200,340,280,250,222,683,833,623,34

20-30

0,310,250,240,2

3,586,715,514,89

Profondeur (cm)30-40

0,270,20,210,25,037,355,615,31

40-500,240,210,210,173,787,856,795,77

50-600,240,20,190,152,748,137,845,38

60-70

0,380,130,180,232,058,226,967,28

80-90

0,610,230,210,211,184,065,705,10

2.4 Prélèvements azotés

Une évaluation de la biomasse aérienne et racinaire de l'orge a été réalisée le 5 août

1992, soit au moment où la culture a été incorporée au sol. Des mesures de biomasse

aérienne et racinaire ont également été réalisées sur la carotte lors des récoltes de 1992 à

1994. Les tissus ont été séchés à 70°C puis broyés. Les échantillons ont ensuite été

digérés par la méthode d'Isaac et Johnson (1976) puis dosés pour en déterminer le

contenu en azote. Ces analyses ont permis d'estimer les prélèvements d'azote par la

culture d'orge et de carottes qui, une fois combinés aux teneurs en azote du sol lors du

semis et au moment de la récolte, ont permis d'établir le bilan azoté. Mentionnons que ce

type de bilan azoté sous-estime le potentiel de minéralisation réel du sol car il ne tient pas

compte des pertes d'azote par lessivage et par volatilisation. Le bilan des apports et des

pertes d'azote entre les périodes de contrôle a donc permis d'évaluer l'azote minéralisé et

le risque environnemental de contamination des eaux. L'azote minéralisé a été calculé

selon l'équation :

Page 18: CARL BELEC - Université Laval

11

N minéralisé = Ν prélevé par la culture + N résiduel du sol à la récolte - N du sol

au semis - N provenant de la fertilisation

Le coefficient apparent d'utilisation (CAU), qui correspond au pourcentage d'azote

prélevé par la plante par rapport à la quantité d'azote appliqué (Tran 1994) a également

été évalué en appliquant l'équation (exemple pour une dose d'engrais de 25 kg N ha^1):

CAU = [QSÍ prélevé pour une dose de 25kg N ha 1 - N prélevé pour une dose de 0

kgNha'')/25kgNha'']xl00

2.5 Suivi des propriétés physiques du sol

Afin d'évaluer l'impact de l'introduction de l'orge dans la rotation sur les propriétés

physiques du sol, des mesures de conductivité hydraulique saturée (Ksc) ont été prises à

l'aide d'un perméamètre à charge constante (Elrick et Reynolds 1992). Une première série

de mesure de perméabilité a été prise en mai 1992, tout juste avant le semis de carotte et

d'orge, dans les parcelles ayant été identifiées pour recevoir les traitements de fertilisation

0, 50 et 75 kg N ha"1. Une seconde série de mesure a été faite un peu avant la récolte en

septembre 1992. Deux autres mesures de perméabilité ont été effectuées avant le semis et

avant la récolte en 1993. La dernière mesure a été prise vers la fin de juin 1994. Afin

d'avoir une bonne représentation de la perméabilité d'une parcelle, deux mesures étaient

prises sur chacune d'elles. Les coordonnées pour le positionnement de la première lecture

de perméabilité étaient choisies de façon aléatoire. Les coordonnées du deuxième point

de mesure étaient déterminées en ajoutant 4,5 m à la coordonnée en x et 5,0 m à la

coordonnée en y afin de maintenir un espacement égal entre les deux observations à

l'intérieur d'une même parcelle.

Le perméamètre détermine, dans un cylindre à hauteur d'eau constante et enfoncé dans le

sol, les volumes d'eau s'écoulant par unité de temps pour l'atteinte du régime permanent

d'infiltration d'eau. La conductivité hydraulique saturée est calculée comme suit:

Ksc = Q / [(ax/G+πa2+ayαG)] (Éq. 1)

Page 19: CARL BELEC - Université Laval

12

où Q (cm3 s"1) est le débit en régime permanent; a (cm) est le rayon du cylindre enfoncé

dans le sol, x (cm) est la hauteur d'eau maintenue au-dessus du sol, G est une constante

calculée à l'aide de l'Éq. 2 où d (cm) est la profondeur d'insertion du cylindre.

G = 0.316d/a + 0.184 (Éq.2)

Quant au paramètre a, c'est une constante qui a été évaluée sur le site au mois d'août

1993 à l'aide de la méthode des profils instantanés (Hillel 1980), qui permet de mesurer

les changements de teneur en eau et de potentiel matriciel en fonction du temps entre

deux zones de sols données. La valeur α correspond à la pente de la régression entre la

conductivité hydraulique non saturée (K(h)) et le potentiel matriciel (figure 2). Dans notre

cas, la valeur α calculée a été de 0,092 cm"1 ou 9,2 m"1, ce qui est comparable à la valeur

de 19,1 m^1 obtenue en substrat organique (Tardifet Caron 1993).

-30 -25

Potentiel matriciel moyen (cm)

-20 -15 -10 -5

y = 0,092x- 12,06

R2 = 0,55

0

-10

- -11

- -12

-13

-14

-15

3

•a'>*υoco

U

Figure 2. Relation entre la conductivité hydraulique non saturée et le potentiel matriciel

moyen mesurée sur la ferme de Sainte-Clotilde au mois d'août 1993.

Des échantillons de sol ont également été prélevés à trois reprises au cours des années

1992 et 1993 afin d'évaluer les changements de porosité totale et de porosité drainable.

Page 20: CARL BELEC - Université Laval

13

Les sous-parcelles recevant les traitements azotés 0, 50 et 75 kg N ha"1 ont été suivies

pour chacun des quatre blocs. L'échantillonnage non-destructif a été fait au niveau de la

couche de surface, à l'intérieur d'un cylindre de 9 cm de diamètre par 6 cm de hauteur et

placé à l'intérieur de cellule Tempe (Tanner et Elrick 1958, Joyal et al. 1989). Après avoir

été placés sous saturation pendant une période de 24 h, les échantillons ont été soumis

successivement à des pressions de 10, 50 et 100 cm.

2.6 Analyse statistique

Le dispositif utilisé était un plan en blocs complètement aléatoires en 1992, un plan en

tiroirs (split-plot) en 1993 et un plan en tiroirs subdivisés (split-split-plot) en 1994.

L'analyse de la variance (ANOVA) a été faite à l'aide du logiciel SAS (SAS Institute

1994) afin de mettre en évidence les effets principaux et les interactions des traitements

de fertilisation azotée, de précédents culturaux sur le rendement, les teneurs en nitrates du

sol de même que les différentes propriétés physiques du sol. Les comparaisons ont été

réalisées à l'aide de contrastes. L'analyse graphique des résidus de même que le test de

Levene ont été utilisés pour vérifier l'homogénéité de la variance.

Page 21: CARL BELEC - Université Laval

14

3. RÉSULTATS ET DISCUSSION

3.1 Propriétés physiques du sol

Le tableau 3 présente les résultats des mesures de porosité prises en 1992 et 1993 afin

d'évaluer l'impact du précédent cultural sur la structure du sol.

Tableau 3. Valeurs moyennes de porosité totale et de porosité drainable obtenues au

cours des années 1992 et 1993 en fonction du précédent cultural.

Précédent

cultural

Carotte

Orge

Août

Porositétotale

(cm3 cm"3)

0,820,82N.S.

1992

Porositédrainable

(cm3 cm"3)

0,290,30N.S.

Mai

Porositétotale

(cm3 cm"3)

0,760,82N.S.

1993

Porositédrainable

(cm3 cm"3)

0,19

0,33N.S.

Août

Porosité

totale

(cm3 cm"3)

0,86

0,85N.S.

1993

Porositédrainable

(cm3 cm"3)

0,42

0,40N.S.

L'introduction de l'orge dans la rotation n'a entraîné aucun changement significatif des

mesures de porosité et ce, pour les trois dates de mesures. La seule tendance que l'on peut

noter a été enregistrée en mai 1993 avec une augmentation de la porosité totale et de la

porosité drainable suite à l'introduction de l'orge dans la rotation.

Les mesures de conductivité hydraulique saturée prises sur les parcelles d'orge et de

carottes de 1992 à 1994 sont présentées au tableau 4.

Page 22: CARL BELEC - Université Laval

15

Tableau 4. Valeurs moyennes de conductivité hydraulique saturée obtenues au cours des

années 1992 à 1994 en fonction du précédent cultural.

Date

Mai 1992Septembre 1992

Mai 1993Août 1993Juillet 1994

Conductivitéhydraulique

Précédent carotte3,64E-053,33E-05

l,42E-05l,74E-044,16E-04

saturée (m"1)Précédent orge

4,02E-056,29E-058,56E-052,26E-044,31E-04

Niveau designification

(Pr > F)N.S.0,0530,049N.S.N.S.

Les mesures de conductivité hydraulique saturée (Ksc) prises avant la récolte de carottes

en septembre 1992 indiquent que le précédent cultural a modifié les valeurs de Ksc. En

effet, les mesures prises sur les parcelles d'orge étaient significativement plus élevées que

celles prises sur les parcelles de carottes (tableau 4). En mai 1993, tout juste avant de

procéder au travail du sol nécessaire pour le semis de carottes, les valeurs de Ksc étaient

encore une fois significativement supérieures pour le précédent orge (tableau 4). L'effet

du précédent cultural sur Ksc s'est cependant dissipé au cours de la saison 1993. Ainsi, en

août 1993, les valeurs de Ksc prises sur les deux précédents culturaux n'étaient plus

significativement différentes. Les mesures prises en juillet 1994 ont confirmé que le

précédent cultural n'avait plus d'effet sur Ksc. On remarque que les valeurs de Ksc

enregistrées en août 1993 et enjuillet 1994 (milieu de saison) sont plus élevées que les

valeurs obtenues lors des mesures prises antérieurement (début et fin de saison). La figure

3 illustre en mode relatif l'évolution de la conductivité hydraulique saturée pour le

précédent orge selon les valeurs obtenues pour le précédent carotte.

Page 23: CARL BELEC - Université Laval

16

700

g 6007 500ω 400

T3

Précédent orgePrécédent carotte

Mai-92 Sep-92 Mai-93 Aoû-93 Jui-94

Figure 3. Évolution de la conductivité hydraulique saturée sur une base relative avec le

précédent carotte (%) en fonction du précédent cultural pour la période allant de mai

1992ajuinl994.

Dès septembre 1992, la conductivité hydraulique saturée sous parcelles d'orge était 1,9

fois plus élevée que sous parcelles de carottes. Au printemps suivant, cet écart est passé à

un niveau de Ksc 6,0 fois supérieur pour le précédent orge mais l'écart s'est dissipé au

cours de la saison de croissance de la carotte, tel que mesuré en août 1993. Ces résultats

indiquent que le passage de la machinerie permettant de préparer le sol pour le semis (fin

mai 93) semble avoir brisé la continuité des pores formés par les racines d'orge, annulant

ainsi les effets bénéfiques générés par la culture de l'orge en 1992.

La plus importante implication associée à une conductivité hydraulique élevée est la

réduction des problèmes d'érosion hydrique, fréquente en sols organiques lors de la fonte

des neiges ou de fortes précipitations. À l'inverse, un sol ayant une conductivité

hydraulique réduite (précédent carotte) favorise un écoulement de surface entraînant des

pertes de sol comme ce fut le cas au printemps 1993, où des rigoles se sont formées dans

les parcelles semées en carottes. De plus, les résidus de culture laissés par l'orge

protègent le sol contre l'érosion éolienne au printemps et en automne et intercepte la

neige au cours de l'hiver, réduisant encore davantage les pertes par érosion éolienne.

Page 24: CARL BELEC - Université Laval

17

3.2 Rendement de la carotte

Les rendements vendables et totaux obtenus en fonction des traitements de fertilisation

azotée et du précédent cultural sont présentés aux tableaux 5, 6 et 7 pour les années 1992,

1993 et 1994, respectivement.

Tableau 5. Effet de la fertilisation azotée sur les rendements de carottes obtenus en 1992

(P<0.05).

Fertilisation 1992(kg Ν ha'1)

0

25

50

75

25+25

Fertilisation

Rendementsvendables (t ha"1)

61,7

64,8

60,0

61,0

65,9

N.S.

Rendementstotaux (t ha"1)

76,9

78,8

77,7

78,1

82,3

N.S.

Tableau 6. Effet de la fertilisation azotée et du précédent cultural sur les rendements de

carottes obtenus en 1993 (P < 0.05).

Fertilisation

1993(kg Ν ha'1)

0

25

50

75

25+25

Précédent

FertilisationInteraction PxF

Précédent

Rendementsvendables (t ha"1)

44,7

47,1

46,1

47,247,3

N.S.

N.S.N.S.

carotte

Rendementstotaux (t ha'1)

50,5

54,6

53,0

53,553,2

N.S.

N.S.N.S.

Précédent orge

Rendementsvendables (t ha"1)

52,2

51,3

50,7

49,048,0

Rendementstotaux (t ha"1)

57,8

58,9

58,0

55,454,9

Page 25: CARL BELEC - Université Laval

18

Tableau 7. Effet de la fertilisation azotée appliquée en 1993-1994 et du précédent

cultural sur les rendements de carottes obtenus en 1994 (P < 0.05).

Fertilisation

1994(kg Ν ha 1)

0

50

Fertilisation

1993(kg Ν ha 1)

0

25

50

75

25+25

0

25

50

75

25+25

Précédent

Fertilisation 94

Fertilisation 93

Interaction PxF94

Interaction PxF93Interaction PxF94xF93

Précédent

Rendementsvendables (t ha'1)

51,0

45,5

48,0

50,6

54,4

54,6

47,1

52,5

49,653,3

N.S.

N.S.

N.S.

N.S.

N.S.N.S.

carotte

Rendementstotaux (t ha'1)

58,5

59,7

58,8

58,5

62,5

63,0

60,7

61,5

58,761,6

N.S.

N.S.

N.S.

N.S.

N.S.N.S.

Précédent orge

Rendementsvendables (t ha'1)

53,1

49,2

53,0

51,6

56,0

52,8

50,8

54,8

51,755,1

Rendementstotaux (t ha'1)

62,6

59,3

60,1

61,8

63,1

61,0

64,2

63,9

62,865,6

Les rendements de carottes vendables obtenus lors des années 1992 à 1994 ont varié de

45 à 66 tonnes par hectare (tableaux 5 à 7). Les traitements de fertilisation azotée de

l'année, qui variaient de 0 à 75 kg N ha^1 en 1992 et 1993 et de 0 à 50 kg N ha 1 en 1994,

n'ont eu aucun effet sur les rendements de carottes. Le fractionnement de l'azote n'a pas

augmenté l'efficacité de l'engrais sur les rendements de carottes. De plus, aucun effet

résiduel des traitements de fertilisation azotée appliqués au cours des années antérieures

n'a été mesuré sur les rendements. Ainsi, un rendement moyen de 51,0 t ha" a été obtenu

en 1994 pour les parcelles sous monoculture de carottes ayant reçu 0 kg N ha"1 en 1992,

1993 et 1994 comparativement à un rendement de 49,6 t ha"1 pour une fertilisation

successive de 75 kg N ha"1 en 1992 et 1993 et de 50 kg N ha"1 en 1994. Ces résultats

semblent démontrer qu'une révision à la baisse des recommandations de fertilisation

azotée pour la carotte en sol organique s'avère nécessaire. Toutefois, il est important de

mentionner que les résultats obtenus lors des trois années d'essai sont issus d'une

Page 26: CARL BELEC - Université Laval

19

production de carottes pour un semis tardif (20-27 mai). Les résultats auraient fort

probablement été bien différents pour un semis hâtif (fin avril ou début mai). En effet,

plusieurs entreprises agricoles voulant profiter du marché de la primeur procèdent au

semis dès que la condition des champs est satisfaisante pour permettre les opérations de

travail du sol. À cette période de l'année, la température du sol et le taux de

minéralisation sont plus faibles que ceux retrouvés à la fin du mois de mai. L'impact de

la fertilisation azotée sous de telles conditions risque d'être plus grand.

On note également que l'introduction de l'orge dans la rotation culturale a entraîné une

tendance à la hausse des rendements de carottes en 1993, un rendement vendable moyen

de 50,2 et de 46,5 t ha 1 ayant été obtenu pour le précédent orge et carotte, respectivement

(tableau 6). Cette augmentation de rendements était significative à un niveau de P < 0.10.

Aucun effet du précédent cultural sur le rendement de carotte n'a été mesuré lors de la

récoltede 1994.

Les travaux de recherche de Martel (1992) ont démontré que les rendements de carottes

cultivées en monoculture étaient significativement inférieurs aux rendements obtenus

avec un précédent cultural composé d'une graminée. Le précédent graminée (orge) avait

entraîné une réduction importante des dommages causés par les nématodes ce qui avait

eu pour effet d'augmenter de 7,7 fois le rendement de carottes vendables

comparativement à la monoculture de carotte. Pour ce qui est de la présente étude, il n'y a

pratiquement pas eu de dommages reliés aux nématodes. On ne peut donc attribuer

l'augmentation des rendements de carottes vendables en 1993 par le précédent orge à un

meilleur contrôle des nématodes.

3.3 Contenu en azote du sol

Les tableaux 8 à 10 présentent les teneurs en N-NO3^ pour tout le profil de sol selon les

différents traitements de fertilisation azotée et de précédent culturaux pour les années

1992 à 1994.

Page 27: CARL BELEC - Université Laval

20

Tableau 8. Teneurs en N-NO3' pour le profil de sol 0-60 cm selon les différents

traitements de fertilisation azotée et de précédent culturaux pour l'année 1992 (P < 0.05).

Culture

Carotte

Orge

Fertilisation 92

(kg Ν h a ' )

0

25

50

75

25+25

0

GO vs CO

Fractionnement (50vs25+25)

Fertilisation 92 LIN

Fertilisation 92 QUA

Fertilisation 92 CUB

14 Mai

(kg Ν ha"')

220

206

194

201

114

150

N.S.

N.S.

N.S.

N.S.

N.S.

1 Juin

(kg Ν ha"')

226

314

248

345

226

209

N.S.

N.S.

N.S.

N.S.

N.S.

23 Juin*

(kg Ν ha 1 )

330

415

391

438

311

250

N.S.

N.S.

0,0203

N.S.

N.S.

10 Juillet

(kg Ν h a 1 )

362

433

387

507

313

75

0,0063

N.S.

N.S.

N.S.

N.S.

3 Août*

(kg Ν ha"')

171

247

218

292

145

28

0,0028

N.S.

N.S.

N.S.

N.S.

25 Août( k g Ν h a ' )

62

141

125

153

75

198

0,046

N.S.

0,0385

N.S.

N.S.

21 Septembre

(kg Ν ha"1)

21

88

72

97

36

91

N.S.

N.S.

N.S.

N.S.

N.S.

7 Octobre*

(kg Ν ha"')

116

120

38

111

38

72

N.S.

N.S.

N.S.

N.S.

N.S.•Une transformation logarithmique a été effectuée sur les données afin d'améliorer l'homogénéité de la variance.

Lors de l'implantation du dispositifen mai 1992, d'importantes quantités d'azote étaient

présentes dans le profil de sol 0-60 cm avec un contenu moyen en N-NO3^ de 181 kg N

ha^1 (tableau 8). On constate que la minéralisation de l'azote s'est intensifiée peu de

temps après le semis avec un accroissement de la teneur en N-NO3^ du sol entre le 14 mai

et le 10 juillet 1992. Ainsi, le contenu total du sol en N-NO3" des parcelles de carottes ne

recevant aucun engrais azoté est passé de 220 à 362 kg N ha^1 entre le 14 mai 1992 et le

10 juillet 1992. Par la suite, les teneurs en N-NO3' sur l'ensemble du profil de sol ont

diminué ce qui peut être expliqué par un accroissement des prélèvements d'azote par la

carotte. L'échantillonnage de sol effectué le 23 juin 1992, soit quatre semaines après le

semis, de même que celui du 25 août 1992 indique que la fertilisation azotée a entraîné

une augmentation linéaire du contenu du sol en N-NO3'. Le 23 juin 1992, les teneurs en

N-NO3' étaient respectivement de 330 et de 438 kg N ha^1 pour les traitements 0 et 75 kg

N ha"1. Le 25 août 1992, les teneurs en N-NO3^ sont passées à 62 et 153 kg N ha 1 pour les

traitements 0 et 75 kg N ha^', respectivement. Les mesures prises le 10 juillet et le 3 août

de même que celles prises en fin de saison soit le 21 septembre et le 7 octobre indiquent

que la fertilisation azotée n'a eu aucun effet sur le contenu en azote du sol. Le

fractionnement de l'azote n'a pas modifié le contenu en N-NO3" du sol.

Page 28: CARL BELEC - Université Laval

21

Pour le précédent orge, les teneurs en N-NCV du sol ont augmenté du 14 mai au 23 juin

1992, le contenu en N-NO3" passant de 150 à 250 kg N ha'1. Par la suite, on note une

réduction importante des teneurs en N-NO3^ dans le profil de sol, les valeurs passant à 75

kg N ha'1 dès le 10 juillet 1992. Au moment d'incorporer l'orge, soit le 3 août 1992, les

teneurs en N-NO3" du sol étaient à leur plus bas niveau avec 28 kg N ha"1.

L'enfouissement de l'orge (matériel riche en azote) a rapidement fait augmenter le

contenu en N-NCV du sol dès la mesure prise le 25 août 1992 avec une teneur de 198 kg

Nha'1.

Tableau 9. Teneurs en N-NCV pour le profil de sol 0-70 cm et 80-90 cm selon les

différents traitements de fertilisation azotée et de précédent culturaux pour l'année 1993

(P<0.05).

Précédent

culturalCarotte

Orge

Fertilisation 93(kg Nha'1)

0255075

25+250255075

25+25PrécédentFractionnement (50vs25+25)Fertilisation 92Fertilisation 93JLINFertilisation 93_QUAFertilisation 93_CUBInteraction PxF93

Mai 93(kg Nha'1)

515757664685101789477

N.S.N.S.N.S.

----

Juin 93(kg N ha'1)

115233220220186121153182267169

N.S.N.S.

-0,0004N.S.N.S.N.S.

Août 93*(kg Nha'1)

26995854581132305837

N.S.N.S.

-0,00030,03610,0214N.S.

Octobre 93(kg Nha'1)

49646964484850756756

N.S.N.S.

-N.S.N.S.N.S.N.S.

*Une transformation logarithmique a été effectuée sur les données afin d'améliorerl'homogénéité de la variance.

Les mesures de teneurs en N-NO3" pour le profil de sol 0-70+80-90 cm faites en mai

1993, soit toutjuste avant l'implantation du dispositif, indiquent que les doses croissantes

Page 29: CARL BELEC - Université Laval

22

d'engrais azoté appliquées en 1992 pour le précédent carotte n'ont pas eu d'effet sur le

contenu en N-NO3 . Le contenu moyen en N-NO3^ était de 55 et 87 kg N ha 1 pour le

précédent carotte et orge, respectivement. Cette différence entre les deux précédents

culturaux n'était pas significative. D'ailleurs, le précédent cultural n'a pas eu d'effet sur

le contenu en azote du sol pour les quatre mesures prises au cours de la saison 1993. On

note encore une fois que la minéralisation s'est intensifiée après le semis avec une hausse

des teneurs en N-NO3^ du sol entre mai et juin 1993 suivi d'une baisse graduelle entre

juin et octobre 93. Le fractionnement de l'azote n'a eu aucun effet sur le contenu en N-

NO3" du sol. Les doses croissantes d'engrais azoté appliquées en 1993 ont entraîné une

augmentation du contenu en N-NO3" du sol enjuin et août 1993. L'effet des différentes

doses d'engrais n'était plus perceptible lors des mesures prises en octobre 1993, soit au

moment de la récolte.

Tableau 10. Teneurs en N-NO3' pour le profil de sol 0-70 cm et 80-90 cm selon les

différents traitements de fertilisation azotée et de précédent culturaux pour l'année 1994

(P<0.05).

PrécédentculturalCarotte

Orge

Fertilisation 94(kg Ν ha-1)

0

50

0

50

PrécédentFertilisation 94Fertilisation 93Interaction PxF94Interaction PxF93Interaction PxF94xF93

Fertilisation 93(kg Ν ha1)

0

50

0

50

0

50

050

Mai 94(kg Ν ha"1)

46

64

46

64

69

63

6963

N.S.•-

N.S.

-

N.S.-

Juillet 94(kg Ν ha"1)

133

159

211

269

123

149

176207

N.S.

0,0020,024N.S.

N.S.N.S.

Août 94(kg Ν ha"1)

29

37

38

56

29

40

4050

N.S.

0,0040,060N.S.

N.S.N.S.

Octobre 94(kg Ν ha"1)

72

73

88

93

78

95

8485

N.S.

N.S.

N.S.

N.S.

N.S.N.S.

Page 30: CARL BELEC - Université Laval

23

L'échantillonnage de sol fait en mai 1994 a été réalisé selon le dispositif 1993, c'est-à-

dire un échantillon par sous-parcelle et non par sous-sous-parcelle. Ce plan

d'échantillonnage explique qu'on retrouve les mêmes valeurs pour les traitements de

fertilisation et de précédent cultural identiques en 1993. En mai 1994, toutjuste avant de

procéder au semis, le contenu en N-NCh^ pour le profil de sol 0-70+80-90 cm variait de

46 à 69 kg N ha"1. Encore une fois, le précédent cultural n'a eu aucun effet sur le contenu

en N-NO3", tant pour les mesures prises en mai 1994 que pour le reste de la saison.

L'engrais azoté appliqué en 1994 a augmenté de façon linéaire le contenu en N-NO3" du

sol enjuillet et en août 1994. L'engrais azoté appliqué l'année précédente a également

entraîné une augmentation linéaire du contenu en N-NO3" du sol en juillet et en août

1994. L'effet des engrais appliqués en 1994 de même que ceux appliqués en 1993 n'était

plus perceptible lors des mesures prises en octobre 1994, soit au moment de la récolte.

On note également que la minéralisation s'est intensifiée après le semis avec une hausse

des teneurs en N-NCb^ du sol entre mai et juillet 1994, suivie d'une baisse graduelle entre

juillet et octobre 1994.

Les figures 4 à 6 présentent le mouvement des nitrates à travers le profil du sol pour les

différents traitements de fertilisation azotée pour les années 1992 à 1994.

Page 31: CARL BELEC - Université Laval

24

10ftrilletl992

5 15 25 35 45 55 5 15 25 35 45 55 5 15 25 35 45 55 5 15 25 35 45 55

Profondeur moyenne (cm)

21 septembre 1992 7 octobre 1992

15 25 35 45 55 5 15 25 35 45 55 5 15 25 35 45 55

Profondeur moyenne (cm)

5 15 25 35 45 55

Figure 4. Distribution de l'azote sous forme nitrates (N-NO3 ) obtenues pour la culture

d'orge et de carottes selon les différents traitements de fertilisation azotée pour la saison

1992.

Page 32: CARL BELEC - Université Laval

25

*—ON5ON

o··· 25+25N

-25N-75N

28 octobre 1993

Profondeur moyenne du sol (cm)

Figure 5. Distribution de l'azote sous forme nitrates (N-NO3") obtenues pour la culture de

carottes selon les différents traitements de fertilisation azotée pour la saison 1993.

80 π

ON -50N

31 octobre 1994

Profòndeur moyenne du sol (cm)

Figure 6. Distribution de l'azote sous forme nitrates (N-NO3 ) obtenues pour la culture de

carottes selon les différents traitements de fertilisation azotée pour la saison 1994.

Page 33: CARL BELEC - Université Laval

26

Les figures 4a et 4b illustrent le comportement de l'azote à l'intérieur du profil de sol au

cours de la saison de croissance de l'orge et de la carotte selon les différents traitements

de fertilisation azotée pour la saison 1992. Peu après l'application des engrais, on peut

remarquer une augmentation des concentrations de l'azote à l'intérieur des dix premiers

centimètres de sol. L'augmentation est proportionnelle à la dose d'azote appliquée. La

courbe de fuite du mois d'août 1992 illustre les mêmes résultats, le front d'azote s'étant

déplacé en profondeur, avec une concentration maximale située dans la zone de 30 cm de

profondeur. On remarque également l'effet de la culture d'orge (G-0) comparativement à

celle de la carotte (C-0) sur la dynamique du prélèvement de l'azote. L'azote minéralisé

dans le profil a été prélevé par l'orge alors que, dans le cas de la carotte, cet azote semble

avoir été lessivé dans le profil, avec une concentration d'environ 50 kg N ha"1, située dans

la zone de 30 cm de profondeur. La courbe de fuite du 25 août 1992 illustre bien que

l'incorporation de l'orge faite le 3 août 1992 a augmenté les concentrations en azote sur

l'ensemble du profil mais principalement dans les 30 premiers centimètres de sol.

La fréquence d'échantillonnage de sol était réduite pour les années 1993 et 1994 mais a

été réalisée jusqu'à une profondeur de 90 cm. De façon générale, le mouvement des

nitrates dans le profil de sol en 1993 et 1994 a été similaire à celui observé au cours de la

saison 1992 (figure 5 et 6). L'échantillonnage de sol fait plus en profondeur indique que

l'engrais azoté a peu affecté les teneurs en N-NCV dans la couche de sol 60-70 et 80-90

cm, avec des niveaux de N-NO3^ qui sont demeurés très faibles, soit entre 0 et 10 kg N

ha1.

3.4 Prélèvements azotés de la carotte

L'azote prélevé par la culture de carottes, tant au niveau foliaire que racinaire, a été

évalué lors de la récolte 1992, 1993 et 1994. Les résultats sont présentés aux tableaux 11,

12 et 13.

Page 34: CARL BELEC - Université Laval

27

Tableau 11. Azote prélevé par la carotte dans les parties foliaire et racinaire lors de la

saison 1992.

Fertilisation 1992

(kg Ν ha 1 )

0255075

25+25

Fractionnement (50vs25+25)Fertilisation 92

Prélèvement foliaire

(kg Ν ha"1)

86961298489

N.S.N.S.

Prélèvement racinaire

(kg Ν ha'1)

150153185140148

N.S.N.S.

Prélèvement total

(kg Ν ha'1)

236249314224237

N.S.N.S.

Tableau 12. Azote prélevé par la carotte dans les parties foliaire et racinaire lors de la

saison 1993.

Fertilisation1993

(kg Ν ha'1)

0

25

50

75

25+25

PrécédentFractionnement (50vs25+25)Fertilisation 93 LINFertilisation 93_QUA

Fertilisation 93 CUBInteraction PxF

Précédent carottePrélèvement

foliaire

(kg Ν h a 1 )

45

59

59

6053

N.S.

N.S.

0,0008

N.S.

N.S.

N.S.

Prélèvementracinaire

(kgΝ h a ' )

72

94

96

9993

N.S.

N.S.

0,0002

N.S.

N.S.

N.S.

Prélèvementtotal

(kg Ν ha'1)

117

153

155159

145

N.S.

N.S.

0,0002

N.S.

N.S.

N.S.

1

Prélèvementfoliaire

(kg Ν ha"1)

45

52

56

5760

^recèdent org<Prélèvement

racinaire

(kg Ν ha"1)

81

89

95

101

100

Prélèvementtotal

(kg Ν ha"1)

126

141

151

158160

Page 35: CARL BELEC - Université Laval

28

Tableau 13. Azote prélevé par la carotte dans les parties foliaire et racinaire lors de la

saison 1994.

Fertilisation1994

(kg Ν ha 1)

0

50

Fertilisation

1993(kg Ν ha"1)

0255075

25+250

255075

25+25

PrécédentFractionnement (50vs25+25)Fertilisation 94Fertilisation 93Interaction PxF94Interaction PxF93Interaction PxF94xF93

Précédent carotiPrélèvement

foliaire(kg Ν ha 1)

851039187961031139697100

Prélèvementracinaire

(kg Ν ha")

49655752555671495557

N.S. N.S.M.S. N.S.

0,0077 0,0004N.S. N.S.N.S. N.S.N.S. N.S.N.S. N.S.

Prélèvementtotal

(kg Ν ha")

134168148139151159184145152157

N.S.N.S.

0,0002N.S.N.S.N.S.N.S.

Précédent orgePrélèvement

foliaire(kgNha1)

89818483861051009996114

Prélèvementracinaire

(kgNha')

52565455565662666466

Prélèvementtotal

(kgNha1)

141138138138142161162165160179

Les engrais azotés appliqués en 1992 n'ont pas eu d'effet sur l'azote prélevé par la

culture de carottes en 1992 (tableau 11). La carotte a prélevé en moyenne 252 kg N ha'1

dont 97 kg N ha"1 par la partie aérienne (laissé au champ) et 155 kg N ha ' par la partie

racinaire. Les mesures prises lors de la récolte en 1993 indiquent que le précédent

cultural n'a eu aucun effet sur le prélèvement d'azote (tableau 12). Par contre, les doses

croissantes d'engrais azotés appliquées au semis en 1993 ont fait augmenter linéairement

le prélèvement d'azote de la carotte tant pour la partie aérienne que racinaire. Le

prélèvement moyen a été de 121 et de 159 kg N ha"1 pour les traitements de fertilisation 0

et 75 kg N ha"1, respectivement. Le fractionnement de l'azote n'a pas eu d'effet sur le

prélèvement azoté de la carotte. Les résultas obtenus en 1994 sont similaires à ceux de

1993 avec une augmentation significative du prélèvement d'azote suite à l'application

d'engrais azoté au semis (tableau 13). Ainsi, le prélèvement moyen a été de 144 et de 162

kg N ha ' pour les traitements de fertilisation 0 et 50 kg N ha"1, respectivement. Les

engrais appliqués l'année précédente n'ont pas eu d'effet sur le prélèvement d'azote de la

carotte en 1994. Encore une fois, le précédent cultural et le fractionnement n'ont pas

affecté le prélèvement azoté de la carotte en 1994.

Page 36: CARL BELEC - Université Laval

29

On remarque que les prélèvements d'azote au cours de l'année 1992 ont été supérieurs à

ceux des années 1993 et 1994. Pour les parcelles non fertilisées (0 kg N ha"1), le

prélèvement a été de 236, 121 et 144 kg N ha'1 pour les années 1992, 1993 et 1994,

respectivement. Cette différence entre les années s'explique en grande partie par le fait

que les rendements ont été plus élevés en 1992, d'où un prélèvement d'azote plus

important. Le prélèvement moyen de la carotte sur les trois années pour les parcelles non

fertilisées a été de 166 kg N ha'1 ce qui correspond au prélèvement d'azote de la carotte

relevé dans la littérature, soit de 170 kg N ha'1 (Fink, 1999).

3.5 Bilan azoté

Les bilans azotés de même que les coefficients apparents d'utilisation de l'azote (CAU)

obtenus au cours des années 1992 à 1994 sont présentés respectivement aux tableaux 14 à

16.

Tableau 14. Bilan azoté de la saison 1992 mesuré pour la culture d'orge et de carottes

dans le profil de sol 0-60 cm.

Culture

Carotte

Orge*

Fertilisation

1992(kgNha"1)

0

25

50

75

25+250

Contenu du sol

en azote au semis

(kgN-NO3'ha')

220

206

194

201

114

150

Contenu du sol

en azote à la récolte(kgN-N(Vha ' )

116

120

38

111

3828

Prélèvement

d'azote(kgNha1)

236

249

314

224

237345

Azote

minéralisé(kgNha 1 )

132

139

108

59

111222

Coefficient apparent

d'utilisation

de l'azote (%)

-

50155-17

1

-

*La récolte de l'orgeaété effectuée le 5 août 1992.

L'azote minéralisé dans le profil de sol, entre le semis et la récolte de carottes en 1992

(c'est-à-dire de mai à octobre), a varié de 59 à 139 kg N ha'1 pour une moyenne de 110

kg N ha"1. Les données mesurées pour la culture d'orge en 1992 indiquent que l'azote

minéralisé dans le profil entre le semis et l'incorporation, soit de mai à août, a été de 222

kg N ha^'. En considérant uniquement les parcelles de carottes ne recevant aucun engrais

azoté, le sol sous culture d'orge a minéralisé 90 kg N ha"1 de plus que le sol sous culture

Page 37: CARL BELEC - Université Laval

30

de carottes et ce, pour une période plus courte de deux mois. II est clair que cette façon de

calculer le bilan azoté est grandement influencée par la dynamique de prélèvement

d'azote des cultures qui varie énormément.

Le coefficient apparent d'utilisation (CAU) de l'azote, qui correspond au pourcentage de

l'engrais azoté prélevé par la culture, était également très variable avec des valeurs de -17

à +155 %. Le CAU était faible pour le traitement 75 kg N ha'1 et la dose fractionnée, mais

plus élevé pour les traitements 25 et 50 kg N ha"1. Les traitements de fertilisation azotée

de 1992 n'ont eu aucun effet sur le prélèvement d'azote de la culture ce qui explique le

peu de relation entre les traitements de fertilisation et le CAU. Cependant, on peut

difficilement expliquer qu'il y ait une aussi grande variation.

Tableau 15. Bilan azoté de la saison 1993 mesuré pour la culture de carottes sur le profil

de sol 0-70 cm et 80-90 cm.

Fertilisation

1993(kg Ν ha'1)

0

25

50

75

25+25

Contenu du sol

en azote au semis

(kgN-NO3'ha')

68

79

67

8061

Contenu du sol

en azote à la récolte(kgN-NOj'ha1)

48

5772

6652

Prélèvement

d'azote(kg Ν ha1)

121

147

153

159153

Azote

minéralisé(kg Ν ha'1)

101

100

108

69

94

Coefficient apparent

d'utilisation

de l'azote (%)

-

103

63

50

63

Le profil de sol sous culture de carottes en 1993 a minéralisé en moyenne 94 kg N ha"1.

Le CAU a été plus stable qu'en 1992 avec des variations de +50 à +103 % pour les

différents traitements de fertilisation azotée. On constate que le CAU était inversement

proportionnel à la dose d'engrais appliquée au semis. De plus, le CAU pour le traitement

50 kg N ha^1 et la dose fractionnée (25 + 25 kg N ha"1) était le même à 63 %.

Page 38: CARL BELEC - Université Laval

31

Tableau 16. Bilan azoté de la saison 1994 mesuré pour la culture de carottes sur le profil

de sol 0-70 cm et 80-90 cm.

Fertilisation

1994(kg Ν ha'1)

0

50

Contenu du sol

en azote au semis

(kg N-NO3" ha'1)

61

61

Contenu du sol

en azote à la récolte

(kg N-NO3' ha'1)

80

87

Prélèvement

d'azote(kg Ν ha 1 )

140

158

Azote

minéralisé(kg Ν ha"1)

159

134

Coefficient apparent

d'utilisation

de l'azote (%)

-

36

En 1994, la quantité moyenne d'azote minéralisé dans le profil a été de 147 kg N ha'1 et

le CAU était de +36 % pour le traitement de fertilisation de 50 kg N ha^1. Pour les trois

années de mesures, l'azote minéralisé dans le profil de sol sous culture de carottes a été

en moyenne de 117 kg N ha^1. Même si ce taux moyen de minéralisation correspond

uniquement à la période allant de mai à octobre, il est bien différent des taux de

minéralisation relevés dans la littérature. Tel que mentionné précédemment, cette façon

d'établir le bilan azoté est grandement affecté par la dynamique de prélèvement des

cultures. De plus, elle sous-estime le taux de minéralisation réel car elle ne tient pas

compte des pertes d'azote par lessivage et par volatilisation.

Page 39: CARL BELEC - Université Laval

32

CONCLUSION

Les problèmes associés à la monoculture de carottes en sols organiques sont nombreux.

En plus des pertes de rendements, les producteurs maraîchers doivent faire face à des

problèmes de compaction de même qu'à des pertes graduelles de sol par érosion qui,

combinées au processus d'affaissement, mettent en péril la productivité à long terme de

ces sols.

Des mesures de perméabilité ont démontré qu'il y avait augmentation significative de la

conductivité hydraulique saturée (Ksc) des parcelles semées avec de l'orge et ce, dès

l'année d'implantation. Cet effet s'est maintenu jusqu'en début de saison l'année suivante,

avec une valeur moyenne de K sc 6,0 fois plus élevée dans les parcelles sous précédent

d'orge. Par la suite, l'écart s'est graduellement atténué pour ne plus être perceptible lors

des mesures prises en septembre 1993.

Ainsi, l'introduction d'une graminée en rotation avec la culture de carottes a permis

d'augmenter la capacité d'infiltration du sol, permettant de réduire les problèmes

d'érosion hydrique. De plus, les résidus de culture d'orge laissés à l'automne ont formé

une couverture efficace pour contrer les pertes de sol par érosion éolienne qui surviennent

au cours de l'automne et de l'hiver.

Les résultats du deuxième volet de cette étude, qui traitait de l'aspect fertilité et du bilan

azoté, indiquent que l'azote minéralisé par le sol organique de la ferme de Sainte-Clotilde

au cours de la saison 1992 à 1994 a comblé les besoins azotés de la culture de carottes.

Ainsi, les doses croissantes d'engrais azoté n'ont eu aucun effet sur le rendement de

carottes pour les trois années d'expérimentation mais ont fait augmenter le contenu en

azote du sol et des tissus. Lors des mesures prisent en août et en septembre 1992, les

doses d'azote plus élevées ont amené de plus grandes quantités de nitrates sous la zone

racinaire, augmentant ainsi les risques de contamination de la nappe d'eau souterraine.

Précisons que ces résultats ont été obtenus pour un sol organique dégradé et pour une

Page 40: CARL BELEC - Université Laval

33

date de semis relativement tardive (vers la fin mai). Ces résultats ne sont donc pas

nécessairement applicables à un sol organique nouvellement mis en culture (peu dégradé)

ou pour un semis hâtif fait environ quatre semaines plus tôt.

Le fractionnement des engrais azotés n'a eu aucun effet, tant sur le rendement de la

carotte que le contenu en azote du sol ou des tissus. Le fractionnement de l'azote

n'apparaît pas être une pratique culturale utile en sol organique puisque les taux de

minéralisation au cours de la saison de croissance atteignent des niveaux élevés qui

répondent aux besoins azotés de la culture.

L'introduction de l'orge dans la rotation en 1992 a entraîné une augmentation des

rendements de carottes en 1993 sans toutefois affecter les besoins azotés de la culture.

Mentionnons que le gain de rendements, qui n'était pas associé au contrôle des

nématodes, était faible avec une augmentation de 8 % soit 3,8 t ha^'.

Suite à cette étude, on peut donc affirmer que l'introduction d'orge dans un programme

de rotation avec la culture de carottes s'avère une pratique culturale favorisant le

développement durable en agriculture. Elle ne change rien au bilan azoté et ne relâche

pas cet azote dans le sol l'année suivante. De plus, l'apport d'engrais azoté pour la carotte

semée tardivement et cultivée en sol organique dégradé s'avère inutile et ne contribue

qu'à augmenter les risques de perte d'azote dans l'environnement.

Page 41: CARL BELEC - Université Laval

34

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