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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 Journée Qu@liméditerranée 16 Novembre 2012 Plan Introduction Les Enjeux Les différentes techniques Techniques de base Techniques directes Techniques indirectes L’intégration Perspectives 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) 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) 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) B, Fe, Cu, Mn,…Oligo-éléments, (besoins quelques g/ha) Journée Qu@liméditerranée 16 Novembre 2012 L’enjeu de l’azote Technologies opérationnelles pour estimer l’état nutritionnel Toutes référent au statut azoté - Enjeux de productivité Un des plus importants facteurs de production des grandes cultures, Sources : Comifer Journée Qu@liméditerranée 16 Novembre 2012 L’enjeu de l’azote En kg d’élément fertilisant/ha Sources : UNIFA-fertilizers Europe (2011) Journée Qu@liméditerranée 16 Novembre 2012 L’enjeu de l’azote Technologies opérationnelles pour estimer l’état nutritionnel Toutes référent au statut azoté - Enjeux de productivité - Enjeux de maîtrise de la qualité La teneur en azote ou en protéines des récoltes Sources : Comifer Journée Qu@liméditerranée 16 Novembre 2012 L’enjeu de l’azote 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. Journée Qu@liméditerranée 16 Novembre 2012 L’enjeu de l’azote 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. Journée Qu@liméditerranée 16 Novembre 2012 L’enjeu de l’azote 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 Estimer l’état nutritionnel azoté est un grand enjeux - Apporter la bonne dose, au bon moment Journée Qu@liméditerranée 16 Novembre 2012 Les Bases des techniques - Un fractionnement des apports Source : Comifer Journée Qu@liméditerranée 16 Novembre 2012 Les Bases des techniques Besoins en outils spécifiques pour mesurer l’état nutritionnel Etat nutritionnel estimé par bilan (Comifer) Mesure de l’état nutritionnel Source : Comifer Journée Qu@liméditerranée 16 Novembre 2012 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 Journée Qu@liméditerranée 16 Novembre 2012 1 kg/m² Les techniques directes 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). 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), Journée Qu@liméditerranée 16 Novembre 2012 Les techniques directes 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). 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 Journée Qu@liméditerranée 16 Novembre 2012 Les techniques directes 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), Journée Qu@liméditerranée 16 Novembre 2012 Les techniques indirectes Méthodes basées sur les propriétés optiques des feuilles Azote : constituant principal de la chlorophylle a et b Sources : wikipédia Sources : wikipédia Journée Qu@liméditerranée 16 Novembre 2012 Les techniques indirectes Méthodes basées sur les propriétés optiques des feuilles Azote : constituant principal de la chlorophylle a et b Sources : wikipédia Mesure par Réflectance Mesure par transmittance Mesure par fluorescence Sources : Force A Journée Qu@liméditerranée 16 Novembre 2012 Les techniques indirectes Méthodes basées sur les propriétés optiques des feuilles Source : wikipédia Source : Feret, 2009 Journée Qu@liméditerranée 16 Novembre 2012 Les techniques indirectes Méthodes basées sur les propriétés optiques des feuilles Elaboration d’indice à partir de : - 2 : constant pour une variété considérée (structure) - 1 : variable en fonction chla, chlb azote Source : Feret, 2009 Journée Qu@liméditerranée 16 Novembre 2012 Les techniques indirectes Méthodes basées sur les propriétés optiques des feuilles 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) (4 €/ha), Env : 1500-2000 € Source : Yara Journée Qu@liméditerranée 16 Novembre 2012 Source : Minolta Les techniques indirectes Méthodes basées sur la transmittance 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), Journée Qu@liméditerranée 16 Novembre 2012 Les techniques indirectes Méthodes basées sur la réflectance - Proxidétection - Télédétection Journée Qu@liméditerranée 16 Novembre 2012 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 ». Journée Qu@liméditerranée 16 Novembre 2012 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 : N tech/Trimble Source : GPN agriculture Journée Qu@liméditerranée 16 Novembre 2012 Source : Yara Source : Satplan Les techniques indirectes Méthodes basées sur la réflectance (Proxidétection) 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, Journée Qu@liméditerranée 16 Novembre 2012 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). Journée Qu@liméditerranée 16 Novembre 2012 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 Journée Qu@liméditerranée 16 Novembre 2012 Sources : Géosys Les techniques indirectes Méthodes basées sur la réflectance (Proxidétection) 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) Journée Qu@liméditerranée 16 Novembre 2012 Les techniques indirectes Méthodes basées sur la fluorescence (Proxidétection) Principe - Sources : Force A Journée Qu@liméditerranée 16 Novembre 2012 Excitation de la chlorophylle (UV), Détection émission chlorophyllienne (630-800 nm), Les techniques indirectes Méthodes basées sur la fluorescence (Proxidétection) Exemples : - Dualex ®, Force-A (5800 €) Multiplex ®, Force-A (27 900 €) Mesure du NBI (Nutritional balance index) - Métabolite primaire : Chlorophylle, - Métabolite secondaire : Flavonols, Sources : Force-A Journée Qu@liméditerranée 16 Novembre 2012 Des techniques intégrées Distributeurs Sociétés privées (Yara, GPN, Astrium, etc.) Elaboration d’outils Seuls ou en collaboration Instituts techniques Associations (Arvalis, CTIFL, Comifer, etc.) Prescripteurs Coopératives, Chambres d’agriculture, conseil. Distribution, Conseil, Utilisation, assistance technique, etc. Agriculteurs Journée Qu@liméditerranée 16 Novembre 2012 Information, avertissement, etc. 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 Journée Qu@liméditerranée 16 Novembre 2012 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) Journée Qu@liméditerranée 16 Novembre 2012 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) - 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), Journée Qu@liméditerranée 16 Novembre 2012 Conclusion - 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. Journée Qu@liméditerranée 16 Novembre 2012 Merci Journée Qu@liméditerranée 16 Novembre 2012 L’enjeu de l’azote Sources : Comifer Journée Qu@liméditerranée 16 Novembre 2012 Les techniques directes 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), Journée Qu@liméditerranée 16 Novembre 2012
