Expérience à long terme sur la production de légumes: Comparaison de la croissance des plantes et de la fertilité du sol entre des fertilisés à l'aide d'engrais et de compost

Par P.R. Warman

Département des sciences de l'environnement, Collège d'agriculture de la Nouvelle-Écosse, Truro (N.-É.), Canada

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RÉSUMÉ
Une étude comparative de parcelles en culture maraîchère fertilisées au compost et de parcelles fertilisées de manière conventionnelle a été effectuée pendant 12 ans dans un sol limoneux-sableux près de Truro, en Nouvelle-Écosse. Les traitements de fertilisation ont été appliqués annuellement à six parcelles de rotation où on a planté six à huit cultures végétales différentes. Les composts étaient constitués de fumier d'animaux, de déchets d'aliments, de résidus de jardinage et de paille ainsi que de fumier et de litière provenant de champs de courses de chevaux. Cet article résume les résultats de la dernière année de l'étude (2001), alors qu'on a mesuré les niveaux de nutriments dans le sol, le tissu foliaire et la partie comestible des plantes ainsi que le rendement des récoltes. On a mesuré le poids à l'état frais des récoltes obtenues dans les six parcelles; cela indique que le traitement de compost a donné un rendement plus élevé, mais pas de manière significative, de carottes, poivrons, oignons et tomates et des rendements significativement plus élevés pour les haricots verts et jaunes. Cependant, les rendements de choux de Bruxelles et de choux-fleurs étaient plus élevés dans les parcelles fertilisées à l'aide d'engrais conventionnel. Le pH, la CEC, la teneur en C et en N ainsi que les niveaux les niveaux de P, de CA, de magnésium, de manganèse, de Zn et de B mesurés avec la méthode d'extraction Mehlich-3 étaient plus élevés dans les sols ayant reçu du compost que dans les parcelles fertilisées de manière conventionnelle. Cependant, la présence plus importante de nutriments dans le sol amendé au compost n'a pas augmenté la teneur en éléments nutritifs du tissu foliaire ni de la partie comestible des plantes. Parmi les 16 éléments mesurés, seuls le P et le K étaient plus présents dans les tissus des plantes ayant reçu des fertilisants conventionnels, alors que le niveau de P était significativement plus élevé dans la partie comestible de la plante. Cette étude a démontré que l'utilisation à long terme de compost peut donner des rendements et une analyse des éléments semblables pour la plupart des cultures dans des sols amendés au compost et au fertilisant conventionnel.

Cet article décrit les résultats des années de production 1999 et 2000.

Les résultats touchant le rendement des cultures par rapport aux deux types d'amendements se sont révélés contradictoires; les rendements de tomates et de brocolis ont varié d'année en année. Les parcelles de terrain fertilisées à l'engrais, cependant, ont donné un meilleur rendement de haricots et une plus grande quantité de carottes et de poivrons, alors que les parcelles de terrain ayant reçu du compost ont donné plus d'oignons les deux années. On a observé peu d'effets significatifs des traitements sur le contenu des tissus végétaux; seuls les taux de Fe et le B étaient plus élevés dans les feuilles des plantes ayant reçu le traitement biologique en 1999. Des 19 paramètres du sol évalués, la capacité d'échange cationique, les niveaux de CA, de Mn et de Pb mesurés avec la méthode d'extraction Mehlich-3 après la récolte se sont révélés plus élevés dans les sols ayant reçu du compost les deux années de l'étude. Cette recherche sur six cultures en rotation a pris fin en 2001; en plus des paramètres mentionnés ci-dessus, on a porté attention aux modifications biochimiques qui ont pu être engendrées par les applications continues de compost ou d'engrais conventionnel sur les cultures.

Introduction

Les auteurs nombreux de divers pays ont examiné différentes caractéristiques des récoltes de légumes produits dans des sols fertilisés avec du compost et/ou de l'engrais conventionnel. Ozores-Hampton et Obreza (2000) ont rédigé une revue étendue décrivant l'utilisation de résidus compostés sur des cultures maraîchères de la Floride. En Écosse, Purves et Mackenzie (1973) ont évalué l'assimilation de Cu, de Zn et de B par des légumes de jardin suivant des applications de compost de déchets municipaux pendant trois années de suite; comme prévu, les légumes ont répondu différemment aux traitements de compost. Vogtmann et coll. (1993) ont décrit les effets des composts sur le rendement et la qualité de certaines variétés de légumes en Allemagne. Comparativement aux engrais chimiques, les traitements au compost ont réduit les rendements de légume lors des deux premières années, mais les rendements ne varient plus après la troisième année d'application de fertilisant. Généralement, les composts ont eu un effet positif sur la qualité des produits alimentaires et la conservation, tout en réduisant la présence de nitrates et en améliorant le coefficient nitrate/vitamine C.

La qualité des aliments produits de manière conventionnelle et biologique a été étudiée par Woese et ses collaborateurs (1997). Ils ont identifié « certaines différences de qualité entre les produits » obtenus par les deux modes de fertilisation. Plus récemment, dans leur analyse documentaire, Brandt et de Molgaard (2001) ont indiqué que « les aliments végétaux biologiques peuvent en fait être meilleurs pour la santé humaine que leurs équivalents conventionnels. » Cependant, la plupart des études précédentes comportaient des failles puisqu'elles étaient effectuées à court terme et ne comparaient pas des cultivars identiques produits dans le même type de sol avec une régie semblable des sols et des cultures. En outre, beaucoup de recherches étaient effectuées sur des sols très fertiles, ou avec des antécédents d'utilisation d'engrais ou encore avec des taux d'application de compost ou d'engrais ne correspondant pas aux normes agronomiques. Quelques études ont évalué les différences de rendement comme de qualité, alors que d'autres ont examiné les différences dans la composition nutritive.

Des études effectuées antérieurement sur les poivrons, le chou, les carottes, les haricots et le brocoli, qui sont les légumes étudiés dans cette recherche, ont donné des résultats mitigés. Roe et coll. (1997) ont cultivé des poivrons et des concombres dans un sol sablonneux fertilisé à l'aide de compost et d'engrais; les rendements étaient habituellement plus élevés quand le compost est associé à l'engrais, le taux de P, K, CA et de magnésium présent dans les feuilles de poivrons a augmenté alors que le niveau de Cu diminuait dans les parcelles ayant reçu seulement du compost. Reider et coll. (2000) ont comparé quatre composts faits à partir de fumier de troupeaux laitiers à de l'engrais conventionnel dans une rotation de trois ans (incluant des poivrons) et n'ont obtenu aucune différence significative de rendement selon les traitements au cours des trois années; les auteurs ont employé un facteur de disponibilité de l'azote de 40 % pour le compost. Dans une rotation de culture de trois légumes et une comparaison de quatre amendements biologiques avec de l'engrais chimique, Blatt et McRae (1998) ont observé des rendements commercialisables équivalents de choux et de carottes entre les parcelles fertilisées de manière biologique ou conventionnelle, mais les rendements de haricots verts obtenus étaient supérieurs avec de l'engrais 17-17-17. Les effets des traitements sur le sol et le contenu nutritif des feuilles varient selon l'élément évalué. Baziramakenga et Simard (2001) ainsi que Wen et coll. (1997) ont comparé la fertilisation au compost avec celle aux engrais minéraux dans les cultures de haricots mange-tout et d'autres espèces, tandis que Buchanan et Gliesman (1990) ont évalué la production de brocolis. Ces trois études ont surtout insisté sur l'efficacité de l'utilisation du P ou le degré d'assimilation du P.

Warman et Havard (1996, 1997, 1998) ont mené une comparaison étendue de quatre légumes cultivés de manières biologique et conventionnelle en utilisant une régie sans rotation entre 1990 et 1992. Après la première année de cette étude, on a décidé de conserver un ensemble de six parcelles en utilisant du compost et des applications d'engrais minéraux dans une rotation de cultures maraîchères à long terme (six ans). L'auteur a fait rapport de ses résultats expérimentaux pour 1995 et 1996 (Warman, 1998) et pour 1997 et 1998 (Warman, 2000). Cet article donne un compte rendu des années de production 1999 et 2000, avec l'objectif de comparer le rendement et la teneur en éléments nutritifs de différents légumes cultivés dans un système de rotation qui utilise soit de l'engrais de ferme composté ou de l'engrais commercial, et évaluer la teneur en éléments nutritifs extractibles, le pH, le C et le N totaux, et la CEC des sols traités.

Matériel et méthode

Ces essais sur le terrain ont débuté en 1990 et se poursuivent au même endroit depuis. Un sol limoneux-sableux de type Pugwash (podzol humo-ferrique ) de la région de Lower Onslow, en N.-É. a été choisi parce que le terrain n'a jamais reçu de fertilisant chimique ni de pesticide. L'emplacement a servi à cultiver du chou et des carottes en 1990, dans le cadre de l'étude documentée par Warman et Havard (1996, 1997). Le tableau 1 énumère les espèces cultivées dans les parcelles au cours des huit dernières années. Chaque parcelle possède une surface de 11 m2 et toutes les cultures sont semées en quatre rangées/parcelles de 2,25 m de long avec une séparation de 1,2 m de large entre les parcelles. Tous les ans, un nombre égal de graines ou de plants ont été mis en terre dans chaque paire de parcelles, l'une ayant reçu du compost et l'autre de l'engrais. Depuis le commencement de la culture, les six parcelles recevant chacun des deux traitements ont été assignées à des portions alternatives des parcelles.

Des amendements fertilisants pour chaque espèce de plantes ont été appliqués au sol conformément aux recommandations du Ministère de l'Agriculture et de la Commercialisaton de la Nouvelle-Écosse (tableau 2). On a épandu de la chaux sur la moitié des parcelles en 1998 afin de rendre le pH du sol de toutes les parcelles uniformes à 6,5; on n'a pas rajouté de chaux depuis cette époque. La méthode conventionnelle pour cultiver les six types de légumes a suivi les recommandations du guide « Provinces de l'Atlantique - Culture maraîchère - Guide de lutte antiparasitaire » (1989; publication nº 1400A). Au commencement, la production végétale biologique a été faite en suivant les directives de l'Organic Crop Improvement Association (OCIA); cependant, après 1992, on a conservé seulement la fertilisation biologique au moyen du compost et on luttait contre les insectes en utilisant la roténone, le pyrèthre ou le Bacille thuringensis en poudre ou en suspension. Les parcelles ont été sarclées à la main ou au motoculteur; on n'a pas employé de fongicides.

Le compost, constitué d'un mélange de fumier de poulet, de résidus d'aliments, de pelouse et de mauvaises herbes coupées et de litière provenant de champs de courses de chevaux (appelé YMF) était élaboré l'année précédant son application en utilisant la méthode de tas en fermentation aérée. Le compost mûr a été analysé pour connaître sa teneur en N total en utilisant un analyseur LECO CNS et appliqué aux taux convenant à chaque culture en N prenant pour acquis que la disponibilité de l'azote pendant la saison de croissance était de 50 %. L'analyse du compost a varié légèrement d'année en année; le procédé de la digestion du compost par l'acide nitrique et l'analyse par ICP est expliqué dans Warman et Havard (1997). En se basant sur les valeurs moyennes du compost utilisé au cours des deux années, certaines propriétés chimiques du compost sont décrites dans le tableau 3 (analyse élémentaire en g, kg/1 ou mg, kg/1 sur une base de poids sec); en outre, le compost YMF était solide à 44 % avec un pH de 6,84.

Les rendements de produits commercialisables en poids à l'état frais ont été mesurés annuellement pour chaque parcelle à la maturité, alors que des échantillons de tissus de feuilles/pétioles ont été prélevés à la floraison, à la nouaison ou au prolongement des racines. Cinq feuilles de plants matures ont été prélevées tous les ans dans chaque rangée (20 au total) dans chaque parcelle cultivée. Des tomates, des poivrons et des haricots mange-tout ont été récoltés 6 à 10 fois jusqu'au gel en automne. On a prélevé des échantillons de sol en septembre des deux années à une profondeur de 0 à 15 centimètres. Les échantillons de tissu végétal ont été lavés à l'eau et séchés à l'air pendant 48 heures, puis séchés au four à 65Cº pendant 48 heures et moulus à l'aide d'un moulin Wiley afin de pouvoir passer au travers d'un tamis d'acier inoxydable de 1,0 millimètre. Les tissus ont été digérés dans l'acide nitrique et analysé par ICP pour en trouver la composition en macro, micro et oligoéléments, sauf l'azote, qui a été analysé en utilisant un analyseur de CNS (Warman et Havard 1997, 1998). Après la récolte, des échantillons de sol ont été prélevés dans la couche de 0 à 15 centimètres de chaque parcelle en utilisant une sonde d'acier inoxydable. Le sol a été extrait au moyen d'une solution Mehlich-3 et analysé par ICP. On a également mesuré le pH, le carbone et l'azote totaux ainsi que la capacité d'échange cationique (CEC) des échantillons de sol à l'aide du procédé de saturation d'acétate de calcium.

Les résultats des traitements en ce qui touche le rendement des cultures, le contenu des tissus et les éléments extractibles du sol ont été analysés statistiquement en utilisant un test T bilatéral jumelé ou analyse de la variance (ANOVA) à p<0,05.

Résultats et discussion

Les résultats touchant le rendement des cultures par rapport aux deux types amendements se sont révélés contradictoires; les rendements de tomates et de brocoli ont varié d'année en année (tableau 4). Les parcelles de terrain fertilisées à l'engrais, cependant, ont donné un meilleur rendement de haricots et une plus grande quantité de carottes et de poivrons, alors que les parcelles de terrain ayant reçu du compost ont donné plus d'oignons les deux années. Nous avons remarqué que le % de carottes de catégorie A, qui s'est révélé plus élevé dans le cas des carottes biologiques entre 1997 et 1999, a changé en 2000. Le rendement en oignons, cependant, était supérieur dans les parcelles biologiques, comme c'était le cas en 1997 et 1998 (Warman, 2000).

On a observé peu d'effets significatifs des traitements sur le contenu des tissus végétaux (tableaux 5 et 6); parmi les nutriments essentiels pour les plantes, seuls le Fe et le B se sont retrouvés en plus grande quantité dans les feuilles des plantes biologiques, une année (1999). Bien que la partie comestible des cultures n'a pas été évaluée lors des dernières années de l'étude, nous avons trouvé une corrélation positive entre l'analyse du tissu des feuilles et des parties comestibles des carottes (Warman et Havard, 1997) et d'autres cultures. Par conséquent, si on se fonde sur l'analyse minérale, nos résultats ne confirment pas la croyance que les légumes fertilisés à l'aide de compost sont plus nutritifs.

Des 19 paramètres du sol évalués, la capacité d'échange cationique, les niveaux de Ca, de Mn et de Pb mesurés avec la méthode d'extraction Mehlich-3 après la récolte se sont révélés plus élevés dans les sols ayant reçu du compost les deux années de l'étude (tableaux 7 et 8). Nous avons noté que les parcelles fertilisées au compost présentaient également une concentration plus élevée de Cu, de Zn et de B mesurés avec la méthode d'extraction Mehlich  en 2000, et que, pour la première année depuis 1996, le taux de C n'était pas significativement plus élevé dans les parcelles ayant reçu du compost. Les 11 années d'applications continues de compost ou d'engrais conventionnel ont sensiblement réduit les différences originales de la fertilité du sol des parcelles; par conséquent, on a observé peu de différences entre les sols au niveau des éléments N-P-K, mais davantage au niveau des micronutriments extractibles. En outre, le compost que nous produisons et appliquons maintenant est d'une qualité nutritive plus élevée, comparativement aux composts produits et utilisés entre 1990 et 1992 (Warman et Havard, 1997), probablement en raison du fait que les matières que nous employons ont une valeur nutritive plus élevée (plus de mauvaises herbes et de résidus d'aliments) et de l'amélioration de notre capacité à faire un compost de meilleure qualité.

Fertilisation à l'aide de compost

Conclusion

En conclusion, la minéralisation du compost appliqué récemment et précédemment influence la réponse des plantes lors d'une année de production donnée, particulièrement pour les cultures exigeantes (espèces des brassica). La variation saisonnière de l'humidité et de la température du sol semble avoir une plus grande influence sur la production de plantes, par le biais de la minéralisation, que la source et la quantité de compost mûr appliquée. Lors de certaines années, le compost fournit un niveau plus élevé d'aliments disponibles que ce que la documentation prévoit, probablement parce que l'environnement du sol a une activité biologique intense et favorise la minéralisation des fertilisants biologiques appliqués depuis longtemps.

Remerciements

L'auteur est reconnaissant à Y. Wang et à V. Jeliazkov qui ont aidé aux semis, à l'entretien et à la moisson des parcelles et à l'exécution d'analyses en laboratoire des sols et tissus végétaux. Merci également à J. Burnham pour son évaluation des données et sa recension critique de documents. Ce projet a été financé par le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada.

Références

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