d'augmenter la survie à l'hiver et le
rendement en contexte québécois
Francis Allard1, Anne Vanasse1, Denis Pageau2, Gilles Tremblay3, Julie Durand4, Elizabeth Vachon5
1 Département de phytologie, Faculté des sciences de l’agriculture et de l’alimentation, Université Laval, 2425 rue de l’Agriculture, Québec, QC, Canada, G1V 0A6.
2 Agriculture et Agroalimentaire Canada, Centre de recherche et de développement de Québec, Ferme expérimentale Normandin, 1468, rue St- Cyrille, Normandin, QC, Canada, G8M 4K3
3 Centre de recherche sur les grains Inc. (CÉROM), 740, chemin Trudeau, Saint- Mathieu-de-Beloeil, QC, J3G 0E2
4 Semican inc., Princeville, QC, Canada G6L 4K7
5 Moulins de Soulanges, Saint-Polycarpe, QC, Canada J0P 1X0
Résumé
Le climat rigoureux du Québec pose un problème de taille pour la survie à l’hiver du blé d’automne. L’optimisation des dates de semis selon les régions climatiques permettrait d’améliorer la survie et le rendement du blé d’automne. L’objectif du projet était de déterminer les dates et densités de semis optimales du blé d'automne afin d'améliorer la survie à l'hiver et le rendement sous les conditions de culture du Québec. Les essais ont été entrepris entre 2014 et 2016 sur quatre stations représentant les trois zones de production céréalière, soit St-Mathieu-de-Beloeil (BE) en zone 1, Princeville (PR) et St-Augustin-de- Desmaures (SA) en zone 2 et Normandin (NO) en zone 3. Trois cultivars (Warthog, Harvard, Carnaval) ont été évalués selon quatre dates de semis espacées d’environ 15 jours (mi-août à fin septembre (NO); début septembre à mi-octobre (BE, PR, SA)) et quatre densités (250 à 550 grains m-2) selon un plan en tiroirs avec les dates de semis en parcelles principales et les densités et
cultivars en sous-parcelles. La première année, le blé d’automne a survécu à deux stations sur quatre avec de très bonnes survies à l’hiver (82 à 100 %) tandis que la deuxième année, le blé a montré de bonnes survies à toutes les stations (68 à 99 %). En zone 2, la survie était meilleure aux dates hâtives que tardives et l’augmentation de la densité de semis aux dates tardives a amélioré la survie. Il n’y a pas eu d’effet de date et de densité de semis sur la survie en zones 1 et 3. Les rendements maximaux ont été atteints de la mi-septembre à la fin septembre dans la zone située plus au sud (zone 1), du début-septembre à la mi-septembre en zone intermédiaire (zone 2), et de la mi-août à la mi- septembre dans la zone la plus nordique (zone 3). L’augmentation de la densité de semis de 250 à 550 grains m-2 a permis un gain de rendement moyen de 9 % en zones 2 et 3 mais aucun gain en zone 1. Le cultivar Warthog a obtenu une moins bonne survie à l’hiver que les blés Carnaval et Harvard alors que le cultivar Carnaval s’est distingué par son rendement élevé quelle que soit la date de semis.
Mots clés: Triticum aestivum, blé d’hiver, composantes du rendement, gel, tallage, qualité des grains
Introduction
Le blé d’automne présente plusieurs avantages agronomiques, économiques et environnementaux dans les systèmes de productions commerciales. Un semis à l’automne permet à la culture de développer un système racinaire et un couvert végétal à l’automne qui lui confèrent un avantage compétitif par rapport au blé de printemps (Thorup-Kristensen et al. 2009). Les rendements du blé d’automne sont supérieurs à ceux du blé de printemps, et ce, sous différentes conditions pédoclimatiques ( Watson et al. 1963; Agriculture et Agroalimentaire Canada 2012). Dans les Prairies canadiennes, le blé d’automne obtient 36 % plus de rendement que le blé de printemps (Entz et Fowler 1991) alors qu’au Québec, le potentiel de rendement des cultivars de blé d'automne panifiable et de provende est 25 % plus élevé que celui des blés de printemps de provende et 38 % plus élevé que celui des blés de printemps panifiable (RGCQ 2013).
L’introduction du blé d’automne dans une rotation est également bénéfique. Dans une rotation maïs-soya, les rendements du soya et du maïs sont augmentés respectivement de 12 % et de 19 % lorsque le blé d’automne est inclus dans cette rotation (Gaudin et al. 2015). Le semis de blé d’automne, agissant comme une culture de couverture, permet une amélioration de la qualité du sol grâce à une activité biologique accrue (Biederbeck et al. 1998; Dabney et al. 2001), un maintien de la matière organique (Triberti et al. 2016), une réduction du lessivage de l’azote dans l’environnement (Thorup-Kristensen et al. 2009) et une compétitivité supérieure envers les mauvaises herbes (Beres et al. 2010b; Vanasse 2012). Malgré tous ces avantages, les superficies récoltées en blé d’automne au Québec ne représentaient seulement que 15 % de la production totale de blé de 2016 tandis que la proportion était de 92 % en Ontario (Institut de la statistique du Québec (ISQ) 2016; Statistique Canada 2017).
La survie à l’hiver du blé d’automne reste toujours difficile au Québec. Une meilleure compréhension des facteurs qui influencent la survie à l’hiver du blé d’automne permettrait d’accroître les superficies de cette culture. Selon Larsen (1994), les facteurs responsables des faibles taux de survie seraient liés aux conditions du climat et du terrain (gel, précipitations excessives en automne, mauvais égouttement et drainage, déchaussement des plants par le gel, couvert de neige inconstant). Le blé d’automne peut tolérer les températures froides durant l’hiver. La température mortelle à deux centimètres de profondeur pour 50 % des plants de blé d’automne serait de -19,5 °C à -28,0 °C (CPVQ 1984; Antikainen et Griffith 1997). Le couvert de neige permet une meilleure tolérance au froid en maintenant l’endurcissement automnal (Hayhoe et al. 2003). Les cycles de gel/dégel contribuent à réduire la survie à l’hiver par la fonte du couvert de neige, ce qui occasionne des conditions anaérobies et des blessures des tissus par la glace (Skinner et Mackey 2009).
Une des façons d’améliorer la survie à l’hiver et la productivité du blé d’automne réside dans l’optimisation des pratiques culturales, en particulier, le semis. La date de semis influence la survie à l’hiver et le rendement du blé d’automne au Canada. Les semis hâtifs permettent une meilleure survie à l’hiver et
maximisent les rendements (Andrews et al. 1992; McLeod et al. 1992) alors que les semis tardifs peuvent entraîner des diminutions de survie à l’hiver sous le seuil de 60 % (Andrews et al. 1992) et une diminution du rendement du blé d’automne (Spaner et al. 2000).
À l’est de Terre-Neuve, une densité de semis entre 320 et 450 grains m-2 permet une survie à l’hiver optimale et un nombre d’épis m-2 élevé(Spaner et al. 2000). Dans le sud-ouest de l’Ontario, la densité de semis optimale pour le rendement est de 435 grains m-2 (Teich et Smid 1993). En revanche, certains auteurs ont démontré une interaction entre la date de semis et la densité de semis sur la productivité du blé. En semis hâtif, la densité de semis aurait peu d’impact sur le rendement mais lors de semis tardif, l’augmentation de la densité de semis permettrait d’accroître le rendement (Andrews et al. 1992; Donaldson et al. 2001; Hall 2014).
Enfin, comme le cultivar peut influencer à la fois la survie à l’hiver et le rendement du blé d’automne, ce facteur doit aussi être considéré. Dans une étude de Beres et al. (2010a), menée en Alberta, la survie à l’hiver variait de 90 à 97 % et le rendement de 5540 kg ha-1 à 6550 kg ha-1. Dans un contexte de changement climatique, l’optimisation des dates de semis et densités de semis selon les régions climatiques et cultivars du Québec s’avère nécessaire. L’objectif de cette étude est donc de déterminer les dates et densités optimales de semis de différents cultivars de blé d'automne pour améliorer la survie à l'hiver et le rendement de cette céréale dans les conditions de culture du Québec.
Matériel et Méthodes
Stations expérimentales
Les essais ont été menés en 2014-2015 et en 2015-2016 à quatre stations expérimentales représentatifs des trois zones de production céréalière du Québec (Figure A3, Annexe), soit à Saint-Mathieu-de-Beloeil (BE) en zone 1, à Princeville (PR) et Saint-Augustin-de-Desmaures (SA) en zone 2 et à Normandin (NO) en zone 3. La localisation, la durée de croissance et le type de sol des
différentes stations sont présentés au Tableau 3. Les stations expérimentales couvrent de 2330 degrés-jours > 0 °C (NO) à 3270 degrés-jours > 0 °C (BE) (Tableau 3). Les températures de l’air moyennes du semis à la récolte du blé des deux années d’expérimentation (2014-2015 et 2015-2016) à chacune des stations ont été respectivement de 5,6 °C et 8,4 °C à BE, 4,6 °C et 6,8 °C à PR, 3,6 °C et 5,7 °C à SA et 1,7 °C et 3,6 °C à NO. Les sommes des précipitations annuelles du semis à la récolte du blé des deux années d’expérimentation (2014- 2015 et 2015-2016) ont été de 860 mm et 969 mm à BE, 1065 mm et 1172 mm à PR, 1273 mm et 1291 mm à SA et 916 mm et 928 mm à NO (Environnement Canada 2017). Les détails météorologiques mensuels sont présentés aux Figures 3 à 6 pour chacune des stations durant la durée totale des essais.
Dispositif expérimental et opérations culturales
Le dispositif expérimental consistait en un essai factoriel avec plan en tiroirs (split-plot) où quatre dates de semis étaient en parcelles principales alors que les quatre densités de semis et les trois cultivars se retrouvaient en sous- parcelles. Les 48 traitements ont été répétés quatre fois en blocs complets aléatoires. Les parcelles de blé d’automne ont été établies après un précédent cultural d’orge, de soya ou après une jachère selon les stations (Tableau 3). Les quatre semis ont été faits à 15 jours d'intervalle (Tableau 3). La première date de semis pour les zones 1 et 2 était au début de septembre tandis qu’en zone 3, la première date a été effectuée à la mi-août afin de s’adapter au climat plus frais représentatif de cette zone. Quatre densités de semis ont été utilisées soit, 250, 350, 450 et 550 grains m-2. Trois cultivars ont été évalués soit, Warthog et Harvard, qui sont des blés panifiables et Carnaval, un blé de provende. Un travail de sol (un à deux passages à environ 5 cm) a été effectué avant chacune des quatre dates de semis avec un vibroculteur aux stations de BE, SA et NO et avec une herse rotative à PR. Le semis a été effectué avec un semoir expérimental (Wintersteiger ou Hege, Salt Lake City, UT) avec un écartement de 18 cm entre les rangs à une profondeur de 2,5 cm. Les superficies des parcelles pour chacune des stations sont indiquées au Tableau 3. Une fertilisation en phosphore et en potassium a été ajustée suivant les recommandations du CRAAQ (2010) pour le
blé d’automne et selon les analyses de sol de chaque station. La fertilisation azotée de 120 kg N ha-1 a été apportée sous forme de nitrate calcique (27-0-0) et fractionnée en deux applications, soit une au printemps à la reprise du blé d’automne avec 60 kg N ha-1 et une autre application de 60 kg N ha-1 à la montaison (redressement / stade 30 de Zadoks et al. 1974). Aucun herbicide n’a été utilisé aux stations de BE et SA. À PR, aucun herbicide n’a été appliqué en 2015 alors qu’une pulvérisation de thifensulfuron méthyl/tribénuron méthyl (Refine® SG, 10 g m.a. ha-1/ 5 g m.a. ha-1) avec du fénoxaprop-p-éthyl (Puma® Advance, 91.8 g m.a. ha-1) a été effectuée en 2016. À NO, aucun herbicide n’a été utilisé en 2015 alors qu’une pulvérisation de thifensulfuron méthyl/tribénuron méthyl (Refine® Extra, 7.5 g m.a. ha-1/ 3.75 g m.a. ha-1) a été réalisée en 2016.
Collecte des données
Pour chaque date de semis, la densité de peuplement du blé a été évaluée à la première et deuxième feuilles étalées (stade 11-12 de Zadoks et al. 1974), en comptant les plants sur une longueur d’un mètre à deux emplacements différents dans chaque parcelle. Le stade phénologique du blé de toutes les parcelles a été noté après la levée de la dernière date de semis (Tableau A15, Annexe). Au printemps, la survie a été estimée visuellement sur l’ensemble de la parcelle ainsi que sur les deux mètres linéaires qui ont servi à la détermination du peuplement. Seuls les mètres linéaires qui ont obtenu une survie à l’hiver supérieure à 80 % ont été retenus. Le nombre de jours à partir du 1er mai pour atteindre l’épiaison (stade 58 de Zadoks et al. 1974) et la maturité physiologique (stade 90 de Zadoks et al. 1974) a été noté dans chaque parcelle. Le nombre d’épis m-2 a été déterminé sur les zones déjà délimitées pour le peuplement afin d’établir le nombre d'épis par plant, qui se définit par le nombre d’épis m-2 sur le nombre de plants m-2. L’intensité de maladies et de verse a été notée sur l’ensemble de la parcelle selon une échelle de 0 à 9 (0: plants non infectés ou non versés et 9 : plants infectés ou versés sur l’ensemble de la parcelle). La hauteur des plants a été notée à deux endroits dans chacune des parcelles (Tableau A13, Annexe).
La récolte a été effectuée à l'aide d'une batteuse expérimentale (Wintersteiger AG, Ried im Innkreis, Autriche). Suite à un léger séchage des grains (30 °C pendant 72 heures), le rendement en grains et le taux d’humidité ont été déterminés. Le rendement a été ajusté sur une base de 13,5 % d’humidité. Pour chaque parcelle, un échantillon représentatif des grains a été obtenu après un passage au diviseur (Burrows Equipment Company, Evanston, IL) afin de déterminer le poids spécifique (kg hL-1) selon la méthode standard de la Commission canadienne des grains (Commission canadienne des grains 2017) et le poids de mille grains (PMG). Selon un autre échantillon représentatif de 100 g, la teneur en azote des grains (% de protéines) a été mesurée par proche infra-rouge (Foss A/S inc., Hillerød, DK), l’indice de chute a été évalué (Perten Instruments, Huddinge, Sweden) selon la procédure standard (Commission Canadienne des Grains 2008) et la teneur en désoxynivalénol (DON) a été mesurée (Neogen Corporation, Lansing, USA) suite à un broyage d’un sous échantillon de 10 g selon la procédure de NEOGEN (2015).
Les données de survie à l’hiver, de rendement, des composantes du rendement (épis plant-1, épis m-2, PMG), d’épiaison, de maturité et de qualité des grains (poids hL-1 et teneur en protéines) sont présentées dans ce chapitre alors que les données complémentaires (ex : peuplement, maladies, verse, hauteur, DON, indice de chute) sont présentées dans les annexes A12 et A13.
Analyses statistiques
Les données ont été analysées avec la procédure MIXED du logiciel SAS 9.4 (SAS Institute 2014). La normalité des données a été assurée avec la procédure UNIVARIATE et l’homogénéité de la variance a été vérifiée avec l’analyse des résidus. Les survies à l’hiver ont été analysées de façon séparée pour les stations et les années. Les autres variables ont été analysées en regroupant les données par zone de production céréalière (zones 1, 2 et 3) et en combinant les années d’expérience.
La date, la densité et le cultivar sont considérés comme des effets fixes alors que les répétitions (blocs) et les années sont considérées comme des effets aléatoires. Pour la zone 2, les stations sont aussi considérées en effet aléatoire.
Aucune donnée n’a nécessité de transformations. Les comparaisons par paires ont été effectuées en utilisant l’énoncé LSMEANS et les moyennes étaient considérées significativement différentes au niveau de signification de P=0,05. Les contrastes polynomiaux ont été utilisés pour qualifier l’effet de la densité de semis (linéaire et quadratique).
Résultats et Discussion
Survie à l’hiver
2014-2015
Lors de la première année de l’étude, la survie à l’hiver du blé d’automne a varié selon les stations et les zones de production (Tableau 4). À BE, les taux de survie étaient de 100 % pour l'ensemble des parcelles alors qu’à SA, les survies ont varié selon les dates, densités de semis et cultivars (Tableau 4). Ainsi, la survie à l’hiver fut excellente pour les trois premières dates de semis (moyenne de 91 %) alors qu’elle a diminué à 82 % pour le semis le plus tardif (D4). En revanche, l’effet de la date de semis a été modulé par la densité de semis. Une augmentation de la densité de semis à 450 et 550 grains m-2 pour la date tardive (D4) a permis d’obtenir une meilleure survie (87 à 89 %) que celles obtenues avec la densité de 250 grains m-2 (73 %) et de 350 grains m-2 (80 %). La densité de semis n’a pas eu d’effet lors des trois premières dates de semis (Figure 7a). Les cultivars Carnaval et Harvard ont obtenu une meilleure survie que le cultivar Warthog (Tableau 4).
Les stations de PR et de NO ont montré une survie à l’hiver beaucoup plus faible, variant de 31 % à 52 % pour PR et de 15 % à 29 % pour NO selon les dates de semis. À NO, le cultivar Carnaval a eu une meilleure survie que les cultivars Harvard et Warthog. Cet effet des cultivars n’était pas significatif à la date hâtive D1 alors qu’à la date D2 et aux dates tardives (D3 et D4), le cultivar Carnaval a obtenu une meilleure survie (35 %) que le cultivar Harvard (22 %) et Warthog (10 %) (Figure 8a).
Les données météorologiques de chaque station (Figures 3 à 6) permettent d’illustrer le contraste climatique entre les zones de production. La température
létale du blé d’automne est de -19,5 °C à -28,0 °C (CPVQ 1984; Antikainen et Griffith 1997). L’hiver 2015 a été caractérisé par une chute de la température en février bien en-dessous de la normale de saison à toutes les stations. La température moyenne de février a été respectivement de -17,3 °C à BE, -16,6 °C à PR et de -17,7 °C à SA (Figures 3 à 5). La station de NO, le plus nordique des quatre stations, a vu sa température moyenne descendre à -21,9 °C en février 2015 (Figure 6). Cette température est dans la zone critique de la température létale du blé d’automne. Le couvert de neige agit comme une barrière protectrice isolante qui permet de protéger contre les fluctuations de température (Alberta Wheat Commission 2013). Un couvert de neige de 7 cm serait suffisant pour protéger la couronne du plant quand la température descend jusqu’à -40 °C (Aase et Siddoway 1979). Malgré les températures froides du mois de février aux stations de BE, PR et SA, le total des précipitations de neige en février 2015 a varié de 24 cm à SA jusqu’à 47 cm à BE (Figures 3 à 5). Le total de précipitations de neige en février atteint à NO n’était que de 14 cm (Figure 6). Les stations de BE et SA ont probablement obtenu de bonnes survies à l’hiver grâce à une bonne couverture de neige malgré les chutes de température de février. Les faibles taux de survie de NO peuvent s’expliquer par un faible couvert de neige jumelé aux températures très froides, surtout en février. Un mauvais égouttement des sols serait à l’origine des faibles survies à PR malgré un bon couvert de neige.
Compte tenu des faibles taux de survie à PR et NO, seules les données des stations de BE et SA ont été retenues en 2014-2015.
2015-2016
Lors de la deuxième année de l’étude, le blé d’automne a bien survécu à l’hiver aux quatre stations expérimentales (Tableau 4). Cette deuxième année d’essai a été caractérisée par des températures moins froides que l’hiver précédent et une forte accumulation de neige. Les températures de novembre à mars ont été au-dessus des normales de saison aux stations de BE, PR et SA (Figures 3 à 5). De plus, les stations ont bénéficié d’une précipitation moyenne de neige variant de 28 cm (BE) à 47 cm (SA) pour les mois de novembre à mars. En 2016, la
station de NO a eu une excellente survie à l’hiver avec des températures plus près de la normale, mais il a surtout bénéficié d’une bonne protection par la neige avec une précipitation moyenne de neige de 61 cm pour les mois de novembre à mars (Figure 6).
L’effet de la date de semis a été significatif surtout à la station de PR, où la survie à l’hiver était de 98-100 % pour les dates hâtives mais de 76 % et 68 % pour les dates plus tardives. Cet effet a cependant été modulé par la densité de semis et le cultivar. À la station de PR, c’est plutôt le cultivar Warthog qui a montré une survie à l’hiver plus faible aux dates D3 et D4 (moyenne de 65 %) en comparaison des cultivars Harvard et Carnaval (77 % et 74 %) (Figure 8c). À la station de BE, l’interaction entre la date de semis et le cultivar était également significative. Cette interaction montre qu’il n’y a eu aucune différence de survie entre les cultivars pour les dates D1, D2 et D3 (moyenne de 82 %) alors qu’à la date la plus tardive (D4), le cultivar Harvard a eu une survie plus faible (58 %) que les cultivars Carnaval et Warthog (moyenne de 81%) (Figure 8b).
La date de semis n’a pas eu d’effet aux stations de SA et NO alors que le cultivar Harvard a obtenu la meilleure survie à l’hiver aux deux stations (Tableau 4). La densité de semis n’a pas eu d’effet sur la survie à l’hiver aux stations de BE et SA (Tableau 4). À la station de PR, l’effet de la date de semis a été modulé par la densité de semis. Une augmentation de la densité de semis à 450 et 550 grains m-2 aux dates tardives (D3 et D4) a permis d’obtenir une meilleure survie (80 et 82 %) que celle obtenue (56 %) avec la densité de 250 grains m-2 (Figure 7b). À la station de NO, l’effet de la densité de semis a été modulé selon le cultivar. Le cultivar Harvard a montré une meilleure survie (85 %) que les deux autres cultivars (moyenne de 79 %) à la densité de semis de 250 grains m-2 alors qu’il a obtenu une survie similaire au cultivar Carnaval pour les trois autres densités de semis. La survie à l’hiver du cultivar Warthog a toujours été plus faible pour les densités de semis de 350 à 550 grains m-2 (données non présentées).
De façon générale, la survie à l’hiver a été peu affectée par la date de semis en zones 1 et 3 alors qu’en zone 2, les dates de semis hâtives de début septembre
et mi-septembre permettent une meilleure survie à l’hiver. Ces résultats sont en accord avec une étude ontarienne où les survies à l’hiver ont diminué de 93