Le chapitre II a démontré que l’azote était l’élément clé dans son effet sur les deux critères de croissance quantitatifs (le rendement des rognures de tonte et la biomasse souterraine) du pâturin des prés. Quant à ceux du phosphore et du potassium, leur teneur dans les sols aux deux sites était suffisante pour masquer toute réponse due à leurs ajouts. D’autres recherches citées dans la revue de littérature ont conduit à des résultats similaires même à des niveaux de sol en phosphore et en potassium bien inférieurs à ceux de la présente recherche. Également, les ajouts de l’azote, du phosphore et du potassium ont démontré que les aspects qualitatifs (la densité de tallage et la couleur du feuillage) chez le pâturin des prés répondaient significativement à l’azote alors que le phosphore et le potassium montraient des effets mineurs compte tenu leur teneur déjà existante dans les sols des deux sites.
Les quatre critères de recherche (le rendement de rognures de tonte, la biomasse souterraine, la densité de tallage et la couleur du feuillage) répondaient essentiellement aux ajouts d’azote. Les réponses aux ajouts de phosphore et de potassium n’étaient pas significatives ou bien elles étaient significatives mais mineures. Ce troisième chapitre se penche sur la relation entre les critères de l’aspect esthétique (la densité de tallage et la couleur du feuillage) du pâturin des prés relatifs à son équilibre nutritif foliaire global calculé par l’approche du diagnostic nutritif compositionnel CND.
Notre optique est de relier l’équilibre nutritif à l’aspect esthétique (la densité de tallage et la couleur du feuillage) à partir d’un simplexe de 12 composantes nutritives contenues dans les rognures de tonte. Vu que l’azote influençait les critères de recherche, ce chapitre définit aussi trois niveaux de régie chez le pâturin des prés (intensive, moyenne et extensive) pour déterminer un dosage d’azote à chacune en vue d’une nutrition azotée efficace (réduction des coûts). Les normes diagnostiques du pâturin des prés sont validées à l’aide d’une base de données provenant des gazonnières commerciales.
Une revue de littérature exhaustive (tant au Canada qu’ailleurs) n’a signalé aucune
publication de recherche jusqu’à la fin d’avril 2018 sur le diagnostic nutritif compositionnel CND chez le pâturin des prés depuis la publication de l’article 2 (Badra et al. 2006)
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3.2 RÉSUMÉ
Effets de la concentration d’azote foliaire versus l’équilibre nutritif CND sur la densité de tallage et la couleur du feuillage d’un gazon établi en pâturin des prés (Poa pratensis L.). Une étude a été réalisée durant trois années consécutives en plein champ sur un site
loameux et un autre site adjacent sableux pour déterminer les effets des taux d’application de N, P et K sur la concentration de l’azote foliaire, la densité de tallage et la couleur des rognures foliaires du pâturin des prés en vue d’élaborer des valeurs d’azote critiques. Le dispositif experimental était en blocs complets aléatoires à quatre répétitions comprenant trois éléments nutritifs, soient N (0 ou 50 à 300 kg N ha-1 an -1), P (0 ou 21,8 à 87,3 kg P
ha-1 an -1) et K (0 ou 41,7 à 250 kg K kg ha-1 an -1), également épandus sur le gazon six fois par période de croissance annuelle. Nous avons examiné les valeurs de concentration d’azote, les valeurs logarithmiques de concentration d’azote, et les valeurs CND des simplexes compositionnels d’éléments nutritifs comprenant un (VN1), trois (VN3), cinq (VN5) ou 11
(VN11) macro- et micro-éléments nutritifs. Les valeurs critiques des expressions d’azote ont
été déduites des relations linéaires recueillies des évaluations visuelles de densité de tallage en lien très étroit à la couleur du feuillage (R2 = 0,92). Les coefficients de détermination les plus élevés (0,975 to 0,980) ont été obtenus des valeurs CND (VN5) et (VN11). Les valeurs
VN5 intégraient correctement les données de littérature ainsi que des sites expérimentaux et
se sont avérées des plus performantes (99 % de succès) pour diagnostiquer la suffisance d’azote N dans 328 spécimens qualifiés provenant des gazonnières commerciales. Comparativement aux valeurs de concentration initiales, la transformation CND des données a réduit le degré d’inter-corrélation parmi les éléments nutritifs de 0,6 à 0,1 dans l’analyse en composantes principales, facilitant ainsi l’atteinte d’une distribution χ2 des indices CND. En nous servant d’un indice de déséquilibre critique (CNDr2) de 5,6 comme variable χ2 et d’un
indice critique CND IN2 de 1,5 pour un simplex de cinq éléments, nous avons diagnostiqué
179 spécimens qualifiés comme étant déséquilibrés dont 110 spécimens indiquaient des teneurs excessives en azote parmi ces 328 spécimens qualifiés provenant des gazonnières commerciales. Par conséquent, le disgnostic que nous proposons comprenant au moins cinq éléments nutritifs s’est avéré efficace pour évaluer la teneur de l’azote dans les rognures de tonte du pâturin des prés provenant des sites expérimentaux, de la littérature et des gazonnières commerciales.
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Mots-clés : Diagnostic nutritif des tissus végétaux, DRIS, CND, fertilisation azotée du
pâturin des prés, densité de tallage du gazon, couleur de feuillage du gazon.
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3.3 ABSTRACT
Effects of leaf nitrogen concentration versus CND nutritional balance on shoot density and foliage colour of an established Kentucky bluegrass (Poa pratensis L.) turf. A three-
year field study was conducted in a loam site and an adjacent sand site to determine the effects of N, P and K application rates on N status (i.e. concentrations), shoot density and foliage colour of Kentucky bluegrass clippings in order to derive critical N concentration values. The experiment was arranged in a completely randomized block design with four replicates and three nutrients, N (0 or 50 to 300 kg N ha-1 yr -1), P (0 or 21.8 to 87.3 kg P
ha-1 yr -1) and K (0 or 41.7 to 250 kg K ha-1 yr -1), equally broadcast six times per growing
season. We examined N concentration values, log-transformed N concentration values and CND values for compositional nutrient simplexes comprising one (VN1), three (VN3), five
(VN5) or 11 (VN11) macro- and micro-nutrients. Critical values for N expressions were
obtained from linear relationships with targeted visual ratings of shoot density and foliage colour that were closely related to each other (R2 = 0.92). The highest coefficients of determination (0.975 to 0.980) were obtained with VN5 and VN11. The VN5 values were
consistent with literature data and across experimental sites and were the most successful (99 % success) in diagnosing N sufficiency in 328 qualified specimens from commercial sod farms. Compared with raw concentrations, the CND transformation reduced from 0.6 to 0.1 the degree of inter-correlation among nutrients in principal component analysis and was amenable to a χ2 distribution of CND indices. Using a critical imbalance index (CND-r2) of
5.6 as χ2 value and a critical CND I
N2 index of 1.5 for a five-nutrient simplex, we diagnosed
as imbalanced 179 qualified specimens of which 110 specimens presented excessively high N level among the 328 qualified specimens in commercial stands. The proposed five-nutrient CND norms proved to be effective in diagnosing the N status (i.e. concentrations) in Kentucky bluegrass clippings across experimental, literature and survey data sets.
Key words: Plant tissue nutrient diagnosis, DRIS, CND, Kentucky bluegrass nitrogen
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3.4 INTRODUCTION
Kentucky bluegrass is a widely used turfgrass species in Canada for sod production. Turfgrass quality is a function of its utility, appearance and playability (Turgeon 1991). Nutrient composition (McCrimmon et al. 1993) and N additions are known to have large effects on shoot density and foliage colour (Waddington et al. 1964; Moberg et al. 1970; Ledeboer and Skogley 1973; Hummel and Waddington 1981) that are two key indicators of quality.
However, P, K or both P and K additions have been reported to show little effect on turfgrass quality (Holben 1952; Hull and Smith 1974; Christians et al. 1981; Schmidt and Breuninger 1981; Turner and Hummel 1992; Nus et al. 1993).
Turfgrass nutrient status is generally diagnosed using the critical nutrient range (CNR) approach for which nutrient ranges have been defined (Mills and Benton Jones 1996). However, the CNR is affected by nutrient interaction and plant age (Bates 1971).
The consistency of nutrient diagnosis was found to increase with the number of nutrients being examined simultaneously (Holland 1966). Holland (1966) reasoned that principal component analysis, which can simultaneously handle a large number of nutrients, could improve the interpretation of leaf analysis compared with univariate (CNR), bivariate (dual rations), or trivariate (ternary diagram) approaches.
The Diagnosis and Recommendation Integrated System (commonly known as DRIS) sums up dual nutrient ratio functions to diagnose nutrient imbalance in crops (Walworth and Sumner 1987). The dual ratio approach is the minimum transformation of data to remove distortion (non-linearity) when analysing a bounded-sum compositional simplex (Aitchison) 1986).
However, dual ratios are scale-dependent due to different denominators (e.g. N/K or K/N, N/P or P/N, …) that generate a large number of nutrient norms with large differences in values.
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A scale-invariant expression can be obtained by computing nutrient multi-ratios. Parent L.-É. and Dafir (1992) developed the Compositional Nutrient Diagnosis (CND) using compositional data analysis (Aitchison 1986). As in the case of DRIS, the compositional nutrient diagnosis allows computation of nutrient indexes that are classified from the most negative to the most positive to provide a ranking of nutrient limitations to crop growth and / or quality.
Multi-ratios in CND are defined by a simplex of nutrient components and a filling value obtained by the difference between the dry matter content (1000 g kg-1) and nutrient analyses.
Each nutrient is divided by the geometric mean of the simplex components, then log-transformed to produce row-centred log ratios or multi-ratios that are fully compatible
with the principal component analysis PCA (Aitchison 1986).
As a result, values of multi-ratio are relative expressions for nutrient balance in a plant tissue specimen. Such values depend on the number of components used to compute the geometric mean. Similar to CNR approach, the critical values or sufficiency ranges can be defined for CND multi-ratios. Critical values for CND multi-ratios are new diagnostic tools conceived to account for interactions among nutrients in a diagnosed specimen which is a major drawback of the CVA approach (Bates 1971).
In contrast with DRIS, the compositional nutrient diagnosis generates one scale-invariant norm per nutrient, then standardizes the row-centred log ratios to produce square independent CND indices to be added up as chi-square variables (Ross 1987).
Despite apparent theoretical advantages of CND approach over CNR or DRIS, the compositional nutrient diagnosis needs to be evaluated through fertilizer trials to better understand its efficiency in diagnosing the plant nutrient status (i.e. concentration) that influences turfgrass shoot density and foliage colour.
The aims of this research were to:
a. Analyze raw concentration data with PCA across nutrients and compare the degree of inter-correlation among raw nutrient concentrations or row-centred log ratios.
b. Determine the effects of N, P, and K fertilizers on nutrient and different expressions of N concentration in Kentucky bluegrass turf including the error terms.
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c. Derive critical nitrogen ranges related to aesthetical ratings for different expressions of N concentrations then compare them with literature data.
d. Validate the CND critical values using literature, field and survey data.