Hugo Alix1, Anne Vanasse1 et Gaëtan F. Tremblay2
1Département de phytologie, Université Laval, Québec, QC, G1V 0A6, Canada ;
2Centre de recherche et de développement de Québec, Agriculture et Agroalimentaire Canada, Québec, QC, G1V 2J3, Canada.
RÉSUMÉ
Le sorgho sucré (Sorghum bicolor (L.) Moench) et le millet perlé sucré (Pennisetum glaucum (L.) R.BR.) sont deux graminées annuelles résistantes à la sécheresse pouvant servir à la fabrication d’éthanol. Toutefois, leur potentiel en alimentation animale n’a été observé qu’à travers le sous-produit des industries de l’éthanol : la bagasse. L’objectif de cette étude était de déterminer si le rendement en biomasse aérienne, l’ensilabilité et la valeur nutritive de ces cultures sucrées, récoltées en plantes entières, peuvent se comparer au maïs fourrager dans le contexte actuel de production laitière au Canada. Le plan expérimental, mis en place sur cinq sites (Agassiz, Lethbridge, Saint-Augustin-de-Desmaures, Sainte-Anne-de-Bellevue et Kentville) représentant cinq écozones canadiennes, avait la forme de quatre blocs complets aléatoires composés de quatre hybrides, soit deux sorghos sucrés BMR, un millet perlé sucré et un maïs fourrager. Les hybrides des espèces sucrées étaient communs à tous les sites, tandis que celui de maïs fourrager était spécifique à chaque site selon les recommandations locales. Les sorghos et millet perlé sucrés avaient des rendements équivalents au maïs fourrager à trois sites, supérieurs à un site et inférieurs à un site. La teneur moyenne en matière sèche (MS) du millet perlé sucré (290 g kg-1 MS) était supérieure à celle des deux hybrides de sorgho
sucré (250 g kg-1 MS) alors que le maïs était en moyenne à 330 g kg-1 MS. La teneur en MS du
maïs était plus élevée que les cultures sucrées à trois sites alors que pour les deux autres sites, la teneur en MS du millet perlé sucré était égale ou supérieure à celle du maïs fourrager. La digestibilité in vitro des fibres insolubles au détergent neutre (NDFd) des sorghos sucrés (710 g kg-1 NDF) était supérieure à celle du maïs fourrager (NDFd = 590 g kg-1 NDF) alors que
leur teneur en unités nutritives totales (UNT) (530 g kg-1 MS) se rapprochait de celle du maïs
(550 g kg-1 MS). Le millet perlé sucré présentait à la fois une NDFd (530 g kg-1 NDF) et une
teneur en matière sèche faible, la fermentation en mini-silos des quatre cultures a démontré un bon potentiel avec un pH bas (< 4,3), une teneur en acide lactique élevée (> 30 g kg-1 MS)
et une teneur en acide acétique faible (< 20 g kg-1 MS). Le classement des cultures avant
fermentation, selon les différents attributs de valeur nutritive, demeurait le même après fermentation. Le sorgho sucré BMR représenterait donc un substitut viable au maïs fourrager, tant pour le rendement que pour la valeur nutritive, mais à condition d’avoir des hybrides plus hâtifs ayant une teneur en matière sèche plus élevée à la récolte du fourrage, sans quoi cette culture pourrait ne pas se conserver adéquatement.
INTRODUCTION
La production laitière canadienne se classe troisième dans le secteur agricole canadien selon les recettes monétaires agricoles (CCL, 2016), et est réalisée à 37 % au Québec et à 33 % en Ontario (CCIL, 2018). Bien que cette production soit régie par un système de gestion de l’offre, les exploitants laitiers restent néanmoins des chefs d’entreprises cherchant, pour la plupart, rentabilité et productivité. Ils consacrent 21 % de leurs dépenses à l’alimentation de leurs animaux, ce qui représente leur plus gros poste de dépenses (Lachapelle, 2014). Malgré l’existence de nombreuses espèces fourragères, seul un petit nombre d’entre elles sont couramment utilisées en production laitière. Le maïs fourrager est une des espèces préférées des producteurs laitiers grâce à ses rendements et sa valeur énergétique élevés dans les rations alimentaires. Au Canada, 75 % du maïs fourrager est produit par le Québec, l’Ontario, la Colombie-Britannique, l’Alberta et la Nouvelle-Écosse (Statistique Canada, 2017), soit cinq provinces qui totalisent environ 90 % de la production laitière canadienne (CCIL, 2018). La rentabilité du maïs fourrager le rend difficilement remplaçable malgré les coûts qu’entraînent ses besoins en fertilisation azotée et en eau. Cependant, à cause des conséquences du réchauffement climatique (comme l’augmentation de la fréquence des épisodes de sécheresse) et de l’intérêt porté à la protection de l’environnement, il semble pertinent de trouver des substituts potentiels à cette culture qui pourrait être qualifiée « d’intérêt mondial ».
Le sorgho et le millet perlé sont deux graminées annuelles connues pour leur résistance accrue à la sécheresse et leur tolérance aux sols pauvres en matière organique (Andrews et
Kumar, 1992; Bidinger et Hash, 2004), ainsi que pour leur efficacité d’utilisation de l’azote et de l’eau (Schittenhelm et Schroetter, 2014; Singh et Singh, 1995; Thivierge et al., 2015b). Ces espèces présentent donc des caractéristiques intéressantes qui pourraient aider à faire face à certaines conséquences du réchauffement climatique, comme l’augmentation des températures moyennes, ou encore l’hétérogénéité de la répartition des précipitations annuelles (Do Nascimento et al., 2005; Thivierge et al., 2015b).
Le sorgho et le millet perlé « sucrés » sont des hybrides conçus pour obtenir une teneur en sucres fermentescibles plus élevée que leurs homologues « fourragers », permettant ainsi d’obtenir une production plus élevée de biocarburant (éthanol). Ces hybrides sont souvent produits à double fin puisque les résidus de pressage de l’industrie de l’éthanol permettent d’obtenir un fourrage valorisable en alimentation animale. Comme les hybrides fourragers sont déjà utilisés en production animale, on pourrait penser que des hybrides contenant plus de sucre puissent apporter une valeur ajoutée, par exemple une concentration en énergie plus élevée, qui serait bénéfique pour la production laitière.
Récemment, certaines études ont été menées sur le sorgho et le millet perlé sucrés au Québec, faisant état de rendements pouvant varier de 16 à 19 Mg MS ha-1 pour le sorgho sucré (Dos Passos Bernardes et al., 2014; Thivierge et al., 2015a) et de 10 à 20 Mg MS ha-1 pour le millet perlé sucré (Bouchard et al., 2011; Dos Passos Bernardes et al., 2014; Leblanc et al., 2012). Les rendements moyens de maïs fourrager au Canada sont de 12,5 à 19,5 Mg MS ha-1 (Statistique Canada, 2016). Bien que la littérature sur la valeur nutritive du sorgho et du millet perlé sucrés utilisés en alimentation animale soit très pauvre, il existe tout de même certaines études portant sur la valeur nutritive de la plante entière du millet perlé sucré et du sorgho sucré. Ainsi, avec un hybride de millet perlé sucré adapté aux conditions de l’est du Canada, Bouchard et al. (2011) et Bélanger et al. (2018) ont obtenu des teneurs en ADF de 397 à 401 g kg-1 MS, et en NDF de 630 à 650 g kg-1 MS, ainsi qu’une digestibilité des fibres NDF de 590 à 630 g kg-1 NDF et une teneur en azote total de 9,5 à 10,3 g kg-1 MS. Amer et al. (2012b) ainsi que Bélanger et al. (2018) ont obtenus des teneurs en ADF de 343 à 392 g kg-1 MS, et en NDF de 543 à 614 g kg-1 MS, ainsi qu’une teneur en azote total de 10,7 à 11,2 g kg-1 MS avec deux hybrides différents de sorgho sucré. Bélanger et al. (2018) indiquent également une digestibilité moyenne des fibres NDF du sorgho sucré de
601 g kg-1 NDF. Les teneurs moyennes recommandées pour un maïs fourrager sont de 280 g ADF kg-1 MS, 450 g NDF kg-1 MS, 14 g N total kg-1 MS et une digestibilité des fibres NDF de 560 g kg-1 NDF (National Research Council, 2001). Bien que ces récentes études menées au Québec indiquent des teneurs en fibres plus élevées et une teneur en azote total plus faible pour le sorgho et le millet perlé sucrés par rapport au maïs fourrager, ils semblent néanmoins avoir un avantage, à savoir une meilleure digestibilité in vitro des fibres NDF. Il n’existe cependant aucune étude comparant le rendement et la valeur nutritive du millet perlé sucré, du sorgho sucré et du maïs fourrager sous les mêmes conditions de croissance. L’objectif de cette recherche est donc de déterminer, dans cinq écozones au Canada, si le sorgho et le millet perlé sucrés sont deux substituts viables au maïs fourrager, quant au (i) rendement, à la valeur nutritive et à (ii) l’ensilabilité, dans le contexte actuel de production laitière.
MATÉRIEL ET MÉTHODES
Description des sites et des traitements
Cette étude a été réalisée sur cinq sites à des stations expérimentales situées dans diverses écozones du Canada, soit à Agassiz, C.-B., Canada (Lat. 49°14'30,3" N, Long. 121°45'53,4" O), Lethbridge, Alb., Canada (Lat. 49°42'01,6" N, Long. 112°45'47,5" O), Saint-Augustin-de-Desmaures (St-Augustin), Qc., Canada (Lat. 46°43'53,5" N, Long. 71°31'07,3" O), Sainte-Anne-de-Bellevue (Ste-Anne), Qc., Canada (Lat. 45°25'45,1" N, Long. 73°55'42,4" O) et Kentville, N.-É., Canada (Lat. 45°04'09,0" N, Long. 64°28'40,9" O). Les caractéristiques des sols de chacun des sites sont présentées au tableau 7. Les moyennes des précipitations, des degrés-jours accumulés et des unités thermiques maïs (UTM) sont, quant à elles, présentées au tableau 8.
Le dispositif expérimental, établis sur deux ans (2015 et 2016) et sur des parcelles différentes à chaque année, était en blocs complets aléatoires où les traitements étaient répétés quatre fois. Les traitements étaient constitués d’un hybride de maïs fourrager, de deux hybrides de sorgho sucré BMR (« Brown Midrib », mutation génétique induisant une teneur en lignine plus faible) provenant de deux endroits (É.U. et Europe) et d’un hybride de millet perlé sucré.
Au site de Lethbridge par contre, il n’y avait qu’un seul sorgho sucré BMR, soit celui provenant d’Europe.
Les deux mêmes hybrides de sorgho sucré BMR, soit l’hybride X15-06 (développé en France ; identifié par BMR1) et l’hybride MS#1 (Mâle stérile, no de catalogue : 327*36, développé par la compagnie Richardson, Texas, É.U. ; identifié par BMR2), ainsi que le même hybride de millet perlé sucré (CSSPM7, développé par la compagnie AERC Inc., Dehli, ON, Canada) ont été semés à tous les sites. En revanche, un hybride de maïs fourrager différent, non BMR, a été semé aux différents sites de l’étude ; chaque hybride de maïs étant adapté à chacune des écozones. Les différentes dates de semis sont rapportées au tableau 8. L’écart entre les semis de maïs fourrager et ceux des autres espèces est dû à la température du sol qui devait être au-dessus de 6°C pour le maïs fourrager, et au-dessus de 10-12°C pour les cultures de millet perlé et sorgho sucrés qui ne tolèrent pas de gels tardifs. Une invasion de corneilles en 2016 à Kentville a nécessité de ressemer le maïs fourrager 12 jours après le sorgho et millet perlé sucrés. Ce retard a néanmoins été rattrapé lors de la saison de croissance. A chacun des sites, le maïs fourrager a été semé à l’aide d’un semoir pneumatique à une profondeur moyenne d’environ 5 cm et selon un espacement entre les rangs de 76 cm pour atteindre un peuplement variant de 75 000 à 105 000 plants ha-1 selon les sites. Les sorghos et le millet perlé sucrés ont été semés à l’aide d’un semoir à céréale Wintersteiger (Wintersteiger, Ried im Innkreis, Autriche) à une dose de semis de 10 kg ha-1 pour le millet perlé sucré et de 15 kg ha-1 pour les deux hybrides de sorgho sucrés, à une profondeur de 1,5 à 2,0 cm maximum et selon un espacement entre les rangs de 18 cm.
La fertilisation des différentes espèces a été comblée en partie par du lisier de bovin appliqué sur chacun des sites expérimentaux à l’automne 2014 et 2015 afin de fournir 50 kg ha-1 d’azote disponible au printemps suivant. À Agassiz, cette application s’est faite aux printemps 2015 et 2016, deux à trois semaines avant les semis, en raison d’une directive du ministère de l’Agriculture de la Colombie-Britannique qui déconseillait l’application d’effluents après le 1er septembre (British Columbia Ministry of Agriculture, 2018). Le lisier a ensuite été incorporé par un labour à une profondeur de 20 cm, sauf à Agassiz où il a été incorporé par un travail superficiel du sol. Alors que le maïs fourrager a été fertilisé selon les recommandations en vigueur à chacun des sites (de 85 à 150 kg N ha-1, incluant la
fertilisation l’automne précédent), les sorghos et millet perlé sucrés ont reçu 75 % de la fertilisation azotée appliquée au maïs fourrager. Pour toutes les cultures, la fertilisation azotée minérale a été fractionnée en deux apports, sauf aux sites d’Agassiz et de Kentville, où la totalité des besoins en azote restant a été comblée au semis, car la dose d’azote à appliquer était trop faible pour être fractionnée à l’aide des épandeurs à engrais disponibles. Pour le maïs fourrager, 50 % de l’apport a été appliqué au semis, puis le restant au stade 5-6 feuilles. Pour les sorghos et millet perlé sucrés, 50 % de l’apport a été appliqué au semis, puis le restant au stade tallage. Les besoins en phosphore et potassium ont été comblés selon les analyses de sol et les recommandations en vigueur à chacun des sites. Avant chaque semis, et pour l’ensemble des sites, les parcelles ont été travaillées à l’aide d’un vibroculteur ou d’une herse à disque selon les sites. Les sorghos et millet perlé sucrés ont été traités à l’aide d’un herbicide permettant de contrôler les mauvaises herbes à feuilles larges, Basagran Forté (matière active : bentazone ; isopropyl-3 1 H,3 H-benzothiadiazine-2,1,3 one-4 dioxyde-2,2) à une dose de 1,08 kg de matière active ha-1 au stade 3-6 feuilles selon les sites. Les hybrides de maïs utilisés étaient Roundup Ready® et ont été traités à l’aide de glyphosate (N-(phosphonométhyl)glycine) à des doses variables selon les sites et le stade de développement des mauvaises herbes. Le reste du désherbage a été fait manuellement lorsque nécessaire.
Collecte de données et analyses en laboratoire
A cinq périodes de récolte prédéfinies (stade 5-6 feuilles, début août, mi-août, début septembre et lorsque le maïs fourrager atteignait une teneur en MS de 350 g kg-1), la biomasse aérienne du millet perlé sucré, des sorghos sucrés et du maïs a été récoltée à l’intérieur d’un quadrat correspondant à un rang de large sur un à deux mètres de long selon les sites. La récolte des plants s’est effectuée dans chaque parcelle à une distance d’un à deux mètres des bordures des parcelles et en laissant des plants toujours présents sur les différents rangs, de façon à éviter un effet de bordure ou de compensation des plants. Afin de comparer la faisabilité de ces cultures à différents sites, seules les données de la dernière période de récolte seront présentées et interprétées. Pour l’ensemble des sites, le maïs fourrager était alors au stade R5-R6 (denté/point noir) (Ritchie et al., 1993), les sorghos sucrés au stade 7
(pâteux mou) (Vanderlip, 1993), et le millet perlé sucré au stade 7-8 (laiteux / pâteux) (Maiti et Bidinger, 1981). La présence de grains en formation a été observée sur l’hybride de sorgho sucré BMR stérile (BMR2). La récolte a été faite manuellement. L’ensemble des plants récoltés a été pesé pour évaluer le rendement, puis haché à l’aide d’un sécateur (pour les stades plus hâtifs de récolte), ou broyés à l’aide d’une ensileuse à maïs lorsqu’il y avait assez de matériel. Un sous-échantillon de 500 g a ensuite été prélevé et mis à sécher 72 h à 55°C afin de déterminer sa teneur en matière sèche. Une fois le sous-échantillon sec, il a été broyé à 1 mm à l’aide d’un broyeur de type Wiley (Modèle standard 4, Arthur H. Thomas Co., Philadelphie, PA, Etats-Unis), pour ensuite être analysé au laboratoire.
L’ensemble des sous-échantillons de la première année de l’étude (2015) a été balayé au spectromètre dans le visible et le proche infrarouge (FOSS NIRS™ DS2500 F, Silver Spring, MD, États-Unis) dans un intervalle de longueur d’onde de 400 à 2500 nm. En utilisant le logiciel WinISI 4 (version 4.5.0.14017, Infrasoft International LLC., State College, PA, Etats-Unis), un groupe d’échantillons de calibration (n = 60) et de validation (n = 15), ainsi que certains échantillons dont le spectre était trop différent du spectre moyen de la population globale (n = 6) ont été identifiés. Un groupe de 81 échantillons a donc été analysé chimiquement et des équations de prédiction ont été développées afin de prédire les attributs de valeur nutritive de tous les échantillons de fourrage. Les échantillons de fourrage prélevés au cours de l’année suivante ont également été balayés au spectromètre dans le visible et le proche infrarouge. La population de l’année 2016 a ensuite été comparée à celle de 2015 et les deux populations d’échantillons ont été jugées comparables. Quelques échantillons de 2016 (n = 7) ont été analysés chimiquement et ajoutés au groupe de calibration de l’année 2015 pour obtenir des équations plus « robustes ». De nouvelles équations ont ensuite été développées et vérifiées à l’aide du groupe de validation de l’année 2015 combiné à un groupe de validation de 15 échantillons de l’année 2016, préalablement analysés chimiquement. Les différents paramètres analysés avec cette méthode, ainsi que les statistiques de validation, sont présentés au tableau 9. Le rapport de l’écart-type sur l’erreur- type de prédiction corrigée pour le biais (RPD) était supérieur à 3 pour l’ensemble des paramètres analysés, ce qui permet de considérer les équations de prédictions comme valides.
Volet ensilage
Aux sites de St-Augustin et de Ste-Anne, à la dernière période de récolte et après avoir broyé le fourrage de la zone de récolte à l’aide d’une ensileuse à maïs, une quantité suffisante de matériel de chaque parcelle a été utilisée afin de remplir des mini-silos de PVC de 25 cm de longueur par 7,5 cm de diamètre intérieur. Pour compacter le matériel, une pression de 1200 kPa a été appliquée sur le fourrage avec une presse hydraulique. Les mini-silos ont été fermés et maintenus à température ambiante (20-23°C) pendant 90 jours. Après cette période de fermentation, ils ont été ouverts, et deux échantillons ont été prélevés par mini-silo : le premier (1/3 du silo) a été stocké à -20°C afin de procéder aux analyses du pH, de l’azote total, de l’acide lactique et des acides gras volatils ; le second (2/3 du silo) a été séché à 55°C et moulu à 1 mm à l’aide d’un broyeur de type Wiley (Modèle standard 4, Arthur H. Thomas Co., Philadelphie, PA, États-Unis) afin d’être analysé pour ses teneurs en ADF, NDF, amidon et glucides solubles, de même que pour sa digestibilité in vitro de la matière sèche et des fibres NDF.
Évaluation de la valeur nutritive des fourrages
Les fibres ADF et NDF ont été déterminées à l’aide d’un analyseur de fibres automatique « ANKOM 2000 » (ANKOM Technology, Macedon, NY, États-Unis), et respectivement à l’aide des méthodes no 12 (ANKOM Technology, 2011a) et 13 (ANKOM Technology, 2011b) du fabricant. Les fibres NDF désignent ici les fibres insolubles dans un détergent neutre après ajout d'α-amylase. Les sachets utilisés étaient les F57, d’une porosité de 25 µm, vendus par ANKOM Technology.
La digestibilité in vitro de la matière sèche (DIVMS) a été déterminée à l’aide d’un incubateur « DaisyII » (ANKOM Technology, Macedon, NY, États-Unis) et selon la méthode no 3 (ANKOM Technology, 2005) du fabricant. Les sachets utilisés étaient les mêmes que pour l’analyse des fibres ADF et NDF. La digestibilité in vitro des fibres NDF (NDFd) a ensuite été calculée.
DIVMS (g kg-1 MS) = 1 − '56$ 5%×7%
5&×89 - " × 1000 NDFd (g kg-1 NDF) = 1 − :56$ 5%×7%
5&×89× ;+,<=== > " × 1000 où ?1 = masse du sachet vide
?2 = masse de l’échantillon
?3 = masse du sachet après digestion et analyse NDF via « ANKOM 2000 » A1 = correction du sachet vide
Pour déterminer la teneur en azote total, 0,1 g de chaque échantillon a été minéralisé à l’aide d’un bloc digesteur (Digestor™ 2520, FOSS, Hilleroed, Danemark) selon la méthode de Isaac et Johnson (1976). La solution obtenue a ensuite été analysée pour sa teneur en azote total à l’aide d’un analyseur à flot continu avec injection automatique (QuickChem 8500 Series 2 FIA System, Lachat Instruments, Loveland, CO, États-Unis) selon la méthode 13- 107-06-02-E (Zellweger Analytics, Lachat Instruments, Milwaukee, WI, États-Unis). Le dosage de l’amidon s’est effectué sur 0,25 g du matériel précédemment broyé. Ce matériel a subi une succession de trois lavages à l’éthanol 80 %, de chauffage à 60°C et de centrifugation à 2000 g pour que le culot soit finalement laissé à l’air une nuit. Le lendemain, les échantillons ont été dilués dans de l’eau distillée puis chauffés à 100°C pour gélatiniser l’amidon. L’amidon a ensuite été hydrolysé à l’aide d’une solution alcaline (tampon acétate) d’amyloglucosidase (75,12 %). Les teneurs en amidon des échantillons ont ensuite été mesurées à l’aide d’un spectrophotomètre à 415 nm et d’une solution d’acide p- hydroxybenzoïque hydrazide (PAHBAH) (Blakeney et Mutton, 1980).
Les glucides solubles (GS) ont été extraits dans un filtrat (filtré à travers un papier Whatman #2) résultant de la dissolution de 0,1 g d’échantillon dans 25 mL d’eau distillée pendant 60 min. Cinq mL d’acide sulfurique (H2SO4) 1N a été ajouté et le volume du filtrat a été ajusté à 50 mL, qui a ensuite été chauffé au bain-marie à 100°C pendant 15 min (Suzuki, 1971). Les glucides solubles ont ensuite été mesurés à l’aide d’un spectrophotomètre à 415 nm et d’une solution PAHBAH (Blakeney et Mutton, 1980).
Les unités nutritives totales (UNT), la production estimée de lait par tonne de matière sèche, et la production estimée de lait par hectare ont été calculées à l’aide du fichier MILK2006
attributs de valeur nutritive, soit les glucides non fibreux, les protéines brutes, les acides gras et la fibre NDF, multipliés par leurs digestibilités respectives. La production de lait par tonne de matière sèche, et la production estimée de lait par hectare ont ensuite été calculées, notamment, à l’aide des UNT et du rendement en matière sèche.