© Abdo Badra, 2019
Diagnostic nutritif compositionnel CND d’un gazon en
pâturin des prés (Poa pratensis L.) suite aux ajouts de
N, P et K
Thèse
Abdo Badra
Doctorat en sols et environnement
Philosophiæ doctor (Ph. D.)
ii
Diagnostic nutritif compositionnel CND
d’un gazon en pâturin des prés (Poa pratensis L.)
suite aux ajouts de N, P et K
Thèse
Abdo Badra
Sous la direction de
Léon-Étienne Parent
Directeur de recherche
iii
RÉSUMÉ
La fertilisation du pâturin des prés (Poa pratensis L.), utilisée fréquemment comme graminée à gazon, requiert un dosage de N, de P et de K permettant de répondre aux attentes d’entretien extensif, intermédiaire ou intensif des espaces verts établis sur des sols de diverses classes texturales mais généralement variant de loameuse à sableuse telles les verts et les allées des terrains de golf, les terrains sportifs et municipaux, les champs de gazonnières, les terrains de jeux, les espaces verts résidentiels et scolaires, les abords de routes, les cimetières, les cours de tennis, etc. Beaucoup d’études sur la fertilisation du pâturin des prés ont été menées aux États-Unis sous climat tempéré chaud. De plus, le diagnostic nutritif du pâturin des prés, basé sur des concentrations critiques, ne tient pas compte des interactions entre les éléments nutritifs, conduisant à des diagnostics peu fiables.
Afin de guider la fertilisation des gazons au Québec, il y a un double besoin de calibrer les besoins nutritifs du pâturin des prés selon la texture du sol et de développer des normes diagnostiques qui intègrent les interactions multiples à l’aide de méthodes numériques robustes telles le diagnostic nutritif compositionnel (Compositional Nutrient Diagnosis CND). Cette thèse vise donc à produire de nouvelles connaissances sur la fertilisation azotée, phosphorique et potassique du pâturin des prés pour l’entretien extensif, intermédiaire ou intensif des espaces engazonnés sous climat tempéré froid, également à développer et à valider des normes nutritives permettant de détecter tout déséquilibre nutritif.
Le but ultime de l’entretien du pâturin des prés en espace vert est de produire un gazon de haute qualité visuelle. En fait, le rendement maximum des rognures de tonte n’est pas un attribut recherché. L’équilibre nutritif N : K est particulièrement nécessaire pour atteindre ce but. Une étude en plein champ fut réalisée pendant trois années consécutives pour évaluer les réponses quantitatives (le rendement des rognures de tonte et la biomasse souterraine) et qualitatives (la densité de tallage et la couleur du feuillage) du pâturin des prés (Poa pratensis L.) aux ajouts de 0 ou 50 à 300 kg N ha-1 an-1, de 0 ou 21,8 à 87,3 kg P ha-1 an-1, et de 0 ou 41,7 à 250 kg K ha-1 an-1, épandus également six fois par période de croissance sur un site en sol sableux qualifié de Norme U.S.G.A. pour les verts de golf et
iv
sur un autre site adjacent d’un sol natif loameux. Les normes CND ont été élaborées à l’aide des essais de fertilisation et validées à l’aide d’une base de données sur 318 spécimens provenant des gazonnières commerciales.
Une réponse quadratique significative du rendement des rognures de tonte fut obtenue avec un maximum à 200 kg N ha-1 en loam et 300 kg N ha-1 en sable. Aux deux sites, l’ajout
d’azote a réduit linéairement la biomasse souterraine et a significativement augmenté de façon quadratique la densité de tallage et la couleur du feuillage. Les ajouts de P et de K ne montraient aucune réponse significative sur le rendement des rognures de tonte ni sur la biomasse souterraine aux deux sites, non plus sur la densité de tallage et la couleur du feuillage au site loameux. Par contre, les ajouts de P et de K ont montré de faibles effets significatifs sur la couleur foliaire au site sableux.
La transformation logarithmique centrée (clr = centred log ratio) des concentrations d’azote des rognures de tonte a réduit le degré d’inter-corrélation de 0,6 à 0,1 entre les éléments nutritifs lors de l’analyse en composantes principales, facilitant ainsi l’atteinte d’une distribution χ2 des indices du diagnostic nutritif compositionnel CND. En utilisant
l’indice de déséquilibre critique CND r2 de 5,6 et un indice critique CND I
N2 de 1,5 pour
un simplexe de cinq éléments nutritifs (N, P, K, Ca, Mg), la méthodologie CND a diagnostiqué 179 spécimens provenant des gazonnières commerciales à succès de 99 % comme étant déséquilibrés dont 110 en azote. Le diagnostic CND s’est avéré efficace pour déceler les niveaux d’azote des rognures de tonte chez le pâturin des prés en régie de gazon. La composition minérale foliaire du pâturin des prés, particulièrement la variable azote (N), influence significativement la qualité esthétique telle la densité de tallage et la couleur du feuillage. L’excès d’azote diminue la biomasse souterraine du gazon tout en augmentant la couleur du feuillage et la densité de tallage. Pour une croissance harmonieuse, il ne faut pas que l’amélioration de la qualité esthétique soit au détriment de la biomasse souterraine du pâturin des prés. À cette fin, un modèle de diagnostic nutritif compositionnel comprenant onze éléments nutritifs (N, S, P, K, Ca, Mg, B, Cu, Zn, Mn, Fe) a été développé en se servant des ratios logarithmiques centrés clr ainsi que des ratios logarithmiques isométriques ilr par lesquels les intervalles critiques établis d’après la qualité esthétique (la
v
densité de tallage et la couleur du feuillage) ont été assujettis à la biomasse souterraine du pâturin des prés en phase d’entretien.
vi
ABSTRACT
The fertilization of Kentucky bluegrass (Poa pratensis L.), managed as turfgrass, requires a dosage of N, P and K to sustain the performance of extensive, intermediate or intensive maintenance of turfgrass grounds established in diverse soil textures from loam to sand such as golf greens and fairways, sports fields, commercial sod farms, road sides, tennis courts, municipal grounds, play grounds, residential and school green space... A three-year field study was conducted to evaluate the quantitative (clipping yield and underground turf biomass) and qualitative responses (shoot density and foliage colour) of Kentucky bluegrass turf to added (0 or 50 to 300 N); (0 or 21.8 to 87.3 P), and (0 or 41.7 to 250 K) kg ha-1 yr-1 equally broadcast six times per growing season on sand site that met the
U.S.G.A. specifications and native loam site. Many studies related to fertilization of Kentucky bluegrass were conducted in the United States under a temperate climate. On the other hand, the nutritional diagnosis of Kentucky bluegrass, usually based on critical nutrient concentrations, does not account for nutrient interactions leading to less reliable conclusions.
In order to obtain a fertilizer guide for turfgrasses in Quebec, calibration of nutrient needs must relate to soil texture to develop diagnostic norms for Kentucky bluegrass that include multiple interactions based on robust numeric methods such as the compositional nutrient diagnosis (CND). This thesis puts forth a new knowledge in nitrogen, phosphorus and potassium fertilization of Kentucky bluegrass under extensive, intermediate or intensive green space management in the cold area of the temperate climate then develops and validates nutritional norms enabling the user to identify any unbalanced nutrition.
The ultimate goal in Kentucky bluegrass maintenance is to produce a visual high-quality turf from an aesthetic point of view. The maximum clipping yield is not a characteristic to strive for. Rather, nutritional balance N: K is necessary to reach this objective. A three-year field study was carried out to evaluate the quantitative (clipping yield and underground biomass) and qualitative (shoot density and foliage colour) responses of Kentucky bluegrass (Poa pratensis L.) to added 0 or 50 à 300 kg N, 0 or 21.8 à 87.3 kg P and 0 or 41.7 à 250 kg K ha-1 yr-1 equally spread six times per growing period on a sand site that met the U.S.G.A. sand specifications for golf greens (United States Golf Association) and
vii
another site of native loam. CND norms were developed based on fertilization responses and validated using data of 318 qualified specimens from commercial sod farms in Quebec. Clipping yields showed significant quadratic responses at 200 kg N ha-1 in the loam and
300 kg N ha-1 in the sand. On both sites, added nitrogen linearly reduced the underground
biomass and showed a quadratic increase in shoot density and foliage colour. Added P and K did not show any significant response on clipping yield and underground biomass on both sites, nor on shoot density and foliage colour in the loam. However, added P and K showed some weak significant effects on foliage colour in the sand.
The centred logarithmic transformation (clr = centred log ratio) of nitrogen concentrations in the clippings have reduced the degree of inter-correlation between nutrients from 0.6 to 0.1 in the principal component analysis and was amenable to a χ2 distribution of CND indices. Using a critical imbalance index CND r2 of 5.6 asχ2 value and a critical CND IN2
of 1.5 for a five-nutrient simplex (N, P, K, Ca, Mg), CND diagnosed 179 qualified specimens as imbalanced of which 110 specimens were excessively high in N level (with a success rate of 99 %) among the total 328 qualified specimens taken from commercial sod farms. Consequently, CND norms proved to be effective in diagnosing the N status in Kentucky bluegrass clippings.
The composition of foliar nutrients in Kentucky bluegrass, particularly nitrogen (N), can significantly influence its aesthetic quality such as shoot density and foliage colour. As a result, an overdose of added nitrogen can increase shoot density and foliage colour while reducing the underground biomass. For a balanced growth, the improvement of aesthetic quality should not be at the expense of the underground biomass. To this end, a diagnostic compositional model of eleven nutrients (N, S, P, K, Ca, Mg, B, Cu, Zn, Mn, Fe) has been developed using log-centered ratios clr and log-isometric ratios ilr whereby the critical ranges found in the aesthetic quality (shoot density and foliage colour) have been subjugated to the underground biomass of Kentucky bluegrass during its maintenance stage.
viii
TABLE DES MATIÈRES
RÉSUMÉ ... iii
ABSTRACT ... vi
TABLE DES MATIÈRES ... viii
LISTE DES TABLEAUX ... xiii
LISTE DES FIGURES ... xv
ABRÉVIATIONS ... xvi DÉDICACE ... xvii REMERCIEMENTS ... xviii AVANT-PROPOS ... xx INTRODUCTION ... 1 1 Objectifs de recherche ... 3 2 Hypothèses de recherche ... 4 CHAPITRE I ... 6 REVUE DE LITTÉRATURE ... 6 1.2.1 Analyse de sol ... 7
1.2.2 Fertilisation N, P et K d’établissement du pâturin des prés ... 8
1.2.3 Fertilisation N, P et K d’entretien du pâturin des prés ... 10
1.3.1 Diagnostics nutritifs traditionnels ... 22
1.3.2 Concentration critique ... 23
1.3.3 Intervalle critique de concentration nutritive CNR ... 25
1.3.4 Diagnosis and recommendation integrated system (DRIS)... 35
1.3.5 Analyse des données compositionnelles ... 38
1.3.6 Diagnostic nutritif compositionnel (CND) ... 41
1.3.7 Sélection de la sous-population performante ... 43
1.3.8 Diagnostic compositionnel multivarié des tissus végétaux ... 44
CHAPITRE II ... 60
QUANTITATIVE AND QUALITATIVE RESPONSES OF AN ESTABLISHED KENTUCKY BLUEGRASS (Poa pratensis L.) TURF TO N, P AND K ADDITIONS ... 60
2.1 PRÉFACE DU CHAPITRE II ... 61
ix
2.3 ABSTRACT ... 63
2.4 INTRODUCTION ... 64
2.5 MATERIALS AND METHODS ... 65
2.5.1 Experimental Sites ... 65
2.5.2 Establishment of Kentucky bluegrass turf ... 66
2.5.3 Fertilizer treatments ... 67
2.5.4 Soil and plant analyses ... 68
2.5.5 Collection of clippings ... 70
2.5.6 Sampling the underground biomass of Kentucky bluegrass turf ... 70
2.5.7 Performance criteria of Kentucky bluegrass turf... 71
2.5.8 Analyses of variance ... 71
2.6 RESULTS AND DISCUSSIONS ... 71
2.6.1 Effect of added N on clipping yield of Kentucky bluegrass turf ... 71
2.6.2 Effect of added N on underground biomass of Kentucky bluegrass turf ... 72
2.6.3 Effect of added P on clipping yield and underground biomass of Kentucky bluegrass turf ... 71
2.6.4 Effect of added K on clipping yield and underground biomass of Kentucky bluegrass turf ... 71
2.6.5 Effect of P addition on soil test ... 72
2.6.6 Effect of K addition on soil test ... 72
2.6.7 Effect of added N on shoot density of Kentucky bluegrass turf ... 72
2.6.8 Effect of added N on foliage colour of Kentucky bluegrass turf ... 75
2.6.9 Using added N rates for Kentucky bluegrass turf ... 77
2.6.10 Effect of added P on shoot density and foliage colour of Kentucky bluegrass turf 79 2.6.11 Effect of added K on shoot density and foliage colour of Kentucky bluegrass turf 80 2.7 CONCLUSIONS ... 83
2.8 ACKNOWLEDGEMENTS ... 84
2.9 REFERENCES ... 84
CHAPITRE III ... 87
EFFECTS OF LEAF NITROGEN CONCENTRATION versus CND NUTRITIONAL BALANCE ON SHOOT DENSITY AND FOLIAGE COLOUR OF AN ESTABLISHED KENTUCKY BLUEGRASS (Poa pratensis L.) TURF ... 87
x
3.2 RÉSUMÉ ... 89
3.3 ABSTRACT ... 91
3.4 INTRODUCTION ... 92
3.5 THEORY ... 94
3.6 MATERIALS AND METHODS ... 95
3.6.1 Experimental Sites ... 95
3.6.2 Survey data set ... 97
3.6.3 Statistical analyses ... 98
3.7 RESULTS AND DISCUSSION ... 99
3.7.1 Degree of inter-correlation among nutrients through principal components ... 99
3.7.2 Nutrient correlations and the Chi-square model ... 101
3.7.3 Effect of N, P and K additions on N status of Kentucky bluegrass clippings ... 101
3.7.4 Effect of simplex size on error term ... 102
3.7.5 Effect of N, P and K additions on nutrient uptake (status) ... 102
3.7.6 Correlating the visual ratings of shoot density with those of foliage colour to simulate the critical N values ... 107
3.7.7 Validation of critical N values with surveyed literature tables ... 109
3.7.8 Validation of critical N values with field data ... 110
3.7.9 CND Norms for Kentucky bluegrass turf ... 112
3.7.10 Critical CND nutrient balance for Kentucky bluegrass turf ... 113
3.7.11 CND nutrient balance in field data ... 116
3.8 CONCLUSIONS ... 117
3.9 ACKNOWLEDGEMENTS ... 118
3.10 REFERENCES ... 118
CHAPITRE IV ... 121
CORRÉLATION DE L’ÉQUILIBRE NUTRITIF COMPOSITIONNEL FOLIAIRE À LA BIOMASSE SOUTERRAINE D’UN GAZON EN PÂTURIN DES PRÉS (Poa pratensis L.) LORS DE SA PHASE D’ENTRETIEN ... 121
4.1 PRÉFACE DU CHAPITRE IV ... 121
4.2 RÉSUMÉ ... 122
4.3 INTRODUCTION ... 123
xi
4.4.1 Jeu de données ... 125
4.4.2 Modèles compositionnels ... 125
4.4.3 Valeurs centrées réduites ... 126
4.4.4 Balances orthonormées ... 127
4.4.5 Sélection des balances ... 128
4.4.6 Sous-population de référence ... 131
4.5 RÉSULTATS ... 132
4.5.1 Partition Cate-Nelson des valeurs clr ... 132
4.5.2 Balances nutritives... 135
4.6 DISCUSSION ... 139
4.6.1 Méthodes compositionnelles ... 139
4.6.2 Conduite du diagnostic nutritif foliaire chez le pâturin des prés ... 141
4.7 CONCLUSION ... 142
4.8 BIBLIOGRAPHIE ... 143
4.9 MATÉRIEL SUPPLÉMENTAIRE ... 146
4.9.1 Démarche du diagnostic compositionnel en cinq étapes... 146
CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES ... 148
1 CONCLUSIONS GÉNÉRALES ... 148
2 ORIGINALITÉS DE CETTE RECHERCHE... 149
3 SUGGESTIONS POUR DES RECHERCHES ULTÉRIEURES SUR LA NUTRITION MINÉRALE DES GAZONS AU QUÉBEC ... 151
3.1 Vérifier l’efficacité du drainage avant d’entamer la recherche ... 151
3.2 Remédier à la compacité du sol avant d’amorcer les traitements d’engrais ... 151
3.3 Choisir des sols faibles en P et K... 152
3.4 Maintenir l’eau du sol à la capacité au champ ... 152
3.5 Traiter préventivement contre la moisissure grise des neiges ... 153
3.6 Installer des couvertures de protection hivernale ... 153
3.7 Effectuer des tontes régulières ... 153
3.8 Opter aux méthodes culturales utilisées communément ... 154
3.9 Mener des recherches réduisant l’épaisseur du feutre épais ... 154
3.10 Inclure dans les études des sols spécifiés par la Norme U.S.G.A. ... 156
xii
3.12 Bibliographie: ... 159
4 RÉFLEXIONS SUR LES PRATIQUES DE FERTILISATION DES SOLS GAZONNÉS AU QUÉBEC ... 161
4.1 Des pelouses à régie intensive de fertilisation déséquilibrée ... 161
4.2 Facteurs en lien à l’absorption des éléments nutritifs ... 162
4.3 Formulation d’engrais sans phosphore ... 162
4.4 Régie intensive sans analyses chimiques du sol ... 162
4.5 Gestion des coupures budgétaires des engrais à gazon versus le maintien de l’équilibre nutritif... 163
4.6 De faux arguments contre les résultats de recherche scientifique ... 163
4.7 Perception érronnée des micro-éléments nutritifs ... 164
4.8 Bibliographie : ... 164
5 PHOTOGRAPHIES DES TRAVAUX DU SITE ... 166
6 CARTES AYANT SERVI AUX ÉVALUATIONS DES COULEURS DU FEUILLAGE ... 214
xiii
LISTE DES TABLEAUX
Tableau 1.1. Comparaison de compositions chimiques des rognures de tonte chez le pâturin des prés provenant de plusieurs études. ... 31 Tableau 1.2. Comparaison des intervalles critiques nutritifs des rognures de tonte chez le pâturin des prés provenant de plusieurs études. ... 32 Tableau 1.3. Variation de compositions chimiques des rognures de tonte chez le pâturin des prés cultivar "Merion" selon la hauteur de tonte, la date de tonte et l’aération du sol. ... 33 Tableau 1.4. Critères nutritifs de l’ensemble aérien chez le pâturin des prés échantillonné de 4 à 6 semaines entre les tontes (Martin et Matocha, 1973). ... 33 Tableau 1.5. Intervalle de suffisance des rognures de graminées à gazons du climat tempéré (Brady et Weil, 2002) ... 33 Table 2.1. Initial physical and chemical characteristics of the experimental sites. ... 69 Table 2.2. Statistical effects of N, P, and K additions on clipping mass of Kentucky bluegrass turf in 1992, 1993, 1994 and on underground turfgrass biomass in 1992 and 1993 at the loam and sand sites. ... 69 Table 2.3. Temporal (spring, summer and autumn) variations in clipping yield and
underground turfgrass biomass of Kentucky bluegrass turf in response to N addition in 1992, 1993 and 1994 at both sites (see table 2 for polynomial contrasts). ... 70 Table 2.4. Effects of added P and K(x in kg ha-1 yr -1) on Mehlich-III soil test P and K (y in mg
kg-1) contents of loams and sands seeded in Kentucky bluegrass turf averaged across eight
periods. ... 72 Table 2.5. Statistical effects of N, P and K additions on shoot density and foliage colour of Kentucky bluegrass turf stands in 1992, 1993 and 1994. ... 73 Table 2.6. Temporal (spring, summer and autumn) variations in ratings of shoot density and foliage colour of Kentucky bluegrass turf in response to N additions in 1992, 1993 and 1994 (see Table 3.5 for polynomial contrasts). ... 74 Table 2.7. The N requirements (computed from equations of Figure 3.1) of Kentucky bluegrass turf to meet specified ratings of shoot density or foliage colour as a season average. ... 76 Table 3.1. Significant principal components (eigenvalue > 0.7) among nutrients in Kentucky bluegrass (loadings underlined for r > 0.284). ... 100 Table 3.2. Effect of N, P and K fertilization on nitrogen status of Kentucky bluegrass clippings averaged across eight consecutive seasons. ... 104 Table 3.3. Significant main effects of N, P and K fertilization at loam and sand sites on CND nutrient indexes for the eleven nutrient simplex. ... 105 Table 3.4. Mean nitrogen concentration of Kentucky bluegrass clippings for one to five
element simplexes as influenced by N fertilization across eight consecutive seasons. ... 106 Table 3.5. Variation in average levels of nutrients other than N in Kentucky bluegrass clippings during the eight experimental periods. ... 107 Table 3.6. Linear relationships between N balance expressions in Kentucky bluegrass clippings (independent variable) and visual rating of shoot density (dependent variable) using means of 192 observations per site across 4 sampling periods. ... 109 Table 3.7. Comparison between critical values of N balance expressions for high quality turf found at experimental sites and population statistics from a survey of N balance in
xiv
Table 3.8. Proportion of incorrectly classified (less than critical value for rating target) for 328 surveyed commercial turfgrass sods showing more than 12000 tillers m-2 and classified as
medium turfgrasses (Lush 1990). ... 111 Table 3.9. The CND norms (mean and standard deviation of nutrient row-centred log ratios) for five and eleven nutrient compositional simplexes of Kentucky bluegrass clippings across sites. ... 113 Table 3.10. Effect of the N fertilization on the global CNDr2 and the IN2 indexes for the five-
and eleven-nutrient simplexes in the NPK factorial experiment at the loam and sand sites. 114 Tableau 4.1. Partition binaire séquentielle des éléments majeurs et mineurs en balances importantes pour le pâturin des prés ... 129 Tableau 4.2. Valeurs logarithmiques centrées pour atteindre une biomasse souterraine ≥ 2500 g m-3. ... 134
Tableau 4.3. Les moyennes, l’écart-type et la matrice de covariance inverse des ilr des
observations rapportant une biomasse souterraine supérieure à 2500 g m-3. ... 137
Tableau 4.4. Les moyennes, l’écart-type et la matrice de covariance inverse des ilr relatifs aux observations à densité de tallage ≥ 7,5... 138 Tableau 4.5. Résultats des partitions Cate-Nelson reliant les valeurs logarithmiques
xv
LISTE DES FIGURES
Figure 1.1. Corrélation entre la réponse ou le rendement des rognures de tonte et la
concentration de l’élément nutritif dans les rognures de tonte. ... 25
Figure 1.2. Une illustration graphique de DRIS pour évaluer qualitativement le concept de l’équilibre nutritif N, P et K chez le maïs (Kelling et Schulte, 1986). ... 37 Figure 1.3. Une illustration schématique des données pour dériver les normes DRIS (Walworth et Sumner, 1987). ... 44 Figure 1.4. La transformation géométrique de l’analyse en composante principale.
(Howard, 1991). ... 47
Figure 2.1. Relationship between N requirements and the average turfgrass ratings of shoot density and foliage colour across eight periods ( loam site, □ sand site). ... 81 Figure 2.2. Influence of N (kg ha-1 yr -1) by P and N by K interactions on average turfgrass
ratings of shoot density and foliage colour of Kentucky bluegrass turf in the sand across eight periods. ... 82 Figure 3.1. Relationship between visual shoot density and foliage colour ratings of Kentucky bluegrass turf across two sites, four assessment periods and four N rates (32 means each one was made of 48 observations). ... 108 Figure 3.2. Relationship between the CNDr2 value and the visual rating of shoot density of Kentucky bluegrass clippings using a five-nutrient simplex (N, P, K, Ca, Mg). ... 115 Figure 3.3. Relationship between the CND IN2 squared index and the visual rating of shoot
density of Kentucky bluegrass clippings using a five-nutrient simplex (N, P, K, Ca, Mg). ... 116 Figure 4.1. Partition Cate-Nelson en quadrants de part et d’autre d’une biomasse souterraine de 2500 g m-3 et d’une valeur logarithmique centrée critique d’azote V
N (en haut) et de bore VB
(en bas). ... 133 Figure 4.2. Design de balances documentées chez le pâturin des prés (R = valeur de
remplissage à l’unité de mesure). Les chiffres sous les symboles chimiques des éléments nutritifs indiquent des concentrations (g kg-1) calculées par transformation retour des valeurs
d’ilr moyennes chez les spécimens équilibrés (distance de Mahalanobis ≤ 4,355). ... 136 Figure 4.3. Histogramme montrant le degré de carence et d’excès relatifs en éléments
nutritifs. Le diagramme indique des excès relatifs de Zn, P et N, ainsi qu’une déficience relative principalement en bore. ... 147 Figure 3.1. Une couche (22 mm) excessive de feutre due principalement à la stratification du sol de placage, au manque d’aérations du sol et à la nutrition déséquilibrée en particulier l’excès d’azote et de phosphore. ... 155 Figure 3.2. Une couche (25 mm) excessive de feutre d’un placage d’agrostide stolonifère (Agrostis palustris Huds.) cultivé avant d’être posé sur une nouvelle construction d’un vert de golf. ... 156
xvi
ABRÉVIATIONS
alr Log ratio additif (additive log ratio).CEC Capacité d’échange cationique (Cation Exchange Capacity).
clr Log ratio centré (centred log ratio).
CND Diagnostic nutritif compositionnel (Compositional Nutrient Diagnosis). CNR Écart nutritif critique (Critical Nutrient Range).
CV Coefficient de variation (coefficient of variation). DRIS Diagnosis and Recommendation Integrated System.
ilr Log ratio isométrique (isometric log ratio).
PCA Analyse en composante principale (Principal Component Analysis). R2 Coefficient de détermination (Coefficient of determination).
xvii
DÉDICACE
Je dédie cette thèse à
Monsieur Albiny Provost Ancien directeur du marketing
Hydro Agri Canada
xviii
REMERCIEMENTS
J’exprime ma profonde gratitude au Professeur Léon-Étienne Parent pour ses directives sur l’analyse des données et ses suggestions en vue de rassembler les éléments de cette recherche en un ensemble cohérent. Au fil des années, mes entretiens de recherche avec mon directeur de thèse ont été très enrichissants.
Je suis vivement reconnaissant du soutien à l’encadrement et au suivi de rédaction de la thèse de la part du Professeur Antoine Karam.
Je tiens à remercier grandement le Professeur Yves Desjardins qui m’avait proposé l’idée initiale de cette recherche et qui avait maintenu subséquemment un suivi très instructif durant les années de recherche.
Mes discussions avec le Professeur Guy Allard et Monsieur Nicolas Tremblay, Ph.D. (chercheur au centre de recherche d’Agriculture et agroalimentaire Canada, Saint-Jean-sur-Richelieu, Québec) ont été salutaires à l’exécution des travaux de recherche en plein champ.
Je remercie également le Professeur Ahmed Aajjane de ses commentaires minutieux très constructifs suite à la pré-lecture de la thèse.
Les explications élaborées du Professeur Lotfi Khiari avant d’amorcer le traitement des données analytiques sur le diagnostic foliaire CND firent venir l’eau au moulin.
Je reconnais l’assistance de Madame Catherine Tremblay relative à certaines analyses de laboratoire.
Je dois une fière chandelle au soutien continuel des dirigeants d’Hydro Agri Canada, en particulier Monsieur Albiny Provost, durant les années de recherche et de rédaction de la thèse.
J’ai toute une dette de reconnaissance au personnel de recherche d’Agriculture et agro-alimentaire Canada de L’Acadie ainsi qu’au personnel scientifique du centre de recherche en horticulture de l’Université Laval de leur collaboration inlassable.
xix
Je suis redevable aux services d’analyses des sols de la société Hydro Agri Canada ainsi qu’à ceux des analyses foliaires du ministère de l’Agriculture, des Pêcheries et de l’Alimentation du Québec.
Je fus comblé par l’appui financier extrêmement généreux d’Hydro Agri Canada (une filiale de Norsk Hydro, Norvège). Le fruit de leur support voit le jour.
Je suis très reconnaissant de la contribution de la gazonnière Richer-Boulet, la gazonnière Comptoir Richelieu, la carrière de Sable Bigelow et l’Institut Québécois du Développement de l’Horticulture Ornementale.
xx
AVANT-PROPOS
Cette thèse présente les résultats de recherches conduites en plein champ pendant trois années consécutives sur des gazons établis à la ferme expérimentale de L’Acadie (Agriculture et agroalimentaire Canada, Saint-Jean-sur-Richelieu, Québec). Cette recherche fut subventionnée par Hydro-Agri Canada (une filiale de Norsk Hydro, Norvège).
La thèse comprend quatre chapitres :
L’introduction élabore les raisons de recherche, les besoins d’équilibrer la nutrition minérale du pâturin des prés au Québec et les objectifs de recherche.
1. La revue de littérature expose les travaux publiés relatifs à ladite recherche.
2. Les réponses quantitatives et qualitatives d’un gazon en pâturin des prés aux ajouts de
N, P et K sont détaillées (chapitre II) dans le premier article de cette recherche publié en 2005 dans le Canadian Journal of Plant Science dont je fus l’auteur principal.
3. Le disgnostic nutritif compositionnel CND relie l’aspect esthétique (la densité de tallage
et la couleur du feuillage) à l’équilibre nutritif chez le pâturin des prés (chapitre III) dont les résultats furent publiés en 2006 dans un deuxième article lequel je fus l’auteur principal.
4. Chez le pâturin des prés, l’ajout d’azote améliore sa qualité esthétique (la densité de
tallage et la couleur du feuillage) qui doit être soutenue par une biomasse souterraine bien développée. Une fertilisation réfléchie ne doit pas mettre en péril la biomasse souterraine en faveur de l’aspect esthétique. Ce troisième article du chapitre IV est une avancée inédite qui propose un modèle de diagnostic nutritif compositionnel comprenant onze éléments nutritifs (N, S, P, K, Ca, Mg, B, Cu, Zn, Mn, Fe) en se servant des ratios logarithmiques centrés ainsi que des ratios logarithmiques isométriques par lesquels les intervalles critiques établis d’après la qualité esthétique (la densité de tallage et la couleur du feuillage) sont assujettis à la biomasse souterraine du pâturin des prés en phase d’entretien. La démarche de ce diagnostic novateur est présentée en cinq étapes allant de la saisie et de l’uniformisation des données analytiques au diagnostic global pour atteindre un équilibre.
xxi
Certaines parties de ce chapitre IV ont été traduites en anglais et seront transmises pour une publication dont je serai également l’auteur principal.
La section finale de cette thèse énumère les conclusions générales, souligne les traits saillants d’originalités de cette recherche, élabore des recommandations sur la nutrition du pâturin des prés sous régie de gazon, et propose de nouvelles avenues de recherche en nutrition des gazons au Québec.
Lors de ma 38ième année d’expérience comme agronome-conseil en gazon au Québec, ayant vu et vécu les pratiques de fertilisation des différents genres de pelouses (golf, soccer, gazonnière, résidentielle, scolaire, parcs, municipale, cimetière), cette section met également en lumière la situation actuelle de la fertilisation des pelouses au Québec en vue d’obtenir dans la mesure du possible une nutrition équilibrée.
Des photographies illustrent les travaux de recherche effectués en plein champ.
Finalement, l’annexe donne un aperçu des conditions météorologiques (les températures et la pluviométrie) durant les trois années consécutives de recherche faites à L’Acadie (Québec).
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INTRODUCTION
Le pâturin des prés (Poa pratensis L.) est une espèce commune sur les terrains de golf, les terrains sportifs, les gazonnières, les parcs municipaux, les terrains de jeux, les espaces résidentiels et scolaires, les abords de routes, les cimetières, les terrains de tennis, etc. Le pâturin des prés est en fait régi sur une grande variété de classes texturales de sols, dont le sable U.S.G.A. utilisé sur les terrains de golf (Bengeyfield, 1989). Bien que le pâturin des prés soit l’espèce de graminée à gazon la plus utilisée sous climat tempéré frais et / ou froid, il s’est adapté à une grande diversité de conditions de croissance et de régies culturales par amélioration génétique. La productivité, l’enracinement et la qualité esthétique (la couleur du feuillage et la densité du tallage) du pâturin des prés sont largement influencés par la fertilisation azotée (N) (Turgeon, 2011; Below, 1995) et, dans une moindre mesure, par la fertilisation phosphatée (P) ainsi que la fertilisation potassique (K) (Turner et Hummel, 1992).
Malgré l’importance et le coût de fertilisation, il existe peu de diagnostics fiables pour gérer la fertilisation du pâturin des prés. Ceci conduit inévitablement à une utilisation déséquilibrée des engrais qui s’avère coûteuse pour les organisations publiques et privées, potentiellement polluante (un ruissellement de surface et un lessivage à travers le profil du sol) et néfaste à l’environnement (Petrovic, 1990). Il devient donc impératif de développer des diagnostics de précision en vue d’ajuster l’ajout des engrais aux besoins nutritifs du pâturin des prés. Au Québec, les ajouts annuels d’engrais en régie des gazons relatifs au pâturin des prés sont basés presqu’entièrement sur les analyses chimiques du sol. Bien que l’analyse chimique du sol demeure un important outil de base pour équilibrer principalement le P et les bases cationiques (K, Ca, Mg), elle ne permet pas de vérifier si, en fin de compte, la nutrition du pâturin des prés est équilibrée dans son entièreté, notamment en oligo-éléments, dont la disponibilité dépend non seulement de leur concentration dans le sol mais aussi de son pH (Tisdale et al., 1993).
L’analyse foliaire d’un grand nombre d’éléments quantifiés par la technologie ICP (inductively coupled plasma) est un outil additionnel visant à améliorer le programme de fertilisation incluant les oligo-éléments. L’analyse foliaire intègre tous les facteurs
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génétiques, climatiques et édaphiques (non pas seulement l’analyse chimique du sol) qui influencent la croissance végétale (Munson et Nelson, 1990). Selon Walworth et al. (1986), même si l’analyse foliaire seule est insuffisante pour optimiser la productivité végétale, elle devrait faire partie intégrale de la régie des cultures. En plus de relier la qualité du gazon à sa concentration en éléments nutritifs, le diagnostic foliaire informe sur la réponse du gazon à l’envahissement (compétition) des mauvaises herbes, à la résistance aux maladies, à la tolérance au froid, à la chaleur, à la sécheresse et aux dommages mécaniques. Le stress hydrique et les basses températures peuvent aussi limiter l’absorption des éléments nutritifs par les racines (Barber, 1995). Parmi les objectifs de l’analyse foliaire, Tisdale et al. (1993) citent:
1. L’effet de la fertilisation sur le prélèvement des éléments nutritifs.
2. La corrélation entre le rendement ou la qualité et la concentration du tissu en éléments nutritifs.
3. L’identification des interactions positives ou négatives entre les éléments nutritifs qui ne sont pas révélées par l’analyse chimique du sol.
Des intervalles critiques de concentrations spécifiques en éléments nutritifs foliaires ont été publiées pour en diagnostiquer le statut nutritif du gazon (Butler et Hodges, 1967; Walker et Pesek, 1967; Jones et al., 1991; Jones, 1980; Kelling et Matocha, 1990; Daniel et Freeborg, 1987; Waddington et Zimmerman, 1972; Hylton et al., 1964; le ministère de l’Agriculture et de l’alimentation de l’Ontario, 1990; Pellett et Roberts, 1963). Cette approche d’intervalles critiques étudiée élément par élément a été élaborée par Macey (1936) puis améliorée par Ulrich (1952) et Ulrich et Hills (1967) en reliant la productivité à la concentration en éléments nutritifs dans le tissu diagnostique. L’échantillonnage du tissu diagnostique était donc une étape critique car la concentration en éléments nutritifs dépend de la position et de l’âge du tissu (Bould et al., 1960). À l’époque, l’hypothèse était que les autres facteurs de croissance n’étaient pas limitatifs à l’absorption des éléments nutritifs et qu’il existait un intervalle optimal entre une carence et un excès d’élément nutritif dans le tissu diagnostique. Comme cette hypothèse était rarement valide en situation réelle, Holland (1966) a suggéré de faire appel à l’analyse multivariée pour intégrer toutes les concentrations dans le même diagnostic.
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Étant donné que les approches précédentes ignoraient les interactions parmi les éléments nutritifs dans les tissus des végétaux (Bates, 1971; Wilkinson, 2000), les interactions ont été d’abord décrites par des ratios (rapports) binaires parmi les éléments nutritifs (Kenworthy, 1967) et par la suite des ratios stoichiométriques mis à l’échelle de la concentration d’azote (Ingestad, 1987). Subséquemment, les ratios binaires ont été intégrés à une approche nommée “Diagnosis and Recommendation Integrated System” (DRIS) (Beaufils, 1973). Cependant, Aitchison (1986) a démontré que l’analyse multivariée de données des compositions requiert au préalable une transformation logarithmique "log-ratio". Parent L.-É. et Dafir (1992) ont démontré que DRIS comportait des biais de calcul corrigés par le log ratio centré, autrement dit le log de la concentration d’un élément nutritif divisé par la moyenne géométrique de toutes les autres composantes du tissu diagnostique, soit les concentrations en éléments nutritifs et la valeur de remplissage entre l’unité de mesure et la somme des concentrations en éléments.
À cet effet, Parent L.-É. et Dafir (1992) ont proposé le diagnostic nutritif compositionnel (Compositional Nutrient Diagnosis CND) basé sur la transformation des données en log ratios centrés (CND-clr) qui fut subséquemment amélioré par Parent L.-É. (2011) à partir du concept de balances orthonormales ou logs ratios isométriques (CND-ilr) élaboré par Egozcue et al. (2003). Le log ratio isométrique génère D-1 variables pour un système à D composantes, alors que le log ratio centré génère D variables. Or il y a D-1 degrés de liberté dans un système clos à D composantes car la Dième composante peut être calculée entre 100 % (qui clos le système) et la somme des autres composantes. Malgré tout, le CND-clr demeure le système le plus couramment utilisé, notamment dans les cultures horticoles (http://www.registro.unesp.br/#!/sites/cnd/).
1 Objectifs de recherche
L’objectif principal de ce projet de recherche est de calibrer les effets d’ajouts d’azote, de phosphore et de potassium au rendement des rognures de tonte, à la biomasse souterraine du gazon, à la densité de tallage et à la couleur du feuillage chez le pâturin des prés sous régie de gazon. Nos objectifs spécifiques sont de :
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a. Calibrer les ajouts de N, P et K au pâturin des prés sous les conditions climatiques,
édaphiques et culturales du Québec,
b. Développer des normes nutritives foliaires (CND-clr) relatives au pâturin des prés sous
régie de gazon au Québec.
c. Proposer un modèle de diagnostic nutritif compositionnel comprenant onze éléments
nutritifs (N, S, P, K, Ca, Mg, B, Cu, Zn, Mn, Fe) en se servant des ratios logarithmiques centrés (clr) ainsi que des ratios logarithmiques isométriques (ilr) et d’y assujettir les intervalles critiques établis d’après la qualité esthétique (la densité de tallage et la couleur du feuillage) à la biomasse souterraine du pâturin des prés en phase d’entretien.
2 Hypothèses de recherche
1. Les ajouts de N, P et K influencent les réponses quantitatives (le rendement de rognures
de tonte et la biomasse souterraine du gazon) ainsi que les réponses qualitatives (la densité de tallage et la couleur du feuillage) du pâturin des prés établi sur un site de sable U.S.G.A. et un autre site adjacent de sol natif loameux.
Cette hypothèse est examinée par des essais de fertilisation structurés sur trois années consécutives en plein champ élaborés dans l’article 1 (chapitre II) de la présente thèse.
2. Il existe un équilibre nutritif optimal pour l’obtention d’un enracinement massif et d’une
densité de tallage visant une qualité esthétique élevée chez le pâturin des prés sous régie de gazon. Le diagnostic foliaire CND-clr est plus révélateur de l’équilibre nutritif que les approches traditionnelles considérant séparément les concentrations en éléments nutritifs foliaires ou les ratios (rapports) binaires tels le cas de DRIS.
Cette hypothèse de recherche est vérifiée par des essais de fertilisation structurés en plein champ sur deux sites de classes texturales différentes durant trois années consécutives et par un inventaire d’analyses foliaires détaillé dans l’article 2 (chapitre III) de la présente thèse.
3. En se servant des transformations logarithmiques centrées et des transformations
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qualité esthétique élevée (la densité de tallage et la couleur du feuillage) à des bornes maximales en vue de favoriser la meilleure biomasse souterraine possible du gazon. Cette hypothèse est démontrée dans l’article 3 (chapitre IV) de la présente thèse.
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CHAPITRE I
REVUE DE LITTÉRATURE
1.1 Caractéristiques générales et régie du pâturin des
prés (Poa pratensis L.)
Le pâturin des prés est une espèce indigène pérenne des zones tempérées d’Europe et d’Asie (Dore et McNeill, 1980). Il est aussi cultivé sous des climats tempérés à subarctiques et à de hautes altitudes dans les zones tropicales et subtropicales (Turgeon, 2011) et donc adaptéà des sous-climats frais ou intermédiaires (Beard, 1973). Le pâturin des prés préfère l’ombre en sous-climat chaud et le plein soleil d’un sous-climat frais (Decker et Decker, 1988; Emmons et Rossi, 2015). Sa croissance optimale requiert des températures variant de 15,6 à 23,9 °C conjointement avec des précipitations annuelles de 510 à 1270 mm (Decker et Decker, 1988).
Comme le pâturin des prés est apomictique, la plupart des cultivars proviennent de la sélection génétique (Beard, 1973). Il est polyploïde avec un nombre de chromosomes variant de 28 à 150, le plus communément se situe entre 40 et 90. Sa variabilité génétique considérable se traduit dans la couleur du feuillage, la texture de la feuille, la densité de tallage, le mode de croissance, l’adaptation, les pratiques culturales et la résistance aux maladies. Il se propage par la semence ou les rhizomes. Il produit un gazon de texture (largeur du limbe) fine (variant de 2 à 4 mm de largeur) et de haute qualité sous pratiques culturales moyennes (Eggens, 1991). Bien qu’il germe et s’établisse lentement, la formation des rhizomes produit plus tard un enracinement moyen à dense selon sa régie (Emmons et Rossi, 2015) et est en fait une espèce de croissance agressive comparativement à d’autres espèces (Beard, 1973).
Le pâturin des prés démontre une bonne tolérance au stress mécanique. Il est très résistant aux rigueurs hivernales (Eggens, 1991) et maintient une couleur variant du vert au vert foncé durant toute la période de croissance. Tolérant aux fortes chaleurs et à la sécheresse (Decker et Decker, 1988), il entame temporairement une semi-dormance (Musser, 1962). Sa tige manifeste une diminution de croissance lors d’un déficit hydrique et des chaleurs
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(Beard, 1973). La couverture végétale récupère en-dedans de 2-3 semaines de la fin d’une sécheresse (Beard, 1973).
Les racines du pâturin des présse développent en-dedans de 15-25 cm de la surface (Beard, 1973). En cas de tonte très rase, ilperd sa capacité de survie en période de stress (Musser, 1962; Eggens, 1991). Une tonte inférieure à 3 cm conjointement à une sur-irrigation réduit son pouvoir compétitif au bénéfice du pâturin annuel (Poa annua L.) (Eggens, 1991). En général, le pâturin des prés préfère une hauteur de tonte de 5 cm, mais certains cultivars peuvent tolérer 2 cm (Eggens, 1991). La hauteur de tonte recommandée par Beard (1973) est de 2,5 à 5 cm. Selon les auteurs suivants, la tolérance à une certaine hauteur de tonte pourrait varier de 1,9 à 6,4 cm (Turgeon, 2011) et de 1,9 à 7,6 cm (Decker et Decker, 1988). Le pâturin des prés se développe bien dans un sol de classe texturale moyenne (loam), bien drainée, fertile et de pH de 6-7 (Eggens, 1991; Beard, 1973; Turgeon, 2011). Le feutre, qui est une caractéristique défavorable s’il dépasse une épaisseur maximale, développe rapidement une couche épaisse en sol mal drainé et sur-fertilisé (Eggens, 1991). Quant aux terrains de golf, aux terrains sportifs et aux gazonnières, le pâturin des prés requiert une régie de fertilité intensive pour une absorption active et continue en éléments nutritifs tout au long de la période de croissance (Carrow et al., 2001). En fait, la génétique de la semence est le premier facteur à considérer en régie du gazon, suivie par l’équilibre nutritif (Wilkinson, 1993).
1.2 Fertilisation du pâturin des prés
1.2.1 Analyse de sol
L’analyse de sol permet d’évaluer le statut nutritif du sol pour déterminer les besoins actuels et potentiels en éléments fertilisants et vérifier l’effet des pratiques culturales sur les réserves du sol pour appuyer les recommandations d’engrais (Dahnke et Olson, 1990). Il y a peu d’études reliant l’analyse de sol à la performance du pâturin des prés. Il n’y avait donc aucun guide de fertilisation des sols gazonnés au Québec basé sur l’analyse de sol antérieurement à l’an 2003. Les responsables en régie des gazons au Québec se fiaient au dosage d’engrais provenant principalement des guides américains qu’ils adaptaient à leur
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expérience personnelle. Il en résultait assez souvent une sur- ou une sous-fertilisation du pâturin des prés.
Le Centre de références en agriculture et agroalimentaire a publié pour la première fois un guide comprenant, entre autres, une section sur la fertilisation des gazons (Badra, 2003). Puisant partiellement des résultats de recherches obtenus de l’article 1 de la présente thèse, une mise à jour entièrement revue et totalement augmentée avait succédé à l’édition antérieure (Badra, 2010) étant mieux adaptée aux conditions du Québec et tenant compte de plus de détails des analyses chimiques du sol ainsi que des analyses foliaires. Le but visait à maximiser les qualités esthétiques (la densité de tallage et la couleur du feuillage) du pâturin des prés selon les buts (esthétique, récréatif, ou sportif) à niveaux d’entretien (tels la tonte, la fertilisation, l’irrigation, l’aération du sol, le défeutrage…) extensifs, intermédiaires ou intensifs dans les conditions de sol et de climat du Québec tout en minimisant la sur-fertilisation (un coût additionnel inutile, entre autres, l’ajout du P) et le risque environnemental (le ruissellement de surface vers les étendues d’eau et / ou le lessivage des engrais vers les nappes phréatiques).
1.2.2 Fertilisation N, P et K d’établissement du pâturin des prés
1.2.2.1 Azote d’établissement
Le dosage d’azote pour l’établissement du pâturin des prés varie selon le niveau (entretien extensif, intermédiaire ou intensif) de qualité esthétique recherchée (la densité de tallage et la couleur du feuillage). Hummel (1980) a constaté une couleur foliaire plus foncée qui a favorisé un établissement rapide du gazon en appliquant 97 kg N ha-1 par rapport à 48 kg N ha-1. Avant de semer le pâturin des prés, Beard (1973) a recommandé d’appliquer
45-112 kg N ha-1 dont 50 % sous forme d’engrais à libération lente pour la forte dose 112 kg.
La publication du ministère de l’Agriculture et de l’Alimentation de l’Ontario (édition 1990) recommandait d’appliquer 90 kg N ha-1 avant de semer le pâturin des prés sur sol de texture grossière, et 50 kg N ha-1 sur sol de texture moyenne à fine riche en matière
organique. Dans une édition récente (2015), ladite publication du ministère de l’Agriculture, de l’Alimentation et des Affaires Rurales de l’Ontario recommande d’appliquer 50 kg N ha-1 à quatre reprises par saison pendant cinq saisons consécutives.
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1.2.2.2 Phosphore d’établissement Le phosphore joue un rôle très important lors de l’établissement du pâturin des prés par
semis en favorisant la croissance de l’ensemble aérien et de la biomasse racinaire. Toutefois son excès tend à réduire la biomasse racinaire (Juska et al., 1965). La
fertilisation phosphatée dépend de l’analyse de sol. Selon les résultats du test Olsen 0,5 N de bicarbonate de sodium (Sims, 2000). la publication du ministère de l’Agriculture et de l’Alimentation de l’Ontario (éditions 1990 et 2015) recommande d’appliquer 40-370 kg P2O5 ha-1 sur les allées de golf, les pelouses et les gazons d’athlétisme, 30-230 kg P2O5
ha-1 sur les gazonnières et 20-90 kg P2O5 ha-1 sur les gazons peu sollicités. En sol à faible
teneur phosphatée, l’ajout de P a augmenté significativement la densité de tallage de la plantule de gazon. L’ajout de l’azote sans phosphore n’a pas amélioré la germination et l’établissement de la plantule. À l’inverse, cela a réduit le poids de la biomasse racinaire. Toutefois, en sol à intervalle de suffisance en phosphore, l’ajout de l’azote seul a
augmenté le taux de germination et d’établissement de la plantule améliorant ainsi la qualité du gazon (Westfall et Simmons, 1971).
En général, le besoin de phosphore est le plus important lors de l’établissement de la plantule. McVey (1967) a constaté une réponse positive de la plantule du pâturin des prés aux ajouts de très faibles doses de phosphore en sols à teneur faible en phosphore. Turner et Waddington (1983) ont constaté une augmentation du taux d’établissement du pâturin des prés exprimé en % de couvert végétal suite à l’ajout du phosphore. Cinq semaines suivant le semis automnal, la parcelle sans phosphore montrait 24 % moins de couvert végétal que les parcelles ayant reçu 800 kg de phosphore ha-1 et cette réponse se maintenait
jusqu’au mois d’avril suivant.
1.2.2.3 Potassium d’établissement
Turner et Waddington (1983) ont observé qu’à l’automne aussi bien qu’au printemps, les ajouts de potassium ont réduit le couvert végétal. Cinq semaines suivant le semis, les parcelles sans potassium montraient 19 % plus de couvert végétal que celles qui avaient reçu au printemps 1520 kg K ha-1. De plus, les parcelles sans ajout de potassium montraient
20 % plus de couvert végétal que celles qui avaient reçu la plus forte dose de potassium, probablement dû à une brûlure du chlorure de potassium. Par rapport à N et à P, l’effet du
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K sur l’établissement du pâturin des prés est moindrement prononcé malgré que la concentration du potassium dans le végétal soit élevée. Turner (1980) n’a pas trouvé d’effet bénéfique de la fertilisation potassique sur l’enracinement du pâturin des prés même en sol à faible teneur en K soit 96 kg K ha-1 (Methods of Soil Testing, Helmek et Sparks, 1996). Selon les résultats du test 1 N acétate d’ammonium, les publications du ministère de l’Agriculture et de l’Alimentation de l’Ontario (éditions 1990 et 2015) recommandent d’appliquer 40-200 kg K2O ha-1 sur les allées de golf, les pelouses et les gazons
d’athlétisme, 30-140 kg K2O ha-1 sur les gazonnières et 20-90 kg K2O ha-1 sur les gazons
peu sollicités.
1.2.3 Fertilisation N, P et K d’entretien du pâturin des prés
1.2.3.1 Azote d’entretien
1.2.3.1.1 Rôles et besoin d’azote
L’azote joue un rôle majeur dans la croissance du pâturin des prés déjà établi, étant un constituant essentiel de la chlorophylle, des acides aminés, des protéines, des acides nucléiques, des enzymes et des vitamines (Beard, 1973). L’azote doit se retrouver en quantité suffisante mais sans excès pour maintenir un gazon d’une qualité proportionnelle à son usage.
Les besoins du gazon en azote dépendent du cultivar, du climat, des conditions édaphiques, du contenu du sol en matière organique et en éléments nutritifs, de la manutention des rognures de tonte (ramassées versus laissées en surface), de la durée de croissance, du pH du sol, des ravageurs, des maladies, des dommages, de l’usure, des pratiques culturales et des attentes de qualité (Badra, 2015).
1.2.3.1.2 Effets de l’azote lors des tontes rases
Alors que l’ajout d’azote jusqu’à une dose optimale stimule la croissance de la masse racinaire chez le pâturin des prés, son excès conjointement avec une tonte rase inhibent grandement la production des racines et des rhizomes (Juska et al., 1955; Watschke et Waddington, 1974; Zanoni et al., 1969). Plus la tonte est rase, plus petite sera la masse racinaire et moindre mais plus fréquente devra être la dose d’azote requise pour atteindre une croissance maximale. En cas de carence en azote, une tonte de plus en plus rase réduit
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de plus en plus la formation des glucides nécessaires à la croissance de l’ensemble aérien aboutissant à une diminution de la biomasse racinaire. Ainsi, en régie de tonte rase jumelée avec une carence en azote, le rapport "biomasse racinaire / ensemble aérien" est réduit (Adams et al., 1974).
Des niveaux élevés d’azote disponible dans le sol accélèrent la croissance de l’ensemble aérien réduisant la quantité de glucides nécessaire à la formation des protéines (Turner et Hummel, 1992). Toutefois, le contenu en protéines brutes dans les rognures de tonte a augmenté par l’ajout d’azote et la diminution de la hauteur de tonte (Turgeon et al., 1979). Par ailleurs, le pâturin des prés s’est rétabli plus rapidement d’une sécheresse estivale lorsque 2/3 du dosage d’azote était appliqué à l’automne plutôt qu’au printemps (Schmidt et Breuninger, 1981). Cette régie d’azote est toutefois spécifique aux conditions des études.
1.2.3.1.3 Effets de l’azote tardif d’automne
Les périodes d’application d’azote influencent les réserves en glucides chez le pâturin des prés. Suivant un ajout d’azote automnal, une accumulation de glucides a eu lieu à basse température lors d’une période fraîche (Duff, 1974). Ceci favorisait le verdoiement printanier hâtif sans dépérissement hivernal (Wilkinson et Duff, 1972). Malgré que l’azote ait réduit la tolérance au froid, aucun dépérissement hivernal n’a été constaté dans aucun traitement d’azote même la forte dose de 300 kg N ha-1 qui a par ailleurs causé une
décoloration du feuillage.
1.2.3.1.4 Synergie de l’azote et des herbicides
La digitaire (Digitaria sanguinalis L.) et le pissenlit (Taraxaum officinale Weber) sont réprimées efficacement dans une pelouse en pâturin des prés si les herbicides et l’azote sont appliqués ensemble plutôt que séparément (Johnson et Bowyer, 1983). Les besoins d’herbicides deviennent moindres par l’augmentation du dosage d’azote mais plus élevés avec des doses réduites d’azote (Murray et al., 1983), probablement parce que l’azote augmente la densité de tallage qui tout naturellement protège le gazon contre l’envahissement par les mauvaises herbes.
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1.2.3.1.5 Azote et biomasse du sol
L’azote appliqué à une dose suffisante peut réduire les populations de vers de terre et autres décomposeurs par l’acidification du sol (Potter et al., 1985). En général, le feutre s’accumule si la population de vers de terre diminue. Toutefois, bien d’autres facteurs contribuent aussi à l’accumulation de feutre.
1.2.3.1.6 Azote et tolérance à la sécheresse
Le pâturin des prés devient plus résistant à la sécheresse autant en cas de fortes que de faibles doses d’azote (Carroll, 1943). Comparativement aux ajouts de faibles doses d’azote, un ajout excessif d’azote à l’automne augmente le contenu en eau libre dans les tissus (causant une hydratation des tissus) aboutissant à un contenu moindre d’eau liée aux glucides totaux et aux pentosanes polysaccharides. Conséquemment, le dosage élevé d’azote aboutit à une résistance moindre du gazon aux basses températures hivernales comparativement au dosage faible (Carroll et Welton, 1939).
En cas de température favorable à la croissance, une forte dose d’azote stimule une croissance foliaire à faible contenu en matière sèche alors qu’un dosage d’azote faible produit moins de feuillage contenant plus de matière sèche. Par conséquent, une faible dose d’azote augmente la tolérance aux températures élevées comparativement à la forte dose due probablement aux réserves de glucides plus élevées dans les tissus (Pellett et Roberts, 1963).
1.2.3.1.7 Dosage d’azote et flétrissement
Watschke et Waddington (1975) ont trouvé que le pâturin des prés (cv. Merion) soumis à une dose d’azote élevée, indépendamment du matériau azoté, avait tendance à flétrir plus rapidement et à se rétablir plus lentement que lorsque soumis à de faibles doses d’azote. Toutefois, une forte dose d’azote avait accéléré son rétablissement suivant un scalp comparativement à la dose faible.
Il existe une coopération entre l’ensemble aérien et la biomasse racinaire par laquelle la racinaire absorbe l’eau et les éléments nutritifs du sol pour les transloquer à l’ensemble aérien qui, à son tour, produit des glucides, en retient une partie et transloque une autre à la biomasse racinaire (Badra, 2015).
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Faucher une grande surface foliaire en une seule tonte est un scalp faisant perdre au gazon trop de glucides éliminés dans les rognures. Il en résulte que la biomasse racinaire s’affaiblit temporairement parce qu’elle ne reçoit plus assez de glucides de l’ensemble aérien et réduit son absorption d’eau et d’éléments nutritifs du sol. Ainsi, la photosynthèse diminue grandement et le feuillage jaunit peu de temps suivant un scalp en attendant la reprise de production de glucides en quantité suffisante pour l’ensemble aérien et la biomasse racinaire (Badra, 2015).
La durée de jaunissement du gazon suivant un scalp dépend, entre autres, de la sévérité de la hauteur de tonte, la quantité de glucides en réserves déjà présente avant le scalp, l’état de santé du gazon, le compactage du sol, l’épaisseur du feutre, les conditions météorologiques… (Badra, 2015).
Par ailleurs, plus il fait chaud au-dessus de 24 °C (par exemple plus de 30 °C) plus la durée de jaunissement demeure longue suivant un scalp parce que la photosynthèse des gazons du climat tempéré (des plantes de photosynthèse C3) est réduite lors des fortes chaleurs due
à l’augmentation de la transpiration et de la respiration (Badra, 2015).
Pour réduire les possibilités de scalp, il est préférable de ne pas tondre plus d’un tiers de la hauteur foliaire existante en une seule tonte (par exemple attendre que la pelouse soit 7,5 cm de haut, tondre 2,5 cm pour devenir 5 cm de haut après la tonte). Toutefois, plus le feuillage est ras, moindre sera la partie foliaire à enlever en une seule tonte pour éviter de scalper. Par exemple, les verts des terrrains de golf de hauteur 3 mm seront scalpés si la tonte enlève 1 mm de ces 3 mm (Badra, 2015).
Pour accélérer le verdoiement suivant un scalp, il faut aérer le sol, ajouter une faible dose répétée d’azote à libération rapide et maintenir l’eau à la capacité au champ. Au cas où le rétablissement d’un scalp est très lent, les mauvaises herbes sont plus rapides que le gazon à envahir le lieu. Le scalp peut être causé volontairement par la réduction de la fréquence de tontes (attendre longtemps et par la suite tondre très ras en une seule tonte), ou bien involontairement par un équipement de tonte mal ajusté, ou bien dans une petite zone de sol surélevée par le gel printanier, ou bien par la présence d’un feutre épais dans lequel les lames de la tondeuse s’enfoncent dans le feuillage pour tondre plus ras que la hauteur de réglage (Badra, 2015).
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Les lames de certaines tondeuses modernes spécialisées s’adaptent aux inégalités du terrain pour éviter ou pour alléger le scalp. Plus la tonte est haute moindre sera la possibilité de scalper et plus rapide sera le rétablissement (Badra, 2015).
1.2.3.1.8 Dosage d’azote et incidence des maladies cryptogamiques
La fertilisation azotée peut influencer la virulence des maladies cryptogamiques chez le pâturin des prés. Halisky et al. (1966) ont constaté qu’une forte dose d’azote stimulait une croissance succulente prédisposant le gazon àl’infection par la fonte du semis des cultivars vulnérables comparativement au dosage d’azote faible surtout en cas de tonte courte. Dans ce contexte, Cheesman et al., (1965) ont trouvé que le cultivar « Merion » considéré résistant à l’infection par Helminthosporium succombait rapidement par l’augmentation de l’azote et la diminution du stress hydrique (c.-à-d. plus d’humidité).
Selon Vargas (1994), l’ajout d’azote peut stimuler certaines maladies et réduire d’autres. Ainsi, à dose croissante d’azote, la virulence des maladies augmente en présence des champignons pathogènes suivants : Pythium spp. (la brûlure pythienne), Rhizoctonia spp. (la plaque brune), Pyricularia grisea (la tache foliaire grise), Ustilago striiformis (le charbon foliaire), Microdochium nivale (la plaque Microdochium) et Typhula incarnata
Fr. (la moisissure grise des neiges). Par contre, la virulence augmente à dose d’azote
réduite en présence de Sclerotinia homoeocarpa (la sclérotiniose estivale), Puccinia,
Uromyces (la rouille), Laetisaria fuciformis (le fil rouge), Microdochium nivale (la
moisissure rose des neiges), Colletotrichum graminicola (l’anthracnose), Leptoshaeria
korrea (la tache annulaire nécrotique), Magnaporthe poae (la plaque estivale), Drechslera poae (la fonte du semis), et Bipolaris sorokiniana (la tache des feuilles). La fulgurante
maladie du charbon foliaire chez le pâturin des prés (Ustilago striiformis (West) Niessl) fut stimulée par une régie N élevée conjointement avec un dosage modéré de P, K et amoindrie par régie N, P, K élevée (Hull et al., 1979).
1.2.3.1.9 Dosage d’azote et formation du feutre
La formation du feutre est plus fonction de la génétique du cultivar de pâturin des prés et de hauteur de tonte que du dosage d’azote. L’augmentation de la hauteur de tonte de 2,5 à 5 cm favorise l’accumulation du feutre. Par contre, l’augmentation de la dose d’azote de
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100 à 200 kg N ha-1 an-1 n’a pas augmenté l’épaisseur de la couche de feutre (Shearman et
al., 1980). Vu que le dosage de 200 kg N ha-1 an-1 est un taux moyen pour un gazon en
pâturin des prés, il n’est pas possible de conclure dans la recherche de Shearman et al. (1980) que l’augmentation d’azote ne produit forcément pas plus de feutre.
1.2.3.1.10 Périodes de fertilisation azotée
Au Québec et en particulier dans la grande région de Montréal, il existe quatre périodes distinctes de fertilisation azotée du gazon durant une période de croissance à données météorologiques moyennes(Badra, 2010) : La première et la plus importante s’étend de la août à la septembre, la deuxième surnommée tardive d’automne se situe à la mi-octobre, la troisième par ordre d’importance s’étend de la mi-avril (la fonte des neiges) à la fin de mai, et la quatrième coïncide le début de juin pour achever vers la mi-août. Contrairement aux habitudes de fertilisation communes des pelouses au Québec, si le budget ne permet pas plus d’une seule fertilisation azotée par année, la meilleure période de fertilisation serait vers la mi-août, non pas au début du printemps (Badra, 2015). Lorsque bien dosée et conjuguée avec la hauteur de tonte adéquate, l’aération du sol, l’irrigation, la maîtrise des maladies cryptogamiques, la destruction des insectes nuisibles et la répression des mauvaises herbes, la fertilisation azotée automnale pratiquée par températures modérées ainsi qu’une suffisance de pluies entrepose assez de glucides avant le gel permanent au Québec pour que la pelouse endure les rigueurs hivernales (un froid intense continu, une couverture de glace, une dessiccation hivernale…), procure un verdoiement printanier hâtif et maintient une croissance acceptable jusqu’à l’été dans le cas des pelouses à entretien extensif (Badra, 2015).
D’autre part, une fertilisation azotée hâtive vers la mi-avril favorise une croissance foliaire rapide nécessitant des tontes fréquentes qui appauvrissent les réserves glucidiques et préparent mal la pelouse à faire face aux chaleurs estivales et à la sécheresse. La période de croissance d’une pelouse au Québec débute vers la deuxième moitié d’août, non pas après le dégel printanier d’avril qui est plutôt un "réveil" après une longue dormance (Badra, 2015).
