Travail réduit du sol et système sans intrants
chimiques : impact sur le rendement, la fusariose de
l’épi et la cécidomyie orangée chez le blé panifiable
Mémoire
Hélène Munger
Maîtrise en biologie végétale
Maître ès sciences (M.Sc.)
Québec, Canada
© Hélène Munger, 2014
iii
Résumé
Dans un contexte où les pratiques culturales durables gagnent en popularité, des essais au champ ont permis d’évaluer l’effet combiné de trois modes de travail du sol et de systèmes avec ou sans intrants chimiques sur le rendement du blé panifiable, la fusariose de l’épi et la cécidomyie orangée. En 2009, les rendements les plus élevés ont été obtenus en travail conventionnel (avec ou sans intrants chimiques) ainsi qu’en travail réduit et en semis direct avec intrants chimiques. En 2010, ils ont été atteints avec le travail conventionnel ou avec le système avec intrants. Ces rendements étaient associés à une répression efficace des mauvaises herbes. La teneur en désoxynivalénol n’a pas varié selon le travail de sol et a été inférieure dans le système sans intrants chimiques durant l’année à forte pression de fusariose. Les traitements ont eu peu d’impact sur la cécidomyie orangée du blé.
v
Abstract
Because bread wheat grown under sustainable practices is currently in high demand, trials were conducted in order to assess the combined effect of three tillage treatments with high-input or low-high-input system on wheat performance, fusarium head blight (FHB) and wheat midge. In 2009, higher wheat yields were obtained with moldboard plow (regardless of the system) and with chisel plow and no-till in the high-input system. In 2010, they were obtained with moldboard plow or high-input system. These yields were related to better weed control. Deoxynivalenol content was not affected by tillage and was lower in low-input system than in high-low-input system in the year with strong FHB pressure. Wheat midge incidence was mostly unaffected by treatments.
vii
Table des matières
Résumé ... iii
Abstract ... v
Table des matières ... vii
Liste des tableaux ... xi
Liste des figures ... xiii
Remerciements ... xvii
Avant-propos ... xix
1. Introduction ... 1
2. Revue de littérature ... 3
2.1 Le travail de sol ... 3
2.1.1 Effet du travail de sol sur le rendement en blé ... 6
2.1.2 Effet du travail de sol sur certains paramètres agronomiques et sur les qualités du grain ... 9
2.1.3 Effet du travail de sol sur la pression des mauvaises herbes ... 12
2.2 Les systèmes de production avec ou sans intrants chimiques ... 14
2.2.1 Effet du système de production sur le rendement en blé ... 16
2.2.2 Effet du système de production sur certains paramètres agronomiques et sur les qualités du grain ... 19
2.2.3 Effet du système de production sur la pression des mauvaises herbes ... 22
2.3 La fusariose de l’épi ... 25
2.3.1 Généralités sur la maladie ... 25
2.3.2 Dommages occasionnés ... 26
2.3.3 Cycle épidémique ... 27
2.3.4 Causes de la maladie et moyens de lutte ... 29
2.3.5 Effet du travail de sol sur la fusariose de l’épi ... 33
2.3.6 Effet du système de production sur la fusariose de l’épi ... 36
2.4 La cécidomyie orangée du blé ... 40
2.4.1 Dommages occasionnés ... 40
viii
2.4.3 Méthodes de lutte ... 43
2.4.4 Seuils d’intervention ... 45
2.4.5 Effet du travail de sol sur la cécidomyie ... 46
2.4.6 Effet du système de production sur la cécidomyie ... 47
3. Hypothèses et objectif ... 49
4. Effet des systèmes de conservation des sols à faibles intrants sur le rendement, les qualités du blé panifiable, l’incidence de la fusariose de l’épi et les populations de mauvaises herbes dans l’est du Canada ... 51
Résumé ... 51
Bread wheat performance, fusarium head blight incidence and weed infestation response to low-input conservation tillage systems in eastern Canada ... 53
Abstract ... 53
Introduction ... 54
Materials and Methods ... 56
Results and Discussion ... 59
Conclusion ... 65
Acknowledgments ... 66
References ... 67
5. Impact du travail de sol et du système de production sur l’incidence de la cécidomyie orangée du blé Sitodiplosis mosellana (Géhin) (Diptera : Cecidomyiidae) 75 5.1 Introduction ... 75
5.2 Matériel et méthodes ... 76
5.2.1 Mise en place des essais ... 76
5.2.2 Prise de données ... 76 5.2.3 Analyses statistiques ... 78 5.3 Résultats et discussion ... 78 5.3.1 Densité de larves ... 78 5.3.2 Grains cécidomyiés ... 81 5.3.3 Insectes adultes ... 82
5.3.4. Comparaison entre les deux années d’essais ... 83
5.4 Conclusion ... 84
ix
6.1 Effet du travail de sol et du système de production sur le rendement en blé ... 87
6.1.1 Paramètres agronomiques et qualités du grain ... 91
6.2 Effet du travail de sol et du système de production sur la fusariose de l’épi ... 94
6.2.1 Symptômes sur épis et quantité de grains fusariés ... 94
6.2.2 Teneur en DON ... 96
6.2.3 Inoculum de F. graminearum en provenance des résidus de culture ... 98
6.2.4 Comparaison entre les deux années d’essais ... 99
6.3 Réflexions et perspectives futures ... 102
7. Conclusion générale ... 105
Bibliographie ... 107
Annexe A - Schéma du dispositif expérimental ... 121
xi
Liste des tableaux
Table 1. Monthly temperature, precipitation and the 30-year average (1971-2000) at La Pocatière, Québec in 2009 and 2010. ... 71 Table 2. Wheat yield, total weed biomass (monocot and dicot species), DON content and
mean number of F. graminearum colony-forming units (CFU) from crop residues during the critical period of infection as affected by tillage and cropping systems at La Pocatière, Québec in 2009 and 2010. ... 72 Table 3. Wheat agronomic parameters as affected by tillage and cropping systems at La
Pocatière, Québec in 2009 and 2010. ... 73 Tableau 4. Évaluation de la population et des dommages causés par la cécidomyie orangée
du blé suite au décorticage d’épis selon le travail du sol et le système de production en 2009 et 2010 à La Pocatière, Québec. ... 79 Tableau 5. Pourcentage de grains cécidomyiés à la récolte selon le travail du sol et le
xiii
Liste des figures
Figure 1. Représentation de la quantité de résidus en surface selon le travail de sol. ... 4 Figure 2. Macroconidies de F. graminearum sur milieu Fg à 40X. ... 27 Figure 3. Cycle épidémique de la fusariose de l’épi. ... 28 Figure 4. Grains de blé endommagés à divers degrés par la cécidomyie orangée du blé. .... 41 Figure 5. Cycle de vie de la cécidomyie orangée du blé. ... 43 Figure 6. Wheat yield as influenced by total weed biomass (monocot and dicot species) in
treatments at La Pocatière, Québec in 2009 and 2010. ... 74 Figure 7. Piège à phéromone (a) et piège à émergence (b). ... 77
xv « Ça arrive, des fois. »
xvii
Remerciements
L’aventure de la maîtrise a été pour moi un grand défi, autant académique que personnel. Mon cheminement n’a pas été celui que j’avais planifié au départ. Il a emprunté une voie plutôt sinueuse avec de nombreux détours et arrêts obligatoires. Mais lorsque nous sommes perdus, il est toujours possible de retrouver son chemin avec les bonnes indications. Ce mémoire en est la preuve et je tiens à remercier les personnes qui ont su me guider vers le fil d’arrivée.
Mon premier remerciement est pour Anne Vanasse qui a accepté de m’épauler jusqu’à la fin. Merci Anne pour ta grande patience à mon égard, ta disponibilité et ton encadrement. Tu as fait tout ce qui était en ton pouvoir pour que mon expérience à la maîtrise soit la plus enrichissante possible, une preuve qui illustre ta remarquable passion pour ton travail. Tu m’as permis de réaliser de grands accomplissements qui me seront utiles toute ma vie et je ne l’oublierai jamais. Mon deuxième remerciement s’adresse à Sylvie Rioux qui, par son calme et sa rigueur, a su apaiser mes incertitudes. Merci Sylvie pour ton appui dans ce projet, tes conseils judicieux ont permis d’approfondir nos réflexions. À vous deux vous avez formé une équipe de directrices hors pair à qui je lève mon chapeau.
De nombreuses personnes de qualité aux talents variés ont été indispensables à ce projet. Un merci précieux à Annie Brégard pour m’avoir aidé à démystifier l’art complexe de l’analyse statistique. Tes commentaires toujours rassurants m’ont apporté un grand réconfort. Merci à Anne Légère pour sa présence constante à distance et son mentorat au niveau de la malherbologie. Merci à Geneviève Labrie pour sa contribution fortement appréciée au volet entomologique de ce projet ainsi qu’à François Langevin et Mario Fréchette pour leur aide dans l’identification de la cécidomyie orangée du blé.
Merci aux étudiants gradués pour votre support lors de ma phase expérimentale, vous m’avez inspirée chacun à votre façon. Je pense à Olivier Lalonde, Valérie Bélanger, Christine Rieux et Marie-Ève Bérubé. Merci à mes chers étudiants d’été sans qui les travaux au champ auraient été irréalisables : Louis-Pierre Turcotte-Létourneau, Myriam
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Coulombe, David Leduc, Mélissa Paradis, Julie Lavoie, Joëlle Paradis et Olivier Bouchard. Je tiens également à adresser de sincères remerciements à Alain Anctil et son équipe du Centre de développement bioalimentaire du Québec situé à La Pocatière pour leur appui technique dans la gestion des parcelles expérimentales. Merci à André Bélanger d’Agriculture Canada pour son aide lors de la récolte des parcelles.
Je ne pourrais passer sous silence l’aide extraordinaire de Nicole Bourget dans l’art précis et délicat de l’identification des Fusarium. Merci Nicole pour avoir rendu si agréable le travail de laboratoire, merci pour tes encouragements, ta curiosité, ta joie de vivre au quotidien et bien sûr tes talents incontestables de cruciverbiste. Ton support inconditionnel m’a été indispensable pour me rendre jusqu’au bout. Merci, tout simplement.
Je tiens finalement à remercier mon entourage pour m’avoir suivie dans cette aventure, mes parents Martin et Johanne, mon frère François, ma belle-famille et mes amis. Vous avez tous été là à un moment ou à un autre pour m’écouter et participer à mes succès. Un clin d’œil spécial à Madame F. est également de mise. Le merci le plus important s’adresse toutefois à Louis-Jérôme qui a sans conteste été la personne la plus impliquée dans ce projet de maîtrise. Je ne te remercierai jamais assez d’avoir passé au travers, merci d’avoir toujours cru en moi de façon inébranlable jour après jour même dans les moments de profondes remises en question. Tu es un allié redoutable.
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Avant-propos
Ce mémoire comprend six chapitres. On y retrouve une brève introduction au chapitre 1, alors que le deuxième chapitre présente une revue de la littérature scientifique portant sur l’influence du travail du sol et des systèmes culturaux sur le rendement, la qualité du blé panifiable et la pression exercée par les mauvaises herbes. La fusariose de l’épi ainsi que la cécidomyie orangée du blé sont ensuite définies afin de bien cerner l’impact de ces agents nuisibles sur la culture du blé au Québec. Une revue bibliographique a aussi été réalisée sur la réponse de ces agents en lien avec le travail du sol et les systèmes culturaux. Cette mise en contexte nous mène au chapitre 3, où les hypothèses et les objectifs de recherche sont énoncés. Le chapitre 4 a été rédigé sous forme d’article scientifique en anglais et présente l’aspect novateur de ce projet, soit le lien existant entre le rendement, les mauvaises herbes et la fusariose de l’épi. Cet article a été soumis à la revue Canadian Journal of Plant
Science. Hélène Munger est l’auteure principale de l’ouvrage alors qu’Anne Vanasse,
Sylvie Rioux et Anne Légère en sont les coauteures. Le chapitre 5, réalisé sous forme de chapitre complémentaire, présente les résultats et conclusions en lien avec la cécidomyie orangée du blé. Le sixième et dernier chapitre revient sur les hypothèses de départ et entraîne le lecteur dans l’interprétation des résultats obtenus.
Les résultats de ces travaux de recherche ont fait l’objet de plusieurs conférences données lors de congrès scientifiques. Ils ont d’abord été présentés en français au congrès annuel de la Société de protection des plantes du Québec (SPPQ) à Oka, Québec, du 1er au 3 juin
2010 et ensuite en anglais à la réunion annuelle de la Société canadienne de malherbologie (SCM) tenue à Régina, Saskatchewan, du 16 au 18 novembre 2010. Ils ont également fait l’objet d’une présentation en anglais donnée par la malherbologiste Anne Légère, sous forme d’une affiche réalisée par Hélène Munger, au congrès annuel de la Weed Science
Society of America (WSSA) à Waikoloa, Hawaï, du 6 au 9 février 2012.
Les résultats ont également été présentés lors de deux événements organisés par le Centre de référence en agriculture et agroalimentaire du Québec (CRAAQ), soit la Journée
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phytoprotection à Saint-Augustin-de-Desmaures, Québec, tenue le 22 juillet 2010 et la Journée d’information scientifique en grandes cultures à Drummondville, Québec, le 17 février 2011. Une conférence a aussi été donnée lors de la Journée grandes cultures biologiques organisé par le Ministère de l’Agriculture, des Pêcheries et de l’Alimentation du Québec (MAPAQ) à Saint-Rémi, Québec, le 6 décembre 2011. Ces trois dernières rencontres étaient destinées à un plus large public du secteur agricole, tel que des conseillers et des agriculteurs. Deux conférences de vulgarisation ont été réalisées lors de l’assemblée générale annuelle du Club agroenvironnemental de la Rive-Nord (CARN) à Québec ainsi que du Club Optisol de Montmagny, respectivement le 24 mars 2011 et le 8 avril 2011. La présentation de ce projet de recherche par Hélène Munger a remporté le premier prix de la finale de l’Université Laval du concours Ma soutenance en 180
secondes, le 24 avril 2012. Il a été présenté par la suite à la finale canadienne lors du
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1. Introduction
Les produits du blé (Triticum aestivum L.) issus de pratiques agricoles respectueuses de l’environnement, comme les systèmes sans intrants chimiques ou les pratiques de conservation des sols, connaissent actuellement une hausse de popularité auprès des consommateurs. À preuve, dans la dernière décennie au Québec, la proportion des superficies cultivées à l’aide de telles pratiques de conservation des sols est passée de 23,3 % en 2001 à 51,1 % en 2011 (Statistique Canada, 2011). Bien que les producteurs de céréales aient la possibilité de tirer un revenu supplémentaire de leurs récoltes via les certifications liées à certains modes de production, il leur est difficile d’atteindre les exigences de qualité prescrites par l’industrie de transformation tout en conservant de bons rendements. En effet, un changement de pratique culturale dite intensive vers une pratique plus extensive peut affecter le rendement et la qualité du produit final et peut également entraîner l’apparition de mauvaises herbes, de maladies et de ravageurs (Glen, 2000; Blackshaw et coll., 2001; Krupinsky et coll., 2002; Camara et coll., 2003).
C’est le cas de la fusariose de l’épi, la maladie la plus répandue chez les céréales à paille qui est causée entre autres par le champignon Fusarium graminearum Schwabe (téléomorphe : Gibberella zeae (Schwein.) Petch) (Osborne et Stein, 2007). Ce dernier peut causer des dommages physiques à la culture et entraîner l’accumulation de toxines dans les grains dont la plus connue est le désoxynivalénol ou DON (Bailey et coll., 2004). Malgré les nombreuses recherches portant sur cette maladie, la présence de toxines dans les grains demeure encore aujourd’hui un facteur limitant pour les producteurs de blé. En effet, une teneur en DON supérieure à 2 ppm entraînera le déclassement d’un lot de blé et l’agriculteur verra sa paie grandement diminuée (Santé Canada, 2012). L’incidence de la fusariose peut être reliée au travail du sol, particulièrement aux pratiques engendrant une grande quantité de résidus laissés à la surface du sol qui constituent un substrat idéal pour la production de spores de F. graminearum (Dill-Macky et Jones, 2000). Le système sans intrants chimiques suscite quant à lui un questionnement sur le développement de la
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maladie puisque l’utilisation de fongicides, qui permet de réduire la fusariose, y est proscrite.
La cécidomyie orangée du blé est un insecte ravageur causant d’importantes pertes de rendement dans la culture du blé panifiable, surtout dans l’ouest du Canada (Olfert et coll., 1985). Les larves endommagent les grains en les déformant et en altérant la qualité boulangère de la farine par les enzymes qu’elles produisent pour digérer le grain (Roy et coll., 2008). Au Québec, les recherches menées sur le sujet sont limitées malgré une préoccupation croissante envers cet insecte. Puisque les larves hivernent dans le sol, un questionnement s’impose entre l’intensité du travail de sol et le développement des populations de cécidomyie orangée du blé.
Il existe donc un réel besoin d’approfondir l’impact de pratiques culturales plus respectueuses de l’environnement sur le rendement et les qualités du blé, la pression des mauvaises herbes, l’incidence de la fusariose et la présence de la cécidomyie orangée du blé. Ce projet de recherche est novateur du fait que les travaux de sol étudiés ont été implantés il y a plus de deux décennies. Ainsi, il sera possible de cibler les pratiques culturales optimales qui permettent la production de grains pour la fabrication de farines de spécialités répondant aux critères de l’industrie dans le contexte du Québec.
3
2. Revue de littérature
Cette revue de littérature permettra de décrire la façon dont le travail de sol et le système de production influencent différents paramètres de la culture du blé selon des points de vue variés. D’abord, les effets du travail de sol (2.1) et du système de production (2.2) sur le rendement, les qualités du grain et les mauvaises herbes seront illustrés. Ensuite, la fusariose de l’épi (2.3) et la cécidomyie orangée du blé (2.4) seront définies et leurs réactions face au travail de sol et au système de production seront décrites.
2.1 Le travail de sol
Le travail de sol se définit comme étant un ensemble d’opérations pouvant mener à une modification de la partie supérieure de la couche du sol dans l’optique de créer des conditions favorables et adaptées au semis d’une culture donnée (Laverdière, 2005). Il existe plusieurs façons de travailler le sol pour toutes les productions agricoles réalisées en plein champ, les plus connues étant le travail conventionnel, le travail réduit et le semis direct. On regroupe souvent le travail réduit et le semis direct sous l’appellation de « pratiques de conservation des sols ».
Le travail de sol conventionnel est utilisé depuis longtemps par plusieurs générations de producteurs agricoles. L’équipement nécessaire pour le réaliser est aisément disponible et adapté aux conditions de sol humides de l’automne et du printemps. Il s’agit donc d’une méthode acquise et maîtrisée, ce qui explique que plus de 48 % des superficies cultivées au Québec y sont soumises (Statistique Canada, 2011). Le travail conventionnel consiste généralement en un labour effectué à l’automne à l’aide d’une charrue à versoirs (travail primaire du sol) auquel s’ajoutent un ou plusieurs passages de machineries travaillant plutôt la portion supérieure de la couche arable (travail secondaire du sol). Le travail secondaire s’effectue au printemps avant le semis et utilise une herse à disques, un vibroculteur ou un cultivateur à dents rigides (Vanasse et coll., 2012). Le labour a pour but d’améliorer le drainage et le réchauffement du sol au printemps, de réduire la pression des plantes
4
adventices, d’enfouir les résidus de la culture précédente et d’incorporer les amendements minéraux et organiques tels que la chaux et les fumiers (Laverdière, 2005). Le rôle du travail secondaire est plutôt de préparer un lit de semence adéquat pour la culture à venir. Dans sa définition, le travail conventionnel laisse généralement à la surface du sol moins de 10 % de résidus après le semis (figure 1) (Vanasse et coll., 2012). De par son degré plus élevé de perturbation du sol et de son faible pourcentage de couverture par les résidus, le travail conventionnel est reconnu pour contribuer fortement aux processus d’érosion des sols (Pimentel et coll., 1995). Il peut également engendrer la formation d’une semelle de labour et entraîner la dilution de la matière organique sur une grande profondeur (Laverdière, 2005).
Figure 1. Représentation de la quantité de résidus en surface selon le travail de sol.
Source : Hélène Munger, 2009©.
Le travail réduit est quant à lui une méthode moins intensive que le travail conventionnel. Sans retourner le sol complètement comme le fait la charrue à versoirs, les outils de travail réduit assurent plutôt une incorporation partielle des résidus de culture tout en fragmentant et pulvérisant les gros agrégats de sol (Laverdière, 2005). Le chisel, le pulvériseur à disques déportés, la rotobêche et les combinés sont les principaux outils utilisés pour réaliser un travail réduit du sol (Vanasse et coll., 2012). Un travail secondaire utilisant les mêmes
5 équipements qu’en travail conventionnel peut aussi avoir lieu au printemps (Laverdière, 2005). Le travail réduit laisse normalement 30 % et plus de résidus à la surface du sol après le semis, ce qui lui permet de réduire les phénomènes d’érosion du sol comparativement au travail conventionnel (Vanasse et coll., 2012). Par contre il nécessite un ajustement constant de la machinerie selon les conditions de sol et le type de résidus, ce qui peut rendre le travail réduit plus complexe à réaliser pour une efficacité optimale. Le semis direct, quant à lui, est reconnu pour son absence totale de travail du sol. La culture est établie directement sur les résidus de la culture précédente et un semoir spécialement conçu permet de déposer la semence à une profondeur adéquate dans le sol (Vanasse et coll., 2012). Le semis direct peut entraîner une couverture de résidus allant jusqu’à 90 % (Laverdière, 2005), tel que représenté à la figure 1 ci-dessus.
Au Québec, les pratiques de conservation des sols ont été la méthode privilégiée sur 51,1 % des terres préparées pour l’ensemencement en 2011 comparativement à 38,1 % en 2006 et à 23,3 % en 2001 (Statistique Canada, 2011). Cela représente une hausse de popularité de plus de 27 % en 10 ans. Les pratiques de conservation des sols offrent de nombreux avantages en comparaison avec le travail de sol dit conventionnel, surtout lorsqu’elles sont adoptées sur une longue période. Selon Zhang et coll. (2007), elles apportent un changement fondamental dans la structure du sol, c’est-à-dire une augmentation de la stabilité des agrégats et une macroporosité accrue à la surface du sol. Cela permet notamment de réduire les pertes d’eau par ruissellement ainsi que les risques d’érosion du sol. Seta et coll. (1993) ont clairement démontré que la concentration en sédiments dans l’eau de ruissellement était plus faible en semis direct qu’en travail réduit et en travail conventionnel. Il en résulte une plus grande rétention d’éléments minéraux, ce qui est bénéfique pour la culture en place. Li et coll. (2007) ont d’ailleurs prouvé ce fait dans une étude réalisée en Chine où le semis direct a permis d’augmenter la teneur en matière organique, en phosphore ainsi qu’en azote du sol dans une culture de blé par rapport au travail de sol conventionnel. De plus, puisque les pratiques de conservation maintiennent une quantité importante de résidus en surface, une réduction globale de l’érosion des sols est observée (Laverdière, 2005). Cette dernière affirmation est d’autant plus importante
6
considérant la recherche de Pimentel et coll. (1995) publiée dans la renommée revue
Science qui révèle qu’environ 10 % de toute l’énergie utilisée en agriculture aux États-Unis
est dépensée simplement pour compenser les pertes de nutriments, d’eau et de rendements engendrées par l’érosion. Les pratiques de conservation des sols sont également bénéfiques pour les cultures du fait qu’elles recréent certaines interactions qui se rapprochent d’un écosystème naturel, favorisant ainsi le foisonnement de l’activité biologique et la santé du sol (House et Brust, 1989). Plusieurs études démontrent que de nombreux groupes d’organismes de la faune et de la flore du sol sont plus abondants dans un sol moins perturbé que dans un sol travaillé de façon conventionnelle (House et Parmelee, 1985; Kladivko, 2001). Il y a donc plusieurs évidences que les pratiques de conservation des sols contribuent à la durabilité des agroécosystèmes, tant au niveau environnemental qu’économique.
2.1.1 Effet du travail de sol sur le rendement en blé
Plusieurs travaux signalent que le travail réduit et le semis direct sont des systèmes généralement moins productifs en comparaison au travail de sol conventionnel. En effet, une recherche réalisée en Suisse a démontré qu’une culture de blé biologique a subi une perte de rendement de 14 % en travail réduit comparativement au travail conventionnel (Berner et coll., 2008). De même, une hausse de rendement de 10 % d’un cultivar de blé de printemps a été observée en labour conventionnel comparativement au travail réduit et au semis direct dans une étude menée au Minnesota (Dill-Macky et Jones, 2000). Les travaux menés par Hammel (1995) de 1984 à 1987 dans l’état de l’Idaho aux États-Unis ont mesuré l’impact de trois travaux de sol implantés depuis 10 ans sur une culture de blé d’hiver. Le rendement moyen réalisé sous semis direct pendant quatre saisons de croissance a diminué de 15 % et 22 % par rapport au travail réduit et au travail conventionnel respectivement. Les auteurs associent ces résultats à la croissance ralentie des racines due à une compaction plus importante de la couche de surface du sol (qui présentait une texture fine) dans les systèmes de conservation. Dans l’état de l’Oregon, toujours aux États-Unis, Camara et coll. (2003) ont étudié l’effet du travail de sol sur la productivité du blé d’hiver durant quatre
7 grandes périodes : de 1944 à 1951, de 1952 à 1961, de 1962 à 1987 et de 1988 à 1997. Le rendement du blé a été significativement plus élevé en travail conventionnel durant les quatre périodes. Ce dernier résultat est surprenant, compte tenu de l’effet bénéfique des pratiques de conservation des sols à long terme discuté à la section 2.1. Les auteurs ont toutefois expliqué la baisse de rendement en système de conservation des sols par la répression inefficace du brome des toits (Bromus tectorum L.), une mauvaise herbe invasive problématique dans cette région. Constat similaire en Saskatchewan, où la répression inadéquate des plantes adventices a causé des rendements plus faibles en semis direct comparativement au travail de sol conventionnel (Brandt, 1992). Dans l’est des États-Unis, des chercheurs ont évalué trois niveaux de répression des mauvaises herbes (minimal, modéré, maximal) sur le rendement en blé cultivé selon différents modes de travail du sol (Young et coll., 1994). Alors que la productivité du blé a été similaire sous les trois niveaux de répression en travail conventionnel, les rendements en système de conservation des sols ont été plus élevés aux niveaux modéré et maximal comparativement au niveau de répression minimal des mauvaises herbes. À la lumière de ces résultats, il semble que la répression des mauvaises herbes soit un enjeu majeur dans les systèmes de conservation des sols.
Toutefois, d’autres chercheurs n’ont pas pu établir de lien entre le type de travail de sol et le rendement en blé. Au nord de l’Alberta, des chercheurs ont comparé l’effet de trois travaux de sol sur le rendement d’un blé de printemps en sol argileux (Arshad et coll., 1994). Cette province se caractérise par un climat de type continental tempéré qui est similaire aux conditions climatiques du Québec. Les résultats de cette étude, menée de 1989 à 1991, ont montré que le travail réduit a numériquement augmenté les rendements par rapport au semis direct et au travail conventionnel durant les trois années, mais que les différences n’étaient pas significatives dans la plupart des cas. Dans une autre expérience réalisée dans l’état du Dakota du Nord aux États-Unis, la productivité du blé n’a pas été affectée par le travail de sol (Carr et coll., 2003a). En Grèce, Lithourgidis et coll. (2006), ont réalisé une recherche en 2004 et en 2005 portant sur les effets du travail de sol et du taux de semis sur le rendement du blé d’hiver ainsi que sur l’économie de temps et de combustible associée.
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Ils ont affirmé que les pratiques de travail réduit du sol permettent l’obtention de rendements équivalents à ceux observés en travail conventionnel et entraînent une économie significative de temps et de consommation d’essence. Ces résultats laissent donc croire que l’intensité du travail de sol peut être ramenée au niveau du travail réduit et du semis direct sans affecter les rendements comparativement au travail de sol conventionnel. À l’inverse, au nord de la Chine, Li et coll. (2007) ont affirmé que les pratiques de conservation des sols sont des techniques plus productives que le travail de sol conventionnel. Dans cette région au climat plus aride que le nôtre, les auteurs ont étudié l’impact du semis direct par rapport au travail de sol conventionnel durant 15 années sur une monoculture de blé d’hiver. Ils affirment que l’efficacité du semis direct s’est avérée plus importante durant les années sèches, alors que de faibles différences entre les traitements ont été observées durant les années très humides. Les auteurs expliquent ce résultat par un changement majeur de la structure du sol et de l’activité microbienne dans le semis direct, entraînant ainsi une meilleure capacité à retenir l’eau et à la rendre disponible pour la plante. En moyenne, Li et coll. (2007) ont observé une hausse de rendement de 19,1 % en semis direct et les différences ont été significatives 6 années sur 14. Il est intéressant de noter dans cette recherche que la hausse de rendement associée au semis direct a été plus faible durant les cinq premières années (9,2 %) et s’est ensuite chiffrée à 24,5 % pour les neuf années subséquentes. Ce constat tend à prouver que les effets bénéfiques des pratiques de conservation des sols augmentent avec le temps et est en accord avec les travaux de Zhang et coll. (2007) discutés plus haut à la section 2.1.
L’efficacité des pratiques de conservation des sols à fournir de bons rendements semble donc fortement liée aux conditions météorologiques. De Vita et coll. (2007) ont rapporté que les rendements de blé dur (Triticum durum Desf.) ont été plus élevés en semis direct qu’en travail conventionnel deux années sur trois au site expérimental situé dans la ville de Foggia en Italie. Les précipitations ont été plus faibles durant ces deux années comparativement à la troisième. Selon les auteurs, l’efficacité supérieure du semis direct semble attribuable à une plus grande disponibilité de l’eau du sol combiné à une évaporation plus faible comparativement au travail conventionnel. Constat similaire en
9 Alberta, où Larney et Lindwall (1994) ont noté que la productivité du blé d’hiver était supérieure en semis direct comparativement au travail réduit et au travail conventionnel durant trois années sur huit, années où l’humidité du sol était plus faible. López-Bellido et coll. (1998), dans une étude menée sur le blé de printemps au sud de l’Espagne de 1988 à 1990, ont affirmé que globalement le travail de sol n’avait pas eu d’effet sur la productivité de la culture. Des rendements significativement supérieurs ont toutefois été mesurés en travail conventionnel durant l’année la plus humide et en semis direct durant l’année la plus sèche. Une étude réalisée au Dakota du Nord sur une période de 12 ans a démontré que le rendement du blé en travail réduit (1968 kg ha-1) et en semis direct (2022 kg ha-1) a été
supérieur de 10,8 % par rapport au rendement mesuré en travail de sol conventionnel (1801 kg ha-1) (Halvorson et coll., 1999). La réponse du blé aux pratiques de conservation
de sols a toutefois varié selon les années en lien avec la quantité d’eau disponible pour la plante. Les auteurs ont en effet observé que la production de grains a diminué autant lors d’années trop sèches à cause du manque d’eau que lors d’années trop humides à cause de l’augmentation des maladies foliaires.
À la lumière de ces résultats, il semble évident que la productivité du blé en réponse au travail de sol soit variable et les causes de cette variation sont multiples. En général, les pratiques de conservation s’avèrent plus performantes que le travail conventionnel lorsque l’apport en eau est limité. À l’inverse, la pression élevée des mauvaises herbes semble être un important facteur de réduction des rendements lorsque des pratiques de conservation des sols sont utilisées. Toutefois, lorsque ces éléments sont maîtrisés, il en ressort que l’obtention de bons rendements dans la culture du blé selon des pratiques de conservation des sols est réalisable à long terme et ce grâce à une amélioration marquée de différentes propriétés du sol.
2.1.2 Effet du travail de sol sur certains paramètres agronomiques et sur
les qualités du grain
Le choix d’un type de travail de sol par rapport à un autre peut non seulement avoir un impact sur le rendement du blé, mais peut aussi entraîner ultimement une variation de
10
certains paramètres agronomiques comme le nombre d’épis par mètre carré, le poids à l’hectolitre et le poids de 1000 grains (Carr et coll., 2003a, Carr et coll., 2003b). La teneur en protéines et l’indice de chute servent quant à eux à évaluer les qualités boulangères des grains de blé (Kihlberg et coll., 2004). Ils peuvent aussi être affectés par un changement de pratiques culturales (Casagrande et coll., 2009). Tous ces indicateurs sont généralement présentés dans les travaux qui mesurent l’impact du travail de sol dans la culture du blé et ils constituent donc de bons points de comparaison.
2.1.2.1 Nombre d’épis par mètre carré, poids à l’hectolitre et poids de 1000 grains
Le nombre d’épis par mètre carré réfère à la capacité du blé à produire des talles et reflète donc son potentiel de rendement (Satorre et Slafer, 1999). Le poids à l’hectolitre donne une mesure de la densité du grain et est souvent utilisé pour déterminer le prix de vente du blé (Kleijer et coll., 2007). Le poids de 1000 grains donne une indication du degré de remplissage du grain (Satorre et Slafer, 1999). En général, la réduction du poids de 1000 grains a moins d’effet sur le rendement du blé qu’une réduction du nombre d’épis par mètre carré (Satorre et Slafer, 1999). Le poids à l’hectolitre et le poids de 1000 grains sont des paramètres généralement corrélés positivement avec le rendement en grains du blé (Kibite et Evans, 1984).
Certaines études ont démontré que le type de travail de sol n’avait pas d’influence sur la valeur du poids à l’hectolitre et du poids de 1000 grains (Arshad et coll., 1994; Carr et coll., 2003a; Lithourgidis et coll., 2006). À l’inverse, au sud de l’Italie, le poids à l’hectolitre et le poids de 1000 grains ont été en moyenne significativement supérieurs en semis direct (76,6 kg hl-1 et 39,2 g) comparativement au travail conventionnel (73,4 kg hl-1 et 32,6 g) durant trois saisons de croissance (De Vita et coll., 2007). López-Bellido et coll. (1998) ont également observé un poids à l’hectolitre plus élevé pour le blé récolté en semis direct (78,5 kg hl-1) par rapport au blé récolté en travail conventionnel (78,0 kg hl-1) en Espagne. D’un autre côté, Dill-Macky et Jones (2000) ont démontré que le poids à l’hectolitre et le poids de 1000 grains du blé étaient généralement supérieurs en travail conventionnel comparativement au travail réduit et au semis direct. Concernant le nombre d’épis par
11 mètre carré, une étude réalisée au Dakota du Nord a montré que celui-ci est passé de 411 épis m-2 en travail conventionnel à 457 épis m-2 en semis direct (Carr et coll., 2003b).
2.1.2.2 Teneur en protéines et indice de chute
La teneur en protéines, exprimée en pourcentage, est un critère de classification obligatoire du blé lors de sa mise en vente et est utilisée comme un outil de prédiction de la performance technologique du blé lors de sa panification (Kihlberg et coll., 2004). Par exemple, au Québec, une teneur minimale de 12,5 % de protéines est souhaitable pour un blé panifiable (Vanasse et coll., 2012). L’indice de chute de Hagberg, qui se mesure en secondes, est quant à lui un critère d’évaluation de la qualité du blé permettant de mesurer l’activité amylasique de la farine. L’alpha-amylase est une enzyme produite lors de la germination qui transforme l’amidon retrouvé dans le grain en sucres (Boudreau et Ménard, 1992). Lorsque le grain de blé germe prématurément avant la récolte, ce qui n’est pas souhaité, la présence de cette enzyme est donc considérablement accrue et le temps mesuré pour l’indice de chute sera court. Un temps long indique que le blé est de bonne qualité et qu’il conviendra aux exigences des industries alimentaires. Au Québec, un temps minimum de 250 secondes est requis pour les cultivars de blés panifiables (Vanasse et coll., 2012). Bilalis et coll. (2011) ont comparé l’effet du travail de sol (labour conventionnel, travail réduit, semis direct) sur quatre cultivars de blé d’hiver à deux sites certifiés biologiques en Grèce. La teneur en protéines n’a pas varié selon le type de travail de sol. Même constat en Alberta et au Dakota du Nord respectivement, où les auteurs n’ont observé aucune différence de la teneur en protéines du blé entre les trois travaux de sol (Larney et Lindwall, 1994; Carr et coll., 2003a). Sous les conditions pluvieuses du climat de l’Espagne, la teneur moyenne en protéines a été significativement plus faible en semis direct (107 g kg-1) qu’en travail conventionnel (111 g kg-1) dans le blé de printemps (López-Bellido et coll., 1998). De Vita et coll. (2007) ont rapporté que la teneur en protéines du blé dur a été plus élevée en travail conventionnel qu’en semis direct deux années sur trois à leur premier site situé au sud de l’Italie. La teneur en protéines a été similaire entre les deux traitements au deuxième site, sauf pour la troisième année où le semis direct a été plus performant que le travail
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conventionnel. En Grèce, la plus haute valeur de l’indice de chute a été mesurée en travail réduit au premier site alors qu’aucune différence n’a été mesurée entre les différents travaux de sol au deuxième site (Bilalis et coll., 2011). Considérant ces précédents résultats, il ne semble pas y avoir de lien clair reliant la teneur en protéines et l’indice de chute avec le travail du sol.
2.1.3 Effet du travail de sol sur la pression des mauvaises herbes
Le fait de changer d’une pratique de travail de sol plus intensive à une pratique qui perturbe moins le sol vient affecter la présence des mauvaises herbes (Young et coll., 1994). Les dynamiques de populations des mauvaises herbes sont en effet très sensibles à toute modification survenant dans leur environnement immédiat (Blackshaw et coll., 2001). L’abondance et la diversité des espèces de même que la banque de semences de mauvaises herbes dans le sol représentent différents aspects pouvant être touchés par un changement de pratique culturale (Thomas et Frick, 1993; Sosnoskie et coll., 2006).
Une équipe de chercheurs suisses s’est questionnée sur l’impact du travail réduit sur les populations de plantes adventices dans une rotation blé d’hiver – tournesol – épeautre de 2002 à 2005 (Sans et coll., 2011). Comparativement au travail de sol conventionnel, les résultats ont démontré que le pourcentage de couverture par les mauvaises herbes, toutes espèces confondues, a été 88 % et 138 % supérieur en travail réduit chez l’épeautre et le tournesol, respectivement. Chez le blé d’hiver, bien que le pourcentage de couverture ait été numériquement plus élevé en travail réduit, la différence par rapport au travail conventionnel ne s’est pas montrée significative. Selon les auteurs, le travail réduit a permis aux graines de mauvaises herbes produites durant les années précédentes de rester dans la couche superficielle du sol, conduisant ainsi à un plus grand potentiel de germination et de levée. Il est important de noter que cette étude a été réalisée sous un système de production biologique.
Ozpinar (2006), dans une étude réalisée en Turquie de 2001 à 2003, a également observé une augmentation significative de la densité totale des mauvaises herbes lorsque l’intensité
13 du travail de sol diminuait dans une culture de blé d’hiver. L’impact du travail de sol sur les dynamiques de populations semble cependant plus prononcé avec le temps. En effet, Sosnoskie et coll. (2006) ont mené une expérience sur des travaux de sol implantés depuis 35 ans et les résultats sont clairs. La taille et la composition de la banque de semences de mauvaises herbes dans le sol étaient plus importantes en semis direct qu’en travail réduit ainsi qu’en travail conventionnel. Un constat similaire a été obtenu par Mulugeta et Stoltenberg (1997) dans une recherche réalisée au Wisconsin sur une culture de maïs et de soya. Les travaux de sols étaient en place depuis 1984 et l’étude a été exécutée de 1992 à 1995. La distribution verticale des graines des trois espèces dominantes de mauvaises herbes dans les 10 premiers centimètres de sol s’est chiffrée à 74, 59 et 43 % pour le semis direct, le travail réduit et le travail conventionnel, respectivement.
La présence plus importante de certaines plantes adventices en conservation des sols peut être liée à la forte quantité de résidus en surface qui favorisent le piégeage des semences facilement dispersées par le vent. C’est le constat d’un groupe de chercheurs en Argentine qui a mesuré les changements de populations de mauvaises herbes dans une culture de blé en rotation avec du soya selon deux travaux de sol (Tuesca et coll., 2001). Réalisée sur une période de six ans (de 1991 à 1997), les résultats ont démontré qu’un groupe de mauvaises herbes qui possèdent de petites semences facilement disséminées par le vent a vu sa densité augmenter durant les trois dernières années dans le système de travail réduit du sol comparativement au système de travail conventionnel du sol. Les auteurs affirment qu’en plus d’agir comme un élément de rétention, les résidus peuvent favoriser l’établissement de ces mauvaises herbes en créant un environnement propice à la germination.
À l’inverse, Derksen et coll. (1994) n’ont observé aucune différence apparente entre les densités de mauvaises herbes parmi trois travaux de sol (semis direct, travail réduit, travail conventionnel) établis à trois sites expérimentaux en Saskatchewan. Même constat au nord de l’Alberta, où une étude conduite avec le blé de printemps en sol argileux a démontré que les populations de plantes adventices dans les parcelles sous travail réduit n’étaient pas différentes de celles mesurées dans les parcelles sous travail conventionnel (Arshad et coll., 1994). Le cultivateur utilisé pour effectuer le travail conventionnel dans cette étude a
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toutefois travaillé à une profondeur moindre que le ferait normalement une charrue à versoirs et il n’a pas retourné le sol. Cela peut expliquer l’absence de variation entre les populations de mauvaises herbes mesurées.
Blackshaw et coll. (2001) ont mesuré l’influence de différents paramètres, dont le travail du sol, sur les populations de mauvaises herbes dans un système de culture de blé d’hiver en Alberta de 1987 à 1994. Selon les résultats obtenus, la densité totale des mauvaises herbes a été généralement plus élevée en semis direct qu’en travail réduit ainsi qu’en travail conventionnel du sol. Les auteurs émettent toutefois un bémol fort intéressant, à savoir que la dynamique des populations a été d’abord affectée par la variation annuelle des conditions climatiques, ensuite par la rotation des cultures et finalement par le travail du sol. Ces résultats accordent donc une importance moindre au travail de sol comme moyen de lutte contre les mauvaises herbes. Une bonne gestion des sols adaptée aux conditions environnementales incluant une rotation diversifiée des cultures serait un élément encore plus important à considérer lors du passage de la pratique conventionnelle vers des pratiques de conservation des sols. Thomas et Frick (1993) partagent également ces conclusions dans une étude d’envergure réalisée sur 465 champs différents en Ontario. La synthèse de ces travaux porte à croire que l’abondance et la diversité des espèces de mauvaises herbes de même que la taille et la composition de la banque de semences dans le sol sont généralement plus importantes sous des pratiques de conservation des sols que sous des pratiques de travail conventionnel. Une perturbation moindre de la couche arable du sol combinée à la présence de résidus de culture en surface entraînerait alors un potentiel d’établissement et de germination accru.
2.2 Les systèmes de production avec ou sans intrants chimiques
Un système de production se définit comme étant un ensemble d’éléments fortement reliés entre eux qui sont impliqués dans tout le processus menant à la récolte d’une culture (Vanasse et coll., 2012). Ces éléments font référence à la rotation, la préparation du terrain, le semis, la fertilisation, les interventions phytosanitaires ainsi que la récolte et la
15 conservation des grains. Un système de production devient efficace lorsque tous ces éléments sont gérés de façon optimale et équilibrée (Vanasse et coll., 2012). Pour un producteur céréalier, le choix d’un système de production se base bien évidemment sur la performance de la culture, mais également sur les coûts engendrés par celui-ci. Les systèmes rencontrés au Québec pour la production de grains sont le système conventionnel, le système biologique et le système sans intrants chimiques.
Le système dit conventionnel ou avec intrants chimiques demeure à ce jour le mode de production le plus utilisé en culture céréalière au Québec et partout dans le monde. Il se caractérise par l’emploi de produits de synthèse tels que des herbicides, des fongicides, des insecticides et des engrais minéraux. L’utilisation de semences transgéniques ou traitées y est permise. Le système conventionnel est généralement productif mais plus coûteux que les autres systèmes car il nécessite un haut niveau d’intrants (Vereijken, 1989). Il cible surtout la production à court terme et n’accorde pas une attention particulière à la protection de la biodiversité du milieu (House et Brust, 1989).
Le système biologique est un mode de gestion visant la productivité des cultures à long terme tout en favorisant la santé et l’équilibre des agroécosystèmes (Reganold et coll., 1987; Mäder et coll., 2007). Il tend à développer des exploitations durables qui respectent l’environnement. Ce système valorise les intrants à la ferme, tels que les fumiers et les engrais verts. Trois années consécutives sans aucun intrants chimiques ni produits de synthèse sont nécessaires pour obtenir la certification biologique (CAEQ, 2013). C’est la période dite de transition. Plusieurs organismes accréditeurs existent de par le monde et pour chacun d’eux un cahier des charges rigoureux doit être respecté (CAEQ, 2013). Selon le Conseil des appellations réservées et des termes valorisants (CARTV), il y avait en 2011 au Québec 1336 entreprises agricoles possédant un certificat de conformité biologique pour un total de 86 352 hectares, tous secteurs confondus (CARTV, 2012). Pour la production de blé uniquement, 77 entreprises ont été enregistrées (CARTV, 2012).
Le système dit sans intrants chimiques est un mode de production qui gagne en popularité au Québec, particulièrement pour la production de blé et de soya. Le système sans intrants
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chimiques pourrait être qualifié d’intermédiaire entre le système conventionnel et le système biologique. En effet, l’utilisation de pesticides, d’engrais chimiques et de semences transgéniques ou traitées y est interdite durant l’année de culture uniquement. Les grains doivent être entreposés séparément des autres grains cultivés à la ferme (ACSH, 2012). Les producteurs qui adoptent ce système utilisent donc plusieurs techniques préconisées par l’agriculture dite durable sans nécessairement viser la certification biologique. Un autre système similaire, lui aussi sur une base annuelle, a été mis en place dans l’ouest du Canada. Il se nomme Pesticide Free Production (PFP) et ressemble au système sans intrants chimiques, à la différence qu’il permet l’utilisation d’engrais de synthèse (Nazarko et coll., 2003). Les recherches portant spécifiquement sur le système sans intrants chimiques ou sur le PFP étant assez limitées, il est souvent nécessaire de se référer aux recherches portant sur le système biologique.
2.2.1 Effet du système de production sur le rendement en blé
De nombreuses équipes de recherche partout dans le monde ont étudié l’effet des systèmes de production sur le rendement en grains du blé. Bien que les systèmes biologiques ou sans intrants chimiques aient gagné en popularité au cours des dernières années, beaucoup d’études illustrent le faible potentiel d’efficacité de ceux-ci par rapport aux systèmes conventionnels et ce pour des raisons diverses.
C’est le cas dans le sud-est de l’Australie, où Ryan et coll. (2004) ont évalué la productivité du blé en comparant des fermes voisines ayant des systèmes de production différents. De 1991 à 1993, des pertes de rendement de l’ordre de 17 à 84 % (selon l’année et le site) ont été mesurées pour le blé biologique comparativement au blé cultivé de manière conventionnelle. Dans cette région du globe où les sols sont pauvres en phosphore, c’est le manque de cet élément de même que la pression élevée des mauvaises herbes qui auraient contribué à diminuer l’efficacité du système biologique. Mason et coll. (2007a) attribuent également la réduction des rendements en régie biologique à la compétition accrue des mauvaises herbes pour l’eau et les éléments nutritifs. Réalisée en Alberta avec cinq cultivars de blé de printemps de 2002 à 2004, leur expérience a montré des rendements
17 14 % inférieurs pour le blé cultivé de façon biologique (3200 kg ha-1) comparativement au blé cultivé de manière conventionnelle (3700 kg ha-1). Il est à noter que ces cinq cultivars ont été spécialement choisis comme étant représentatifs des plus importants cultivars de blé panifiable utilisés dans l’histoire de l’ouest du Canada. Les mêmes auteurs ont mené parallèlement une étude similaire, mais portant cette fois sur 27 cultivars de blé (Mason et coll., 2007b). La moyenne des rendements obtenus a montré une diminution de 39 % dans le système biologique (2560 kg ha-1) comparativement au système conventionnel
(4170 kg ha-1).
L’impact d’un système de production donné sur la performance du blé peut être influencé par d’autres facteurs, dont le cultivar utilisé. Entre 1996 et 1998, Varga et coll. (2001) ont mené une recherche en Croatie portant sur la performance de 15 cultivars de blé d’hiver selon un système de pratiques dites extensives comparativement à un système de pratiques dites intensives (travail de sol plus profond, fertilisation et application de produits phytosanitaires plus importantes). Une baisse de 25 % des rendements a été observée dans le système extensif (5910 kg ha-1) comparativement au système intensif (7840 kg ha-1). Les
auteurs expliquent ce résultat par le fait que certains cultivars ont été beaucoup plus sensibles que d’autres aux pratiques intensives avec pour résultat une hausse significative du nombre d’épis par mètre carré ainsi que du nombre de grains par épi dans ce système. Il n’y a toutefois pas d’évidence que des cultivars de blé moins récents, c’est-à-dire développés avant l’utilisation massive de pesticides et d’engrais de synthèse en agriculture, soient mieux adaptés aux systèmes de production biologiques (Mason et coll., 2007a). La fertilisation peut avoir un effet sur les rendements en blé, étant donné que les systèmes biologiques ou sans intrants chimiques ne permettent pas l’application d’engrais de synthèse. C’est le cas en République Tchèque, où Váňová et coll. (2008) ont comparé la productivité de neuf cultivars de blé d’hiver selon un système biologique et trois niveaux d’un système conventionnel. Ils ont observé que, de 2004 à 2006, le rendement en grains a été significativement plus faible en système biologique (6720 kg ha-1) comparativement au niveau faible (7960 kg ha-1), modéré (8380 kg ha-1) et élevé (9970 kg ha-1) d’intensité
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viendrait expliquer les résultats obtenus selon les auteurs. Des conclusions similaires ont été observées en Suisse avec des systèmes de culture implantés depuis 21 ans (Mäder et coll., 2007). Les rendements en blé ont diminué de 14 % en système biologique comparativement au système conventionnel. Selon les auteurs, cette perte est attribuée majoritairement à un apport déficitaire de 71 % en azote disponible pour la plante dans le système biologique. Cette expérience a toutefois un fort impact étant donné la longévité des systèmes étudiés et elle nous indique que les pertes de rendements ne sont pas si significatives comparativement aux économies d’intrants réalisées. Vereijken (1989), dans une étude menée au Pays-Bas, partage cette conclusion et affirme avec ferveur que les pertes de rendement du blé cultivé selon une approche valorisant peu ou pas d’intrants chimiques sont largement compensées par les économies réalisées sur l’achat de produits de synthèse.
D’autres expériences sont parvenues à des résultats plus encourageants. Notamment, Reganold et coll. (1987) ont étudié la réponse du blé d’hiver cultivé sur une ferme biologique ainsi que sur deux fermes conventionnelles. Les auteurs ont observé une diminution de rendement de 8 % en production biologique (4500 kg ha-1) par rapport à la
première ferme conventionnelle (4900 kg ha-1), mais une augmentation de 13 % par rapport
à la deuxième ferme conventionnelle (3990 kg ha-1). Ces résultats proviennent de la
moyenne des rendements obtenus entre 1982 et 1986 et sont issus de systèmes qui ont été implantés en 1948. Les chercheurs ont conclu que le système de production biologique venait augmenter significativement la teneur en matière organique du sol ainsi que sa biomasse microbienne. La stabilité des agrégats du sol et par le fait même sa teneur en humidité s’en trouvent alors améliorées. Tous ces éléments étant reconnus pour engendrer une meilleure structure de sol, les auteurs affirment donc qu’une réduction de l’érosion est responsable de la bonne performance du blé à long terme en production biologique.
Au Manitoba, une étude regroupant 71 producteurs agricoles a montré que la productivité des cultures soumises au système PFP était légèrement inférieure aux moyennes conventionnelles enregistrées dans cette région (Nazarko et coll., 2003). Toujours au Manitoba, la performance du système PFP a été mesurée sur différentes rotations incluant
19 du blé de 2000 à 2004 (Schoofs et coll., 2005). Les auteurs ont affirmé que le fait de ne pas appliquer d’herbicides durant certaines années n’a pas affecté négativement la productivité de la culture suivante.
À la lumière de ces résultats, il demeure difficile de prédire l’efficacité d’un système par rapport à un autre pour les conditions pédoclimatiques du Québec. Il semble néanmoins que les systèmes biologiques ou sans intrants chimiques dans la culture du blé influencent négativement le rendement de ce dernier. Les principaux éléments explicatifs de cette diminution sont la pression élevée des mauvaises herbes et la fertilisation. À long terme toutefois, certaines études laissent croire que les pertes de rendement deviendraient moins substantielles et seraient compensées par les économies réalisées sur les intrants.
2.2.2 Effet du système de production sur certains paramètres
agronomiques et sur les qualités du grain
Le choix d’un système de production par rapport à un autre peut affecter la croissance du blé et entraîner ultimement une variation de certains paramètres agronomiques et de qualité des grains, comme le nombre d’épis par mètre carré, le poids à l’hectolitre, le poids de 1000 grains (Carcea et coll. 2006), la teneur en protéines et les qualités boulangères (Casagrande et coll., 2009).
2.2.2.1 Nombre d’épis par mètre carré, poids à l’hectolitre et poids de 1000 grains
En Croatie, un système de production dit plus intensif (travail de sol plus profond, fertilisation et application de produits phytosanitaires plus importantes) ainsi qu’un système dit plus extensif ont été étudiés (Varga et coll., 2001; Varga et coll., 2003). Entre 1996 et 1998, le poids à l’hectolitre du blé d’hiver a été plus élevé dans le système intensif (790 versus 785 kg m-3), mais le poids de 1000 grains a diminué de 6 % comparativement au
système extensif (Varga et coll., 2001). Selon les auteurs, le blé produit dans le système plus intensif aurait produit un plus grand nombre de grains par épi ce qui aurait entraîné une diminution du poids de ceux-ci. Toujours selon cette étude, la production d’épis a été
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significativement plus élevée dans le système intensif (680 épis m-2) comparativement au système extensif (582 épis m-2) (Varga et coll., 2001). Entre 1999 et 2000, le poids à l’hectolitre a augmenté de 1,9 % dans le système intensif alors que le poids de 1000 grains est demeuré comparable entre les deux systèmes (Varga et coll., 2003). En République Tchèque, le poids de 1000 grains a augmenté de 10 % dans le système biologique (44,4 g) comparativement à la moyenne des trois niveaux d’intrants du système conventionnel (40,2 g) (Váňová et coll., 2008). En Alberta, le poids à l’hectolitre du blé a diminué significativement sous un système de production biologique (77 kg hl-1) comparativement à
un système de production conventionnel (78 kg hl-1) (Mason et coll., 2007a). Les auteurs
expliquent ce résultat par la pression plus élevée des mauvaises herbes en régie biologique qui viendrait créer une compétition accrue pour l’eau et les éléments nutritifs, mais ce lien n’est pas clairement défini. Le système de production n’a cependant pas eu d’effet sur le poids à l’hectolitre ni sur le poids de 1000 grains en Italie et en Suisse (Carcea et coll., 2006; Mäder et coll., 2007).
2.2.2.2 Teneur en protéines et indice de chute
En République Tchèque, la teneur en protéines a été significativement plus faible dans le système biologique (11,5 %) comparativement au niveau faible (13,1 %), modéré (13,5 %) et élevé (14,1 %) d’intensité d’intrants du système de production conventionnel (Váňová et coll., 2008). Les auteurs associent ces résultats à la différence évidente de fertilisation azotée entre les quatre systèmes. En effet, un accroissement de la fertilisation azotée entraîne généralement une augmentation de la teneur en protéines (Satorre et Slafer, 1999; Ames et coll., 2003). Or, les systèmes de production biologiques et sans intrants chimiques ne permettent pas l’application d’azote sous forme d’engrais minéral, mais uniquement sous forme d’engrais organique. Rossi et coll. (2006) ont établi que la source d’azote utilisée en production biologique entraînait effectivement une variation de la teneur en protéines. Dans cette étude, elle a diminué de 17 % dans les échantillons de blé biologique comparativement aux échantillons de blé conventionnel. En Espagne, la teneur en protéines brutes mesurées sur des échantillons de plants entiers de blé broyés a été inférieure dans le
21 système biologique (5,2 %) par rapport au système conventionnel (6,7 %) (Tejido et coll., 2011). Les auteurs attribuent également cette diminution à une déficience de la fertilisation azotée. Une autre étude réalisée en Italie avec six cultivars de blé de printemps a démontré que la teneur en protéines a subi en moyenne une réduction de 12 % dans un système de production biologique en comparaison avec un système conventionnel (Carcea et coll., 2006). En Croatie, le contenu en protéines mesuré dans un système intensif (11,6 %) a augmenté de 16,9 % par rapport au contenu mesuré dans un système extensif (9,9 %) (Varga et coll., 2003).
À l’inverse, les travaux d’Annett et coll. (2007) en Alberta ont démontré que la teneur en protéines du blé était supérieure sous un système de production biologique (16,2 %) comparativement à un système conventionnel (14,9 %). Les auteurs ont expliqué cette hausse par le rendement en grains du blé biologique qui était inférieur au rendement du blé conventionnel, ce qui a pu mener à une concentration accrue des protéines dans les grains. Kihlberg et coll. (2004) partagent ces conclusions dans une étude réalisée en Suède. La relation inverse entre le rendement et la teneur en protéines chez le blé a également été rapportée par Carr et coll. (2003a). Selon Kibite et Evans (1984), elle est expliquée par différents stress environnementaux (manque de précipitations, semis tardif, pression élevée de mauvaises herbes, etc.) qui peuvent affecter la croissance de la céréale et causer une dilution des protéines par d’autres composés non protéiques. Jenner et coll. (1991) affirment quant à eux que les stress environnementaux viendraient raccourcir la durée de dépôt de l’amidon dans le grain de blé, ce qui aurait pour effet d’augmenter le ratio de protéines par rapport à l’amidon et viendrait expliquer la plus haute teneur en protéines en régie biologique. D’autres recherches menées sur le blé de printemps en Australie et en Alberta n’ont pas noté de variation de la teneur en protéines entre les deux systèmes de production (Ryan et coll., 2004; Mason et coll., 2007a). Il est cependant important de considérer la longévité des systèmes de production dans l’analyse des résultats publiés dans la littérature. Par exemple, en Suisse, des systèmes implantés depuis plus de 21 ans n’ont pas eu d’effet sur la teneur en protéines dans une étude menée par Mäder et coll. (2007).
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Ces résultats suggèrent qu’à long terme le système biologique est aussi viable pour la culture du blé que le système conventionnel.
L’indice de chute n’a quant à lui pas varié selon le système de production en Italie et en Alberta (Carcea et coll., 2006; Annett et coll 2007). Il a par contre augmenté de 7,8 % dans un système intensif comparativement à un système plus extensif utilisant moins d’intrants en Croatie (Varga et coll., 2003).
Une étude parue France en 2009 fait état des différents facteurs qui expliquent la variabilité de la teneur en protéines du blé biologique (Casagrande et coll., 2009). Les auteurs ont collecté des données sur 51 champs de blé d’hiver répartis sur 25 fermes biologiques de la région Rhône-Alpes. Les trois principaux facteurs retenus en ordre d’importance sont : le cultivar en lien avec ses qualités panifiables, le contenu en azote de la plante au stade floraison et la densité des mauvaises herbes au stade floraison. Cette récente étude, qui comprend un grand éventail de données, vient donc confirmer certains résultats obtenus plus haut comme quoi une amélioration des pratiques de fertilisation et le choix judicieux du cultivar en régie biologique permettraient de conserver de bonnes teneurs en protéines.
2.2.3 Effet du système de production sur la pression des mauvaises herbes
Contrairement aux systèmes de production conventionnels, les systèmes biologiques ou sans intrants chimiques ne permettent pas l’application d’herbicides. La lutte contre les mauvaises herbes est donc principalement basée sur le désherbage mécanique ainsi que sur d’autres techniques au champ comme le faux semis, la culture intercalaire, la diminution de l’espacement entre les rangs ou l’augmentation du taux de semis de la culture (Satorre et Slafer, 1999; Kolb et coll., 2012). Malgré l’évolution de ces méthodes de lutte, plusieurs études récentes affirment encore que les mauvaises herbes sont généralement plus abondantes dans les systèmes n’utilisant pas de produits chimiques.Dans le sud-est de l’Australie, le système biologique a montré une densité accrue des mauvaises herbes (2940 kg ha-1) dans une culture de blé comparativement au système
23 similaires ont été observées dans cette même étude au site d’Ardletan en 1992 et 1993. En Suisse, de 9 à 11 espèces de mauvaises herbes ont été répertoriées dans les parcelles biologiques implantées depuis 21 années contre seulement 1 espèce dans les parcelles conventionnelles (Mäder et coll., 2002). Koocheki et coll. (2009) ont quant à eux étudié l’impact de cinq systèmes culturaux et de trois rotations différentes comprenant du blé d’hiver sur les populations de mauvaises herbes en Iran. Des systèmes avec un niveau d’intrants élevé, modéré et faible ainsi qu’un système biologique et un système dit intégré représentent les cinq techniques culturales utilisées. Dans le système ayant un niveau élevé d’intrants chimiques, la diversité et la densité des mauvaises herbes se sont élevées à 11 espèces avec 66 plants m-2. Dans le système à faible niveau d’intrants et le système
biologique respectivement, les mesures ont atteint 15 et 13 espèces avec 145 et 220 plants m-2. Ces résultats illustrent que l’utilisation d’herbicide a pu permettre une
répression plus efficace des mauvaises herbes que le désherbage mécanique utilisé de façon équivalente dans ces deux derniers systèmes.
Une étude très intéressante portant sur le potentiel de compétition du blé face aux infestations de mauvaises herbes en système biologique a été réalisée au nord de l’Alberta de 2002 à 2004 (Mason et coll., 2007b). Les auteurs ont testé 27 cultivars de blé panifiable qui proviennent de plus de 114 ans d’amélioration génétique au Canada. La biomasse totale des mauvaises herbes a été significativement plus élevée dans le système biologique (134 g m-2) que dans le système conventionnel (1,4 g m-2). Des enjeux-clés ont néanmoins
été ciblés pour maximiser les rendements et réduire la pression exercée par les mauvaises herbes en production biologique, tel qu’une floraison et une maturité hâtives du blé aidées par des conditions environnementales favorables en début de saison de croissance. Des plants de blés vigoureux, hauts et qui tallent beaucoup ont également été cités par les auteurs comme étant des facteurs déterminants. Annett et coll. (2007) partagent ces conclusions dans une étude menée en Alberta. Selon eux, le semis plus tardif du blé biologique dans le but de permettre certaines opérations supplémentaires de désherbage au printemps a créé une pression accrue des mauvaises herbes à l’automne comparativement au blé conventionnel qui a été récolté près de trois semaines plus tôt. Les données de
