Atelier 2 - Les technologies au service de la nutrition des plantes : Les technologies pour estimer l'état nutritionnel des plantes : de la feuille à la parcelle

Technologies pour estimer l'état nutritionnel des plantes :
de la feuille à la parcelle
B. Tisseyre
UMR ITAP, Montpellier SupAgro/Cemagref, France

Atelier : les technologies au service de la
nutrition des plantes

Journée Qu@liméditerranée 16 Novembre 2012

Plan

Introduction
Les Enjeux
Les différentes techniques
Techniques de base
Techniques directes
Techniques indirectes
L’intégration
Perspectives


Introduction
Estimation de l’état nutritionnel
Tous les éléments nécessaires : croissance et développement

CO2
O2

H2O

N, P, K : éléments principaux, (besoins plusieurs kg/ha)


Introduction

CO2
O2

H2O

Ca, Mg, S : Eléments secondaires, (besoins 100 aines de g/ha)


Introduction

CO2
O2

H2O

Ca, Mg, S : Eléments secondaires, (besoins 100 aines de g/ha)
B, Fe, Cu, Mn,…Oligo-éléments, (besoins quelques g/ha)

L’enjeu de l’azote
Technologies opérationnelles pour estimer l’état nutritionnel
Toutes référent au statut azoté
- Enjeux de productivité
Un des plus importants facteurs de production des grandes cultures,

Sources : Comifer

En kg d’élément fertilisant/ha

Sources : UNIFA-fertilizers Europe (2011)

- Enjeux de maîtrise de la qualité
La teneur en azote ou en protéines des récoltes

Sources : Comifer

- Enjeux de qualité de l’eau et de l’air
Une forme dissoute mobile, (NO3-) sujette à lixiviation, Directive européenne*
sur le nitrate vise à limiter la teneur en nitrate dans les nappes. (NH3 :
ammoniac) est volatile et vient contaminer l’atmosphère.

* Directive n° 91/676/CEE du 12/12/91 concernant la protection des eaux contre la pollution par les nitrates à
partir de sources agricoles.


- Enjeux économique et énergétique
Production de 1kg d’amonitrate = 2 litre de fuel (synthèse à partir du gaz
naturel). 50 % de l’intrant énergétique en agriculture. Un prix indexé sur le
pétrole.


- Enjeux économique et énergétique

Estimer l’état nutritionnel azoté est un grand enjeux
- Apporter la bonne dose, au bon moment


Les Bases des techniques

- Un fractionnement des apports

Source : Comifer


Besoins en outils spécifiques pour mesurer l’état nutritionnel

Etat nutritionnel
Mesure de l’état
estimé par bilan
nutritionnel
(Comifer)

Source : Comifer

Techniques issues de l’agriculture de précision intéressantes pour
améliorer la résolution spatiale du bilan :

- Sol (profondeur, texture) pour estimer la minéralisation ou
les reliquats.
Techniques géophysiques (ERa, ECa)
(Géocarta, Défisol)

- Azote absorbé et restitué par la culture par estimation de la
biomasse entrée et sortie hiver.
(Farmstar, Colza)

0,2 kg/m² 0,4 kg/m² 1 kg/m²

Les techniques directes
Ces techniques consistent à mesurer l’azote dans la plante :
- Prélever un échantillon,
- Extraire le jus cet échantillon (base des tiges, pétiole) par pression,
- Doser l’azote présent dans le jus afin d’en déduire son état nutritionnel
par rapport à un état de référence à la date t ; Indice de nutrition azoté
INN (Lemaire et Gastal, 1997).

Exemples :
- Jubil®, Inra/Arvalis (blé, blé dur, orge, pdt, maïs),
- Ramses ®, Invivo (blé, blé dur, orge),
- PILazo ®, Ctifl ( Carotte, melon, fraisier, pdt primeur, tomate, aubergine),


Ces techniques consistent à l’azote dans la plante :
- Prélever un échantillon,
- Extraire le jus cet échantillon (base des tiges, pétiole) par pression,
- Doser l’azote présent dans le jus afin d’en déduire son état nutritionnel
(par rapport à un état de référence).

Exemples :
- Jubil®, Inra/Arvalis (blé, blé dur, orge, pdt, maïs),
- Ramses ®, Invivo (blé, blé dur, orge),
- PILazo ®, Ctifl ( Carotte, melon, fraisier, pdt primeur, tomate, aubergine),

Principe reposant sur mesure de
bandelettes colorimétriques
900 € HT
4 €/ha
Sources : Nitralab RQFFlex


Adoption : ?? (quelques 100 aines de milliers d’ha)

Intérêts :
- Méthode sensible,
- Assez Spécifique ,
- Réunion de sensibilisation (au silo),
- Peu coûteuse (4 €/ha),

Inconvénients :
- Fidélité (sensible à l’échantillonneur),
- Lourdeur de la préparation de l’échantillon,
- Méthodes destructives,
- Représentativité et résolution spatiale (60 tiges/pétioles),


Les techniques indirectes
Méthodes basées sur les propriétés optiques des feuilles

Azote : constituant principal de la
chlorophylle a et b

Sources : wikipédia



Azote : constituant principal de la
chlorophylle a et b


Mesure par Réflectance

Mesure par transmittance

Mesure par fluorescence
Sources : Force A


Source : wikipédia

Source : Feret, 2009

Elaboration d’indice à partir de :
- 2 : constant pour une variété considérée (structure)
- 1 : variable en fonction chla, chlb  azote

Source : Feret, 2009

Mesures par transmittance :
- sur le limbe ou le pétiole,
- Appareil à pince (transmittance),
- continuité des méthodes basées sur le jus de tige,
Exemples :
- N tester®, Yara, Arvalis (blé, blé dur, orge, pdt, maïs), (650/950 nm)
- SPAD®, Invivo, Konika, Minolta (blé, blé dur, orge, riz), (650/940 nm)

(4 €/ha),
Env : 1500-2000 €
Source : Yara Source : Minolta

Méthodes basées sur la transmittance

Adoption : ?? (env. 2000 appareils en France)

Intérêts similaires à méthodes directes:
- Similaires à méthodes directes,
- Non destructive

Inconvénients :
- Similaires méthodes directes,
- Représentativité (intra-feuille) et résolution spatiale (30
feuilles/parcelles),


Méthodes basées sur la réflectance
- Proxidétection
- Télédétection


- Proxidétection

- Mesures à quelques cm du couvert végétal,

- Une difficulté, la réflectance est sensible aux conditions
d’acquisition,

- Ces méthodes fonctionnent généralement en relatif par
comparaison d’une bande sur fertilisée (30 m), ou d’une
référence autre avec le reste de la parcelle.
- Calcul d’un indice INN « local ».


- Proxidétection
Exemples :
- GPN Pilot®, GPN Agriculture (blé, blé dur, orge) (env. 3000 €),
- GreenSeeker®, Trimble, (blé, blé dur, orge, mais, coton), (5000 €),
- N Sensor ®, Yara, (blé, blé dur, orge) (18000 €)
- Satscan ™, Satplan + Greenseeker (blé, orge) (20000€)

Source : N tech/Trimble

Source : GPN agriculture Source : Yara
Source : Satplan

Méthodes basées sur la réflectance (Proxidétection)

Adoption : pour N sensor env. 1500 appareils en Allemagne, 500 en GB,
150 en France, Danemark, Ukraine.

Intérêts :
- Assez Spécifique (confusion possible avec Chlorose)
- Rend la modulation possible,

Inconvénients :
- Sensibilité à la variation de biomasse, sol nu, adventices
- Fidélité (sensible à l’échantillonneur),
- Lourdeur de la bande de référence à mettre en œuvre,
- Représentativité variable,


- Télédétection (satellite)

- Corrections radiométriques,
- Sensibilité à la variabilité de la biomasse,

Deux approches :

- Approches relatives (INN local) basée sur parcelles de
référence et/ou observations locales (Farmsat®, SoilSense®
Geosys)

- Inversion de modèle biophysique => estimation de la
biomasse au sol et de la teneur en chlorophylle (Farmstar ®,
Astrium).


- Télédétection (drone, avion, satellite)
Exemples :
- Farmsat®, Géosys (blé, blé dur, orge) (env. 10 €/ha),
- Farmstar®, Astrium, Arvalis, Cetiom, (blé, orge, colza), (10 €/ha),

Sources : Astrium Sources : Géosys


Méthodes basées sur la réflectance (Proxidétection)

Adoption : 600 000 ha (farmstar, France), ?? (Farmsat) avec un marché
international

Intérêts :
- Exhaustivité spatiale (fonction de la résolution de l’image),
- Conseil associé (mode de distribution),
- Non destructive,
- Rend la modulation possible,

Inconvénients :
- Spécificité,
- Coût, abonnement,
- Délai (zones septentrionnales)


Méthodes basées sur la fluorescence (Proxidétection)

Principe
- Excitation de la chlorophylle (UV),
- Détection émission chlorophyllienne
(630-800 nm),

Sources : Force A


Méthodes basées sur la fluorescence (Proxidétection)

Exemples :
- Dualex ®, Force-A (5800 €)
- Multiplex ®, Force-A (27 900 €)

Mesure du NBI (Nutritional balance index)
- Métabolite primaire : Chlorophylle,
- Métabolite secondaire : Flavonols,

Sources : Force-A


Des techniques intégrées
Distributeurs

Sociétés privées Instituts techniques
(Yara, GPN, Astrium, etc.) Elaboration d’outils Associations
Seuls ou en collaboration (Arvalis, CTIFL, Comifer, etc.)

Prescripteurs
Coopératives, Chambres
d’agriculture, conseil. Distribution, Conseil,
Utilisation, assistance Information,
technique, etc. avertissement, etc.

Agriculteurs

Perspectives
- Méthodes directes (dosage chimique de pétiole)
- teneur en K, Mg, Ca, Fe, etc. de pétioles,
- identification de carences ou d’évolution moyen terme,
- enjeux : références adaptées


Perspectives
- enjeux : référénces adaptées

- Spectrométrie/ Imagerie hyperspectrale
- teneur en K de feuilles d’oranger en laboratoire (Menasetti et al. 2010),
- déficience en K de feuilles d’oliviers au champs (Gomez-Casero et al., 2007),
- niveaux de P et K sur des prairies (Kawamura et al., 2011),
- identification de signatures spécifiques dans le moyen infra-rouge (Jaquemoud, 2011)


Perspectives
- enjeux : référénces adaptées

- Spectrométrie/ Imagerie hyperspectrale
- teneur en K de feuilles d’oranger en laboratoire (Menasetti et al. 2010),
- déficience en K de feuilles d’oliviers au champs (Gomez-Casero et al., 2007),
- niveaux de P et K sur des prairies (Kawamura et al., 2011),
- identification de signatures spécifiques dans le moyen infra-rouge (Jaquemoud, 2011)

- Spectrométrie d’impédance
- état général de stress sur plante ornementale (Azzarello et al. , 2006),
- état général de stress sur tomate sous serre (Tomkiewicz et al., 2007),


Conclusion

- Grande diversité d’outils opérationnels pour estimer l’état
nutrionnel azoté,

- Une application limitée… 3éme apport d’azote,

- Méthodes spécifiques restent destructives (analyses chimiques),

- Développement de méthodes non destructives mais pour un état
de stress général et non spécifique d’un élément.


Merci



Sources : Comifer

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