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De l’éclairage artificiel à la rétention des nutriments : techniques pour
accroître le rendement
Forum sur la recherche et l’innovation en serriculture — 2013 —
Steeve PepinCentre de recherche en horticulture
Département des sols et de génie agroalimentaire
– Survol des principaux projets @ ULaval
– Éclairage artificiel
• 3 rangs vs. 4 rangs• Luminaires DEL dans le couvert végétal
– Amendement en biochar des sols biologiques
– Marais filtrants pour traiter les effluents
• Recirculation de l’eau traitée
Plan de la présentation
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Développement de nouveaux biofongicides à base d’extraits de
plantes
Nicole Benhamou
Professeure
Centre de recherche en horticulture
Université Laval
TÉMOINTÉMOIN BIOFONGICIDEBIOFONGICIDE
Blanc du concombreBlanc du concombre
PHYTOPROTECTION
‣ Impact de différentes bactéries sur le développement d’une maladie causée par Xanthomonas chez la laitue
‣ Exploitation des propriétés anti-bactériennes de différents sels pour lutter contre les pourritures à Pseudomonas chez la laitue
‣ Impact de la silice sur la croissance des plants de soja et la diminution de maladie comme Phytophtora
Prof. RichardBélanger
Prof. RussellTweddell
PHYTOPROTECTION
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‣ Développement d’un biochar de qualité et favorable à l’établissement d’une microflore bénéfique chez la tomate et le poivron cultivés en serres
BIOCHAR & MICROFLORE
Prof. Hani Antoun Vicky Lévesque
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1. Sa capacité à retenir et à améliorer l’efficacité des engrais
2. Son potentiel de niche écologique pour les microorganismes utiles
3. Son action bénéfique sur la croissance de la plante
Comprendre comment les propriétés physicochimiques d’un biochar
affectent :
Objectif de l’étude :
4
‣ Essais d’absorption des sels par les plantes aquatiques pour la conception d’un MÉCA (marais épurateur construit adapté)
MARAIS ÉPURATEUR
Prof. Rosa Galvez
‣ Optimisation des méthodes d’irrigation dans les productions de fraises et canneberges
IRRIGATION DE LA FRAISEP
ho
to:
Mar
c R
obita
ille
Prof. Jean Caron
Axe de rechercheComprendre comment réagissent la canneberge et la fraise lors de changements apportés à trois des principaux paramètres du sol (potentiel matriciel, aération et conductivité électrique) associés à l’irrigation dans le but d’en accroître la productivité.
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Optimisation de la distribution de la lumière pour une culture biologique de tomates de
serre sous éclairage artificiel
Espacement de 3 rangsSurface de culture = 79,4 m2/rang
Espacement de 4 rangsSurface de culture = 59,5 m2/rang
Rendement en fruits vendables après 29 semaines de production
0
5
10
15
20
25
30
1 nov 1 déc 1 jan 1 fév 1 mars 1 avr 1 mai 1 juin 1 juil 1 août
Biologique, 3 rangsBiologique, 4 rangsConventionnel, 3 rangsConventionnel, 4 rangs
Date de récolte
Ren
dem
ent
cum
ula
tif (
kg m
–2)
25,4124,95
22,3023,08
6
Qualité des tomates récoltées
Paramètres de qualité des fruits
biologique conventionnel15 mars
201119 avril 2011
15 mars 2011
19 avril 2011
Sucres solubles (%) 3,2(± 0,1)
3,8(± 0,3)
4,6(± 0,5)
4,8(± 0,4)
CE (mS cm–1) 5,1(± 0,4)
4,7(± 0,3)
4,5(± 0,4)
4,8(± 0,3)
Lycopène (mg kg–1) 37,8(± 1,7)
41,3(± 2,4)
43,9(± 4,1)
48,9(± 4,2)
Acidité titrable (%) 0,40(± 0,03)
0,38(± 0,01)
0,40(± 0,04)
0,42(± 0,02)
Antioxydants (TEAC) 1,0(± 0,1)
1,4(± 0,2)
1,5(± 0,2)
1,7(± 0,6)
EN RÉSUMÉ
• Espacement à 3 rangs = lumière artificiellemieux distribuée à l’intérieur du couvertvégétal, mais aucune différence significative decroissance entre traitements.
• Système de culture bio = augmentation durendement & légère diminution de la qualitéinterne des tomates, laquelle peut êtreaméliorée en ajustant les conditions decroissance.
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Éclairage artificiel DEL à l’intérieur du couvert végétal pour accroître la croissance,
le rendement et la qualité des fruits
• Luminaires DEL (3D) d’une longueur de 5 mètres • PPFD ~50 µmol m–2 s–1 à une distance de 30 cm• Spectre : R = 72%; B = 7%; Blanc = 14%; IRproche = 6%• Positionnés à ~40 cm au-dessus des bacs
Intensité et qualité de la lumière
97 cm
77 cm
60 cm
51 cm
53 cm
65 cm
84 cm
105 cm
50 cm
Spectromètre & fibreoptique (400 μm) etcorrecteur cosinus
DELTémoinÀ l’extérieur du rang
0
2
4
µmol m
‐2s‐1
incident
0
2
4
µmol m
‐2s‐1
77 cm
0
2
4
µmol m
‐2s‐1
51 cm
0
2
4
µmol m
‐2s‐1
65 cm
0
2
4
350 500 650 800
µmol m
‐2s‐1
105 cm
0
2
4
µmol m
‐2s‐1
incident
0
2
4
µmol m
‐2s‐1
77 cm
0
2
4
µmol m
‐2s‐1
51 cm
0
2
4
µmol m
‐2s‐1
65 cm
0
2
4
350 500 650 800
µmol m
‐2s‐1
105 cm
Longueur d’ondes (nm)
8
Intensité et qualité de la lumière
DEL Témoin
À l’intérieur du rang
Longueur d’ondes (nm)
0
2
4
µmol m
‐2s‐1
incident
0
2
4
µmol m
‐2s‐1
59 cm
0
2
4
µmol m
‐2s‐1
13 cm
0
2
4
µmol m
‐2s‐1
43 cm
0
2
4
350 500 650 800
µmol m
‐2s‐1
93 cm
0
2
4
µmol m
‐2s‐1
incident
0
2
4
µmol m
‐2s‐1
59 cm
0
2
4
µmol m
‐2s‐1
13 cm
0
2
4
µmol m
‐2s‐1
43 cm
0
2
4
350 500 650 800
µmol m
‐2s‐1
93 cm
10 cm
84 cm
59 cm
34 cm
13 cm
20 cm
43 cm
68 cm
93 cm
Capacité photosynthétique des feuilles
Fin octobre 2012
~4
~8
0
5
10
15
20
0 500 1000 1500 2000
Témoin 5e feuille 30 cm au-dessus (DELs) Hauteur des DELs 30 cm sous les DELs
Pho
tosy
nthè
se n
ette
(m
ol m
–2 s
–1 )
PPFD (mol m–2 s–1)
0
5
10
15
20
0 500 1000 1500 2000
Luminaire DEL
Pho
tosy
nthè
se n
ette
(m
ol m
–2 s
–1 )
PPFD (mol m–2 s–1)
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Capacité photosynthétique des feuilles
Fin novembre 2012
~5
~10
0
5
10
15
20
25
0 500 1000 1500 2000
Témoin 5e feuille 30 cm au-dessus Hauteur des DELs 30 cm sous
Ph
oto
syn
thè
se n
ette
(m
ol m
–2 s
–1)
PPFD (mol m–2 s–1)
0
5
10
15
20
25
0 500 1000 1500 2000
Luminaire DEL
Ph
oto
syn
thè
se n
ette
(m
ol m
–2 s
–1)
PPFD (mol m–2 s–1)
RENDEMENT EN FRUITS
0
1
2
3
4
5
6
18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
Éclairage DELTémoin
Ren
dem
ent c
umul
atif
(kg
/pla
nt)
Semaine
10
COMPOSITION PHYTOCHIMIQUEDES FRUITS
Con
cent
ratio
n (m
g /1
00 g
MS
)
COMPOSITION PHYTOCHIMIQUEDES FRUITS
Exposition limitée des fruits aux luminaires DEL durant leur développement Luminaires DEL à la verticale
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Effet de l’amendement en biochar des sols biologiques : rétention des nutriments, activité
biologique et phytopathogènes
Objectifs : 1)Évaluer la rétention des éléments nutritifs (bilan)
2)Évaluer l’activité microbienne des sols biologiques
3)Mesurer les émissions de gaz à effet de serre
4)Développer un modèle de fertilisation durable pour la tomate de serre biologique (analyse des données compositionnelles : Léon-Étienne Parent)
Dispositif expérimentalParcelle principale : • 10% biochar (v/v)• 0% biochar (témoin) Sous-parcelle : 6 types de solFertilisation (amendement) : • 4 semaines (durant 3 mois)• 2 semaines (durant 3 mois)
Culture de tomate (cv. Trust) mise en place en mars 2013
– Mesures de croissance et rendement– Analyses minérales (solution du sol: Dionex; sol: Mehlich-3, KCl)– Effluents (volume quotidien, analyses minérales, TOC)– Respiration du sol (flux de CO2)– Émissions de GES (P. Rochette, AAC)– Abondance des vers de terre– Activité microbienne (FDA, fluorescéine diacétate)
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Rendement en fruits(20 mai au 26 août 2013)
0
2
4
6
8
10
Solsableux
sciuretourbe
compost
Tourbecompost
Loamsableux
Loam Terrenoire
Témoin
10% biochar (v/v)
Ren
dem
ent (
kg p
ar p
lant
)
Respiration du sol(juin à octobre 2013)
0
10
20
30
40
50
Solsableux
Sciuretourbe
compost
Tourbecompost
Loamsableux
Loam Terrenoire
Témoin
10% biochar (v/v)
Flu
x de
CO
2 (
mol
m–2
s–1
)
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Marais filtrants artificiels (MFA) pour réduire l’impact environnemental des cultures
horticolesObjectifs :
1.Évaluer l’effet du biochar sur :
• Diversité et l’activité des microorganismes dans MFA• Réduction des agents pathogènes par les MFA• Efficacité des MFA à réduire les pesticides (effluents)
2. Évaluer l’effet d’utiliser l’eau traitée par les MFA sur :
• Croissance des plantes• Répression des agents phytopathogènes• Diversité microbienne de la rhizosphère (culture: tomate)
Marais avec gravier vs. sable
• Témoin• 15% biochar (v/v)• Filtre de biochar
Effet du biochar sur l’activité des microorganismes
MFA
Gènes Fonction
amoA NH4+ monooxygénase : nitrification
nirK/nirS NO2– réductases : dénitrification
nosZ N2O réductase : dénitrification
nifH Nitrogénase : fixation symbiotique de N2
NosZ
N2O N2
14
QPCR du gène NosZ
0
1
2
3
4
5
ST GT SB GB SF GF
No
mb
re d
e co
pie
s
(x 1
06 )
REMERCIEMENTS
Équipe de recherche : Martine Dorais, Claudine Ménard, Élisabeth Fortier, Réjean Bacon, Sara Laurin-Lanctôt, Selmene Ouertani, Hajar Khedid et de nombreux auxiliaires
Financement : Ministère de l’Agriculture, des Pêcheries et de l’Alimentation du Québec (InnovBio, PSIA), Agriculture et Agroalimentaire Canada, et la grappe scientifique biologique du Canada