Maïs : plus de rendement, moins d’azote
Ou progresser avec la recherche d’intérêt public
Dans le numéro de septembre-octobre 2017 de la revue Agronomy Journal paraissait une vaste étude portant sur la fertilisation azotée du maïs (Kitchen et al, 2017). Au cours de cette collaboration de trois ans (2014-2016) entre huit universités d’état et la compagnie DuPont Pioneer, 49 essais ont été mis en place à raison de 2 essais par année dans chaque état (Iowa, Illinois, Indiana, Minnesota, Missouri, Dakota du Nord, Nebraska et Wisconsin). Parmi les nombreux atouts de ce projet, mentionnons :
Les auteurs prévoient publier plusieurs autres articles pour arriver à présenter tous les résultats et constats significatifs attendus, dont un à venir sur l’évaluation des outils de prédiction de la dose économique optimale (DÉO). Ce premier volet se concentre davantage sur la méthodologie et le contexte, mais rapporte aussi quelques résultats importants. La DÉO moyenne a été de 169 kg N/ha pour les traitements tout au semis, et de 159 kg N/ha pour les applications fractionnées, variant de 0 (6 essais) à 315 kg N/ha (4 essais). Les rendements obtenus à ces DÉO ont été de 13,2 t/ha pour tout-au-semis et 13,5 t/ha pour le fractionnement. Étant donné la disparité des zones climatiques représentées, on a dû utiliser des hybrides différents et adaptés pour éviter de pénaliser des essais.
AZOTE ET HYBRIDE
L’hybride utilisé n’est en effet pas un facteur important à considérer dans l’élaboration de la recommandation d’azote. On considère en pratique que les hybrides offerts sur le marché répondent à l’azote de façon similaire. Dans la littérature scientifique, si certaines études rapportent une interaction significative [Hybride X N] pour le rendement (Cox et Cherney, 2012; Tsai et Huber, 1996), ce n’est pas le cas dans la majorité d’entre elles (Albus et Moraghan, 1995; Gardner et al, 1990; Jeschke et DeBruin, 2016; Sabata et Mason, 1992; Tollenaar et al, 1997).
Plusieurs chercheurs ont toutefois démontré, suite à des comparaisons d’hybrides développés à des époques différentes, qu’il y a eu une amélioration de l’efficacité de l’utilisation de l’azote au fil des décennies.
UN CONTEXTE D’ACCROISSEMENT DE LA PRODUCTIVITÉ
Depuis les années 1980, le rendement moyen de maïs a augmenté à un taux relativement stable de 120 à 140 kg/ha/an, au Québec comme ailleurs en Amérique du Nord (Ciampitti et Vyn, 2012; Jayasundara et al, 2014; Lavoie et al, 2018; Statistiques Canada, 2018; USDA, 2018). Se situant à 9,8 t/ha, le rendement moyen québécois est comparable à celui de l’Ontario (10,2 t/ha) et de la Corn Belt (10,8 t/ha) pour la période 2014-2016 (Lavoie et al, 2018), mais encore bien inférieur au rendement maximum potentiel de 24 t/ha obtenu de façon relativement stable depuis 1970 dans des champs où les facteurs environnementaux et de régie étaient optimisés (Ciampitti et Vyn, 2012; Polito et Voss, 1991).
On estime que la progression du rendement moyen repose pour 40 % sur le perfectionnement des pratiques culturales et pour 60 % sur la génétique (Baligar et al, 2001; Haegele et al, 2003; Woli et al, 2016). Parmi les facteurs culturaux, notons (Baligar et al, 2001; Mueller et Vyn, 2016; Robles et al, 2012) :
La contribution de l’amélioration génétique s’est quant à elle réalisée par (Ciampitti et Vyn, 2012; Cox et Cherney, 2012, Haegele et al, 2013; McCullough et al, 1994a,b; Tollenaar et al, 1997) :
DES HYBRIDES PLUS EFFICACES À UTILISER L’AZOTE
La progression du rendement moyen s’est poursuivie alors que la dose N/ha moyenne n’a pas changé (Haegele et al, 2013; Sawyer et al, 2006), ce qui démontre une amélioration de l’efficacité de l’utilisation de l’azote chez les hybrides modernes (DeBruin et al, 2017; Woli et al, 2016). Durant les 30 dernières années aux États-Unis, l’application N sous forme minérale est demeurée stable à 145 kgN/ha, pendant que le rendement moyen enregistrait une croissance annuelle de 120 kg/ha/an (Jayasundara et al, 2014).
Une étude de long terme sur du maïs irrigué au Kansas rapporte que la dose économique optimale, bien que variable d’une saison à l’autre, est demeurée dans la fourchette 170 à 180 kg N/ha pour toute la période 1961-2010 (Schlegel et Havlin, 2017).
L’efficacité de l’utilisation de l’azote (Nitrogen utilization efficiency - ou NUE) est généralement exprimée par le rapport entre la variation de rendement (de la parcelle fertilisée – parcelle à 0 N) divisée par la quantité d’azote appliquée. Lorsqu’il y a plusieurs doses permettant l’élaboration d’une relation mathématique, la NUE est représentée par la pente de la courbe de réponse (Wit, 1992). Il existe plusieurs autres expressions de l’efficacité N (Tableau 1).
TABLEAU 1. PARAMÈTRES UTILISÉS POUR ESTIMER L’EFFICACITÉ DE L’AZOTE (Adapté de Baligar et al, 2001; Ciampitti et Vyn, 2012)
* L’indice de récolte n’est pas une mesure d’efficacité spécifique à l’azote
En comparant les hybrides développés au cours des 5 dernières décennies (1961-2010), Woli et al (2016) ont observé des augmentations notables dans tous les paramètres d’efficacité de l’azote, sauf pour l’indice de récolte azote. Une méta-analyse de 100 études de partout dans le monde (Ciampitti et Vyn, 2012), regroupant plus de 3000 observations, a permis de comprendre comment s’est matérialisée cette amélioration génétique de l’efficacité de l’utilisation de l’azote des hybrides de maïs au fil des décennies. Ces auteurs ont classé les études en 2 groupes, selon l’année de mise en service des hybrides évalués : 45 études ont ainsi été classées « anciennes » (de 1940 jusqu’à 1990) et 55 classées « nouvelles » (1991 à 2011). Ils ont constaté une nette amélioration de l’efficacité de l’utilisation de l’azote au fil du temps : pour les nouvelles études les plus efficaces, le rendement atteint un plateau de 16 t/ha avec 168 kg N/ha absorbés, contre seulement 13 t/ha avec 181 kg N/ha absorbés pour les meilleures anciennes études. Pour produire plus de grain, les hybrides récemment développés exigent 3,6 g N/plant, contre 4,0 g N/plant pour les anciens. L’amélioration de l’efficacité de l’utilisation de l’azote (NUE) à travers les décennies s’est donc réalisée par une meilleure NIE, c’est-à-dire que les nouveaux hybrides produisent plus de grain pour une même quantité d’azote absorbée, et la différence est plus nette encore à la dose économique optimale plutôt qu’à 0 N.
D’un point de vue morphologique, cette évolution est visible et expliquée par un système racinaire plus développé, plus profond et plus vertical (McCullough et al, 1994b); une surface foliaire plus étendue, une capacité photosynthétique plus durable (Robles et al, 2012), moins de sénescence hâtive (McCullough et al, 1994a) qui permet d’absorber plus d’azote après la floraison (Haegele et al, 2013). Sur ce dernier point, il ne semble pas y avoir de consensus : si Mueller et Vyn (2016) ont observé que plus de 36 % de tout l’azote absorbé pendant la saison de croissance l’est après la floraison chez les nouveaux hybrides, et moins de 30 % dans le cas des anciens hybrides, Woli et al (2016) n’ont pas vu de changement, avec 73 % de l’azote absorbé avant la floraison chez les anciens comme chez les nouveaux hybrides. Cette divergence pourrait être reliée au fait que seulement 10 hybrides (2 par décennie) ont été utilisés dans la 2e étude.
Les adaptations morphologiques du système racinaire, concomitantes au progrès en amélioration génétique pour le rendement, expliquent sans doute en partie pourquoi les nouveaux hybrides démontrent une moins grande dépendance sur les associations mycorhiziennes, autant pour leurs besoins en N (Tollenaar et al, 1997) qu’en P (Liu et al, 2003).
Louis Robert, agr., M.Sc., MAPAQ
Gilles Tremblay, agr., M.Sc., MAPAQ, Médaille de distinction agronomique 2013
Léon-Étienne Parent, agr., Ph.D., professeur émérite, Université Laval, Ordre du Mérite Agronomique 2016
La suite, la semaine prochaine!
Ou progresser avec la recherche d’intérêt public
Dans le numéro de septembre-octobre 2017 de la revue Agronomy Journal paraissait une vaste étude portant sur la fertilisation azotée du maïs (Kitchen et al, 2017). Au cours de cette collaboration de trois ans (2014-2016) entre huit universités d’état et la compagnie DuPont Pioneer, 49 essais ont été mis en place à raison de 2 essais par année dans chaque état (Iowa, Illinois, Indiana, Minnesota, Missouri, Dakota du Nord, Nebraska et Wisconsin). Parmi les nombreux atouts de ce projet, mentionnons :
- Tous les essais ont appliqué rigoureusement le même protocole : mêmes traitements, mêmes sources de N (nitrate d’ammonium 34-0-0) appliquées de la même façon, quatre répétitions, etc.;
- La méthodologie est exposée en détail, occupant seize (16) pages de la publication, dont 6 uniquement pour le protocole;
- Les seize (16) traitements comportaient un témoin sans azote; 7 doses tout au semis de 45 à 315 kg N/ha; 6 doses fractionnées 45 au semis + 45 à 270 kg N/ha au stade V9 (V8 à V10); et deux traitements fractionnés 90 au semis + 90 ou 180 kg N/ha au stade V9;
- Une étendue géographique très vaste : 1,35 M km2;
- Aucun site n’était utilisé plus d’une fois (les parcelles étaient déplacées sur de nouvelles fermes à chaque année).
Les auteurs prévoient publier plusieurs autres articles pour arriver à présenter tous les résultats et constats significatifs attendus, dont un à venir sur l’évaluation des outils de prédiction de la dose économique optimale (DÉO). Ce premier volet se concentre davantage sur la méthodologie et le contexte, mais rapporte aussi quelques résultats importants. La DÉO moyenne a été de 169 kg N/ha pour les traitements tout au semis, et de 159 kg N/ha pour les applications fractionnées, variant de 0 (6 essais) à 315 kg N/ha (4 essais). Les rendements obtenus à ces DÉO ont été de 13,2 t/ha pour tout-au-semis et 13,5 t/ha pour le fractionnement. Étant donné la disparité des zones climatiques représentées, on a dû utiliser des hybrides différents et adaptés pour éviter de pénaliser des essais.
AZOTE ET HYBRIDE
L’hybride utilisé n’est en effet pas un facteur important à considérer dans l’élaboration de la recommandation d’azote. On considère en pratique que les hybrides offerts sur le marché répondent à l’azote de façon similaire. Dans la littérature scientifique, si certaines études rapportent une interaction significative [Hybride X N] pour le rendement (Cox et Cherney, 2012; Tsai et Huber, 1996), ce n’est pas le cas dans la majorité d’entre elles (Albus et Moraghan, 1995; Gardner et al, 1990; Jeschke et DeBruin, 2016; Sabata et Mason, 1992; Tollenaar et al, 1997).
Plusieurs chercheurs ont toutefois démontré, suite à des comparaisons d’hybrides développés à des époques différentes, qu’il y a eu une amélioration de l’efficacité de l’utilisation de l’azote au fil des décennies.
UN CONTEXTE D’ACCROISSEMENT DE LA PRODUCTIVITÉ
Depuis les années 1980, le rendement moyen de maïs a augmenté à un taux relativement stable de 120 à 140 kg/ha/an, au Québec comme ailleurs en Amérique du Nord (Ciampitti et Vyn, 2012; Jayasundara et al, 2014; Lavoie et al, 2018; Statistiques Canada, 2018; USDA, 2018). Se situant à 9,8 t/ha, le rendement moyen québécois est comparable à celui de l’Ontario (10,2 t/ha) et de la Corn Belt (10,8 t/ha) pour la période 2014-2016 (Lavoie et al, 2018), mais encore bien inférieur au rendement maximum potentiel de 24 t/ha obtenu de façon relativement stable depuis 1970 dans des champs où les facteurs environnementaux et de régie étaient optimisés (Ciampitti et Vyn, 2012; Polito et Voss, 1991).
On estime que la progression du rendement moyen repose pour 40 % sur le perfectionnement des pratiques culturales et pour 60 % sur la génétique (Baligar et al, 2001; Haegele et al, 2003; Woli et al, 2016). Parmi les facteurs culturaux, notons (Baligar et al, 2001; Mueller et Vyn, 2016; Robles et al, 2012) :
- Augmentation des densités de peuplement
- Semis plus hâtifs
- Perfectionnement des méthodes de travail du sol
- Irrigation (É.-U.).
La contribution de l’amélioration génétique s’est quant à elle réalisée par (Ciampitti et Vyn, 2012; Cox et Cherney, 2012, Haegele et al, 2013; McCullough et al, 1994a,b; Tollenaar et al, 1997) :
- Résistance au stress subi à forte densité de peuplement : moins de tiges stériles, meilleure tenue, augmentation de l’indice de récolte de < 50 % à > 56 % (les hydrates de carbone sont dirigés davantage vers l’épi que vers la biomasse);
- Système racinaire plus développé : modification de l’architecture racinaire (plus verticale et profonde - > 2m) qui permet une augmentation de la biomasse et un accroissement de la capacité à absorber l’eau et l’azote;
- Augmentation de la surface foliaire à plus de 3,5 m2/m2 au stade fin végétatif, ce qui maximise la captation de la radiation solaire, surtout dans les régions à courte saison de croissance;
- Plus grande tolérance aux mauvaises herbes;
- Maintien de la surface foliaire photosynthétique durant la période de remplissage des grains (« staygreen »);
- Meilleure efficacité de l’utilisation de l’azote.
DES HYBRIDES PLUS EFFICACES À UTILISER L’AZOTE
La progression du rendement moyen s’est poursuivie alors que la dose N/ha moyenne n’a pas changé (Haegele et al, 2013; Sawyer et al, 2006), ce qui démontre une amélioration de l’efficacité de l’utilisation de l’azote chez les hybrides modernes (DeBruin et al, 2017; Woli et al, 2016). Durant les 30 dernières années aux États-Unis, l’application N sous forme minérale est demeurée stable à 145 kgN/ha, pendant que le rendement moyen enregistrait une croissance annuelle de 120 kg/ha/an (Jayasundara et al, 2014).
Une étude de long terme sur du maïs irrigué au Kansas rapporte que la dose économique optimale, bien que variable d’une saison à l’autre, est demeurée dans la fourchette 170 à 180 kg N/ha pour toute la période 1961-2010 (Schlegel et Havlin, 2017).
L’efficacité de l’utilisation de l’azote (Nitrogen utilization efficiency - ou NUE) est généralement exprimée par le rapport entre la variation de rendement (de la parcelle fertilisée – parcelle à 0 N) divisée par la quantité d’azote appliquée. Lorsqu’il y a plusieurs doses permettant l’élaboration d’une relation mathématique, la NUE est représentée par la pente de la courbe de réponse (Wit, 1992). Il existe plusieurs autres expressions de l’efficacité N (Tableau 1).
TABLEAU 1. PARAMÈTRES UTILISÉS POUR ESTIMER L’EFFICACITÉ DE L’AZOTE (Adapté de Baligar et al, 2001; Ciampitti et Vyn, 2012)
| Mesure d’efficacité de l’azote | Dénomination anglaise et acronyme | Formule | Valeurs types | |
| Utilisation (globale) | N utilization efficiency | NUE | (rdt fertilisé – rdt témoin) kg N appliqués |
20-25 kg grain /kg N |
| Interne | N internal efficiency | NIE | Rendement kg N absorbés biomasse |
90-95 kg grain /kg N |
| Recouvrement | N recovery efficiency | NRE | N absorbé (avec engrais – témoin) kg N appliqués |
0,35-0,50 kg N /kg N |
| Physiologique | N physiological efficiency | NPE | (rdt fertilisé – rdt témoin) N absorbé (avec engrais – témoin) |
35-65 kg/kg |
| Indice de récolte* | Harvest index | HI | Rendement grain Rendement biomasse |
0,55 |
| Indice de récolte azote | N harvest index | NHI | kg N dans le grain kg N biomasse |
0,60 |
En comparant les hybrides développés au cours des 5 dernières décennies (1961-2010), Woli et al (2016) ont observé des augmentations notables dans tous les paramètres d’efficacité de l’azote, sauf pour l’indice de récolte azote. Une méta-analyse de 100 études de partout dans le monde (Ciampitti et Vyn, 2012), regroupant plus de 3000 observations, a permis de comprendre comment s’est matérialisée cette amélioration génétique de l’efficacité de l’utilisation de l’azote des hybrides de maïs au fil des décennies. Ces auteurs ont classé les études en 2 groupes, selon l’année de mise en service des hybrides évalués : 45 études ont ainsi été classées « anciennes » (de 1940 jusqu’à 1990) et 55 classées « nouvelles » (1991 à 2011). Ils ont constaté une nette amélioration de l’efficacité de l’utilisation de l’azote au fil du temps : pour les nouvelles études les plus efficaces, le rendement atteint un plateau de 16 t/ha avec 168 kg N/ha absorbés, contre seulement 13 t/ha avec 181 kg N/ha absorbés pour les meilleures anciennes études. Pour produire plus de grain, les hybrides récemment développés exigent 3,6 g N/plant, contre 4,0 g N/plant pour les anciens. L’amélioration de l’efficacité de l’utilisation de l’azote (NUE) à travers les décennies s’est donc réalisée par une meilleure NIE, c’est-à-dire que les nouveaux hybrides produisent plus de grain pour une même quantité d’azote absorbée, et la différence est plus nette encore à la dose économique optimale plutôt qu’à 0 N.
D’un point de vue morphologique, cette évolution est visible et expliquée par un système racinaire plus développé, plus profond et plus vertical (McCullough et al, 1994b); une surface foliaire plus étendue, une capacité photosynthétique plus durable (Robles et al, 2012), moins de sénescence hâtive (McCullough et al, 1994a) qui permet d’absorber plus d’azote après la floraison (Haegele et al, 2013). Sur ce dernier point, il ne semble pas y avoir de consensus : si Mueller et Vyn (2016) ont observé que plus de 36 % de tout l’azote absorbé pendant la saison de croissance l’est après la floraison chez les nouveaux hybrides, et moins de 30 % dans le cas des anciens hybrides, Woli et al (2016) n’ont pas vu de changement, avec 73 % de l’azote absorbé avant la floraison chez les anciens comme chez les nouveaux hybrides. Cette divergence pourrait être reliée au fait que seulement 10 hybrides (2 par décennie) ont été utilisés dans la 2e étude.
Les adaptations morphologiques du système racinaire, concomitantes au progrès en amélioration génétique pour le rendement, expliquent sans doute en partie pourquoi les nouveaux hybrides démontrent une moins grande dépendance sur les associations mycorhiziennes, autant pour leurs besoins en N (Tollenaar et al, 1997) qu’en P (Liu et al, 2003).
Louis Robert, agr., M.Sc., MAPAQ
Gilles Tremblay, agr., M.Sc., MAPAQ, Médaille de distinction agronomique 2013
Léon-Étienne Parent, agr., Ph.D., professeur émérite, Université Laval, Ordre du Mérite Agronomique 2016
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