Th. univ.--Agrochimie--Perpignan, 1994. / Notes bibliogr. Résumé en français et en anglais.

Th. doct.-ing.--Trait. et prod. de matières prem. vég.--Toulouse--I.N.P., 1983. N°: 256.

Th. doct.-ing.--Sci. agron.--Toulouse--I.N.P., 1981. N°: 151.

Les cultures à haute valeur ajoutée comme la pomme de terre (Solanum tuberosum L.), sont de bons candidats pour l'adoption de l'agriculture de précision en raison des coûts de production particulièrement élevés. Les quantités de fertilisants requises alimentent le défi permanent de la recherche de l’optimisation de fertilisation spécifique à chaque agroécosystème. La modélisation fournit une trousse d’outils pour l’aide à la décision. En ce qui concerne la fertilisation, le rendement est habituellement relié à des doses variables d’un fertilisant à l'aide de fonctions simples(quadratique, linéaire ou linéaire-quadratique,Mitscherlich ou autres). Même si ces fonctions ne devraient être utilisées que pour décrire le comportement des données expérimentales, elles ont été largement utilisées pour prédire les doses optimales de fertilisants. Ce projet de recherche a proposé un modèle de recommandation des doses optimales d’azote (N), de phosphore (P) et de potassium (K)pour la culture de pomme de terre en exploitant les techniques d’autoapprentissage. Dans une première partie, il a d’abord été question de regrouper les cultivars sur la base de la composition chimique de la feuille diagnostique en utilisant une classification non supervisée. Ce regroupement a permis de montrer que les cultivars étudiés sont associés à une composition ionomique spécifique. Ensuite, dans une perspective de prédiction de catégories de rendement en fonction de la composition foliaire, les algorithmes des k plus proches voisins (KNN), des forêts aléatoires (RF) et des machines à vecteurs de supports(SVM) ont montré un potentiel de diagnostic acceptable, avec une précision de 70 %,pour détecter un déséquilibre nutritionnel en cours de saison. Enfin, le vecteur de perturbation de l’espace de composition d’Aitchison pourrait être un bon indicateur pour détecter la présence et l’ampleur d’un déséquilibre nutritionnel en cours de saison. Dans la deuxième partie, les modèles d’autoapprentissage utilisant les algorithmes des KNN,des RF, des réseaux neuronaux (NN) et des processus gaussiens (PG), ont prédit le rendement et le poids spécifique en fonction des conditions expérimentales de façon pratiquement similaire avec des coefficients de détermination (R²) supérieurs à celui du modèle de Mitscherlich. Les R² étaient de 0,52 pour les KNN, de 0,59 pour les RF, de 0,49 pour les NN, de 0,58 pour les PG et de 0,37 pour le modèle de Mitscherlich. Les R² des modèles de prédiction de la balance des tubercules de taille moyenne (R² = 0,60 –0,69) et du poids spécifique (R² = 0,58 – 0,67) étaient plus élevés comparés aux R² de la balance des tubercules de grande taille (R² = 0,55 – 0,64) et du rendement vendable. Des dissemblances importantes sont apparues entre les modèles dans le rendu des courbes de réponse et la prédiction des doses agroéconomiques optimales de N, P et K. C'est prédictions étaient spécifiques au site. Les processus gaussiens étaient plus appropriés en raison de leur capacité d’élaborer des surfaces de réponse lisses et des recommandations probabilistes. / High-value crops, like potato (Solanum tuberosumL.), are good candidates for the adoption of Precision Agriculture because of the high cost of inputs.The large amount of potato fertilizers requirement makes it economically and environmentally important for producers to determinate site-specific fertilizers dosages. Crop performance responses to fertilizer inputs have yet been modeled using simple functions like quadratic, linear-plateau or Mitscherlich. Even though they should only be used to describe experimental data, such models are used to predict optimal fertilizer doses considering the cost of the fertilizer and crop sales. As large amounts of data are being assembled in repeated observational data sets, machine learning models can become useful to predict and detect patterns in data without hardly presuming how a response curve should behave.This project generated models recommending optimal economic doses of nitrogen (N), phosphorus (P) and potassium (K) for potato crops using machine learning techniques. We assessed the validity of cultivar grouping as new predictive feature, and predicted potato tuber yields using foliar ionomes. A density-based clustering algorithm (dbscan) failed to delineate groups of high-yield cultivars linked to specific cultivar ionomic composition. Algorithms of k-nearest neighbors (KNN), random forests (RF) and support vector machines (SVM) showed a fair diagnostic potential to detect in-season nutritional imbalance, with practically similar accuracy of 70%. The perturbation vector of Aitchison compositional space appeared a good indicator indetecting the presence and magnitude of a nutritional imbalance. Moreover, machine-learning models using KNN, RF, neural networks (NN) and Gaussian processes (GP) algorithms returned almost similar coefficients of determination (R²) superior to that of the Mitscherlich model. The R² values were 0.52, 0.59, 0.49 and 0.58 respectively for the KNN, RF, ANN,and GP, and 0.37 with the Mitscherlich model to predict marketable yield.The models were somewhat more efficient to predict medium-size tubers (R²= 0.60–0.69) and tuber specific gravity (R²= 0.58–0.67) than large-size tubers (R²= 0.55–0.64) and marketable yield. Disagreements appeared between models in site-specific response curves and optimal economic or agronomic N, P, and K doses prediction. However, GP models stood up as the most promising algorithm due to its built-in ability to develop smooth response surfaces and recommendations within a probabilistic risk-assessment framework.

Cette étude avait comme objectifs de développer un indicateur agronomique et environnemental, d'évaluer les pertes en phosphore (P) en dehors de la couche arable et de déterminer des doses de P requises par classe de fertilité pour les cultures de la carotte, du céleri, du chou-chinois, de la laitue, de l'oignon et de la pomme de terre cultivés en sols organiques. Nos travaux ont permis i) de sélectionner l'indice de saturation en P selon la méthode de Mehlich III (ISPMIII) comme test de P en sols organiques ; ii) de déterminer un seuil critique environnemental d'ISPM-m fixé à 0,05 au-delà duquel la fertilisation ne doit dépasser les exportations de P par la culture; iii) d'établir des seuils critiques agronomiques d'ISPM-m entre 0,10 et 0,15 à partir de la réponse de la culture à la fertilisation; iv) de démontrer une variabilité spatiale faible et une variabilité saisonnière élevée de I'ISPM-III en sols organiques avec des pertes enregistrées de plus de 40 kg P ha"1 entre l'automne et le printemps suivant; v) de déterminer des classes de fertilité du sol par saut de 0,05 unité d'ISPM-m; vi) de démontrer aucune ou faible réponse de la culture à la fertilisation sauf dans la classe de fertilité moyenne 0,05-0,10. Les recommandations en P sont basées selon une approche agroenvironnementale limitant l'accumulation du P dans les sols et la fertilisation doit être inférieure aux exportations de P lorsque I'ISPM-III dépasse le seuil environnemental de 0,05.

La durabilité des systèmes de rotation avec exportation de résidus de récolte ne peut être garantie que par des apports répétés des fumiers ou par l'introduction d'une prairie. Le premier objectif de cette étude visait donc l'évaluation des effets de 28 ans de fertilisation minérale, avec ou sans fumier, sur les propriétés du sol dans un système maïs-céréale avec exportation de résidus. Ainsi, la combinaison d'un labour annuel et d'un apport répété d'engrais minéraux pendant 28 ans a entraîné une détérioration de la structure et un appauvrissement en macroéléments du sol. Par contre, les apports annuels de fumier de bovins (20 t ha⁻¹) ont permis de maintenir à long terme la structure, la disponibilité de l'azote et les teneurs en macroéléments du sol. Sachant que l'azote est un élément déterminant du rendement, le deuxième objectif visait à évaluer les effets d'apport de fumier et de l'introduction d'une prairie dans une rotation maïs-céréale sur la capacité du sol à fournir de l'azote et sur le coefficient d'utilisation de l'engrais azoté. Ces deux pratiques ont permis d'augmenter la fourniture du sol en N jusqu'à 76 % du N total prélevé par le maïs fourrager, contre 34 % dans le sol recevant des engrais minéraux. Plus de 50 % de l'azote du fertilisant récupéré dans le sol entier à la récolte se trouvaient dans les macroagrégats (diamètre > 0,25 mm). En plus de l'azote du sol, d'autres propriétés du sol peuvent limiter les rendements. Le troisième objectif consistait à déterminer la variabilité du prélèvement en azote et du rendement en mais-fourrager expliquée en considérant plusieurs paramètres du sol simultanément, ou divers indicateurs de disponibilité de l'azote sur une base individuelle. Une analyse en composantes principales incluant 16 paramètres édaphiques a permis d'expliquer jusqu'à 90 % de la variabilité des rendements en maïs et des quantités de N prélevées en 2005, et jusqu'à 81 % de la variabilité en 2006. Les indices de disponibilité de l'azote du sol se sont révélés des indicateurs de premier ordre pour expliquer la variabilité des rendements en maïs, alors que les paramètres physiques du sol se sont avérés des indicateurs secondaires. Les quantités de NO3 extraites au KCI 2M et au CaC^ 0,01 M étaient les indicateurs qui ont expliqué à eux seuls 66 à 87 % de la variabilité du N prélevé et du rendement en maïs fourrager aucours des deux années d'expérimentation.

Le phosphore (P) est indispensable pour la pomme de terre, la principale culture des provinces de l’Est canadien. La diminution des réserves phosphatées et le risque de perte de cet élément dans les cours d’eau constituent des contraintes majeures pour la sécurité alimentaire et pour l’environnement. L’objectif de ce projet de recherche est d’optimiser la dose et le type d’engrais phosphaté en vue de minimiser le risque d’accumulation du P dans le sol, et de substituer les engrais de synthèse par des engrais recyclés. Un total de 141 échantillons représentatifs des sols de l’Île-du-Prince-Édouard (ÎPE) a été d’abord analysé et a montré que l’acidité du sol influait grandement sur le pourcentage de saturation des sols en P. Ainsi, les seuils critiques environnementaux en terme d’indice de saturation en P, (P/Al)M3 ont été de 19% pour les sols très acides (pHeau<5,5), et de 14% pour les sols moins acides (pHeau>5,5), au-dessus desquels la fertilisation en P devrait être limitée aux besoins de la culture. Six classes de risque environnemental ont été identifiées et leur répartition spatiale a montré que la classe de risque modéré était prédominante à l’ÎPE. Nous avons ensuite développé un modèle agro-environnemental de P pour la pomme de terre basé sur 42 essais de fertilisation conduits dans les provinces maritimes (ÎPE, Nouveau-Brunswick (NB) et Nouvelle-Écosse (NÉ)). Ce modèle, basé sur l’indice (P/Al)M3, a été composé de sept classes de diagnostic et de recommandation pour la fertilisation phosphatée : (0-2,5%), (2,5%-5%), (5%-10%), (10%-14%), (14%-16%), (16%-23%) et (P/Al)M3>23% correspondant, respectivement, aux doses optimales en P de 105, 81, 70 kg P ha-1 pour les trois premières classes, et à une dose de 21 kg ha-1 pour les classes dont le (P/Al)M3 est supérieur à 10%. Finalement, pour évaluer l’efficacité d’un engrais phosphaté recyclé (Crystal Green®), nous avons conduit 8 essais de fertilisation au Québec et dans les provinces maritimes. Il a été conclu que la fertilisation phosphatée avec le Crystal Green® pourrait substituer le triple superphosphate (TSP) jusqu’à 75% sans que les niveaux de rendements en pomme de terre, le prélèvement du P, et le statut du P dans le sol et dans la plante ne soient changés / Phosphorus (P) is essential for potatoes, the main crop in the Canadian eastern provinces. The depletion of phosphate reserves and the risk of loss of this element in watercourses are major constraints for food security and for environment. The objective of this study is to optimize the rate and type of phosphate fertilizer in order to minimize the risk of P accumulation in the soil, and to substitute synthetic fertilizers with recycled ones. A total of 141 soil samples representative of Prince Edward Island (PEI) soils were first analyzed. It have been shown that soil acidity greatly influenced P soil saturation percentage. Thus, critical thresholds in terms of P saturation index, (P/Al)M3, were 19% for very acid soils (pHwater <5.5), and 14% for less acidic soils (pHwater>5.5), above which P fertilization should be limited to the crop’s requirement. Six environmental risk classes were identified and their spatial distribution showed that the moderate risk class was predominant in PEI. We then developed an agro-environmental model of P for potato based on 42 fertilization trials conducted in the Maritime provinces (PEI, New Brunswick (NB) and Nova Scotia (NS)). This model, based on the (P/Al)M3 index, was composed of seven fertility and environmental risk classes: (0-2.5%), (2.5%-5%), (5%-10%), (10%-14%), (14%-16%), (16%-23%) and (P/Al)M3>23% corresponding, respectively, to the optimal P rates of 105, 81, 70 kg P ha-1 for the first three classes, and to a P rate of 21 kg ha-1 for classes with (P/Al)M3 greater than 10%. Finally, to evaluate the effectiveness of a recycled P fertilizer (Crystal Green®), we conducted 8 fertilization trials in Quebec and in the Maritime provinces. It was concluded that P fertilization with Crystal Green® could substitute triple superphosphate (TSP) up to 75% without noticing any significant decrease in potato yield levels, P uptake, and P status in the soil and in the plant.

La fertilisation de démarrage du maïs à base de phosphate d’ammonium est une pratique courante au Québec. En effet, on présume que la croissance précoce du maïs conduit à une augmentation de rendement et à une amélioration de la qualité du grain. L’objectif de ce travail de recherche consistait à déterminer l’influence des facteurs climatiques, édaphiques et agronomiques sur le rendement, la qualité du grain de maïs et sur les doses de fertilisants phosphatés au démarrage. Une modélisation multiniveau des essais de fertilisation phosphatés du maïs recueillis au Québec de 1967 à 2009 a permis d’intégrer les facteurs déterminants pour la productivité de la culture du maïs. Les facteurs ayant un impact significatif sur le rendement sont les unités thermiques du maïs (UTM), le pH, les balances [Al

La stabilité biologique des amendements et des engrais organiques (AEO) peut affecter le potentiel de minéralisation de l'azote. Leur résistance au changement brusque de pH influence leur devenir dans un milieu acide ou basique. Le C organique (Corg) stable et le pouvoir tampon (PT) sont donc des propriétés déterminantes pour une utilisation rationnelle des amendements et des engrais organiques (AEO), plus particulièrement dans la formulation des engrais organo-minéraux. Certains indices de Corg stable peuvent être acquis d'une façon relativement rapide, tandis que d'autres exigent des incubations de longue durée pour les obtenir. La présente étude visait à (i) à établir un lien entre une sélection d'indices de Corg stable, (ii) à déterminer les indices de stabilité du Corg les plus reliés au potentiel de minéralisation de l'azote, (iii) à développer une expression intégrale du pouvoir tampon applicable à des courbes de titrage d'allure variable et (iv) à déterminer les cations acides et basiques les mieux reliés au pouvoir tampon. Trente AEO représentatifs de ceux qui sont couramment utilisés au Québec (Canada) ont été testés. Six indices de Corg stable ont été déterminés: le degré d'humification déterminé par spectrofluorimétrie (DH), le rapport entre l'absorbance à 600 nm et la concentration en C organique de la même solution (A6C), le logarithme du rapport entre les absorbances à 400 nm et à 600 nm (AlogK), l'indice pyrophosphate (IP), ainsi que l'indice de stabilité biologique (ISB) et la fraction de carbone résiduel (FCR) estimés à l'aide des fractions organiques des AEO et des coefficients obtenus de la littérature. Douze AEO de stabilité différente ont été ensuite incubés dans 2 sols de texture différente pour évaluer leur potentiel de minéralisation de l'azote organique. L'analyse statistique a donné les meilleures relations linéaires entre DH, A6C et ISB (R2 ~ 0,97, 0,99 et 0,96, respectivement) et a montré que le potentiel de minéralisation de l'azote était mieux corrélé à ces indices de Corg stable (r = -0,86 à -0,90) qu'au rapport C/N (r = -0,63 et -0,68). En admettant que quand l'ISB tend vers zéro, le potentiel de minéralisation de l'azote devrait tendre vers le maximum (1000 g N kg"1 N organique), on a observé que l'A6C était peu fiable pour prédire le potentiel de minéralisation de l'azote des AEO peu humifiés. L'analyse de regroupement des 30 AEO en 3 groupes de stabilité biologique faible, moyenne, et élevée en fonction de PISB a permis d'établir la séparation médiane à 56% et à 79%, respectivement. On en a conclu que le DH, PA6C et PISB pouvaient être utilisés de façon interchangeable pour prédire la stabilité du C organique des AEO. En revanche, parmi les indices de stabilité du Corg testés et dont l'acquisition est relativement rapide, le DH serait préférable pour prédire la stabilité du Corg et le potentiel de minéralisation de l'azote des AEO. Les AEO dont la stabilité biologique est élevée devraient être considérés comme des amendements humigènes, tandis que ceux dont la stabilité biologique est faible serviraient plutôt d'engrais organiques. Ces derniers seraient propices à entrer dans les formulations d'engrais organo-minéraux, puisqu'il faut que les éléments nutritifs qu'ils contiennent soient disponibles aux plantes au cours de la saison culturale. Outre la stabilité biologique, le pouvoir tampon est important pour la prescription d'AEO à combiner avec des engrais minéraux acidifiants ou alcalifiants pour la formulation d'engrais organo-minéraux. Trois expressions de détermination du pouvoir tampon ont été testées: deux issues de la littérature (linéaire et ponctuelle) et une expression intégrale développée dans cette étude. Le pouvoir tampon ainsi obtenu a été relié à l'acidité et à l'alcalinité des AEO par analyse de régression linéaire multiple. L'expression intégrale était applicable à des courbes de titrage d'allure variable et elle permettait de définir un pouvoir tampon global incluant à la fois les traitements acides et basiques. En moyenne, la quantité d'acide nécessaire pour une variation d'une unité de pH était plus élevée que celle de la base, respectivement 34,9 cmol H4 " kg"1 pH"1 et 20,7 cmol OH" kg"1 pH"1 dans le cas de l'expression linéaire du pouvoir tampon. Le PT à l'acidité (PTH+) obtenu avec l'expression intégrale était le plus relié, d'une part, à l'acidité totale échangeable et à l'alcalinité potentielle (R2 = 0,73) et, d'autre part, aux cations acides et basiques (R2 = 0,78). Par rapport à l'eau déminéralisée (référence) dont le PTH+ est de 0%, la séparation médiane obtenue suite à l'analyse de regroupement des 30 AEO en 3 classes de PTH+ faible, moyen et élevé (expression intégrale) était respectivement de 58% et de 73%. Dix-neuf des 30 AEO avaient un PTH+ élevé. En conclusion, (i) l'expression intégrale était plus applicable à des courbes de titrage d'allure variable que les expressions linéaire et ponctuelle, (ii) le pouvoir tampon global est important pour la formulation des engrais organo-minéraux incluant à la fois des engrais acides et basiques, (iii) les AEO dont le PTH+ est élevé seraient plus propices à entrer dans des formulations d'engrais organo-minéraux incluant des engrais minéraux acides, et (iv) le PTH+ selon l'expression intégrale pourrait être estimé à l'aide de la teneur en Ca (total et échangeable) et du pHcaci2 (CaCk 0,01 mol L"1 ); des données que l'on peut facilement obtenir dans les rapports d'analyses courantes des AEO, permettant en conséquence de faire des économies de ressources.

La chicouté présente des rendements fruitiers faibles et variables possiblement liés à l’oligotrophie des tourbières ombrotrophes où elle croît. Deux techniques de fertilisation furent donc testées dans deux tourbières naturelles, en Basse-Côte-Nord (Québec). Un engrais organo-minéral (farines de crabe et de poisson, muriate de potassium) a été appliqué au sol annuellement pendant trois ans. Des applications foliaires de bore et de cuivre ont été effectuées la troisième année. Les engrais n’ont eu aucun impact sur la croissance et la productivité de la chicouté et l’engrais organo-minéral s’est très peu minéralisé et dispersé dans le sol. La capacité de minéralisation d’autres engrais organiques en tourbière ombrotrophe devra donc être testée. Le bore et le cuivre sont relativement abondants dans les fruits et pourraient limiter la production fruitière, mais de nouveaux essais seront nécessaires pour le confirmer. En conclusion, davantage d’informations sur les besoins nutritifs de la chicouté seront nécessaires pour sélectionner les engrais appropriés. / Cloudberry present low and variable fruit yields that are probably explained by the oligotrophy of the ombrotrophic peatlands where it grows. Two different fertilization techniques were tested in two natural bogs of the Quebec Lower-North-Shore. An organo-mineral fertilizer (crab and fish meal, potassium chloride) was applied annually in soil for three years. Foliar applications of boron and copper were tested during the third year. The fertilizers had no effect on cloudberry growth and productivity and the organo-mineral fertilizer hardly mineralized and dispersed in the soil. Mineralization capacity of other organic fertilizers in natural peatlands should thus be tested. Boron and copper are abundant in the fruits and are likely limiting fruit production, but new trials are needed to confirm it. In conclusion, more information on the nutrient requirements of cloudberry is needed to select suitable fertilizers.