La rareté de la ressource en eau est maintenant reconnue comme une limitation critique à la progression de la production agricole des prochaines décennies. De plus, la demande de nourriture sera sujette à l'augmentation, alors qu'il est attendu que la population mondiale atteigne 8.6 milliards en 2030 et 9.8 milliards en 2050. La pomme de terre est la 4e culture la plus importante au monde derrière le blé, le maïs et le riz. Parmi ces cultures, la pomme de terre est la plus efficace en production de calorie par litre d'eau. Cependant, les rendements de pommes de terre sont reconnus comme sensibles aux manques d'eau. La pression exercée par la production agricole peut aussi compromettre la santé du sol en affectant divers indicateurs tels que la stabilité structurale du sol, la masse volumique, la conductivité hydraulique et le taux de carbone organique. Préserver la santé du sol est un enjeu critique afin de maintenir les services écosystémiques des sols comme la filtration et le stockage de l’eau, le cyclage des nutriments du sol et le stockage du carbone. L'objectif de cette thèse était de concevoir une approche d’irrigation intégrée appliquée à la production de pommes de terre qui permettrait une utilisation efficace de l'eau et l'atteinte de rendements optimaux tout en minimisant les externalités environnementales négatives de l'irrigation. Dans cette étude, les effets de la gestion de l'irrigation sur les rendements de différentes variétés de pommes de terre, sur l'efficacité d'utilisation de l'eau, sur la distribution des tubercules et sur la dynamique du carbone organique ont été analysés et temporalisé. Pour ce faire, six expériences en serre ont été menées à l'aide d’un système d’irrigation automatisé contrôlé à partir des données d’un réseau de tensiomètres. Dans les chapitres deux et trois, l’impact de seuil d'irrigation de précision a été évalué sur les rendements de quatre variétés ayant des classes de maturité différente (Envol : très hâtive, Kalmia : hâtive, Goldrush : mi-saison, et Red Maria : tardive). Une zone de confort hydrique optimale pour les plants de pommes de terre a été identifiée entre−10 et −24 kP a. Les seuils identifiés ne sont pas dépendants de la classe de maturité, de la hauteur des plants ou de la production potentielle de tubercule. Le seuil de −24 kP a est celui qui a permis d’atteindre des rendements maximaux tout en optimisant l’efficacité de l'utilisation de l’eau. Le temps passé dans la zone de confort a aussi été identifié comme critique pour le développement des rendements de la pomme de terre. L'analyse de l'effet temporel des seuils d'irrigation sur les rendements de pomme de terre effectuée dans le chapitre trois a aussi montré qu’une gestion précise de l'irrigation est nécessaire dès le stade du développement foliaire et qu'elle devrait être maintenue jusqu'à la maturité. Une gestion appropriée de l'irrigation a permis une augmentation des rendements entre 25 et 40%. L'impact de quatre seuils de potentiel matriciel (−10, −20, −30, et −45 kP a) sur la distribution spatiale des tubercules a été évalué à l'aide de la tomodensitométrie à rayonX (CT-scan) dans le chapitre quatre. Une relation linéaire entre les seuils d'irrigation et la profondeur des tubercules a été identifiée. Une gestion de l'irrigation à des seuils entre −20 et −30 kP a a permis une profondeur des tubercules optimale permettant une meilleure efficacité de récolte et limitant la prépondérance des maladies en surface. Les seuils de potentiel matriciel utilisé dans cette étude ont influencé le taux de décomposition du carbone organique du sol, évalué dans le chapitre cinq. Une décomposition plus élevée a été observée au seuil de −15 kP a. Les seuils d'irrigation se sont démarqués dans le second quart de la saison de croissance, aux stades d’initiation et de grossissement des tubercules, des stades à forte croissance et de fréquence d’irrigation accélérée. La création d’une approche de gestion de l'irrigation intégrée permettra au producteur de pommes de terre d’adapter leur gestion de l’eau à la ferme et d’intégrer des pratiques plus durables tout en atteignant des rendements plus élevés et une plus grande efficacité de l'utilisation de l'eau. L'amélioration de leur gestion de l'eau du sol pourrait aussi permettre d'optimiser la distribution spatiale des tubercules, d’augmenter l'efficacité de la récolte et de réduire la décomposition du carbone créant un système de culture qui favoriserait une meilleure conservation de la santé du sol. / Water scarcity is increasingly recognized as the most pressing limitation to improvement in agricultural production over the upcoming decades. It is expected that the world population will reach 8.6 billion by 2030 and 9.8 billion by 2050, increasing the demand for both food and agriculture production. Therefore, increasing overall water productivity is one of the most critical challenges of the twenty-first century. Potato isthe fourth most cultivated food crop behind wheat, maize, and rice. Among the major crops, potato is the most efficient in calory production by water liter, but potato yields are recognized as sensitive to water stress. Therefore, the precise control of the amount of irrigation water, water application timing, and prevailing micro-meteorological conditions are critical factors that influence the plant health and yield. However, the increasing pressure on agricultural systems can endanger soil health, as several soil health indicators are affected by agricultural production, like soil structural stability, bulk density, hydraulic conductivity, and soil organic carbon. Maintaining soil healthis critical to preserve soil ecosystemic functions like water infiltration, filtration andstorage, nutrient cycling, and carbon storage, impacting plants productivity, and wateruse efficiency. The objective of this thesis was to create an integrated irrigation approach for the potato crop, allowing optimal potato yield, water use efficiency, and minimizing the environmental impact of irrigation. Through six green house experiments using an automatic irrigation system managed using a soil sensors network, the effect of irrigation management on the potato varieties, potato yield, water use efficiency, tuber spatial distribution, and soil organic carbon dynamics has been analyzed and temporalized. The second and third chapters of this study evaluated the effect of precision irrigation thresholds on the potato yields of four varieties with different maturity classes (Envol: very early, Kalmia: early, Goldrush: mid-season, and Red Maria: mid-late). Anoptimal comfort zone between −10 and −24 kP a has been identified. The optimal irrigation thresholds identified were not dependant on maturity class, plant height, or tuber potential production. The −24 kP a is the precision irrigation threshold that allowed higher yields and water use efficiency. The time spent in the comfort zone was identified as critical for the potato yield. The analysis of the irrigation thresholds'temporal effect made in the third chapter showed that precise irrigation managementis needed early in the season and should be maintained throughout all the growingseason as the critical period identified corresponded to the leaf expansion and tuber initiation stage. An appropriate irrigation management of potato crops has been shownto increase yield by a 25 to 40% margin. The fourth chapter evaluated the impact of four soil matric potential (−10, −20, −30,and −45 kP a) on potato tubers’ spatial distribution using an X-ray CT scanner. Alinear relationship between irrigation thresholds and potato tuber depth was identified.The deepest tuber distribution was observed with the −10 kP a treatment. Potato irrigation management using a SMP threshold between −20 and −30 kP a could reduce the harvest depth. Reducing the harvest depth could decrease the negative impacts of soil disturbance on soil structural stability. In the −45 kP a treatment, the tubers were too close to the soil surface, which could lead to a greater preponderance of tuber diseases like late blight or greening. The precision irrigation threshold used in this study affected the decomposition rate of soil organic carbon, evaluated in the fifth chapter. Faster decomposition of labile organic carbon was promoted by water excess (−15 kP a). The dryer (−30, −45, and −60 kP a) precision irrigation thresholds did not show any differences. The difference between the precision irrigation thresholds was made in the second quarter of the growing season,between 38 and 53 days after planting. This critical period occurred in a stage of strong vegetative growth and rapid irrigation cycles, the tuber initiation and tuber bulking stages. The determination of an integrated irrigation management approach will allow potato growers to adapt their farm management processes to integrate more sustainable water management practices and to achieve higher yields and water use efficiency. Improving soil water management may also optimize tuber spatial distribution, enhance harvest efficiency, reduce greenhouse gas emissions, soil carbon degradation, and soil disturbance in the cropping systems to benefit global soil health conservation.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LAVAL/oai:corpus.ulaval.ca:20.500.11794/69585 |
| Date | 23 July 2021 |
| Creators | Matteau, Jean-Pascal |
| Contributors | Gumière, Silvio J. |
| Source Sets | Université Laval |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | thèse de doctorat, COAR1_1::Texte::Thèse::Thèse de doctorat |
| Format | 1 ressource en ligne (xvii, 143 pages), application/pdf |
| Rights | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 |
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