Activité C.5

1. Améliorer la rétention des nutriments dans le sol et l’efficacité d’utilisation des nutriments par les plants dans les productions biologiques en serre;
2. Ajuster la gestion de l’irrigation et de la fertilisation dans un système de collecte et de recyclage des effluents, avec ou sans traitement utilisant un bassin filtrant végétalisé (marais artificiel);
3. Évaluer l’efficacité de biocharbon (biochar) sur la disponibilité des nutriments du sol, la productivité des plants, la tolérance aux maladies et l’activité biologique du sol;
4. Améliorer le rendement en fruits ainsi que leurs attributs gustatifs et nutritionnels en modifiant la régie de culture (culture intercalaire (culture en contre plantation), irrigation et disponibilité des nutriments)
5. Améliorer l’efficacité énergétique en atteignant des rendements similaires à ceux des systèmes de production conventionnels;
6. Recycler les effluents de culture dans le but d’obtenir “zéro” émission de nutriments dans l’environnement;
7. Évaluer l’efficacité du biocharbon comme agent filtrant dans le but de réduire la composition en nutriments (en particulier N, P, SO₄ et Na) des effluents des serres et l’émission des gaz à effet de serre (N20);
8. Évaluer le rendement des diverses espèces de plants (Phragmites australis, Typha latifola, Iris versicolor et fougère) implantés dans un marais artificiel afin de réduire la composition en nutriments (en particulier N, P, SO₄ et Na) des effluents des serres;
9. Évaluer la capacité de diverses espèces de plantes (Phragmites australis, Typha latifola, Iris versicolor et fougère) implantées dans un marais artificiel à réduire la présence de pathogènes  (Pythium spp., Fusarium spp., Clavibacter michiganensis et nématodes) dans les effluents des serres;
10. Évaluer la profitabilité d’un système de production biologique comparé à un système de production conventionnel.

L’industrie serricole est un secteur important et en croissance au sein de l’industrie agroalimentaire canadienne, la valeur du revenu à la ferme atteint 2,3 milliards $ (Statistique Canada 2007). Bien que le principal avantage de la production en serre par rapport aux autres systèmes agricoles soit la capacité de contrôler les conditions de croissance tout au long de l’année, assurant ainsi un approvisionnement constant et de grande qualité, un rendement et une uniformité du produit pour les chaînes de distribution et les consommateurs, les serres n’en sont pas moins responsables d’émissions substantielles dans l’environnement. À la différence des productions hydroponiques, la fertilisation biologique en sol doit se faire en considérant les aspects suivants : le stockage, l’efficacité de l’utilisation, la résistance aux maladies et la santé des microorganismes qui aident à nourrir les plantes. Cependant, compte tenu des propriétés physico/chimiques du sol, de la gestion de la fertilisation et de l’irrigation, nous observons que les producteurs biologiques peuvent aussi contribuer aux importantes émissions de nutriments vers les  eaux souterraines. Ce phénomène est particulièrement évident pour les sols poreux quand l’approvisionnement en eau et le taux de minéralisation ne correspondent pas aux besoins des plants en eau et en nutriments. Dans le but de réduire l’empreinte écologique de la production en serre, les principaux soucis des producteurs canadiens sont de (i) avoir des systèmes de production biologique hautement efficaces avec des rendements similaires à ceux des systèmes conventionnels et (ii) réduire les émissions de solutions chargées de nutriments dans l’environnement en recyclant les effluents des cultures. Donc, les objectifs du projet proposé sont de développer un système de production biologique de tomates plus durable 1) en améliorant la rétention des nutriments dans le sol et l’efficacité de l’utilisation des nutriments par les plants, 2) en obtenant un meilleur rendement et conséquemment, une meilleure efficacité énergétique et 3) en recyclant les effluents des cultures par le biais de processus organiques efficaces, peu dispendieux et requérant peu d’entretien tels un marais filtrant artificiel et un bioréacteur passif.

Pour rencontrer ces objectifs, un système de production biologique sera comparé à un système conventionnel dans deux aires de production chez Les Serres Nouvelles Cultures (Ste-Sophie, QC). Les expériences seront menées au cours de trois années de production de cultures en contre plantation (trois cycles de contre plantations complets; 6 cultures). Les plants conventionnels pousseront sur des fibres de noix de coco et seront irrigués avec des solutions nutritives conventionnelles. Les  plants biologiques seront cultivés en bacs surélevés remplis d’un substrat de culture étant principalement constitué par de la fibre de noix de coco biologique,  35% de sol minéral et d’un minimum de 10% de compost. Les engrais et les amendements biologiques seront fournis hebdomadairement pour combler les besoins nutritionnels des plants. Pour améliorer les propriétés physiques, chimiques et biologiques du sol, l’utilisation du biocharbon comme amendement sera étudiée sur de petites parcelles au cours de la troisième année. Deux systèmes d’irrigation seront utilisés : goutte à goutte avec une gaine perforée au 15 cm (eau seulement) et un système d’aspersion à la surface du sol (eau recyclée). Les plants seront contre plantés après 6 mois pour augmenter le rendement sur une période de récolte prolongée. Les effluents de la serre seront collectés séparément pour chaque traitement et seront recyclés soit directement ou après avoir été traités à travers un bassin filtrant végétalisé.

Huit bassins filtrants végétalisés à flux horizontal, chacun étant composé de 5 cellules en séries, seront utilisés : 4 bassins pour traiter les effluents biologiques et 4 pour les effluents conventionnels comme point de comparaison. Du biocharbon sera ajouté au matériel de remplissage dans 2 bassins par type d’effluent (2 répétitions) afin d’améliorer la population des microorganismes et réduire les émissions de gaz à effet de serre.  Dans chaque bassin filtrant, les cellules seront remplies d’un mélange de gravier et d’un amendement biologique pour fournir une source de carbone à la population microbienne étant donné que la demande chimique en oxygène (DCO) des effluents des serres est un facteur qui limite l’obtention d’un haut rendement.  Les bassins seront colonisés par Typha latifola à cause de sa tolérance à une forte salinité et aux sulfates. Les émissions de gaz à effet de serre (CO₂, N₂O et CH₄) des bassins filtrants végétalisés seront aussi évaluées afin de faire le bilan carbone et l’analyse du cycle de vie. L’activité biologique globale, les microorganismes dénitrifiants, les bactéries sulfato-réductrices et la présence des pathogènes seront aussi évalués. Dans la serre, la fertilisation, les paramètres climatiques, la croissance des plantes, le rendement en fruits et la qualité des fruits seront mesurés.

Davantage d’études fondamentales seront effectuées à la serre expérimentale de l’Université Laval. Les premières séries d’essais évalueront la capacité de quatre différents types de plantes (Phragmites australis, Typha latifola, Iris versicolor et la fougère) à coloniser des cellules de bassins filtrants spécifiques recevant différents niveaux de salinité et diverses teneurs en nutriments. Une seconde série d’essais aura pour but d’analyser par le biais de bioanalyses l’efficacité de divers types de biocharbon à fixer le nitrate NO₃, le phosphore P, le sulfate SO₄ et le sodium Na contenus dans les effluents des serres.  La troisième série d’essais évaluera l’efficacité des marais filtrants artificiels incluant ou excluant du biocharbon et végétalisés par Phragmites australis, Typha latifola, Iris versicoloret etla fougère pour réduire la présence de pathogènes dans les systèmes de recyclage des effluents. Une quatrième série d’expériences servira à évaluer  l’impact bénéfique de sol amendé avec du biocharbon sur la croissance des plantes, le rendement, la qualité des fruits et sur la résistance aux maladies et aux ravageurs.

Les résultats de ce projet de recherche procureront des solutions alternatives, peu coûteuses et efficaces pour les producteurs maraîchers, biologiques ou conventionnels (au champ ou en serre), afin qu’ils réduisent les émissions de nutriments dans l’environnement. Cette étude produira de l’information scientifique sur l’utilisation du biocharbon comme outil de gestion environnementale, car peu d’information est disponible même si plusieurs hypothèses ont été émises sur la séquestration du carbone, la valeur nutritionnelle, la qualité du sol en termes de propriétés physiques et chimiques, et finalement, sur la réduction des gaz à effet de serre.

• La tomate du Nord : Un sujet chaud dans un climat froid
• Tomates de serre biologiques : le dessus du panier
• Plus de résultats disponibles en anglais

• Agriculture et Agroalimentaire Canada
• Les Serres Sagami 200, Inc.