Travail réduit du sol et système sans intrants chimiques ...
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Travail réduit du sol et système sans intrants chimiques : impact sur le rendement, la fusariose de l’épi et la cécidomyie orangée chez le blé panifiable Mémoire Hélène Munger Maîtrise en biologie végétale Maître ès sciences (M.Sc.) Québec, Canada © Hélène Munger, 2014
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Travail réduit du sol et système sans intrants chimiques : impact sur le rendement, la fusariose de l’épi et la cécidomyie orangée chez le blé panifiable
Mémoire
Hélène Munger
Maîtrise en biologie végétale Maître ès sciences (M.Sc.)
Québec, Canada
© Hélène Munger, 2014
iii
Résumé
Dans un contexte où les pratiques culturales durables gagnent en popularité, des essais au
champ ont permis d’évaluer l’effet combiné de trois modes de travail du sol et de systèmes
avec ou sans intrants chimiques sur le rendement du blé panifiable, la fusariose de l’épi et
la cécidomyie orangée. En 2009, les rendements les plus élevés ont été obtenus en travail
conventionnel (avec ou sans intrants chimiques) ainsi qu’en travail réduit et en semis direct
avec intrants chimiques. En 2010, ils ont été atteints avec le travail conventionnel ou avec
le système avec intrants. Ces rendements étaient associés à une répression efficace des
mauvaises herbes. La teneur en désoxynivalénol n’a pas varié selon le travail de sol et a été
inférieure dans le système sans intrants chimiques durant l’année à forte pression de
fusariose. Les traitements ont eu peu d’impact sur la cécidomyie orangée du blé.
v
Abstract
Because bread wheat grown under sustainable practices is currently in high demand, trials
were conducted in order to assess the combined effect of three tillage treatments with high-
input or low-input system on wheat performance, fusarium head blight (FHB) and wheat
midge. In 2009, higher wheat yields were obtained with moldboard plow (regardless of the
system) and with chisel plow and no-till in the high-input system. In 2010, they were
obtained with moldboard plow or high-input system. These yields were related to better
weed control. Deoxynivalenol content was not affected by tillage and was lower in low-
input system than in high-input system in the year with strong FHB pressure. Wheat midge
incidence was mostly unaffected by treatments.
vii
Table des matières
Résumé ................................................................................................................................. iii Abstract .................................................................................................................................. v Table des matières ............................................................................................................. vii Liste des tableaux ................................................................................................................. xi Liste des figures ................................................................................................................. xiii Remerciements ................................................................................................................. xvii Avant-propos ...................................................................................................................... xix 1. Introduction ....................................................................................................................... 1 2. Revue de littérature .......................................................................................................... 3
2.1 Le travail de sol ............................................................................................................. 3
2.1.1 Effet du travail de sol sur le rendement en blé ...................................................... 6 2.1.2 Effet du travail de sol sur certains paramètres agronomiques et sur les qualités du grain ........................................................................................................................... 9 2.1.3 Effet du travail de sol sur la pression des mauvaises herbes .............................. 12
2.2 Les systèmes de production avec ou sans intrants chimiques .................................... 14
2.2.1 Effet du système de production sur le rendement en blé ...................................... 16 2.2.2 Effet du système de production sur certains paramètres agronomiques et sur les qualités du grain ........................................................................................................... 19 2.2.3 Effet du système de production sur la pression des mauvaises herbes ................ 22
2.3 La fusariose de l’épi .................................................................................................... 25
2.3.1 Généralités sur la maladie ................................................................................... 25 2.3.2 Dommages occasionnés ....................................................................................... 26 2.3.3 Cycle épidémique ................................................................................................. 27 2.3.4 Causes de la maladie et moyens de lutte ............................................................. 29 2.3.5 Effet du travail de sol sur la fusariose de l’épi .................................................... 33 2.3.6 Effet du système de production sur la fusariose de l’épi ..................................... 36
2.4 La cécidomyie orangée du blé .................................................................................... 40
2.4.1 Dommages occasionnés ....................................................................................... 40 2.4.2 Cycle de vie .......................................................................................................... 42
viii
2.4.3 Méthodes de lutte ................................................................................................ 43 2.4.4 Seuils d’intervention ............................................................................................ 45 2.4.5 Effet du travail de sol sur la cécidomyie ............................................................. 46 2.4.6 Effet du système de production sur la cécidomyie .............................................. 47
3. Hypothèses et objectif .................................................................................................... 49 4. Effet des systèmes de conservation des sols à faibles intrants sur le rendement, les qualités du blé panifiable, l’incidence de la fusariose de l’épi et les populations de mauvaises herbes dans l’est du Canada ........................................................................... 51
Résumé ............................................................................................................................. 51
Bread wheat performance, fusarium head blight incidence and weed infestation response to low-input conservation tillage systems in eastern Canada ......................... 53
Abstract ............................................................................................................................ 53
Introduction ........................................................................................................................ 54 Materials and Methods ...................................................................................................... 56 Results and Discussion ....................................................................................................... 59 Conclusion ........................................................................................................................... 65 Acknowledgments ............................................................................................................... 66 References ........................................................................................................................... 67 5. Impact du travail de sol et du système de production sur l’incidence de la cécidomyie orangée du blé Sitodiplosis mosellana (Géhin) (Diptera : Cecidomyiidae) 75
5.1 Introduction ................................................................................................................ 75 5.2 Matériel et méthodes .................................................................................................. 76
5.2.1 Mise en place des essais ...................................................................................... 76 5.2.2 Prise de données .................................................................................................. 76 5.2.3 Analyses statistiques ............................................................................................ 78
5.3 Résultats et discussion ................................................................................................ 78
5.3.1 Densité de larves ................................................................................................. 78 5.3.2 Grains cécidomyiés ............................................................................................. 81 5.3.3 Insectes adultes ................................................................................................... 82 5.3.4. Comparaison entre les deux années d’essais ..................................................... 83
5.4 Conclusion .................................................................................................................. 84
6. Discussion générale ........................................................................................................ 87
ix
6.1 Effet du travail de sol et du système de production sur le rendement en blé .............. 87 6.1.1 Paramètres agronomiques et qualités du grain ................................................... 91
6.2 Effet du travail de sol et du système de production sur la fusariose de l’épi .............. 94
6.2.1 Symptômes sur épis et quantité de grains fusariés .............................................. 94 6.2.2 Teneur en DON .................................................................................................... 96 6.2.3 Inoculum de F. graminearum en provenance des résidus de culture .................. 98 6.2.4 Comparaison entre les deux années d’essais ...................................................... 99
6.3 Réflexions et perspectives futures ............................................................................ 102
7. Conclusion générale ...................................................................................................... 105 Bibliographie ..................................................................................................................... 107 Annexe A - Schéma du dispositif expérimental .............................................................. 121 Annexe B - Données complémentaires ............................................................................ 124
xi
Liste des tableaux
Table 1. Monthly temperature, precipitation and the 30-year average (1971-2000) at La Pocatière, Québec in 2009 and 2010. ........................................................................... 71
Table 2. Wheat yield, total weed biomass (monocot and dicot species), DON content and
mean number of F. graminearum colony-forming units (CFU) from crop residues during the critical period of infection as affected by tillage and cropping systems at La Pocatière, Québec in 2009 and 2010. ........................................................................... 72
Table 3. Wheat agronomic parameters as affected by tillage and cropping systems at La
Pocatière, Québec in 2009 and 2010. ........................................................................... 73 Tableau 4. Évaluation de la population et des dommages causés par la cécidomyie orangée
du blé suite au décorticage d’épis selon le travail du sol et le système de production en 2009 et 2010 à La Pocatière, Québec. .......................................................................... 79
Tableau 5. Pourcentage de grains cécidomyiés à la récolte selon le travail du sol et le
système de production en 2009 et 2010 à La Pocatière, Québec. ................................. 81
xiii
Liste des figures
Figure 1. Représentation de la quantité de résidus en surface selon le travail de sol. ............ 4
Figure 2. Macroconidies de F. graminearum sur milieu Fg à 40X. ..................................... 27
Figure 3. Cycle épidémique de la fusariose de l’épi. ............................................................ 28
Figure 4. Grains de blé endommagés à divers degrés par la cécidomyie orangée du blé. .... 41
Figure 5. Cycle de vie de la cécidomyie orangée du blé. ..................................................... 43
Figure 6. Wheat yield as influenced by total weed biomass (monocot and dicot species) in
treatments at La Pocatière, Québec in 2009 and 2010. ................................................. 74
Figure 7. Piège à phéromone (a) et piège à émergence (b). .................................................. 77
xv
« Ça arrive, des fois. »
- Forrest Gump
xvii
Remerciements
L’aventure de la maîtrise a été pour moi un grand défi, autant académique que personnel.
Mon cheminement n’a pas été celui que j’avais planifié au départ. Il a emprunté une voie
plutôt sinueuse avec de nombreux détours et arrêts obligatoires. Mais lorsque nous sommes
perdus, il est toujours possible de retrouver son chemin avec les bonnes indications. Ce
mémoire en est la preuve et je tiens à remercier les personnes qui ont su me guider vers le
fil d’arrivée.
Mon premier remerciement est pour Anne Vanasse qui a accepté de m’épauler jusqu’à la
fin. Merci Anne pour ta grande patience à mon égard, ta disponibilité et ton encadrement.
Tu as fait tout ce qui était en ton pouvoir pour que mon expérience à la maîtrise soit la plus
enrichissante possible, une preuve qui illustre ta remarquable passion pour ton travail. Tu
m’as permis de réaliser de grands accomplissements qui me seront utiles toute ma vie et je
ne l’oublierai jamais. Mon deuxième remerciement s’adresse à Sylvie Rioux qui, par son
calme et sa rigueur, a su apaiser mes incertitudes. Merci Sylvie pour ton appui dans ce
projet, tes conseils judicieux ont permis d’approfondir nos réflexions. À vous deux vous
avez formé une équipe de directrices hors pair à qui je lève mon chapeau.
De nombreuses personnes de qualité aux talents variés ont été indispensables à ce projet.
Un merci précieux à Annie Brégard pour m’avoir aidé à démystifier l’art complexe de
l’analyse statistique. Tes commentaires toujours rassurants m’ont apporté un grand
réconfort. Merci à Anne Légère pour sa présence constante à distance et son mentorat au
niveau de la malherbologie. Merci à Geneviève Labrie pour sa contribution fortement
appréciée au volet entomologique de ce projet ainsi qu’à François Langevin et Mario
Fréchette pour leur aide dans l’identification de la cécidomyie orangée du blé.
Merci aux étudiants gradués pour votre support lors de ma phase expérimentale, vous
m’avez inspirée chacun à votre façon. Je pense à Olivier Lalonde, Valérie Bélanger,
Christine Rieux et Marie-Ève Bérubé. Merci à mes chers étudiants d’été sans qui les
travaux au champ auraient été irréalisables : Louis-Pierre Turcotte-Létourneau, Myriam
xviii
Coulombe, David Leduc, Mélissa Paradis, Julie Lavoie, Joëlle Paradis et Olivier Bouchard.
Je tiens également à adresser de sincères remerciements à Alain Anctil et son équipe du
Centre de développement bioalimentaire du Québec situé à La Pocatière pour leur appui
technique dans la gestion des parcelles expérimentales. Merci à André Bélanger
d’Agriculture Canada pour son aide lors de la récolte des parcelles.
Je ne pourrais passer sous silence l’aide extraordinaire de Nicole Bourget dans l’art précis
et délicat de l’identification des Fusarium. Merci Nicole pour avoir rendu si agréable le
travail de laboratoire, merci pour tes encouragements, ta curiosité, ta joie de vivre au
quotidien et bien sûr tes talents incontestables de cruciverbiste. Ton support inconditionnel
m’a été indispensable pour me rendre jusqu’au bout. Merci, tout simplement.
Je tiens finalement à remercier mon entourage pour m’avoir suivie dans cette aventure, mes
parents Martin et Johanne, mon frère François, ma belle-famille et mes amis. Vous avez
tous été là à un moment ou à un autre pour m’écouter et participer à mes succès. Un clin
d’œil spécial à Madame F. est également de mise. Le merci le plus important s’adresse
toutefois à Louis-Jérôme qui a sans conteste été la personne la plus impliquée dans ce
projet de maîtrise. Je ne te remercierai jamais assez d’avoir passé au travers, merci d’avoir
toujours cru en moi de façon inébranlable jour après jour même dans les moments de
profondes remises en question. Tu es un allié redoutable.
xix
Avant-propos
Ce mémoire comprend six chapitres. On y retrouve une brève introduction au chapitre 1,
alors que le deuxième chapitre présente une revue de la littérature scientifique portant sur
l’influence du travail du sol et des systèmes culturaux sur le rendement, la qualité du blé
panifiable et la pression exercée par les mauvaises herbes. La fusariose de l’épi ainsi que la
cécidomyie orangée du blé sont ensuite définies afin de bien cerner l’impact de ces agents
nuisibles sur la culture du blé au Québec. Une revue bibliographique a aussi été réalisée sur
la réponse de ces agents en lien avec le travail du sol et les systèmes culturaux. Cette mise
en contexte nous mène au chapitre 3, où les hypothèses et les objectifs de recherche sont
énoncés. Le chapitre 4 a été rédigé sous forme d’article scientifique en anglais et présente
l’aspect novateur de ce projet, soit le lien existant entre le rendement, les mauvaises herbes
et la fusariose de l’épi. Cet article a été soumis à la revue Canadian Journal of Plant
Science. Hélène Munger est l’auteure principale de l’ouvrage alors qu’Anne Vanasse,
Sylvie Rioux et Anne Légère en sont les coauteures. Le chapitre 5, réalisé sous forme de
chapitre complémentaire, présente les résultats et conclusions en lien avec la cécidomyie
orangée du blé. Le sixième et dernier chapitre revient sur les hypothèses de départ et
entraîne le lecteur dans l’interprétation des résultats obtenus.
Les résultats de ces travaux de recherche ont fait l’objet de plusieurs conférences données
lors de congrès scientifiques. Ils ont d’abord été présentés en français au congrès annuel de
la Société de protection des plantes du Québec (SPPQ) à Oka, Québec, du 1er au 3 juin
2010 et ensuite en anglais à la réunion annuelle de la Société canadienne de malherbologie
(SCM) tenue à Régina, Saskatchewan, du 16 au 18 novembre 2010. Ils ont également fait
l’objet d’une présentation en anglais donnée par la malherbologiste Anne Légère, sous
forme d’une affiche réalisée par Hélène Munger, au congrès annuel de la Weed Science
Society of America (WSSA) à Waikoloa, Hawaï, du 6 au 9 février 2012.
Les résultats ont également été présentés lors de deux événements organisés par le Centre
de référence en agriculture et agroalimentaire du Québec (CRAAQ), soit la Journée
xx
phytoprotection à Saint-Augustin-de-Desmaures, Québec, tenue le 22 juillet 2010 et la
Journée d’information scientifique en grandes cultures à Drummondville, Québec, le 17
février 2011. Une conférence a aussi été donnée lors de la Journée grandes cultures
biologiques organisé par le Ministère de l’Agriculture, des Pêcheries et de l’Alimentation
du Québec (MAPAQ) à Saint-Rémi, Québec, le 6 décembre 2011. Ces trois dernières
rencontres étaient destinées à un plus large public du secteur agricole, tel que des
conseillers et des agriculteurs. Deux conférences de vulgarisation ont été réalisées lors de
l’assemblée générale annuelle du Club agroenvironnemental de la Rive-Nord (CARN) à
Québec ainsi que du Club Optisol de Montmagny, respectivement le 24 mars 2011 et le 8
avril 2011. La présentation de ce projet de recherche par Hélène Munger a remporté le
premier prix de la finale de l’Université Laval du concours Ma soutenance en 180
secondes, le 24 avril 2012. Il a été présenté par la suite à la finale canadienne lors du
congrès de l’Association francophone pour le savoir (ACFAS) le 7 mai 2012.
1
1. Introduction
Les produits du blé (Triticum aestivum L.) issus de pratiques agricoles respectueuses de
l’environnement, comme les systèmes sans intrants chimiques ou les pratiques de
conservation des sols, connaissent actuellement une hausse de popularité auprès des
consommateurs. À preuve, dans la dernière décennie au Québec, la proportion des
superficies cultivées à l’aide de telles pratiques de conservation des sols est passée de
23,3 % en 2001 à 51,1 % en 2011 (Statistique Canada, 2011). Bien que les producteurs de
céréales aient la possibilité de tirer un revenu supplémentaire de leurs récoltes via les
certifications liées à certains modes de production, il leur est difficile d’atteindre les
exigences de qualité prescrites par l’industrie de transformation tout en conservant de bons
rendements. En effet, un changement de pratique culturale dite intensive vers une pratique
plus extensive peut affecter le rendement et la qualité du produit final et peut également
entraîner l’apparition de mauvaises herbes, de maladies et de ravageurs (Glen, 2000;
Blackshaw et coll., 2001; Krupinsky et coll., 2002; Camara et coll., 2003).
C’est le cas de la fusariose de l’épi, la maladie la plus répandue chez les céréales à paille
qui est causée entre autres par le champignon Fusarium graminearum Schwabe
(téléomorphe : Gibberella zeae (Schwein.) Petch) (Osborne et Stein, 2007). Ce dernier peut
causer des dommages physiques à la culture et entraîner l’accumulation de toxines dans les
grains dont la plus connue est le désoxynivalénol ou DON (Bailey et coll., 2004). Malgré
les nombreuses recherches portant sur cette maladie, la présence de toxines dans les grains
demeure encore aujourd’hui un facteur limitant pour les producteurs de blé. En effet, une
teneur en DON supérieure à 2 ppm entraînera le déclassement d’un lot de blé et
l’agriculteur verra sa paie grandement diminuée (Santé Canada, 2012). L’incidence de la
fusariose peut être reliée au travail du sol, particulièrement aux pratiques engendrant une
grande quantité de résidus laissés à la surface du sol qui constituent un substrat idéal pour
la production de spores de F. graminearum (Dill-Macky et Jones, 2000). Le système sans
intrants chimiques suscite quant à lui un questionnement sur le développement de la
2
maladie puisque l’utilisation de fongicides, qui permet de réduire la fusariose, y est
proscrite.
La cécidomyie orangée du blé est un insecte ravageur causant d’importantes pertes de
rendement dans la culture du blé panifiable, surtout dans l’ouest du Canada (Olfert et coll.,
1985). Les larves endommagent les grains en les déformant et en altérant la qualité
boulangère de la farine par les enzymes qu’elles produisent pour digérer le grain (Roy et
coll., 2008). Au Québec, les recherches menées sur le sujet sont limitées malgré une
préoccupation croissante envers cet insecte. Puisque les larves hivernent dans le sol, un
questionnement s’impose entre l’intensité du travail de sol et le développement des
populations de cécidomyie orangée du blé.
Il existe donc un réel besoin d’approfondir l’impact de pratiques culturales plus
respectueuses de l’environnement sur le rendement et les qualités du blé, la pression des
mauvaises herbes, l’incidence de la fusariose et la présence de la cécidomyie orangée du
blé. Ce projet de recherche est novateur du fait que les travaux de sol étudiés ont été
implantés il y a plus de deux décennies. Ainsi, il sera possible de cibler les pratiques
culturales optimales qui permettent la production de grains pour la fabrication de farines de
spécialités répondant aux critères de l’industrie dans le contexte du Québec.
3
2. Revue de littérature
Cette revue de littérature permettra de décrire la façon dont le travail de sol et le système de
production influencent différents paramètres de la culture du blé selon des points de vue
variés. D’abord, les effets du travail de sol (2.1) et du système de production (2.2) sur le
rendement, les qualités du grain et les mauvaises herbes seront illustrés. Ensuite, la
fusariose de l’épi (2.3) et la cécidomyie orangée du blé (2.4) seront définies et leurs
réactions face au travail de sol et au système de production seront décrites.
2.1 Le travail de sol
Le travail de sol se définit comme étant un ensemble d’opérations pouvant mener à une
modification de la partie supérieure de la couche du sol dans l’optique de créer des
conditions favorables et adaptées au semis d’une culture donnée (Laverdière, 2005). Il
existe plusieurs façons de travailler le sol pour toutes les productions agricoles réalisées en
plein champ, les plus connues étant le travail conventionnel, le travail réduit et le semis
direct. On regroupe souvent le travail réduit et le semis direct sous l’appellation de
« pratiques de conservation des sols ».
Le travail de sol conventionnel est utilisé depuis longtemps par plusieurs générations de
producteurs agricoles. L’équipement nécessaire pour le réaliser est aisément disponible et
adapté aux conditions de sol humides de l’automne et du printemps. Il s’agit donc d’une
méthode acquise et maîtrisée, ce qui explique que plus de 48 % des superficies cultivées au
Québec y sont soumises (Statistique Canada, 2011). Le travail conventionnel consiste
généralement en un labour effectué à l’automne à l’aide d’une charrue à versoirs (travail
primaire du sol) auquel s’ajoutent un ou plusieurs passages de machineries travaillant plutôt
la portion supérieure de la couche arable (travail secondaire du sol). Le travail secondaire
s’effectue au printemps avant le semis et utilise une herse à disques, un vibroculteur ou un
cultivateur à dents rigides (Vanasse et coll., 2012). Le labour a pour but d’améliorer le
drainage et le réchauffement du sol au printemps, de réduire la pression des plantes
4
adventices, d’enfouir les résidus de la culture précédente et d’incorporer les amendements
minéraux et organiques tels que la chaux et les fumiers (Laverdière, 2005). Le rôle du
travail secondaire est plutôt de préparer un lit de semence adéquat pour la culture à venir.
Dans sa définition, le travail conventionnel laisse généralement à la surface du sol moins de
10 % de résidus après le semis (figure 1) (Vanasse et coll., 2012). De par son degré plus
élevé de perturbation du sol et de son faible pourcentage de couverture par les résidus, le
travail conventionnel est reconnu pour contribuer fortement aux processus d’érosion des
sols (Pimentel et coll., 1995). Il peut également engendrer la formation d’une semelle de
labour et entraîner la dilution de la matière organique sur une grande profondeur
(Laverdière, 2005).
Figure 1. Représentation de la quantité de résidus en surface selon le travail de sol. Source : Hélène Munger, 2009©.
Le travail réduit est quant à lui une méthode moins intensive que le travail conventionnel.
Sans retourner le sol complètement comme le fait la charrue à versoirs, les outils de travail
réduit assurent plutôt une incorporation partielle des résidus de culture tout en fragmentant
et pulvérisant les gros agrégats de sol (Laverdière, 2005). Le chisel, le pulvériseur à disques
déportés, la rotobêche et les combinés sont les principaux outils utilisés pour réaliser un
travail réduit du sol (Vanasse et coll., 2012). Un travail secondaire utilisant les mêmes
5
équipements qu’en travail conventionnel peut aussi avoir lieu au printemps (Laverdière,
2005). Le travail réduit laisse normalement 30 % et plus de résidus à la surface du sol après
le semis, ce qui lui permet de réduire les phénomènes d’érosion du sol comparativement au
travail conventionnel (Vanasse et coll., 2012). Par contre il nécessite un ajustement
constant de la machinerie selon les conditions de sol et le type de résidus, ce qui peut
rendre le travail réduit plus complexe à réaliser pour une efficacité optimale. Le semis
direct, quant à lui, est reconnu pour son absence totale de travail du sol. La culture est
établie directement sur les résidus de la culture précédente et un semoir spécialement conçu
permet de déposer la semence à une profondeur adéquate dans le sol (Vanasse et coll.,
2012). Le semis direct peut entraîner une couverture de résidus allant jusqu’à 90 %
(Laverdière, 2005), tel que représenté à la figure 1 ci-dessus.
Au Québec, les pratiques de conservation des sols ont été la méthode privilégiée sur 51,1 %
des terres préparées pour l’ensemencement en 2011 comparativement à 38,1 % en 2006 et à
23,3 % en 2001 (Statistique Canada, 2011). Cela représente une hausse de popularité de
plus de 27 % en 10 ans. Les pratiques de conservation des sols offrent de nombreux
avantages en comparaison avec le travail de sol dit conventionnel, surtout lorsqu’elles sont
adoptées sur une longue période. Selon Zhang et coll. (2007), elles apportent un
changement fondamental dans la structure du sol, c’est-à-dire une augmentation de la
stabilité des agrégats et une macroporosité accrue à la surface du sol. Cela permet
notamment de réduire les pertes d’eau par ruissellement ainsi que les risques d’érosion du
sol. Seta et coll. (1993) ont clairement démontré que la concentration en sédiments dans
l’eau de ruissellement était plus faible en semis direct qu’en travail réduit et en travail
conventionnel. Il en résulte une plus grande rétention d’éléments minéraux, ce qui est
bénéfique pour la culture en place. Li et coll. (2007) ont d’ailleurs prouvé ce fait dans une
étude réalisée en Chine où le semis direct a permis d’augmenter la teneur en matière
organique, en phosphore ainsi qu’en azote du sol dans une culture de blé par rapport au
travail de sol conventionnel. De plus, puisque les pratiques de conservation maintiennent
une quantité importante de résidus en surface, une réduction globale de l’érosion des sols
est observée (Laverdière, 2005). Cette dernière affirmation est d’autant plus importante
6
considérant la recherche de Pimentel et coll. (1995) publiée dans la renommée revue
Science qui révèle qu’environ 10 % de toute l’énergie utilisée en agriculture aux États-Unis
est dépensée simplement pour compenser les pertes de nutriments, d’eau et de rendements
engendrées par l’érosion. Les pratiques de conservation des sols sont également bénéfiques
pour les cultures du fait qu’elles recréent certaines interactions qui se rapprochent d’un
écosystème naturel, favorisant ainsi le foisonnement de l’activité biologique et la santé du
sol (House et Brust, 1989). Plusieurs études démontrent que de nombreux groupes
d’organismes de la faune et de la flore du sol sont plus abondants dans un sol moins
perturbé que dans un sol travaillé de façon conventionnelle (House et Parmelee, 1985;
Kladivko, 2001). Il y a donc plusieurs évidences que les pratiques de conservation des sols
contribuent à la durabilité des agroécosystèmes, tant au niveau environnemental
qu’économique.
2.1.1 Effet du travail de sol sur le rendement en blé
Plusieurs travaux signalent que le travail réduit et le semis direct sont des systèmes
généralement moins productifs en comparaison au travail de sol conventionnel. En effet,
une recherche réalisée en Suisse a démontré qu’une culture de blé biologique a subi une
perte de rendement de 14 % en travail réduit comparativement au travail conventionnel
(Berner et coll., 2008). De même, une hausse de rendement de 10 % d’un cultivar de blé de
printemps a été observée en labour conventionnel comparativement au travail réduit et au
semis direct dans une étude menée au Minnesota (Dill-Macky et Jones, 2000). Les travaux
menés par Hammel (1995) de 1984 à 1987 dans l’état de l’Idaho aux États-Unis ont mesuré
l’impact de trois travaux de sol implantés depuis 10 ans sur une culture de blé d’hiver. Le
rendement moyen réalisé sous semis direct pendant quatre saisons de croissance a diminué
de 15 % et 22 % par rapport au travail réduit et au travail conventionnel respectivement.
Les auteurs associent ces résultats à la croissance ralentie des racines due à une compaction
plus importante de la couche de surface du sol (qui présentait une texture fine) dans les
systèmes de conservation. Dans l’état de l’Oregon, toujours aux États-Unis, Camara et coll.
(2003) ont étudié l’effet du travail de sol sur la productivité du blé d’hiver durant quatre
7
grandes périodes : de 1944 à 1951, de 1952 à 1961, de 1962 à 1987 et de 1988 à 1997. Le
rendement du blé a été significativement plus élevé en travail conventionnel durant les
quatre périodes. Ce dernier résultat est surprenant, compte tenu de l’effet bénéfique des
pratiques de conservation des sols à long terme discuté à la section 2.1. Les auteurs ont
toutefois expliqué la baisse de rendement en système de conservation des sols par la
répression inefficace du brome des toits (Bromus tectorum L.), une mauvaise herbe
invasive problématique dans cette région. Constat similaire en Saskatchewan, où la
répression inadéquate des plantes adventices a causé des rendements plus faibles en semis
direct comparativement au travail de sol conventionnel (Brandt, 1992). Dans l’est des
États-Unis, des chercheurs ont évalué trois niveaux de répression des mauvaises herbes
(minimal, modéré, maximal) sur le rendement en blé cultivé selon différents modes de
travail du sol (Young et coll., 1994). Alors que la productivité du blé a été similaire sous les
trois niveaux de répression en travail conventionnel, les rendements en système de
conservation des sols ont été plus élevés aux niveaux modéré et maximal comparativement
au niveau de répression minimal des mauvaises herbes. À la lumière de ces résultats, il
semble que la répression des mauvaises herbes soit un enjeu majeur dans les systèmes de
conservation des sols.
Toutefois, d’autres chercheurs n’ont pas pu établir de lien entre le type de travail de sol et le
rendement en blé. Au nord de l’Alberta, des chercheurs ont comparé l’effet de trois travaux
de sol sur le rendement d’un blé de printemps en sol argileux (Arshad et coll., 1994). Cette
province se caractérise par un climat de type continental tempéré qui est similaire aux
conditions climatiques du Québec. Les résultats de cette étude, menée de 1989 à 1991, ont
montré que le travail réduit a numériquement augmenté les rendements par rapport au
semis direct et au travail conventionnel durant les trois années, mais que les différences
n’étaient pas significatives dans la plupart des cas. Dans une autre expérience réalisée dans
l’état du Dakota du Nord aux États-Unis, la productivité du blé n’a pas été affectée par le
travail de sol (Carr et coll., 2003a). En Grèce, Lithourgidis et coll. (2006), ont réalisé une
recherche en 2004 et en 2005 portant sur les effets du travail de sol et du taux de semis sur
le rendement du blé d’hiver ainsi que sur l’économie de temps et de combustible associée.
8
Ils ont affirmé que les pratiques de travail réduit du sol permettent l’obtention de
rendements équivalents à ceux observés en travail conventionnel et entraînent une
économie significative de temps et de consommation d’essence. Ces résultats laissent donc
croire que l’intensité du travail de sol peut être ramenée au niveau du travail réduit et du
semis direct sans affecter les rendements comparativement au travail de sol conventionnel.
À l’inverse, au nord de la Chine, Li et coll. (2007) ont affirmé que les pratiques de
conservation des sols sont des techniques plus productives que le travail de sol
conventionnel. Dans cette région au climat plus aride que le nôtre, les auteurs ont étudié
l’impact du semis direct par rapport au travail de sol conventionnel durant 15 années sur
une monoculture de blé d’hiver. Ils affirment que l’efficacité du semis direct s’est avérée
plus importante durant les années sèches, alors que de faibles différences entre les
traitements ont été observées durant les années très humides. Les auteurs expliquent ce
résultat par un changement majeur de la structure du sol et de l’activité microbienne dans le
semis direct, entraînant ainsi une meilleure capacité à retenir l’eau et à la rendre disponible
pour la plante. En moyenne, Li et coll. (2007) ont observé une hausse de rendement de
19,1 % en semis direct et les différences ont été significatives 6 années sur 14. Il est
intéressant de noter dans cette recherche que la hausse de rendement associée au semis
direct a été plus faible durant les cinq premières années (9,2 %) et s’est ensuite chiffrée à
24,5 % pour les neuf années subséquentes. Ce constat tend à prouver que les effets
bénéfiques des pratiques de conservation des sols augmentent avec le temps et est en accord
avec les travaux de Zhang et coll. (2007) discutés plus haut à la section 2.1.
L’efficacité des pratiques de conservation des sols à fournir de bons rendements semble
donc fortement liée aux conditions météorologiques. De Vita et coll. (2007) ont rapporté
que les rendements de blé dur (Triticum durum Desf.) ont été plus élevés en semis direct
qu’en travail conventionnel deux années sur trois au site expérimental situé dans la ville de
Foggia en Italie. Les précipitations ont été plus faibles durant ces deux années
comparativement à la troisième. Selon les auteurs, l’efficacité supérieure du semis direct
semble attribuable à une plus grande disponibilité de l’eau du sol combiné à une
évaporation plus faible comparativement au travail conventionnel. Constat similaire en
9
Alberta, où Larney et Lindwall (1994) ont noté que la productivité du blé d’hiver était
supérieure en semis direct comparativement au travail réduit et au travail conventionnel
durant trois années sur huit, années où l’humidité du sol était plus faible. López-Bellido et
coll. (1998), dans une étude menée sur le blé de printemps au sud de l’Espagne de 1988 à
1990, ont affirmé que globalement le travail de sol n’avait pas eu d’effet sur la productivité
de la culture. Des rendements significativement supérieurs ont toutefois été mesurés en
travail conventionnel durant l’année la plus humide et en semis direct durant l’année la plus
sèche. Une étude réalisée au Dakota du Nord sur une période de 12 ans a démontré que le
rendement du blé en travail réduit (1968 kg ha-1) et en semis direct (2022 kg ha-1) a été
supérieur de 10,8 % par rapport au rendement mesuré en travail de sol conventionnel
(1801 kg ha-1) (Halvorson et coll., 1999). La réponse du blé aux pratiques de conservation
de sols a toutefois varié selon les années en lien avec la quantité d’eau disponible pour la
plante. Les auteurs ont en effet observé que la production de grains a diminué autant lors
d’années trop sèches à cause du manque d’eau que lors d’années trop humides à cause de
l’augmentation des maladies foliaires.
À la lumière de ces résultats, il semble évident que la productivité du blé en réponse au
travail de sol soit variable et les causes de cette variation sont multiples. En général, les
pratiques de conservation s’avèrent plus performantes que le travail conventionnel lorsque
l’apport en eau est limité. À l’inverse, la pression élevée des mauvaises herbes semble être
un important facteur de réduction des rendements lorsque des pratiques de conservation des
sols sont utilisées. Toutefois, lorsque ces éléments sont maîtrisés, il en ressort que
l’obtention de bons rendements dans la culture du blé selon des pratiques de conservation
des sols est réalisable à long terme et ce grâce à une amélioration marquée de différentes
propriétés du sol.
2.1.2 Effet du travail de sol sur certains paramètres agronomiques et sur
les qualités du grain
Le choix d’un type de travail de sol par rapport à un autre peut non seulement avoir un
impact sur le rendement du blé, mais peut aussi entraîner ultimement une variation de
10
certains paramètres agronomiques comme le nombre d’épis par mètre carré, le poids à
l’hectolitre et le poids de 1000 grains (Carr et coll., 2003a, Carr et coll., 2003b). La teneur
en protéines et l’indice de chute servent quant à eux à évaluer les qualités boulangères des
grains de blé (Kihlberg et coll., 2004). Ils peuvent aussi être affectés par un changement de
pratiques culturales (Casagrande et coll., 2009). Tous ces indicateurs sont généralement
présentés dans les travaux qui mesurent l’impact du travail de sol dans la culture du blé et
ils constituent donc de bons points de comparaison.
2.1.2.1 Nombre d’épis par mètre carré, poids à l’hectolitre et poids de 1000 grains
Le nombre d’épis par mètre carré réfère à la capacité du blé à produire des talles et reflète
donc son potentiel de rendement (Satorre et Slafer, 1999). Le poids à l’hectolitre donne une
mesure de la densité du grain et est souvent utilisé pour déterminer le prix de vente du blé
(Kleijer et coll., 2007). Le poids de 1000 grains donne une indication du degré de
remplissage du grain (Satorre et Slafer, 1999). En général, la réduction du poids de 1000
grains a moins d’effet sur le rendement du blé qu’une réduction du nombre d’épis par mètre
carré (Satorre et Slafer, 1999). Le poids à l’hectolitre et le poids de 1000 grains sont des
paramètres généralement corrélés positivement avec le rendement en grains du blé (Kibite
et Evans, 1984).
Certaines études ont démontré que le type de travail de sol n’avait pas d’influence sur la
valeur du poids à l’hectolitre et du poids de 1000 grains (Arshad et coll., 1994; Carr et coll.,
2003a; Lithourgidis et coll., 2006). À l’inverse, au sud de l’Italie, le poids à l’hectolitre et le
poids de 1000 grains ont été en moyenne significativement supérieurs en semis direct (76,6
kg hl-1 et 39,2 g) comparativement au travail conventionnel (73,4 kg hl-1 et 32,6 g) durant
trois saisons de croissance (De Vita et coll., 2007). López-Bellido et coll. (1998) ont
également observé un poids à l’hectolitre plus élevé pour le blé récolté en semis direct
(78,5 kg hl-1) par rapport au blé récolté en travail conventionnel (78,0 kg hl-1) en Espagne.
D’un autre côté, Dill-Macky et Jones (2000) ont démontré que le poids à l’hectolitre et le
poids de 1000 grains du blé étaient généralement supérieurs en travail conventionnel
comparativement au travail réduit et au semis direct. Concernant le nombre d’épis par
11
mètre carré, une étude réalisée au Dakota du Nord a montré que celui-ci est passé de 411
épis m-2 en travail conventionnel à 457 épis m-2 en semis direct (Carr et coll., 2003b).
2.1.2.2 Teneur en protéines et indice de chute
La teneur en protéines, exprimée en pourcentage, est un critère de classification obligatoire
du blé lors de sa mise en vente et est utilisée comme un outil de prédiction de la
performance technologique du blé lors de sa panification (Kihlberg et coll., 2004). Par
exemple, au Québec, une teneur minimale de 12,5 % de protéines est souhaitable pour un
blé panifiable (Vanasse et coll., 2012). L’indice de chute de Hagberg, qui se mesure en
secondes, est quant à lui un critère d’évaluation de la qualité du blé permettant de mesurer
l’activité amylasique de la farine. L’alpha-amylase est une enzyme produite lors de la
germination qui transforme l’amidon retrouvé dans le grain en sucres (Boudreau et Ménard,
1992). Lorsque le grain de blé germe prématurément avant la récolte, ce qui n’est pas
souhaité, la présence de cette enzyme est donc considérablement accrue et le temps mesuré
pour l’indice de chute sera court. Un temps long indique que le blé est de bonne qualité et
qu’il conviendra aux exigences des industries alimentaires. Au Québec, un temps minimum
de 250 secondes est requis pour les cultivars de blés panifiables (Vanasse et coll., 2012).
Bilalis et coll. (2011) ont comparé l’effet du travail de sol (labour conventionnel, travail
réduit, semis direct) sur quatre cultivars de blé d’hiver à deux sites certifiés biologiques en
Grèce. La teneur en protéines n’a pas varié selon le type de travail de sol. Même constat en
Alberta et au Dakota du Nord respectivement, où les auteurs n’ont observé aucune
différence de la teneur en protéines du blé entre les trois travaux de sol (Larney et Lindwall,
1994; Carr et coll., 2003a). Sous les conditions pluvieuses du climat de l’Espagne, la teneur
moyenne en protéines a été significativement plus faible en semis direct (107 g kg-1) qu’en
travail conventionnel (111 g kg-1) dans le blé de printemps (López-Bellido et coll., 1998).
De Vita et coll. (2007) ont rapporté que la teneur en protéines du blé dur a été plus élevée
en travail conventionnel qu’en semis direct deux années sur trois à leur premier site situé au
sud de l’Italie. La teneur en protéines a été similaire entre les deux traitements au deuxième
site, sauf pour la troisième année où le semis direct a été plus performant que le travail
12
conventionnel. En Grèce, la plus haute valeur de l’indice de chute a été mesurée en travail
réduit au premier site alors qu’aucune différence n’a été mesurée entre les différents
travaux de sol au deuxième site (Bilalis et coll., 2011). Considérant ces précédents résultats,
il ne semble pas y avoir de lien clair reliant la teneur en protéines et l’indice de chute avec
le travail du sol.
2.1.3 Effet du travail de sol sur la pression des mauvaises herbes
Le fait de changer d’une pratique de travail de sol plus intensive à une pratique qui perturbe
moins le sol vient affecter la présence des mauvaises herbes (Young et coll., 1994). Les
dynamiques de populations des mauvaises herbes sont en effet très sensibles à toute
modification survenant dans leur environnement immédiat (Blackshaw et coll., 2001).
L’abondance et la diversité des espèces de même que la banque de semences de mauvaises
herbes dans le sol représentent différents aspects pouvant être touchés par un changement
de pratique culturale (Thomas et Frick, 1993; Sosnoskie et coll., 2006).
Une équipe de chercheurs suisses s’est questionnée sur l’impact du travail réduit sur les
populations de plantes adventices dans une rotation blé d’hiver – tournesol – épeautre de
2002 à 2005 (Sans et coll., 2011). Comparativement au travail de sol conventionnel, les
résultats ont démontré que le pourcentage de couverture par les mauvaises herbes, toutes
espèces confondues, a été 88 % et 138 % supérieur en travail réduit chez l’épeautre et le
tournesol, respectivement. Chez le blé d’hiver, bien que le pourcentage de couverture ait été
numériquement plus élevé en travail réduit, la différence par rapport au travail
conventionnel ne s’est pas montrée significative. Selon les auteurs, le travail réduit a permis
aux graines de mauvaises herbes produites durant les années précédentes de rester dans la
couche superficielle du sol, conduisant ainsi à un plus grand potentiel de germination et de
levée. Il est important de noter que cette étude a été réalisée sous un système de production
biologique.
Ozpinar (2006), dans une étude réalisée en Turquie de 2001 à 2003, a également observé
une augmentation significative de la densité totale des mauvaises herbes lorsque l’intensité
13
du travail de sol diminuait dans une culture de blé d’hiver. L’impact du travail de sol sur les
dynamiques de populations semble cependant plus prononcé avec le temps. En effet,
Sosnoskie et coll. (2006) ont mené une expérience sur des travaux de sol implantés depuis
35 ans et les résultats sont clairs. La taille et la composition de la banque de semences de
mauvaises herbes dans le sol étaient plus importantes en semis direct qu’en travail réduit
ainsi qu’en travail conventionnel. Un constat similaire a été obtenu par Mulugeta et
Stoltenberg (1997) dans une recherche réalisée au Wisconsin sur une culture de maïs et de
soya. Les travaux de sols étaient en place depuis 1984 et l’étude a été exécutée de 1992 à
1995. La distribution verticale des graines des trois espèces dominantes de mauvaises
herbes dans les 10 premiers centimètres de sol s’est chiffrée à 74, 59 et 43 % pour le semis
direct, le travail réduit et le travail conventionnel, respectivement.
La présence plus importante de certaines plantes adventices en conservation des sols peut
être liée à la forte quantité de résidus en surface qui favorisent le piégeage des semences
facilement dispersées par le vent. C’est le constat d’un groupe de chercheurs en Argentine
qui a mesuré les changements de populations de mauvaises herbes dans une culture de blé
en rotation avec du soya selon deux travaux de sol (Tuesca et coll., 2001). Réalisée sur une
période de six ans (de 1991 à 1997), les résultats ont démontré qu’un groupe de mauvaises
herbes qui possèdent de petites semences facilement disséminées par le vent a vu sa densité
augmenter durant les trois dernières années dans le système de travail réduit du sol
comparativement au système de travail conventionnel du sol. Les auteurs affirment qu’en
plus d’agir comme un élément de rétention, les résidus peuvent favoriser l’établissement de
ces mauvaises herbes en créant un environnement propice à la germination.
À l’inverse, Derksen et coll. (1994) n’ont observé aucune différence apparente entre les
densités de mauvaises herbes parmi trois travaux de sol (semis direct, travail réduit, travail
conventionnel) établis à trois sites expérimentaux en Saskatchewan. Même constat au nord
de l’Alberta, où une étude conduite avec le blé de printemps en sol argileux a démontré que
les populations de plantes adventices dans les parcelles sous travail réduit n’étaient pas
différentes de celles mesurées dans les parcelles sous travail conventionnel (Arshad et coll.,
1994). Le cultivateur utilisé pour effectuer le travail conventionnel dans cette étude a
14
toutefois travaillé à une profondeur moindre que le ferait normalement une charrue à
versoirs et il n’a pas retourné le sol. Cela peut expliquer l’absence de variation entre les
populations de mauvaises herbes mesurées.
Blackshaw et coll. (2001) ont mesuré l’influence de différents paramètres, dont le travail du
sol, sur les populations de mauvaises herbes dans un système de culture de blé d’hiver en
Alberta de 1987 à 1994. Selon les résultats obtenus, la densité totale des mauvaises herbes a
été généralement plus élevée en semis direct qu’en travail réduit ainsi qu’en travail
conventionnel du sol. Les auteurs émettent toutefois un bémol fort intéressant, à savoir que
la dynamique des populations a été d’abord affectée par la variation annuelle des conditions
climatiques, ensuite par la rotation des cultures et finalement par le travail du sol. Ces
résultats accordent donc une importance moindre au travail de sol comme moyen de lutte
contre les mauvaises herbes. Une bonne gestion des sols adaptée aux conditions
environnementales incluant une rotation diversifiée des cultures serait un élément encore
plus important à considérer lors du passage de la pratique conventionnelle vers des
pratiques de conservation des sols. Thomas et Frick (1993) partagent également ces
conclusions dans une étude d’envergure réalisée sur 465 champs différents en Ontario.
La synthèse de ces travaux porte à croire que l’abondance et la diversité des espèces de
mauvaises herbes de même que la taille et la composition de la banque de semences dans le
sol sont généralement plus importantes sous des pratiques de conservation des sols que sous
des pratiques de travail conventionnel. Une perturbation moindre de la couche arable du sol
combinée à la présence de résidus de culture en surface entraînerait alors un potentiel
d’établissement et de germination accru.
2.2 Les systèmes de production avec ou sans intrants chimiques
Un système de production se définit comme étant un ensemble d’éléments fortement reliés
entre eux qui sont impliqués dans tout le processus menant à la récolte d’une culture
(Vanasse et coll., 2012). Ces éléments font référence à la rotation, la préparation du terrain,
le semis, la fertilisation, les interventions phytosanitaires ainsi que la récolte et la
15
conservation des grains. Un système de production devient efficace lorsque tous ces
éléments sont gérés de façon optimale et équilibrée (Vanasse et coll., 2012). Pour un
producteur céréalier, le choix d’un système de production se base bien évidemment sur la
performance de la culture, mais également sur les coûts engendrés par celui-ci. Les
systèmes rencontrés au Québec pour la production de grains sont le système conventionnel,
le système biologique et le système sans intrants chimiques.
Le système dit conventionnel ou avec intrants chimiques demeure à ce jour le mode de
production le plus utilisé en culture céréalière au Québec et partout dans le monde. Il se
caractérise par l’emploi de produits de synthèse tels que des herbicides, des fongicides, des
insecticides et des engrais minéraux. L’utilisation de semences transgéniques ou traitées y
est permise. Le système conventionnel est généralement productif mais plus coûteux que
les autres systèmes car il nécessite un haut niveau d’intrants (Vereijken, 1989). Il cible
surtout la production à court terme et n’accorde pas une attention particulière à la protection
de la biodiversité du milieu (House et Brust, 1989).
Le système biologique est un mode de gestion visant la productivité des cultures à long
terme tout en favorisant la santé et l’équilibre des agroécosystèmes (Reganold et coll.,
1987; Mäder et coll., 2007). Il tend à développer des exploitations durables qui respectent
l’environnement. Ce système valorise les intrants à la ferme, tels que les fumiers et les
engrais verts. Trois années consécutives sans aucun intrants chimiques ni produits de
synthèse sont nécessaires pour obtenir la certification biologique (CAEQ, 2013). C’est la
période dite de transition. Plusieurs organismes accréditeurs existent de par le monde et
pour chacun d’eux un cahier des charges rigoureux doit être respecté (CAEQ, 2013). Selon
le Conseil des appellations réservées et des termes valorisants (CARTV), il y avait en 2011
au Québec 1336 entreprises agricoles possédant un certificat de conformité biologique pour
un total de 86 352 hectares, tous secteurs confondus (CARTV, 2012). Pour la production de
blé uniquement, 77 entreprises ont été enregistrées (CARTV, 2012).
Le système dit sans intrants chimiques est un mode de production qui gagne en popularité
au Québec, particulièrement pour la production de blé et de soya. Le système sans intrants
16
chimiques pourrait être qualifié d’intermédiaire entre le système conventionnel et le
système biologique. En effet, l’utilisation de pesticides, d’engrais chimiques et de semences
transgéniques ou traitées y est interdite durant l’année de culture uniquement. Les grains
doivent être entreposés séparément des autres grains cultivés à la ferme (ACSH, 2012). Les
producteurs qui adoptent ce système utilisent donc plusieurs techniques préconisées par
l’agriculture dite durable sans nécessairement viser la certification biologique. Un autre
système similaire, lui aussi sur une base annuelle, a été mis en place dans l’ouest du
Canada. Il se nomme Pesticide Free Production (PFP) et ressemble au système sans intrants
chimiques, à la différence qu’il permet l’utilisation d’engrais de synthèse (Nazarko et coll.,
2003). Les recherches portant spécifiquement sur le système sans intrants chimiques ou sur
le PFP étant assez limitées, il est souvent nécessaire de se référer aux recherches portant sur
le système biologique.
2.2.1 Effet du système de production sur le rendement en blé
De nombreuses équipes de recherche partout dans le monde ont étudié l’effet des systèmes
de production sur le rendement en grains du blé. Bien que les systèmes biologiques ou sans
intrants chimiques aient gagné en popularité au cours des dernières années, beaucoup
d’études illustrent le faible potentiel d’efficacité de ceux-ci par rapport aux systèmes
conventionnels et ce pour des raisons diverses.
C’est le cas dans le sud-est de l’Australie, où Ryan et coll. (2004) ont évalué la productivité
du blé en comparant des fermes voisines ayant des systèmes de production différents. De
1991 à 1993, des pertes de rendement de l’ordre de 17 à 84 % (selon l’année et le site) ont
été mesurées pour le blé biologique comparativement au blé cultivé de manière
conventionnelle. Dans cette région du globe où les sols sont pauvres en phosphore, c’est le
manque de cet élément de même que la pression élevée des mauvaises herbes qui auraient
contribué à diminuer l’efficacité du système biologique. Mason et coll. (2007a) attribuent
également la réduction des rendements en régie biologique à la compétition accrue des
mauvaises herbes pour l’eau et les éléments nutritifs. Réalisée en Alberta avec cinq
cultivars de blé de printemps de 2002 à 2004, leur expérience a montré des rendements
17
14 % inférieurs pour le blé cultivé de façon biologique (3200 kg ha-1) comparativement au
blé cultivé de manière conventionnelle (3700 kg ha-1). Il est à noter que ces cinq cultivars
ont été spécialement choisis comme étant représentatifs des plus importants cultivars de blé
panifiable utilisés dans l’histoire de l’ouest du Canada. Les mêmes auteurs ont mené
parallèlement une étude similaire, mais portant cette fois sur 27 cultivars de blé (Mason et
coll., 2007b). La moyenne des rendements obtenus a montré une diminution de 39 % dans
le système biologique (2560 kg ha-1) comparativement au système conventionnel
(4170 kg ha-1).
L’impact d’un système de production donné sur la performance du blé peut être influencé
par d’autres facteurs, dont le cultivar utilisé. Entre 1996 et 1998, Varga et coll. (2001) ont
mené une recherche en Croatie portant sur la performance de 15 cultivars de blé d’hiver
selon un système de pratiques dites extensives comparativement à un système de pratiques
dites intensives (travail de sol plus profond, fertilisation et application de produits
phytosanitaires plus importantes). Une baisse de 25 % des rendements a été observée dans
le système extensif (5910 kg ha-1) comparativement au système intensif (7840 kg ha-1). Les
auteurs expliquent ce résultat par le fait que certains cultivars ont été beaucoup plus
sensibles que d’autres aux pratiques intensives avec pour résultat une hausse significative
du nombre d’épis par mètre carré ainsi que du nombre de grains par épi dans ce système. Il
n’y a toutefois pas d’évidence que des cultivars de blé moins récents, c’est-à-dire
développés avant l’utilisation massive de pesticides et d’engrais de synthèse en agriculture,
soient mieux adaptés aux systèmes de production biologiques (Mason et coll., 2007a).
La fertilisation peut avoir un effet sur les rendements en blé, étant donné que les systèmes
biologiques ou sans intrants chimiques ne permettent pas l’application d’engrais de
synthèse. C’est le cas en République Tchèque, où Váňová et coll. (2008) ont comparé la
productivité de neuf cultivars de blé d’hiver selon un système biologique et trois niveaux
d’un système conventionnel. Ils ont observé que, de 2004 à 2006, le rendement en grains a
été significativement plus faible en système biologique (6720 kg ha-1) comparativement au
niveau faible (7960 kg ha-1), modéré (8380 kg ha-1) et élevé (9970 kg ha-1) d’intensité
d’intrants. L’apport en azote étant la principale différence entre les trois niveaux, cet aspect
18
viendrait expliquer les résultats obtenus selon les auteurs. Des conclusions similaires ont
été observées en Suisse avec des systèmes de culture implantés depuis 21 ans (Mäder et
coll., 2007). Les rendements en blé ont diminué de 14 % en système biologique
comparativement au système conventionnel. Selon les auteurs, cette perte est attribuée
majoritairement à un apport déficitaire de 71 % en azote disponible pour la plante dans le
système biologique. Cette expérience a toutefois un fort impact étant donné la longévité des
systèmes étudiés et elle nous indique que les pertes de rendements ne sont pas si
significatives comparativement aux économies d’intrants réalisées. Vereijken (1989), dans
une étude menée au Pays-Bas, partage cette conclusion et affirme avec ferveur que les
pertes de rendement du blé cultivé selon une approche valorisant peu ou pas d’intrants
chimiques sont largement compensées par les économies réalisées sur l’achat de produits
de synthèse.
D’autres expériences sont parvenues à des résultats plus encourageants. Notamment,
Reganold et coll. (1987) ont étudié la réponse du blé d’hiver cultivé sur une ferme
biologique ainsi que sur deux fermes conventionnelles. Les auteurs ont observé une
diminution de rendement de 8 % en production biologique (4500 kg ha-1) par rapport à la
première ferme conventionnelle (4900 kg ha-1), mais une augmentation de 13 % par rapport
à la deuxième ferme conventionnelle (3990 kg ha-1). Ces résultats proviennent de la
moyenne des rendements obtenus entre 1982 et 1986 et sont issus de systèmes qui ont été
implantés en 1948. Les chercheurs ont conclu que le système de production biologique
venait augmenter significativement la teneur en matière organique du sol ainsi que sa
biomasse microbienne. La stabilité des agrégats du sol et par le fait même sa teneur en
humidité s’en trouvent alors améliorées. Tous ces éléments étant reconnus pour engendrer
une meilleure structure de sol, les auteurs affirment donc qu’une réduction de l’érosion est
responsable de la bonne performance du blé à long terme en production biologique.
Au Manitoba, une étude regroupant 71 producteurs agricoles a montré que la productivité
des cultures soumises au système PFP était légèrement inférieure aux moyennes
conventionnelles enregistrées dans cette région (Nazarko et coll., 2003). Toujours au
Manitoba, la performance du système PFP a été mesurée sur différentes rotations incluant
19
du blé de 2000 à 2004 (Schoofs et coll., 2005). Les auteurs ont affirmé que le fait de ne pas
appliquer d’herbicides durant certaines années n’a pas affecté négativement la productivité
de la culture suivante.
À la lumière de ces résultats, il demeure difficile de prédire l’efficacité d’un système par
rapport à un autre pour les conditions pédoclimatiques du Québec. Il semble néanmoins que
les systèmes biologiques ou sans intrants chimiques dans la culture du blé influencent
négativement le rendement de ce dernier. Les principaux éléments explicatifs de cette
diminution sont la pression élevée des mauvaises herbes et la fertilisation. À long terme
toutefois, certaines études laissent croire que les pertes de rendement deviendraient moins
substantielles et seraient compensées par les économies réalisées sur les intrants.
2.2.2 Effet du système de production sur certains paramètres
agronomiques et sur les qualités du grain
Le choix d’un système de production par rapport à un autre peut affecter la croissance du
blé et entraîner ultimement une variation de certains paramètres agronomiques et de qualité
des grains, comme le nombre d’épis par mètre carré, le poids à l’hectolitre, le poids de 1000
grains (Carcea et coll. 2006), la teneur en protéines et les qualités boulangères (Casagrande
et coll., 2009).
2.2.2.1 Nombre d’épis par mètre carré, poids à l’hectolitre et poids de 1000 grains
En Croatie, un système de production dit plus intensif (travail de sol plus profond,
fertilisation et application de produits phytosanitaires plus importantes) ainsi qu’un système
dit plus extensif ont été étudiés (Varga et coll., 2001; Varga et coll., 2003). Entre 1996 et
1998, le poids à l’hectolitre du blé d’hiver a été plus élevé dans le système intensif (790
versus 785 kg m-3), mais le poids de 1000 grains a diminué de 6 % comparativement au
système extensif (Varga et coll., 2001). Selon les auteurs, le blé produit dans le système
plus intensif aurait produit un plus grand nombre de grains par épi ce qui aurait entraîné
une diminution du poids de ceux-ci. Toujours selon cette étude, la production d’épis a été
20
significativement plus élevée dans le système intensif (680 épis m-2) comparativement au
système extensif (582 épis m-2) (Varga et coll., 2001). Entre 1999 et 2000, le poids à
l’hectolitre a augmenté de 1,9 % dans le système intensif alors que le poids de 1000 grains
est demeuré comparable entre les deux systèmes (Varga et coll., 2003). En République
Tchèque, le poids de 1000 grains a augmenté de 10 % dans le système biologique (44,4 g)
comparativement à la moyenne des trois niveaux d’intrants du système conventionnel
(40,2 g) (Váňová et coll., 2008). En Alberta, le poids à l’hectolitre du blé a diminué
significativement sous un système de production biologique (77 kg hl-1) comparativement à
un système de production conventionnel (78 kg hl-1) (Mason et coll., 2007a). Les auteurs
expliquent ce résultat par la pression plus élevée des mauvaises herbes en régie biologique
qui viendrait créer une compétition accrue pour l’eau et les éléments nutritifs, mais ce lien
n’est pas clairement défini. Le système de production n’a cependant pas eu d’effet sur le
poids à l’hectolitre ni sur le poids de 1000 grains en Italie et en Suisse (Carcea et coll.,
2006; Mäder et coll., 2007).
2.2.2.2 Teneur en protéines et indice de chute
En République Tchèque, la teneur en protéines a été significativement plus faible dans le
système biologique (11,5 %) comparativement au niveau faible (13,1 %), modéré (13,5 %)
et élevé (14,1 %) d’intensité d’intrants du système de production conventionnel (Váňová et
coll., 2008). Les auteurs associent ces résultats à la différence évidente de fertilisation
azotée entre les quatre systèmes. En effet, un accroissement de la fertilisation azotée
entraîne généralement une augmentation de la teneur en protéines (Satorre et Slafer, 1999;
Ames et coll., 2003). Or, les systèmes de production biologiques et sans intrants chimiques
ne permettent pas l’application d’azote sous forme d’engrais minéral, mais uniquement
sous forme d’engrais organique. Rossi et coll. (2006) ont établi que la source d’azote
utilisée en production biologique entraînait effectivement une variation de la teneur en
protéines. Dans cette étude, elle a diminué de 17 % dans les échantillons de blé biologique
comparativement aux échantillons de blé conventionnel. En Espagne, la teneur en protéines
brutes mesurées sur des échantillons de plants entiers de blé broyés a été inférieure dans le
21
système biologique (5,2 %) par rapport au système conventionnel (6,7 %) (Tejido et coll.,
2011). Les auteurs attribuent également cette diminution à une déficience de la fertilisation
azotée. Une autre étude réalisée en Italie avec six cultivars de blé de printemps a démontré
que la teneur en protéines a subi en moyenne une réduction de 12 % dans un système de
production biologique en comparaison avec un système conventionnel (Carcea et coll.,
2006). En Croatie, le contenu en protéines mesuré dans un système intensif (11,6 %) a
augmenté de 16,9 % par rapport au contenu mesuré dans un système extensif (9,9 %)
(Varga et coll., 2003).
À l’inverse, les travaux d’Annett et coll. (2007) en Alberta ont démontré que la teneur en
protéines du blé était supérieure sous un système de production biologique (16,2 %)
comparativement à un système conventionnel (14,9 %). Les auteurs ont expliqué cette
hausse par le rendement en grains du blé biologique qui était inférieur au rendement du blé
conventionnel, ce qui a pu mener à une concentration accrue des protéines dans les grains.
Kihlberg et coll. (2004) partagent ces conclusions dans une étude réalisée en Suède. La
relation inverse entre le rendement et la teneur en protéines chez le blé a également été
rapportée par Carr et coll. (2003a). Selon Kibite et Evans (1984), elle est expliquée par
différents stress environnementaux (manque de précipitations, semis tardif, pression élevée
de mauvaises herbes, etc.) qui peuvent affecter la croissance de la céréale et causer une
dilution des protéines par d’autres composés non protéiques. Jenner et coll. (1991)
affirment quant à eux que les stress environnementaux viendraient raccourcir la durée de
dépôt de l’amidon dans le grain de blé, ce qui aurait pour effet d’augmenter le ratio de
protéines par rapport à l’amidon et viendrait expliquer la plus haute teneur en protéines en
régie biologique. D’autres recherches menées sur le blé de printemps en Australie et en
Alberta n’ont pas noté de variation de la teneur en protéines entre les deux systèmes de
production (Ryan et coll., 2004; Mason et coll., 2007a). Il est cependant important de
considérer la longévité des systèmes de production dans l’analyse des résultats publiés dans
la littérature. Par exemple, en Suisse, des systèmes implantés depuis plus de 21 ans n’ont
pas eu d’effet sur la teneur en protéines dans une étude menée par Mäder et coll. (2007).
22
Ces résultats suggèrent qu’à long terme le système biologique est aussi viable pour la
culture du blé que le système conventionnel.
L’indice de chute n’a quant à lui pas varié selon le système de production en Italie et en
Alberta (Carcea et coll., 2006; Annett et coll 2007). Il a par contre augmenté de 7,8 % dans
un système intensif comparativement à un système plus extensif utilisant moins d’intrants
en Croatie (Varga et coll., 2003).
Une étude parue France en 2009 fait état des différents facteurs qui expliquent la variabilité
de la teneur en protéines du blé biologique (Casagrande et coll., 2009). Les auteurs ont
collecté des données sur 51 champs de blé d’hiver répartis sur 25 fermes biologiques de la
région Rhône-Alpes. Les trois principaux facteurs retenus en ordre d’importance sont : le
cultivar en lien avec ses qualités panifiables, le contenu en azote de la plante au stade
floraison et la densité des mauvaises herbes au stade floraison. Cette récente étude, qui
comprend un grand éventail de données, vient donc confirmer certains résultats obtenus
plus haut comme quoi une amélioration des pratiques de fertilisation et le choix judicieux
du cultivar en régie biologique permettraient de conserver de bonnes teneurs en protéines.
2.2.3 Effet du système de production sur la pression des mauvaises herbes
Contrairement aux systèmes de production conventionnels, les systèmes biologiques ou
sans intrants chimiques ne permettent pas l’application d’herbicides. La lutte contre les
mauvaises herbes est donc principalement basée sur le désherbage mécanique ainsi que sur
d’autres techniques au champ comme le faux semis, la culture intercalaire, la diminution de
l’espacement entre les rangs ou l’augmentation du taux de semis de la culture (Satorre et
Slafer, 1999; Kolb et coll., 2012). Malgré l’évolution de ces méthodes de lutte, plusieurs
études récentes affirment encore que les mauvaises herbes sont généralement plus
abondantes dans les systèmes n’utilisant pas de produits chimiques.
Dans le sud-est de l’Australie, le système biologique a montré une densité accrue des
mauvaises herbes (2940 kg ha-1) dans une culture de blé comparativement au système
conventionnel (610 kg ha-1) en 1993 au site de Yenda (Ryan et coll., 2004). Des données
23
similaires ont été observées dans cette même étude au site d’Ardletan en 1992 et 1993. En
Suisse, de 9 à 11 espèces de mauvaises herbes ont été répertoriées dans les parcelles
biologiques implantées depuis 21 années contre seulement 1 espèce dans les parcelles
conventionnelles (Mäder et coll., 2002). Koocheki et coll. (2009) ont quant à eux étudié
l’impact de cinq systèmes culturaux et de trois rotations différentes comprenant du blé
d’hiver sur les populations de mauvaises herbes en Iran. Des systèmes avec un niveau
d’intrants élevé, modéré et faible ainsi qu’un système biologique et un système dit intégré
représentent les cinq techniques culturales utilisées. Dans le système ayant un niveau élevé
d’intrants chimiques, la diversité et la densité des mauvaises herbes se sont élevées à 11
espèces avec 66 plants m-2. Dans le système à faible niveau d’intrants et le système
biologique respectivement, les mesures ont atteint 15 et 13 espèces avec 145 et
220 plants m-2. Ces résultats illustrent que l’utilisation d’herbicide a pu permettre une
répression plus efficace des mauvaises herbes que le désherbage mécanique utilisé de façon
équivalente dans ces deux derniers systèmes.
Une étude très intéressante portant sur le potentiel de compétition du blé face aux
infestations de mauvaises herbes en système biologique a été réalisée au nord de l’Alberta
de 2002 à 2004 (Mason et coll., 2007b). Les auteurs ont testé 27 cultivars de blé panifiable
qui proviennent de plus de 114 ans d’amélioration génétique au Canada. La biomasse totale
des mauvaises herbes a été significativement plus élevée dans le système biologique
(134 g m-2) que dans le système conventionnel (1,4 g m-2). Des enjeux-clés ont néanmoins
été ciblés pour maximiser les rendements et réduire la pression exercée par les mauvaises
herbes en production biologique, tel qu’une floraison et une maturité hâtives du blé aidées
par des conditions environnementales favorables en début de saison de croissance. Des
plants de blés vigoureux, hauts et qui tallent beaucoup ont également été cités par les
auteurs comme étant des facteurs déterminants. Annett et coll. (2007) partagent ces
conclusions dans une étude menée en Alberta. Selon eux, le semis plus tardif du blé
biologique dans le but de permettre certaines opérations supplémentaires de désherbage au
printemps a créé une pression accrue des mauvaises herbes à l’automne comparativement
au blé conventionnel qui a été récolté près de trois semaines plus tôt. Les données de
24
densité et de biomasse des mauvaises herbes ne sont toutefois pas disponibles dans cette
recherche.
La banque de semences de mauvaises herbes dans le sol n’est également pas la même selon
les systèmes. Selon l’étude de Koocheki et coll. (2009) décrite plus haut, la densité des
graines de mauvaises herbes dans les sols des systèmes biologique et intégré (entre 5000 et
6000 graines m-2) a été plus importante que dans le sol du système avec un niveau élevé
d’intrants (2000 graines m-2). Cette recherche s’étendant de 1997 à 2002, les échantillons
de sol étudiés ont été prélevés à la sixième année seulement. Les auteurs expliquent les
résultats obtenus par la non utilisation d’herbicides combinée à l’application de fumier de
bovins dans le système biologique. L’apport de semences de mauvaises herbes par les
fumiers, qui représentent la principale source de fertilisant dans les systèmes biologiques ou
sans intrants chimiques, a également été rapporté par Pleasant et Schlather (1994).
La rotation des cultures est un élément important à considérer lors de l’évaluation de la
réponse des mauvaises herbes à un système de production donné. En effet, la rotation des
cultures fait varier les types d’herbicides utilisés, le travail du sol ainsi que le moment où il
sera réalisé en lien avec la période de levée des mauvaises herbes. Les résultats obtenus par
Koocheki et coll. (2009) illustrent parfaitement ce fait, à savoir que la densité des graines
de mauvaises herbes dans le sol sous une monoculture de blé a été significativement plus
élevée (6300 graines m-2) que dans les autres rotations impliquant du maïs ou de la
betterave à sucre (5000 graines m-2 en moyenne).
La densité et la diversité des mauvaises herbes ont également été plus importantes chez le
blé cultivé de façon biologique comparativement au blé conventionnel cultivé au nord de la
France dans une recherche menée sur 216 champs (Gosme et coll., 2012). Cette recherche
fait état de l’impact du voisinage des champs de blé biologiques autour des champs de blé
conventionnels sur certaines maladies foliaires, sur la présence de pucerons ainsi que sur les
populations de mauvaises herbes. Fait intéressant, les mauvaises herbes dans les champs
biologiques, contrairement aux autres variables mesurées, ne semblent pas se disperser dans
les champs conventionnels. Donc, la croyance qu’une augmentation des superficies
25
cultivées de manière biologique dans une région donnée vient accroître les problèmes de
mauvaises herbes est fausse selon ces auteurs.
2.3 La fusariose de l’épi
La fusariose de l’épi est l’une des principales maladies affectant la culture des céréales dans
plusieurs régions du globe (Osborne et Stein, 2007). Il s’agit d’une maladie cryptogamique
qui a été décrite pour la première fois en Angleterre en 1884 (Clear et Patrick, 2009). Au
Canada, la fusariose a évolué en grande partie au Manitoba dans les années 1920 et ensuite
dans l’est du pays à partir de 1940 (Clear et Patrick, 2009). Elle a gagné beaucoup de
terrain depuis et est actuellement présente dans la plupart des champs de céréales du
Québec (Campbell et coll., 2002; Bourdages et coll., 2006). La fusariose représente de
lourdes pertes monétaires pour les producteurs agricoles et est également un enjeu de taille
pour tous les autres acteurs de la filière agroalimentaire. L’épidémie recensée en 1996 a
causé plus de 100 millions de dollars de dommages à l’industrie du blé en Ontario, ce qui
est loin d’être négligeable (Schaafsma, 1999). Ces dégâts sérieux ont poussé plusieurs
collectifs de chercheurs de tous les pays à se pencher sur cette maladie pour tenter de la
comprendre et d’en améliorer les stratégies de lutte.
2.3.1 Généralités sur la maladie
Le blé, l’orge, le maïs, l’avoine, le riz, le seigle, le triticale ainsi que des espèces de
graminées sauvages sont les principales cultures hôtes de la fusariose de l’épi (Bailey et
coll., 2004; Desjardins, 2006). Certaines espèces de mauvaises herbes peuvent aussi être
colonisées (Postic et coll., 2012). Les légumineuses comme le soya et le trèfle sont, quant à
elles, connues comme étant des cultures peu sensibles à l’infection (Desjardins, 2006). Les
dommages causés par la fusariose sur les épis et les grains proviennent de l’infection des
tissus des cultures hôtes par des champignons du genre Fusarium. De nombreuses espèces
sont associées à la maladie, telles que F. avenaceum, F. culmorum, F. sporotrichioides,
F. acuminatum, F. equiseti et F. poae (Bailey et coll., 2004). C’est toutefois
F. graminearum qui en est le premier responsable dans les régions tempérées de
26
l’Amérique du Nord (Bailey et coll., 2004; Fernandez et coll., 2005; Desjardins, 2006). Au
Québec, F. graminearum représente plus de 40 % des isolats de Fusarium provenant de
grains d’orge (Bourdages et coll., 2006).
2.3.2 Dommages occasionnés
La fusariose de l’épi cause des dommages à plusieurs niveaux. Elle peut entraîner des
dégâts physiques sur les épis durant la saison de croissance, comme un dessèchement
prématuré des épillets infectés (Edwards, 2004). Si le rachis est atteint, il y aura sénescence
de la tête de l’épi au-dessus du point d’infection (Edwards, 2004). Les grains dits fusariés
qui proviennent des épillets infectés seront généralement faiblement remplis ou même
inexistants dû à la stérilité complète de la fleur (Bailey et coll., 2004). Ils peuvent être
ratatinés, d’aspect crayeux et présenter une couleur allant de blanc à rosé (Edwards, 2004;
Desjardins, 2006). En plus des diminutions de rendements que ces dommages physiques
occasionnent, la fusariose peut entraîner des pertes économiques importantes par la
diminution de la qualité des grains. En effet, plusieurs espèces de Fusarium sont capables
de produire des mycotoxines dont la plus connue est le désoxynivalénol ou DON
(Desjardins, 2006). Dans l’est du Canada, Campbell et coll. (2002) ont comparé la
concentration de 13 mycotoxines sur des échantillons de maïs, de blé, d’orge et d’avoine et
c’est le DON qui a été le plus fréquemment retrouvé, toutes céréales confondues. Produite
principalement par F. graminearum, cette toxine est dangereuse pour les humains et les
animaux d’élevage et peut conduire au déclassement d’un lot de grains lors de sa mise en
vente (Bailey et coll., 2004; Fernandez et coll., 2005). Dans les industries canadiennes, la
teneur maximale en DON permise dans les lots de blé destinés à l’alimentation humaine est
de 2 ppm (Santé Canada, 2012). Les grains fusariés présents dans les lots récoltés peuvent
également altérer la valeur meunière et boulangère de la céréale lors de sa transformation
(Bailey et coll., 2004; Edwards, 2004).
27
2.3.3 Cycle épidémique
Il est possible que deux phases distinctes coexistent dans le cycle d’un même champignon.
Une phase de reproduction sexuée que l’on appelle le téléomorphe et une phase de
multiplication asexuée nommée anamorphe (Agrios, 1978). C’est le cas de
F. graminearum, qui a été décrit pour la première fois en 1838 comme étant la forme
asexuée de Gibberella zeae (Desjardins, 2006). Le champignon peut fructifier, entre autres,
sous forme de périthèces et de sporodochies sur les résidus de culture et les débris laissés à
la surface du sol (Fernando et coll., 2000; Bailey et coll., 2004). Les périthèces libèrent les
ascospores, l’unité de reproduction sexuée du champignon associée à G. zeae. Un périthèce
contient plusieurs asques et chaque asque contient généralement huit ascospores (Agrios,
1978). Les sporodochies, quant à elles, sont des structures de couleur orangée qui
renferment un amas de macroconidies. Les macroconidies assurent la multiplication
asexuée de F. graminearum et sont produites par les conidiophores, structures issues des
hyphes du champignon (Agrios, 1978). Ce sont les macroconidies qui possèdent les
caractéristiques morphologiques particulières permettant de différencier F. graminearum
des autres espèces de Fusarium (Nelson et coll., 1983). Elles sont notamment caractérisées
chez F. graminearum par une forme allongée, mince, légèrement courbée et possédant de
cinq à six septations (figure 2).
Figure 2. Macroconidies de F. graminearum sur milieu Fg à 40X. Source : Hélène Munger, 2010©.
28
Suite à l’hivernation du champignon sur les résidus de culture, les périthèces et les
sporodochies produits peuvent libérer les ascospores ainsi que les macroconidies dans
l’environnement (Fernando et coll., 2000) tel qu’illustré à la figure 3.
Figure 3. Cycle épidémique de la fusariose de l’épi. Source : Hélène Munger, 2013©.
Les ascospores, dites anémophiles, sont plus légères et petites que les macroconidies
(Bailey et coll., 2004). Elles sont disséminées surtout par voie aérienne et peuvent ainsi
parcourir de grandes distances (Xu, 2003). Les macroconidies, dites pluviatiles, sont plutôt
dispersées par l’éclaboussement causé par la pluie et leurs déplacements en provenance des
résidus colonisés sont moins importants que ceux des ascospores (Bailey et coll., 2004).
Une étude menée en laboratoire sur le patron de dispersion de F. culmorum et F. poae a
29
montré que des colonies ont été retrouvées à une hauteur maximale de 58 cm ainsi qu’à une
distance horizontale maximale de 100 cm de la source d’inoculum (Hörberg, 2002). Les
spores de F. graminearum ainsi libérées peuvent alors atteindre les épis de blé, où la
pénétration du champignon causera possiblement la maladie (Bailey et coll., 2004). À ce
moment, un mycélium poudreux de couleur blanche et teinté de rose se développe sur les
tissus infectés (Fernando et coll., 2000). Il est également courant de voir apparaître des
sporodochies, ce qui donne la coloration orangée typique des épillets fusariés.
La période de sensibilité à la fusariose la plus critique chez le blé est la floraison, lors de la
sortie des anthères (Lacey et coll., 1999; Bailey et coll., 2004; Osborne et Stein, 2007). Des
conditions chaudes et humides coïncidant avec cette période favorisent l’apparition des
premiers symptômes de la maladie (Sutton, 1982; Xu, 2003). Castonguay et Couture (1983)
ont affirmé, dans une recherche menée à l’échelle de la province de Québec, que la
contamination des grains semblait être favorisée lorsque des précipitations élevées étaient
mesurées les jours précédant la maturité du blé, mais seulement si la température dans les
jours suivant l’épiaison avait été assez élevée. Lacey et coll. (1999) affirment quant à eux
que l’infection par F. graminearum requiert des températures assez chaudes (entre 20 et
30°C) ainsi qu’une humidité élevée durant au moins 48 à 60 heures. Selon une revue de
littérature effectuée par Sutton (1982), les températures optimales pour la formation de
périthèces et d’ascospores par G. zeae sont, respectivement, de 29°C et de 25 à 28°C. Les
macroconidies de F. graminearum sont produites quant à elles à des températures variant
de 16 à 36°C, avec un optimum à 32°C.
2.3.4 Causes de la maladie et moyens de lutte
Les conditions environnementales représentent le facteur le plus important à considérer
dans les études portant sur la fusariose. Selon Schaafsma et coll. (2001), plus de 48 % de la
variabilité de la teneur en DON proviendrait des conditions météorologiques prévalant
durant la saison de croissance de la céréale. Un été frais et sec sera donc en théorie moins
favorable à la maladie qu’un été chaud et humide. De plus, le semis hâtif du blé au
printemps permet de désynchroniser la période critique d’infection avec l’éjection des
30
spores qui se produit généralement en association avec l’apparition des conditions chaudes
et humides (Xu, 2003; Edwards, 2004).
De nombreuses études laissent sous-entendre que la prédominance d’une espèce donnée de
Fusarium dépend beaucoup de la région. Bourdages et coll. (2006) ont procédé à une
évaluation chez l’orge dans 12 régions administratives du Québec de 2000 à 2002. Les
régions du sud ont été dominées par F. graminearum, F. avenaceum a été plus présent dans
l’est de la province, alors que F. poae a prévalu au nord du fleuve St-Laurent. Même
constat en Norvège, où il a été prouvé que le blé, l’orge et l’avoine étaient principalement
infectés par F. graminearum au centre du pays alors que F. culmorum était pratiquement
absent dans cette région (Kosiak et coll., 2003). Les conditions climatiques associées à
chaque région seraient la cause de ces spécificités géographiques (Schaafsma et coll.,
2001). Cette relation n’est toutefois pas toujours claire, comme ce fut le cas en France où
aucune spécialisation géographique évidente n’a pu être établie entre les différentes espèces
de Fusarium identifiées chez le blé et l’orge (Ioos et coll., 2004). Néanmoins, il est logique
de penser qu’une région ayant des conditions climatiques favorables au développement de
F. graminearum sera plus susceptible de souffrir des dommages causés par la fusariose.
Plusieurs modèles de prévision existent et d’autres sont en processus d’élaboration pour
tenter de construire un outil informatique performant de prévision de l’infection selon les
conditions environnementales (Xu, 2003).
De récentes découvertes ont également mis de l’avant la possibilité que l’inoculum de
F. graminearum puisse circuler par la voie des airs sur plusieurs kilomètres (Schmale III et
coll., 2005; Osborne et Stein, 2007). La contamination à l’intérieur du champ ne serait alors
plus seule responsable et pourrait même être moins importante que la contamination
provenant de l’inoculum aérien d’une région donnée (Osborne et Stein, 2007). Les résultats
des travaux de Landschoot et coll. (2011) ont démontré que les populations finales de
Fusarium retrouvées sur les épis de blé étaient différentes et surtout plus complexes que les
populations en provenance du sol retrouvées en début de saison de croissance. Ces
conclusions démontrent toute l’importance de l’inoculum présent hors du champ. Cette
affirmation est particulièrement importante à considérer au Québec étant donné que les
31
superficies en grandes cultures représentent plus de 54 % des terres cultivées dans la
province (Statistique Canada, 2011), ce qui pourrait constituer un réservoir important
d’inoculum.
Un autre facteur associé au développement de la fusariose qui est très souvent pointé du
doigt est la quantité de débris laissée à la surface du sol comme source importante
d’inoculum (Xu, 2003). En effet, tel que mentionné à la section 2.3.3, F. graminearum est
capable de survivre sur les résidus de culture. Plusieurs études ont affirmé que la culture
d’une céréale dans un champ ayant une grande proportion de débris au sol contribuait à
augmenter l’intensité de la maladie (Dill-Macky et Jones, 2000; Xu, 2003; Edwards, 2004).
Cette affirmation est d’autant plus vraie lorsque les résidus proviennent d’une culture hôte.
En Ontario, des chercheurs ont observé une incidence accrue de la fusariose ainsi qu’une
plus grande concentration de DON dans des champs de blé d’hiver plantés après du maïs
comparativement à ceux plantés après du soya (Teich et Hamilton, 1985). L’enfouissement
des résidus de culture est donc considéré comme un moyen de diminuer l’incidence de la
maladie (Teich et Hamilton, 1985). De plus, une rotation efficace avec des cultures non
hôtes permet de briser le cycle de la maladie et l’accumulation subséquente de mycotoxines
(Edwards, 2004).
Il existe des différences de sensibilité à la fusariose entre les cultivars. Chaque année au
Québec, les cultivars de blé mis sur le marché sont cotés sur une échelle de 1 à 9, 1 étant le
plus faible degré de sensibilité à la fusariose (RGCQ, 2013). Semer un cultivar plus
sensible à l’infection pourra donc entraîner plus de dégâts. En effet, dans une étude réalisée
à Québec en 2007 et 2008, trois cultivars de blé et trois cultivars d’orge ayant des degrés
distincts de sensibilité à la fusariose ont été comparés et la teneur en DON a été
significativement influencée par le cultivar (Bérubé et coll., 2012). Les recherches portant
sur le développement de la résistance à la fusariose peuvent cibler plus spécifiquement la
résistance à la pénétration du champignon, la résistance à sa colonisation ou les
mécanismes qui influencent la concentration de DON dans les grains (Snijders, 2004). Un
cultivar de blé sensible à la verse est également plus susceptible d’être attaqué par la
fusariose, étant donné son potentiel d’entrer en contact avec l’inoculum présent au sol
32
(RGCQ, 2013). Le choix du cultivar demeure donc un bon moyen de diminuer les dégâts
causés par la fusariose, mais il est important de se rappeler que l’efficacité de cette méthode
dépend d’autres facteurs, comme les conditions climatiques par exemple (Schaafsma et
coll., 2001).
La lutte chimique est bien évidemment un moyen utilisé par beaucoup de producteurs pour
protéger leurs cultures. La fusariose étant une maladie très répandue au Canada et partout
dans le monde, un large éventail de produits de synthèse a été développé avec les années
pour lutter contre la maladie (Edwards, 2004). Chez le blé, l’application d’un traitement
fongicide au moment où 100 % des épis sont sortis, lorsque les anthères commencent à être
visibles au centre de l’épi, peut réduire l’intensité de la maladie et la production de toxines
(MAPAQ, 2011). Ces produits peuvent toutefois s’avérer onéreux et leur fenêtre optimale
d’application est très courte.
Les dégâts causés par la fusariose peuvent s’accroître lors d’une mauvaise manutention à la
récolte. Même en absence de symptômes visuels sur la culture, il est possible de retrouver
des mycotoxines dans les grains et les champignons impliqués peuvent continuer à
proliférer si le grain n’est pas entreposé correctement (Osborne et Stein, 2007). Récolter le
grain à maturité et ne pas l’entreposer s’il est humide constituent d’autres moyens de
prévenir les risques associés à la fusariose. De plus, considérant que les grains fusariés sont
plus légers que les grains sains, ils peuvent être perdus directement au champ à la récolte si
la ventilation de la moissonneuse-batteuse est trop élevée et contribuer à augmenter
l’inoculum au sol.
Il est cependant important de souligner qu’aucune relation évidente n’a pu être établie entre
l’intensité des symptômes visuels de la maladie sur les épis et les grains et l’accumulation
de DON (Lacey et coll., 1999; Birzele et coll., 2002; Champeil et coll., 2004; Steinkellner
et Langer, 2004). Les causes de la fusariose et les liens entre chacune d’elles sont multiples,
traduisant toute la complexité de cette maladie.
33
2.3.5 Effet du travail de sol sur la fusariose de l’épi
Puisque le travail réduit et le semis direct sont des pratiques culturales laissant une plus
grande quantité de résidus en surface, de nombreuses études ont prouvé qu’il pouvait en
résulter une augmentation de la maladie. Les travaux de Dill-Macky et Jones (2000) au
Minnesota rapportent que l’incidence et la sévérité de la fusariose ont été plus importantes
dans les parcelles de blé en travail réduit et en semis direct que dans les parcelles sous
travail conventionnel et ce peu importe le précédent cultural. En France, la teneur en DON
s’est avérée plus élevée dans le système en semis direct qu’en travail de sol conventionnel
(Champeil et coll., 2004). Dans les deux cas, les auteurs expliquent ces résultats par le fait
que le labour réalisé en travail conventionnel a permis d’enfouir les résidus de la culture
précédente, diminuant ainsi le risque de dispersion de l’inoculum de F. graminearum par le
vent ou la pluie. Cette hypothèse est corroborée par Leplat et coll. (2013), qui ont réalisé
une revue de littérature portant sur les mécanismes de survie de F. graminearum en
conditions naturelles. Une autre revue de littérature portant cette fois sur la quantification
de l’impact de plusieurs facteurs sur la teneur en DON dans les grains de blé a été réalisée
en Allemagne (Beyer et coll., 2006). En effectuant une moyenne des résultats obtenus dans
plusieurs études, dont certaines sont rédigées en allemand, ces auteurs sont parvenus à
affirmer que la teneur en DON a été réduite de 33 % (± 7 %) grâce au labour conventionnel
par rapport au travail réduit et au semis direct. À l’inverse, le pourcentage moyen de
F. graminearum isolés de résidus de culture de céréales a été plus faible en semis direct
(3 %) qu’en travail réduit et en travail conventionnel (7 et 11 % respectivement) dans une
recherche publiée par Fernandez et coll. (2008).
L’enfouissement des résidus permet donc de réduire la dispersion de l’inoculum, mais il
permet en plus de favoriser la décomposition de ceux-ci en comparaison aux pratiques qui
n’inversent pas la première couche du sol (Teich et Hamilton, 1985; Leplat et coll., 2013).
Plus spécifiquement, un sol riche en microorganismes permet d’accélérer la décomposition
des résidus et peut affecter la survie de F. graminearum (Leplat et coll., 2013). La présence
d’autres champignons antagonistes peut également entraîner une certaine compétition au
développement de F. graminearum sur les résidus (Leplat et coll., 2013). Il a même été
34
prouvé qu’une espèce de ver de terre, Lumbricus terrestris L., était plus attirée par des
résidus fortement colonisés par F. graminearum et ayant une teneur élevée en DON,
participant ainsi à l’élimination de cette source d’inoculum (Oldenburg et coll., 2008). Un
sol possédant une microfaune et une microflore riches semble donc plus apte à décomposer
les résidus lorsque ceux-ci sont enfouis.
Il a été prouvé dans une récente étude menée en Croatie que les mauvaises herbes
constituaient des hôtes alternatifs aux différentes espèces de Fusarium, sans nécessairement
montrer de symptômes visuels de maladie (Postic et coll., 2012). Le degré élevé de
colonisation mesuré laisse sous-entendre que les mauvaises herbes pourraient ainsi former
un réservoir important d’inoculum. Les pratiques de travail du sol qui créent une inversion
de la couche arable étant reconnues pour lutter de manière plus efficace contre les
mauvaises herbes que les pratiques de conservation des sols, il en résulterait donc une
réduction plus efficace de l’inoculum de F. graminearum (Leplat et coll., 2013).
Un facteur venant influencer fortement l’effet du travail de sol sur la fusariose de l’épi est
le précédent cultural. En Ontario, des chercheurs ont dénombré plus de symptômes visuels
de fusariose ainsi qu’une plus grande concentration de DON (0,66 versus 0,05 ppm) dans
des champs de blé d’hiver plantés après du maïs comparativement à ceux plantés après du
soya ou de l’orge (Teich et Hamilton, 1985). De même, l’intensité des symptômes de
fusariose a été plus importante chez le blé ayant un précédent cultural de maïs
comparativement à un précédent cultural de soya au Minnesota (Dill-Macky et Jones,
2000). En Allemagne, Oldenburg et coll. (2007b) ont comparé la teneur en toxines du blé
selon deux techniques de travail du sol et avec un précédent cultural de maïs entre 2002 et
2005. La concentration en DON dans les grains a été généralement plus importante lorsque
le blé a été semé sous paillis après un travail de sol fait avec un cultivateur lourd
(profondeur de travail de 20 cm) comparativement au sol ayant été labouré de façon
conventionnelle (profondeur de travail de 30 cm), tout dépendant de la quantité de résidus
de maïs présents en surface du sol. De plus, les auteurs ont observé que la contamination
des grains était inférieure lorsque les résidus de maïs étaient préalablement hachés avant
d’être étendus au sol puisque leur décomposition s’en trouvait accélérée. Les récents
35
travaux de Vogelgsang et coll. (2011) réalisés en Suisse corroborent ces résultats. Ces
chercheurs ont testé cinq façons de gérer des résidus de maïs, qui diffèrent de par leur degré
de broyage, sur l’incidence de la fusariose chez le blé. Une réduction de l’ordre de 21 à
38 % de la teneur en DON pour les différentes gestions de résidus comparativement aux
résidus laissés tel quel par la moissonneuse-batteuse a été observée. Les résidus intacts
mesurant de 5 à 15 cm ont été fortement corrélés avec la présence de F. graminearum et de
DON dans les grains (Vogelgsang et coll., 2011).
L’expression de la fusariose peut varier selon le travail du sol de par la différence de
richesse et d’abondance d’espèces de champignons retrouvés dans le sol. En effet, une plus
faible diversité d’espèces de Fusarium a été mesurée dans le sol soumis à un labour
conventionnel comparativement à un sol sous des pratiques de travail réduit (Steinkellner et
Langer, 2004). Réalisée en Autriche en 2000 et 2001, cette étude a un fort impact
considérant que les différents travaux de sol ont été mis en place en 1980. Les auteurs ont
également testé différentes profondeurs d’opération et ont observé une relation inverse
entre la profondeur du travail et le nombre d’espèces de Fusarium isolées dans le sol. La
plus faible valeur de 49 583 unités formatrices de colonies (UFC) par gramme de sol a été
mesurée dans le labour à 30 cm de profondeur (le plus profond des traitements)
comparativement à la plus haute valeur de 101 250 UFC g-1 retrouvée avec le chisel à
24 cm de profondeur. Yi et coll. (2002) ont également noté une diminution des populations
de F. graminearum sur les résidus de culture avec une augmentation de la profondeur
d’incorporation de ceux-ci.
D’autres études n’ont pu établir de lien entre le travail du sol et la fusariose. En Ontario,
Miller et coll. (1998) ont comparé des parcelles de blé inoculées avec F. graminearum sous
labour conventionnel avec des parcelles sous semis direct. Sous ces conditions, les
chercheurs ont observé que le travail du sol n’a pas eu d’impact sur l’incidence de la
maladie (proportion d’épis fusariés) ou l’infection des grains (grains stérilisés et placés sur
milieu PCNB). Selon les auteurs, l’historique de rotation du champ ainsi que des champs
environnants, le degré de sensibilité des cultivars utilisés et la pression de fusariose
mesurée dans le passé sont des éléments qui surpassent l’effet du travail du sol. Toujours en
36
Ontario, le travail du sol n’a pas eu d’effet sur la teneur en DON de grains de blé récoltés
manuellement dans plusieurs champs à travers la province (Schaafsma et coll., 2001).
Constat similaire en Argentine, où le travail du sol (conventionnel versus semis direct) n’a
pas influencé l’intensité des symptômes de fusariose (proportion d’épis fusariés et nombre
d’épillets fusariés par épi) ni la teneur en DON dans des essais de blé sous conditions
d’infection naturelle (Lori et coll., 2009). Ces auteurs associent principalement l’expression
de la maladie aux conditions climatiques qui ont prévalu durant les années à l’étude,
comme d’autres recherches l’ont fait précédemment (Schaafsma et coll., 2001; Fernandez
et coll., 2005). En Lituanie, le taux d’infection des grains de blé par différentes espèces de
Fusarium n’a pas varié non plus selon le travail du sol (conventionnel, travail réduit, semis
direct) et seule la teneur en DON dans le blé de printemps a été significativement plus
faible en semis direct durant une année uniquement (Supronienė et coll., 2012).
À la lumière de ces résultats, il semble que les pratiques laissant une plus grande quantité
de résidus au sol viennent augmenter l’incidence de la fusariose, surtout lorsque ces résidus
proviennent d’une culture hôte. Toutefois, le fait d’enfouir les résidus et de les broyer pour
en accélérer la décomposition serait un moyen efficace de réduire la pression de la maladie.
D’autres études décrivent le travail du sol comme étant un facteur de moindre importance
sur l’intensité des symptômes de fusariose.
2.3.6 Effet du système de production sur la fusariose de l’épi
Il est facile de penser que l’intensité des symptômes de fusariose sera inférieure dans les
systèmes conventionnels puisque ceux-ci permettent l’utilisation de fongicides
contrairement aux systèmes biologiques et sans intrants chimiques. Or, selon une étude
menée par Champeil et coll. (2004), le niveau de contamination du blé par les mycotoxines
mesuré dans le système biologique n’était pas significativement différent du niveau mesuré
dans le système conventionnel. Jestoi et coll. (2004) ont obtenu des résultats similaires en
analysant le contenu en mycotoxines de différents produits du blé provenant de marchés
finlandais et italiens au printemps 2002. Bien que le DON ait été répertorié dans 90 % des
échantillons examinés, le système de production n’a pas eu d’influence sur celui-ci. Même
37
constat en Suisse, où aucune différence du contenu en DON n’a été détectée entre les
systèmes biologique et conventionnel malgré le fait que ceux-ci aient été implantés depuis
21 ans (Mäder et coll., 2007). En France, Malmauret et coll. (2002) ont testé 11
échantillons de blé biologique et 11 échantillons de blé conventionnel. Malgré une plus
forte contamination du blé biologique, ils n’ont pu déceler de différences significatives
entre les teneurs en DON des différents systèmes. Au Royaume-Uni, de 2001 à 2005,
environ 300 échantillons de blé ont été récoltés chaque année chez plusieurs producteurs
répartis dans différentes régions du pays et des données agronomiques sur ces fermes ont
été compilées (Edwards, 2009). Avec au total 247 échantillons de blé biologique et 1377
échantillons conventionnels, cette étude est l’une des plus importantes dans le domaine.
Aucune différence significative de la teneur en DON entre les systèmes n’a été observée.
Selon les auteurs, plusieurs facteurs ont influencé positivement (pas d’application de
fongicide) ou négativement (peu de pratiques de conservation des sols et peu de rotations
céréales sur céréales recensées) la teneur en DON dans le système biologique et
globalement ces facteurs ont fini par se balancer entre eux.
D’autres études recensent moins de dommages causés par la fusariose dans les systèmes
biologiques comparativement aux systèmes conventionnels. En Allemagne, le blé
conventionnel a été plus fréquemment contaminé et présentait une concentration en DON
plus élevée que le blé biologique (Birzele et coll., 2002; Schneweis et coll., 2005). En
Norvège, la valeur médiane du pourcentage de grains infestés a diminué de 19 % chez le
blé biologique comparativement au blé cultivé de manière conventionnelle (Bernhoft et
coll., 2010). En Italie, 35 lots de blé provenant de différentes fermes conventionnelles et
biologiques situées au nord du pays ont été minutieusement analysés (Rossi et coll., 2006).
Le contenu moyen en DON de ces lots s’est révélé significativement plus faible sur les
entreprises biologiques (0,003 ppm) que dans les fermes conventionnelles (0,1 ppm). De
plus, seulement 25 % des échantillons de blé biologique étaient contaminés
comparativement à 100 % des échantillons de blé conventionnels. Selon Lemmens et coll.
(2004), il y aurait un lien à faire avec la quantité de fertilisant appliquée. Les auteurs ont
observé une augmentation significative de l’intensité de la fusariose ainsi que de la teneur
38
en DON avec un apport croissant en azote en conditions naturelles d’infection et ce peu
importe la source d’azote utilisée (minérale ou organique). Ils expliquent cette hausse par le
fait que la densité de la culture, plus importante lorsqu’une plus grande quantité d’azote est
disponible pour la plante, favoriserait un environnement plus humide sur une plus longue
période de temps suivant une pluie. Considérant que des conditions humides sont propices
à la production d’inoculum par F. graminearum (Xu, 2003), l’hypothèse formulée par
Lemmens et coll. (2004) s’avère plausible et est corroborée par Edwards (2004). Ce dernier
affirme également que la fertilisation peut affecter l’intensité des symptômes de fusariose
en influençant la vitesse de décomposition des résidus de culture ou en créant un stress
physiologique à la culture, la rendant ainsi plus vulnérable à l’infection. Une augmentation
de la fertilisation azotée n’a toutefois pas influencée l’intensité de la fusariose ni la teneur
en DON dans d’autres travaux (Teich et Hamilton, 1985; Schaafsma et coll., 2001;
Oldenburg et coll., 2007a; Lori et coll., 2009).
En République Tchèque, Váňová et coll. (2008) ont comparé neuf cultivars de blé d’hiver
selon un système biologique et trois niveaux d’un système conventionnel de 2004 à 2006.
Globalement, les niveaux de DON ont été faibles pour les trois années d’essais et les
auteurs ont attribué ces résultats au fait que les résidus post-récolte ont toujours été enfouis
et que ceux-ci provenaient de culture non hôtes de la fusariose (trèfle et colza). Néanmoins,
bien que la teneur en DON ait été significativement plus faible dans le système biologique
(0,15 ppm) comparativement au niveau faible (0,35 ppm) et modéré (0,39 ppm) d’intrants
du système conventionnel, elle n’a pas été significativement différente du plus haut niveau
d’intrants du système conventionnel (0,25 ppm) et ce peu importe le cultivar. Les
explications de ces résultats demeurent toutefois floues.
D’autres composantes associées aux systèmes de production peuvent avoir un effet sur
l’intensité des symptômes de fusariose. Par exemple, en Croatie, il a été prouvé que les
mauvaises herbes constituaient des hôtes alternatifs aux différentes espèces de Fusarium,
sans nécessairement montrer de symptômes visuels de maladies (Postic et coll., 2012). Le
degré élevé de colonisation mesuré dans cette recherche laisse sous-entendre que les
mauvaises herbes pourraient ainsi former un réservoir important d’inoculum. Étant donné
39
que les systèmes biologiques ou sans intrants chimiques sont reconnus pour favoriser une
plus grande population de mauvaises herbes (Koocheki et coll., 2009), il serait plausible de
s’attendre à une augmentation des symptômes de fusariose dans de tels systèmes. Teich et
Nelson (1984) ont en effet observé plus de symptômes visuels sur épis dans les champs de
blé ayant une densité élevée de mauvaises herbes. Dans un autre ordre d’idées, la
biodiversité riche et abondante retrouvée dans les sols biologiques comparativement aux
sols conventionnels pourrait aussi avoir un rôle à jouer, entre autres par la hausse des
processus de décomposition des résidus (Leplat et coll., 2013). Le système biologique
pourrait donc avoir un meilleur potentiel de réduction de l’inoculum que le système
conventionnel.
L’effet du système de production sur la fusariose ne se fait pas uniquement sentir sur le blé
directement récolté au champ, mais également sur les produits transformés. La présence de
plusieurs mycotoxines a été mesurée sur 101 échantillons de pains commerciaux dans une
étude allemande réalisée en 1999 (Schollenberger et coll., 2005). Le DON était présent
dans 92 % des échantillons avec une teneur médiane de 0,13 ppm. Les valeurs moyennes de
DON ont été numériquement plus faibles dans les échantillons de pains produits avec des
céréales biologiques comparativement à ceux produits avec des céréales conventionnelles et
ce peu importe le type de céréale (blé, seigle ou un mélange des deux). Les valeurs ne sont
pas nécessairement significatives, mais démontrent une très forte tendance. Les différences
entre les méthodes de cuisson des pains ainsi que l’impact du processus de fermentation sur
la décomposition du DON sont pointées du doigt par les auteurs pour expliquer ce résultat.
D’un autre côté, Edwards (2009) affirme que l’Allemagne est reconnue pour avoir de
grandes superficies en maïs dans son système de rotation conventionnelle mais que cette
céréale est pratiquement absente de son système de rotation biologique. Le risque plus
élevé de contamination par une culture hôte dans le système conventionnel viendrait
expliquer les résultats obtenus par Schollenberger et coll. (2005).
Une récente revue de littérature publiée en France couvrant plusieurs aspects de la qualité
nutritionnelle et de la sécurité alimentaire des produits biologiques conclue que les mesures
préventives appliquées dans de tels systèmes semblent suffisantes pour maintenir un faible
40
niveau de contamination des produits (Lairon, 2010). À la lumière des résultats présentés
dans cette section qui proviennent de plusieurs régions du globe, cette affirmation semble
plausible.
2.4 La cécidomyie orangée du blé
La cécidomyie orangée du blé (Sitodiplosis mosellana [Géhin] [Diptera : Cecidomyiidae])
est un insecte ravageur important dans la culture du blé qui existe depuis de nombreuses
années. Il s’agit d’une espèce envahissante qui serait apparue à l’est de l’Amérique du Nord
au début des années 1800 pour ensuite se disperser vers l’ouest en passant par le Québec en
1828 (Felt, 1921; Dosdall et coll., 2011). La première épidémie recensée dans l’ouest du
Canada a eu lieu en 1983 en Saskatchewan (Olfert et coll., 1985). La cécidomyie cause
maintenant des dommages dans plusieurs régions du monde, dont l’Europe et la Chine
(Knodel et Ganehiarachchi, 2008). Selon les évaluations annuelles du Réseau
d’avertissements phytosanitaires (RAP) réalisées à travers la province de Québec, le
pourcentage d’épis de blé ayant au moins une larve de cécidomyie était de 49 % en 2008 et
de 66 % en 2010 (RAP, 2009; RAP, 2011). Malgré une préoccupation croissante envers cet
insecte, les recherches menées sur le sujet dans les conditions climatiques du Québec sont
limitées.
2.4.1 Dommages occasionnés
À l’état adulte, la cécidomyie est une petite mouche orangée ne mesurant pas plus de deux
à trois millimètres, soit la moitié de la taille d’un moustique (Knodel et Ganehiarachchi,
2008). Ce sont toutefois les larves qui sont les plus dommageables pour les cultures, car ce
sont elles qui se nourrissent du grain (Roy et coll., 2008). Au Québec en 1995, les pertes de
rendement causées par les larves furent estimées à 6,3 % (Mongrain et coll. 1997). Le blé,
le seigle et le triticale sont des céréales extrêmement sensibles aux attaques de la
cécidomyie orangée du blé (Wright et Doane, 1987). À l’inverse, l’avoine semble être
immunisée alors que l’orge à six rangs ne montre qu’un faible degré de sensibilité (Wright
et Doane, 1987). Les larves déforment les grains en exsudant des enzymes qui viennent
41
décomposer la paroi cellulaire et convertir l’amidon du grain en sucres simples (Knodel et
Ganehiarachchi, 2008). Il en résulte des grains ratatinés et asymétriques qui peuvent être
partiellement ou fortement endommagés, tel que présenté à la figure 4. Un grain peut être
complètement inexistant si plusieurs larves sont présentes (Roy et coll., 2008). Ces
dommages peuvent causer des dégâts considérables, comme ce fut le cas en Saskatchewan
en 1983 où les pertes de rendements dans le blé se sont chiffrées à 30 millions de dollars
(Olfert et coll., 1985).
Figure 4. Grains de blé endommagés à divers degrés par la cécidomyie orangée du blé. Source : Hélène Munger, 2011©.
En plus des pertes de rendements occasionnées, les larves de cécidomyie peuvent altérer la
qualité boulangère de la farine par les enzymes qu’elles produisent pour digérer le grain
(Roy et coll. 2008). Les grains endommagés sont susceptibles de donner une farine de
couleur plus foncée, une pâte moins élastique et une faible absorption à la cuisson (Dexter
et coll., 1987). De plus, le pouvoir germinatif des grains ainsi que leur taux de croissance
peuvent être affectés (Lamb et coll., 2000a). Les dommages de cécidomyie peuvent
également causer une baisse indésirable de l’indice de chute via l’augmentation du taux de
42
germination sur épi (Helenius et Kurppa, 1989; Roy et coll., 2008). À titre indicatif, un lot
de blé roux de printemps de grade numéro 1 sera déclassé si le taux de grains cécidomyiés
dépasse 2 % (Commission canadienne des grains, 2012). Il n’est toutefois pas possible de
prédire parfaitement le niveau de détérioration de la qualité des grains à partir des
dommages visibles sur ceux-ci (Dexter et coll., 1987).
2.4.2 Cycle de vie
La cécidomyie orangée du blé produit une seule génération par année (Knodel et
Ganehiarachchi, 2008). Les larves passent l’hiver dans le sol sous forme de cocons (Olfert
et coll., 2009). Des conditions humides combinées à une élévation de température durant
les mois de mai et juin activent le processus de pupaison des larves (Roy et coll., 2008;
Olfert et coll., 2009). La cécidomyie orangée du blé a toutefois la capacité de prolonger sa
diapause jusqu’à 13 ans dans le sol si les conditions environnementales ne sont pas
favorables (Satorre et Slafer, 1999). L’émergence des adultes est l’étape qui suit la
pupaison et peut s’étendre sur une période d’environ 6 semaines (Olfert et coll., 2009). Des
conditions plus sèches au mois de mai devancent l’émergence de 1 à 7 jours alors que des
précipitations abondantes durant la même période la retardent de 2 à 8 jours (Elliott et coll.,
2009). La cécidomyie adulte étant un très petit insecte, elle a de la difficulté à voler sur de
grandes distances. Des vents de plus de 10 km à l’heure ainsi que la pluie peuvent nuire
fortement à ses déplacements (Pivnick et Labbé, 1993; Oakley et coll., 1998). Les femelles
déposent leurs œufs sous les glumes ou à la surface des épillets de blé (Olfert et coll.,
2009). La ponte des femelles a lieu principalement en soirée, lorsque les températures
excèdent 10 à 11°C (Pivnick et Labbé, 1993). Les larves vont éclore 2 à 7 jours plus tard et
vont se nourrir du grain pendant 2 à 3 semaines (Roy et coll., 2008). Lorsque des conditions
humides sont détectées par la larve, elle se laisse tomber au sol, s’enfonce et forme son
cocon pour passer l’hiver (Olfert et coll., 2009). Le cycle complet de la cécidomyie orangée
du blé est présenté à la figure 5.
43
Figure 5. Cycle de vie de la cécidomyie orangée du blé. Source : Adapté de Knodel et Ganehiarachchi, 2008.
2.4.3 Méthodes de lutte
La méthode la plus efficace pour lutter contre la cécidomyie consiste à semer tôt ou à
utiliser un cultivar très hâtif. De cette façon, il est possible d’obtenir une désynchronisation
entre la période critique d’infestation du blé et le pic d’émergence des adultes (Wright et
Doane, 1987; Helenius et Kurppa, 1989). En effet, la plus grande période de vulnérabilité
du blé aux attaques de la cécidomyie se situe entre le début et la fin de l’épiaison (Knodel et
Ganehiarachchi, 2008). Dès le début de la floraison, la sensibilité aux ravages chute
rapidement (Elliott et Mann, 1996). Le pic d’émergence des adultes dépend quant à lui des
conditions environnementales, tel que vu dans la section 2.4.2. Une humidité suffisante
combinée à une élévation de la température jusqu’à environ 13°C favorisent l’émergence et
coïncident généralement avec l’épiaison du blé (Roy et coll., 2008). Il a toutefois été
prouvé que le nombre de degrés-jours requis pour atteindre le stade épiaison du blé était
44
inférieur à celui requis pour atteindre le stade 50 % d’émergence des adultes (Elliott et
coll., 2009). Au Québec, l’humidité parfois excessive des sols lors des printemps tardifs ne
rend pas toujours réalisable le semis hâtif du blé.
La lutte chimique constitue un autre moyen pour protéger le blé des attaques de la
cécidomyie et plusieurs insecticides existent sur le marché (Olfert et coll., 2009). Ces
produits ciblent surtout les adultes et les jeunes larves, avant que celles-ci ne se déplacent à
l’intérieur des glumes (Knodel et Ganehiarachchi, 2008). Lorsqu’ils sont appliqués au bon
stade, les insecticides peuvent réduire considérablement l’incidence de la cécidomyie, les
dommages visuels sur les grains et diminuer les pertes de qualité (Dexter et coll., 1987; El-
Wakeil et coll., 2013). Il demeure cependant difficile pour les producteurs de blé de décider
si un traitement est nécessaire, car le dépistage de l’insecte adulte est ardu.
Il existe une méthode de lutte biologique contre la cécidomyie orangée du blé qui consiste à
utiliser un ennemi naturel, une guêpe parasitoïde se nommant Macroglenes penetrans
(Kirby) (Hymenoptera) (Doane et coll., 1989). Cette guêpe pond ses œufs à l’intérieur des
œufs de cécidomyie et le parasite reste à l’intérieur de son hôte (Roy et coll., 2008). La
cécidomyie complète ainsi son cycle et va entrer en diapause dans le sol malgré la présence
de son parasite. Au printemps suivant, dès que la dormance est levée, la guêpe termine son
développement et détruit rapidement son hôte (Roy et coll., 2008). En moyenne, de 1991 à
2000, Macroglenes penetrans a permis d’enrayer 31,5 % des populations de cécidomyies à
travers la province de la Saskatchewan (Olfert et coll., 2009). Les auteurs ont évalué la
valeur de cette prédation en termes d’économies d’insecticides à un montant de
284,3 millions de dollars.
D’autres méthodes de lutte existent, comme le recours au génie génétique pour développer
des cultivars de blé résistants à la cécidomyie orangée (Lamb et coll., 2000b). Une bonne
gestion des cultures est également bénéfique, puisqu’il a été rapporté que la monoculture du
blé favorise le développement des populations de cécidomyies (Knodel et Ganehiarachchi,
2008).
45
2.4.4 Seuils d’intervention
Au Canada, une densité d’un adulte par quatre ou cinq épis de blé est largement
recommandée comme seuil d’application d’un insecticide (Elliott et Mann, 1996), mais il
en résulte bien souvent des applications inutiles ou démesurées. En effet, le dépistage de la
cécidomyie orangée du blé n’est pas chose aisée pour les producteurs agricoles puisque les
adultes sont très petits, visibles au crépuscule seulement et souvent cachés dans la canopée
(Pivnick et Labbé, 1993). Qui plus est, aucune relation claire n’a été établie entre le nombre
d’adultes recensés et les dommages ultérieurs causés par les larves (Oakley et coll., 1998).
La décision de traiter ou non un champ avec un insecticide est donc difficile à prendre.
D’autres seuils existent en provenance d’études scientifiques, mais ils ne sont mesurables
qu’une fois les dommages encourus. Ils peuvent donc être difficilement utilisés pour
justifier un traitement, mais donnent plutôt une idée du niveau d’infestation subséquente.
Lamb et coll. (2000a) ont établi que pour le blé de haut grade, jusqu’à 6 % des grains
peuvent être infestés par les larves sans causer de perte de qualité. Pour les autres catégories
de blé, ce seuil est fixé à 10 %. Donc, si le pourcentage de grains infestés au champ est
inférieur aux seuils établis selon la classe visée, les pertes économiques pour le producteur
seront négligeables. Ces mêmes auteurs ont affirmé en 2002 qu’une larve de cécidomyie
par épi entraîne 4 % de grains infestés et que deux larves par épi causent environ 7 % de
grains infestés. Lamb et coll. (2002) suggèrent également une méthode de dépistage des
adultes pour prévoir le taux d’infestation des grains afin d’éviter les applications inutiles
d’insecticides qui sont très coûteuses. Selon eux, l’utilisation de pièges collants pour
évaluer les cécidomyies adultes permet une prédiction efficace dans 75 % des cas. En lien
avec les seuils économiques précédents, ils ont établi qu’un traitement doit être effectué
pour un blé de haut grade lorsque trois adultes ou plus sont attrapés sur un total de 10
pièges collants dans le même champ. Pour les autres catégories de blé, ce seuil est fixé à
quatre cécidomyies adultes ou plus pour 10 pièges.
Un autre seuil d’intervention largement utilisé en Europe a été élaboré par un chercheur
allemand (Basedow, 1980). Il stipule qu’aucun dommage ne sera causé au blé durant sa
46
saison de croissance si moins de 600 larves m-2 sont retrouvées dans le sol au printemps.
Côté pratique cependant, il serait plutôt long et fastidieux de compter ces minuscules
larves de cécidomyies dans un échantillon de sol. C’est pourquoi ce seuil est dit prédictif
pour les années ultérieures et se calcule en réalité par un décorticage d’épis au stade pâteux
mou du grain (Roy et coll., 2008). Le nombre de larves dénombrées à ce moment permet
donc d’extrapoler ce qu’on pourra retrouver dans le sol l’année suivante.
2.4.5 Effet du travail de sol sur la cécidomyie
Puisque les larves hivernent dans le sol, il est possible d’établir un lien entre l’intensité du
travail de sol et le développement des populations d’insectes. Il n’existe cependant que très
peu de recherches sur le sujet. Une revue de littérature effectuée par Glen (2000) rapporte
qu’en Angleterre le labour a réduit le nombre de larves de cécidomyie sous forme de
cocons dans le sol. L’auteur associe cette diminution avec l’exposition accrue aux oiseaux
ainsi qu’aux conditions météorologiques et au fait que la perturbation du sol causée par le
labour a pu empêcher l’émergence. Glen (2000) affirme également que la présence de
résidus de paille à la surface du sol ou près de la surface, souvent liée au travail réduit et au
semis direct, semble augmenter les populations de cécidomyie orangée du blé. Il est en effet
possible que les pratiques de travail réduit entraînent des conditions d’humidité et de
température du sol favorables à la levée de la dormance de l’insecte au printemps (Knodel
et Ganehiarachchi, 2008). Ce fut d’ailleurs le cas en Saskatchewan, où l’émergence de la
cécidomyie orangée a été de 1,5 à 2,0 fois supérieure en semis direct comparativement aux
pratiques qui travaillaient le sol à divers degrés (Holm et coll., 2006). En Chine, Zhi et coll.
(2012) ont aussi noté que le semis direct a été une pratique favorable à l’hivernage des
larves dans le sol comparativement au labour, mais qu’une réduction des dommages à
l’intérieur des épis a été observée par la suite. Il n’est toutefois pas possible de connaître
l’explication de ces phénomènes, les résultats n’étant présentés qu’en mandarin. À
l’inverse, en Slovaquie, la majorité des ravageurs du blé ont été plus nombreux dans les
parcelles avec un labour profond comparativement aux parcelles ayant subi un labour plus
superficiel (Gallo et Pekár, 2001).
47
Il est important de se rappeler que plusieurs groupes d’organismes de la faune et de la flore
du sol sont plus abondants dans un sol moins perturbé que dans un sol travaillé de façon
conventionnelle (House et Parmelee, 1985; Kladivko, 2001). C’est également le cas pour
les carabes, qui sont des insectes prédateurs et généralistes vivant majoritairement à la
surface du sol (Kladivko, 2001). Floate et coll. (1990) ont rapporté que plusieurs espèces de
carabes pouvaient se nourrir des larves de cécidomyies orangées du blé, contribuant ainsi à
réduire les populations. Dans leur étude conduite en Saskatchewan, l’estimation du
potentiel de prédation par 14 espèces de carabes s’est chiffrée en moyenne entre 1 et 86
larves de cécidomyies par mètre carré par jour. D’autres travaux réalisés en Allemagne ont
enregistré un taux de mortalité de 81 % de la cécidomyie lors de l’émergence des adultes au
printemps à cause de la prédation (Basedow, 1973). Les pratiques de travail réduit du sol
semblent donc favoriser le développement des populations de cécidomyies par leur plus
faible degré de perturbation du sol, mais à l’inverse elles permettent la conservation d’un
plus grand nombre de prédateurs potentiels.
2.4.6 Effet du système de production sur la cécidomyie
L’impact que peut avoir un système de production sur la cécidomyie orangée du blé
spécifiquement est fort peu documenté. Il existe des études plus globales qui affirment que
la biodiversité des systèmes biologiques est généralement plus abondante et diversifiée que
celle des systèmes conventionnels utilisant des produits chimiques, comme ce fut le cas
dans l’étude de Mäder et coll. (2002). Il serait donc plausible de croire que les cécidomyies
seraient plus nombreuses dans un système biologique comparativement à un système
conventionnel utilisant un insecticide. Tel que mentionné dans la section précédente, il est
toutefois important de ne pas négliger le phénomène de prédation qui pourrait lui aussi être
plus élevé dans un système biologique. De plus, un insecticide contre la cécidomyie
appliqué au mauvais moment peut réduire les populations de prédateurs naturels et ainsi
entraîner une plus grande proportion de larves dans le sol pour l’année subséquente
(Holland et Thomas, 2000).
48
Pour récapituler, les pratiques de travail réduit du sol et les systèmes sans intrants
chimiques dans la culture du blé panifiable sont des méthodes qui, prisent individuellement,
présentent des avantages et des inconvénients. Une meilleure compréhension de ces
méthodes et surtout de leur combinaison ainsi que de l’effet qu’elles ont à long terme sont
donc nécessaires pour en optimiser l’utilisation et ainsi promouvoir les pratiques plus
respectueuses de l’environnement. Les conditions de succès qui nous intéressent se
traduisent par de bons rendements (ce qui sous-entend une bonne qualité du grain et une
pression réduite des mauvaises herbes), une faible incidence de la fusariose de l’épi et des
dommages minimes causés par la cécidomyie orangée du blé.
49
3. Hypothèses et objectif
Trois hypothèses de recherche ont été posées suite aux différentes observations constatées
dans la revue de littérature, en lien avec les trois thèmes abordés dans ce projet de maîtrise :
1) Les rendements de blé obtenus en travail réduit et en semis direct sont similaires à
ceux obtenus sous un travail de sol conventionnel et sont inférieurs dans un système
sans intrants chimiques comparativement à un système avec intrants chimiques.
2) L’incidence de la fusariose (symptômes sur épis, quantité de grains fusariés, teneur
en DON des grains et production d’inoculum de F. graminearum en provenance des
résidus de culture) est plus élevée lorsque l’intensité du travail de sol diminue, mais
moins élevée dans un système sans intrants chimiques comparativement à un
système avec intrants chimiques.
3) La densité de larves de cécidomyie orangée du blé et la proportion (%) de grains
cécidomyiés sont plus élevées en travail réduit ou en semis direct qu’en travail de
sol conventionnel.
L’objectif de ce projet est d’évaluer l’effet combiné de modes de travail du sol et de
systèmes avec ou sans intrants chimiques sur le rendement en blé, la fusariose de l’épi et la
cécidomyie orangée du blé. L’aspect novateur de cette recherche réside dans le fait que les
travaux de sol étudiés sont en place depuis 1987, donc depuis plus de 25 ans.
51
4. Effet des systèmes de conservation des sols à faibles
intrants sur le rendement, les qualités du blé panifiable,
l’incidence de la fusariose de l’épi et les populations de
mauvaises herbes dans l’est du Canada
Hélène Munger1, Anne Vanasse1*, Sylvie Rioux2 et Anne Légère3 1Département de phytologie, Université Laval, Québec, Québec, Canada, G1V 0A6; 2Centre de recherche sur les grains, Québec, Québec, Canada, G1P 3W8; 3Agriculture et Agroalimentaire Canada, Saskatoon, Saskatchewan, Canada, S7N 0X2. *[email protected]
Résumé
La productivité du blé, l'incidence de maladies comme la fusariose de l’épi et les
dynamiques d’infestations par les mauvaises herbes peuvent être affectés par le recours à
des systèmes de conservation des sols à faibles intrants. La présente étude réalisée en 2009
et 2010 à La Pocatière a évalué l’impact de trois travaux de sol (conventionnel, travail
réduit, semis direct) appliqués durant 24 années consécutives combinés à deux systèmes de
production (avec intrants chimiques: herbicide et engrais minéral; sans intrants chimiques:
désherbage mécanique et engrais organique) sur le rendement et les qualités du blé
panifiable, la teneur en désoxynivalénol (DON) des grains, la production d’inoculum de
Fusarium graminearum en provenance des résidus de culture et l'infestation par les
mauvaises herbes. Dans le système sans intrants chimiques en 2009, les rendements ont
diminué de 13 % et 31 % respectivement dans le travail réduit et le semis direct
comparativement au travail conventionnel, qui a démontré un rendement comparable à ceux
obtenus par tous les traitements de travail du sol dans le système avec intrants chimiques.
En 2010, le travail réduit et le semis direct ont été significativement moins productifs
(réduction moyenne de 23 %) que le travail conventionnel et les rendements ont diminué de
32 % dans le système sans intrants chimiques comparativement au système avec intrants
52
chimiques. L’obtention d’un rendement de blé optimal dans un système sans intrants
chimiques semble conditionnelle à une répression adéquate des mauvaises herbes, ce qui a
été atteint en travail réduit et en travail conventionnel. La teneur en protéines, le poids à
l’hectolitre et le poids de 1000 grains du blé ont été plus élevés dans le système avec
intrants chimiques que dans le système sans intrants chimiques, sauf pour le poids à
l’hectolitre en 2009. La teneur en DON n'a pas été affectée par le travail du sol et a été plus
faible en 2009 dans le système sans intrants chimiques que dans le système avec intrants.
La quantité d’inoculum de F. graminearum mesurée en 2009 dans le système avec intrants
chimiques a été similaire pour tous les traitements de travail du sol, alors que l’inoculum a
été plus faible en semis direct qu’en travail conventionnel dans le système sans intrants
chimiques. En 2010, la teneur en DON n’a pas été affectée par les traitements. Les
conditions climatiques chaudes et sèches peu favorables au développement de l’agent
pathogène cette année-là peuvent expliquer les faibles niveaux de DON et l’absence d’effet
des traitements.
53
Bread wheat performance, fusarium head blight
incidence and weed infestation response to low-input
conservation tillage systems in eastern Canada
Hélène Munger1, Anne Vanasse1*, Sylvie Rioux2 and Anne Légère3 1Département de phytologie, Université Laval, Québec, Québec, Canada, G1V 0A6; 2Centre de recherche sur les grains, Québec, Québec, Canada, G1P 3W8; 3Agriculture and Agri-Food Canada, Saskatoon, Saskatchewan, Canada, S7N 0X2.
Corresponding author : [email protected]
Keywords : Triticum aestivum L., conventional tillage, chisel plow, no-till, low-input
system, Fusarium graminearum
Abstract
Bread wheat performance, incidence of diseases like fusarium head blight (FHB) and weed
infestations may be affected by low-input systems and conservation tillage practices. This
two-year study assessed the effects of three 24-year-old tillage treatments (MP: moldboard
plow; CP: chisel plow; NT: no-till) and two cropping systems (high-input: herbicide and
mineral fertilizer; low-input: mechanical weed control and organic fertilizer) on wheat
productivity, deoxynivalenol (DON) content, Fusarium graminearum inoculum production,
and weed infestation in hard red spring wheat. In 2009, low-input CP and NT yields were
13% and 31% lower, respectively, than low-input MP yield, which was comparable to all of
the high-input treatment yields. In 2010, yields were 23% lower in CP and NT compared
with MP, and 32% lower in low-input than in high-input systems. Optimum wheat yield in
low-input systems appeared conditional to adequate weed control, which was achieved with
MP and CP tillage. Protein content, test weight, and thousand-kernel weight were higher in
the high-input system than in the low-input system, except for test weight in 2009. DON
content was not affected by tillage in either year, and was lower in low-input system than in
54
high-input system in 2009. Fusarium graminearum inoculum measured in 2009 was similar
across tillage treatments in the high-input system, whereas in the low-input system, the
inoculum was lower in NT than in MP. In 2010, DON content was not affected by any
treatment. Hot and dry conditions were not conducive to pathogen development, and may
explain the low level of DON and the lack of treatment effect.
Introduction
Food safety and traceability are high profile issues in contemporary agriculture. Also, the
demand for bread wheat (Triticum aestivum L.) grown under sustainable practices such as
conservation tillage, and organic or low-input farming systems is currently increasing in
eastern Canada. In the last five years, the proportion of organic wheat producers in Québec
increased more than 35 % (CARTV 2011), reflecting the willingness of farmers to respond
to market trends. Thus, the milling industry now has specific needs in terms of wheat
supply devoted to specialty markets in order to meet bakery requirements (Sindic et al.
2009). Grain quality standards still need to be respected, which may be difficult to achieve
under sustainable systems.
Conservation tillage and organic or low-input systems offer many benefits in comparison
with conventional farming. These practices reduce soil erosion, improve soil biodiversity
and soil water retention, and allow savings on inputs of inorganic fertilizers and synthetic
pesticides (Reganold et al. 1987; Seta et al. 1993; Kladivko 2001). However, wheat yield
and grain quality can be affected because of changes in crop management such as reduced
tillage and/or pesticide use associated with sustainable production (Camara et al. 2003;
Carcea et al. 2006). Furthermore, weed infestations can become a serious problem under
these practices because of less efficient control (Koocheki et al. 2009; Sans et al. 2011).
Sustainable practices can also be associated with an increase in the development of some
cereal diseases (Dill-Macky and Jones 2000).
Fusarium head blight (FHB) is the major disease affecting cereal cultivation in several parts
of the world. In North America, FHB is mainly caused by Fusarium graminearum
55
(Schwabe). This pathogenic fungus can produce deoxynivalenol (DON), a mycotoxin
harmful to human and livestock (Bailey et al. 2004). Canadian standards allow a maximal
DON concentration of 2 ppm in harvested wheat (Health Canada 2011). Yield reductions
due to damage on wheat spikes and DON accumulation result in high economic losses for
cereal producers. Despite the many studies that have been conducted on FHB over decades,
this disease is still difficult to prevent because its distribution and predominance are largely
ruled by environmental conditions (Schaafsma et al. 2001). Specifically, warm and moist
conditions during wheat anthesis are known to enhance FHB development (Xu 2003).
However, no clear relationship between intensity of FHB symptoms on wheat spikes and
DON production has been reported (Birzele et al. 2002; Champeil et al. 2004). Tillage
practices and cropping systems are suspected to affect the incidence of FHB, thereby
increasing the diversity of potential interaction that may affect disease development.
Conservation tillage practices have been associated with an increase of FHB occurrence
because F. graminearum can survive and produce spores on crop residues at the soil
surface (Dill-Macky and Jones 2000), especially when the preceding crop is a host species
such as wheat, barley or corn. In other cases, tillage practices had no effect on FHB
incidence and DON accumulation (Miller et al. 1998; Schaafsma et al. 2001). On the other
hand, cropping systems seem to have various effects on disease components. Some studies
have found lower rates of infection by FHB and lower DON content in organically grown
than in conventionally grown wheat (Birzele et al. 2002; Schollenberger et al. 2005; Rossi
et al. 2006), whereas no differences were observed in other studies (Váňová et al. 2008;
Edwards 2009).
Maximizing wheat quality and yield while controlling weeds and FHB development is a
difficult balance to achieve in sustainable cropping systems. There is still much unknown
concerning the impact of combining various cultural practices on wheat growth. The
objective of this study was to assess the feasibility of low-input conservation tillage for
bread wheat production under cool, humid climatic conditions. The effect of three tillage
treatments combined with two input systems was measured on bread wheat performance
(yield, spike production, test weight, thousand-kernel weight, protein content, falling
56
number), DON content and F. graminearum inoculum production, and weed infestation.
This study was unique in considering mature tillage treatments (established in autumn
1987) in combination with different input systems.
Materials and Methods
Experimental Site. Field trials were conducted in 2009 and 2010 at La Pocatière, Québec,
Canada (lat. 47°35´N, long. 70°02´W). The experiment was established on a Kamouraska
clay, a fine, mixed, frigid Typic Humaquept with 10% sand, 30% silt and 60% clay in the
surface horizon (pH = 6.1; organic matter = 50 g kg-1; P = 149 kg ha-1, Mehlich 3
extractable; K = 558 kg ha-1). The experimental site was characterized by a humid
continental climate, with a 347–mm average precipitation from May to August. Before the
2009-2010 field trials, crop rotation was : spring barley (Hordeum vulgare L.) monoculture
from 1988 to 1994, spring wheat in 1995 and 1996, spring barley monoculture from 1997
to 2005, corn (Zea mays L.) in 2006, spring barley underseeded with red clover (Trifolium
pratense L.) in 2007 and red clover in 2008 (Légère et al. 2011b, 2013).
Experimental Design and Field Operations. The field experiment was designed as a
split-block with four replicates, with tillage treatments as main plots (separated by a 3-m
buffer zone) and input systems as subplots. The total experiment area consisted of 24 plots,
each measuring 65 m2 (5 m x 13 m). Tillage treatments, established in autumn 1987,
included: moldboard plow (MP) in the fall (15-18 cm depth), followed by secondary tillage
in spring; chisel plow (CP) in the fall (12-15 cm depth), followed by secondary tillage in
spring; and no-till (NT). Spring secondary tillage consisted of two passes of a rigid-tooth
finishing harrow, the first pass to prepare the seedbed and the second pass to incorporate
fertilizers before sowing. The two input systems were: a high-input system, with mineral
fertilizer and herbicide application; and a low-input system, with organic fertilizer and
mechanical weed control.
A nitrogen contribution of 40 kg N ha-1 from the previous red clover crop (2008) was
considered for all plots in 2009. Both mineral and organic fertilizers were broadcast in a
57
single application. Fertilization was based on provincial recommendations (CRAAQ 2003).
Mineral fertilizer was applied to high-input plots at 80 kg N ha-1, 40 kg P2O5 ha-1 and 40 kg
K2O ha-1 in 2009, and at 120 kg N ha-1, 60 kg P2O5 ha-1 and 60 kg K2O ha-1 in 2010. Dry
granular poultry manure (Acti-SolTM: Acti-Sol Inc., St-Wenceslas, Québec, Canada) was
applied to low-input plots prior to seeding at 80 kg N ha-1, 50 kg P2O5 ha-1 and 38 kg K2O
ha-1 in 2009, and at 120 kg N ha-1, 76 kg P2O5 ha-1 and 57 kg K2O ha-1 in 2010. Bread wheat
‘AC Brio’, a moderately susceptible cultivar to FHB, was sown at 475 kernels m-2 in 18-cm
rows with a commercial no-till seeder (Great Plains 20-row, 1205NT model, Salina,
Kansas, USA) on 5 May 2009 and 18 May 2010.
All high-input plots were sprayed on 4 June 2009 with bromoxynil/MCPA (Buctril M,
280 g a.i. ha-1/280 g a.i. ha-1) at the three-leaf stage of wheat (Zadoks stage 13, Zadoks et al.
1974) to control annual broadleaved weeds. On 16 June 2010, bromoxynil/MCPA was
applied with fenoxaprop-p-ethyl (Puma 120 Super, 92.4 g a.i. ha-1) at Zadoks stage 22 to
control an infestation of field horsetail (Equisetum arvense L.). In low-input plots, a tillage
operation with a tine harrow (Hatzenbichler Bodenschonende Landtechnik) was applied at
the three-leaf stage (Zadoks stage 13) on 28 May 2009 and 11 June 2010. Glyphosate
(Touchdown 600, 1.16 kg a.i. ha-1) was also applied to all plots in autumn 2008 and spring
2010.
Wheat grain was harvested at maturity (Zadoks stage 92) on 28 August 2009 and 30 August
2010. The nine middle rows of each plot in 2009 and the six middle rows in 2010 were
harvested on a length of 10 m. The air flow in the small plot combine (Wintersteiger Elite
2000, Classic model, Ried, Austria) was reduced in order to minimize losses of Fusarium-
damaged kernels that are lighter than healthy grains.
Data Collection. Grain was weighed after a slight winnowing to determine yield. For every
plot, a sample of 1 kg of the harvested grain was prepared using a seed divider (Burrows
Equipment Company, Evanston, Illinois, USA) and manually sieved with a sieve # 4
(5,5/64) to recreate the light screening that takes place in grain centers (Canadian Grain
Commission 2011). The thousand-kernel weight and test weight were determined for each
58
plot based on the methods described in the Official Grain Grading Guide (Canadian Grain
Commission 2011). A seed counter (Agriculex ESC-1: Agriculex Inc., Guelph, Ontario,
Canada) was used to count the kernels for thousand-kernel weight. A sub-sample of 15 g
was taken from the 1 kg-sample using the seed divider, and the proportion of Fusarium-
damaged kernels (FDK) was assessed visually on 300 kernels (number of infected kernels /
total number of kernels × 100). Another sub-sample of 300 g was milled using a laboratory
mill (Falling Number type 3100: Perten Instruments, Huddinge, Sweden) and used to
evaluate DON content, falling number, and protein content. Commercially quantitative
enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) kits were used to estimate DON content
(Veratox DON 5/5 and DON High Sensitivity (HS), Neogen corporation, Lansing,
Michigan, USA). Falling number was measured (Falling Number Model 1500: Perten
Instruments, Huddinge, Sweden) using the Approved Method 56-81B (AACC, 2000), and
protein content determined using the Approved Method 39-10.01 (AACC, 1999) with a
Foss Infratec 1241 Analyzer (Foss Analytical AB, Höganas, Sweden).
Weed biomass was assessed from two 0.25 m2 quadrats in each plot on 9 July 2009 and 26
July 2010, five weeks after weed control treatments. All weeds in each quadrat were hand
harvested, and separated in four categories: annual monocots, perennial monocots, annual
dicots and perennial dicots. Weed biomass was then determined after drying at 55°C for 72
hours. Spikes from wheat plants in a 1-m length from two rows per plot were counted three
weeks after 50 % wheat anthesis (Zadoks stage 65). At the same time, others spikes were
collected in a 0.5-m length from two rows per plot and stored in a freezer. Infected spikelets
were assessed visually on 30 spikes taken randomly from the frozen samples. FHB index
(total number of infected spikelets / total number of spikelets × 100) was calculated.
Fusarium graminearum Inoculum Sampling. This sampling method was similar to the
one described by Bérubé et al. (2012), an adaptation of the method used by Schmale III et
al. (2005). Three wooden stakes with metal supports were placed within the rows, in the
center of each plot, approximately two meters apart. A Petri dish containing
pentachloronitrebenzene (PCNB) agar medium without cover was attached to each stake.
Petri dish height was continually adjusted to the ear base, in order to follow wheat growth.
59
Petri dishes faced the ground to capture Fusarium spp. spores coming from soil residues
during the critical period of wheat infection. Critical period of infection was defined as five
days before and after 50% wheat anthesis (Zadoks stage 65). This period ran from 8 to 18
July 2009, and 5 to 15 July 2010. Every morning between 8:00 and 10:00 am, Petri dishes
placed 24 hours earlier were removed, covered, and sealed with Parafilm paper, and
replaced with a new dish. After seven days of incubation in darkness at room temperature
(20-22°C), “Fusarium-like” colonies were transferred to a rapid-identification medium agar
(Fg medium, Quelab Laboratories Inc., Montréal, Canada). Colony-forming units (CFU)
characterized by a raspberry-red coloration were identified as F. graminearum.
Identification was completed with microscopic observations based on the descriptions of
Nelson et al. (1983).
Statistical Analyses. Data from each year were analysed separately because of the different
preceding crops and weather conditions between years. Analysis of variance were
conducted using the PROC MIXED procedure of SAS (Littell et al. 2006). Tillage
treatments and input systems were considered as fixed effects and blocks as random effects.
Differences among treatment means were considered statistically significant at P < 0.05
using the LSMEANS statement (SAS Institute 2010). Data normality was assessed using
the UNIVARIATE procedure (SAS Institute 2010). Homogeneity of variance was verified
through the analysis of residuals. Data on weed biomass and F. graminearum were square-
transformed and log-transformed, respectively, to achieve homogeneity. Backtransformed
means are presented in tables.
Results and Discussion
Weather
While 2009 temperature and precipitation were close to normal, that of 2010 were drier and
warmer than normal (Table 1). Average temperatures during the growing season in 2009
were slightly cooler than the 30-yr average particularly in July, while those of 2010 were
slightly warmer, mainly in July and August. Growing season precipitation in 2009
60
(321 mm) was close to normal, mainly because July had 50% more rain than normal,
whereas that in 2010 (206 mm) was 40% less than normal.
Grain yield and Weed biomass
Effect of input system on grain yield varied with tillage in 2009 (T x S: P = 0.004, Table 2).
Similar yields were obtained in the high-input system regardless of tillage treatments (mean
of 3557 kg ha-1, Table 2), indicating that tillage intensity could be reduced to the NT level
without affecting wheat yield. In low-input CP and NT, grain yields were 13% and 31%
lower, respectively, than low-input MP yield, which was comparable to the high-input
treatments yields. Input system effect on weed biomass also varied with tillage in 2009 (T x
S: P = 0.01, Table 2). Total mid-season weed biomass in low-input CP and NT (mean of
157 g m-2) was greater than in other treatments (mean of 44 g m-2), in accordance with
lower yield in low-input CP and NT (Table 2 and Figure 6).
In 2010, wheat grain yield was affected by tillage (P = 0.012) and input system (P = 0.005)
(Table 2). Yield was higher under MP (3002 kg ha-1) compared to CP and NT (mean of
2309 kg ha-1) and 32 % higher in the high-input system compared to the low-input system.
Total mid-season weed biomass was higher in CP and NT (mean of 148 g m-2) than in MP
(65 g m-2) and higher in the low-input system (204 g m-2) than in the high-input systems
(53 g m-2) (Table 2 and Figure 6).
Weeds can be an important yield-limiting factor in low-input conservation tillage systems
(Sans et al. 2011). However, our results indicate that weed control with herbicides in the
high-input system may cancel the impact of tillage on weeds. In the low-input system that
relied on mechanical weed control, more intense tillage was required to manage weeds.
Similarly, in a study conducted in eastern Oregon, winter wheat yield reduction under
conservation tillage was attributed to inadequate weed control (Camara et al. 2003).
However, a competitive crop like wheat may be able to produce sustainable yield in spite of
weed pressure. Yield losses found in low-input CP were quite low, in spite of weed
biomass. Also, wheat yield losses in an integrated low-input system can be largely
61
compensated by savings on chemicals, as was observed a study in The Netherlands
(Vereijken 1989). Furthermore, other cropping practices such as wide row spacing
combined with inter-row cultivation may contribute to improved weed control, and
increased yield and net returns (Kolb et al. 2012).
The mature tillage treatments in our study had a long history of well-established perennial
weeds and abundant seed banks, particularly in CP and NT (Légère et al. 2011a). On the
other hand, input systems were only recently introduced (2007) such that benefits provided
by lowering external inputs were perhaps not yet perceptible. According to Mäder et al.
(2002), the improved soil fertility and biodiversity in 21-year organic systems was
explained among other things by higher microbial biomass, soil enzymes, and mycorrhizal
root colonisation. In another study on wheat quality in long-term conventional and organic
farming in Switzerland, the same authors showed that conventional management led to
14 % higher wheat yield compared to organic management (Mäder et al. 2007).
Conversely, in our study, variation in wheat yield between the two cropping systems was
more important in CP and NT, mainly because of weed infestations. Long-term low-input
cropping system could become more sustainable over time by improving soil quality, which
could reduce wheat yield losses due to weed pressure. Contrary to 2009, high-input
conservation tillage (CP, NT) practices were not as productive as high-input MP tillage in
2010, likely because of the higher weed biomass measured in 2010. Wheat yield in 2010
may also have been affected by the 100 mm precipitation deficit, subjecting wheat growth
to water stress (Musick et al. 1994).
Fusarium Head blight
DON content was not affected by tillage in 2009, partly because the preceding crop (red
clover) was not a host species of F. graminearum (Bailey et al. 2004) (Table 2). DON
content was, however, lower in grain harvested in the low-input system compared to those
in the high-input system. Birzele et al. (2002) and Rossi et al. (2006) also found lower
mycotoxin level in organically grown than in conventionally grown wheat. The effect of
input system on the amount of F. graminearum CFU coming from crop residues during the
62
critical period of infection of wheat varied with tillage in 2009 (Table 2). The quantity of F.
graminearum CFU was similar in the high-input system regardless of tillage treatments
(mean of 12.0 CFU), whereas in the low-input system, CFU numbers were significantly
lower in NT (6.8 CFU) than in MP (17.0 CFU). This last result may partially explain why
DON content was lower in the low-input system than in the high-input system. The higher
weed biomass observed in the low-input system with reduced tillage in 2009 may have
acted as a physical barrier, preventing F. graminearum spores produced on crop residues
from reaching wheat ears. This outcome is especially interesting for organic or low-input
wheat producers. It indicates that the use of an intercrop could have the same impact as
weeds in reducing levels of DON. The potential role of an intercrop in DON reduction is,
however, quite new and has not been well documented.
The relationship between DON concentration and weeds was not so clear in 2010. DON
content was not affected by any treatment (Table 2), with an average of 0.4 ppm for the
trial. Tillage had no significant effect on DON content, regardless of input system, despite
the fact that the preceding crop was wheat, a host species of F. graminearum. This result
contradicts that of Dill-Macky and Jones (2000), who reported increase FHB epidemics
with reduced tillage, especially when the previous crop was a species susceptible to the
disease. Hot and dry conditions in the 2010 growing season (Table 1) were not conducive
to pathogen development, and may explain the low level of DON and the lack of treatment
effect. There was a tendency (P = 0.092, Table 2) for DON content to be slightly lower in
the low-input system compared to the high-input system. In Switzerland, Berner et al.
(2005) also reported low Fusarium infestation level in wheat following after silage maize,
another host species, during a dry and hot summer. Schaafsma et al. (2001) concluded that
weather conditions were responsible for 48 % of DON variations in wheat and could cancel
the previous crop effect, based on a study conducted in Ontario.
No input system effect emerged from the analysis of 2010 F. graminearum CFU data,
although the inoculum was numerically lower in low-input system compared to high-input
system. In contrast to 2009, F. graminearum inoculum was higher in CP and NT (mean of
6.1 CFU) than in MP (3.2 CFU). This outcome is contrary to that reported by Bérubé et al.
63
(2012), who used the same F. graminearum inoculum sampling method and found no effect
of soil tillage on the amount of F. graminearum CFU. The most probable hypothesis to
explain this result would be the greater weed biomass measured in CP and NT that may
have created a more favorable environment for inoculum production than in the MP
treatment during this relatively hot dry year. The potential physical barrier effect provided
by weeds, as observed in 2009, was cancelled out in 2010, likely because of environmental
conditions. Although the tillage methods were well established, the input systems were not,
and the study was conducted for two years only. Considering that the two years had
different previous crops, and the weather in one of the years was not conducive to disease
development, these results are not definitive but preliminary and only show patterns that
may indicate the real picture under field conditions. Tillage and input system had no effect
on FHB index and FDK, regardless of sampling year (data not shown). Average FHB index
and FDK in 2009 were respectively 4.0 % and 4.8 %, while in 2010, mean values were
1.2 % and 2.3 %. Despite the fact that years were not compared statistically, these results
indicate that FHB incidence was lower in 2010 compared with 2009, likely because of the
hot and dry weather conditions in 2010.
Although DON content in 2009 was lower in the low-input than in the high-input system,
visual FHB symptoms on spikes and grains were not affected. The difference between
DON and symptoms reaction regarding the treatments may be due to the infection by other
Fusarium species such as F. avenaceum which causes root rot on red clover (the preceding
crop) and which was the most prevalent species collected in 2009. In 2009,
F. graminearum was the second most important of Fusarium species observed that
included: F. avenaceum (41 %), F. graminearum (32 %), F. sporotrichioides (12 %),
F. equiseti (6 %), F. solani (4 %) and other minor species. In 2010, F. graminearum was
the most important species, including: F. graminearum (29 %), F. avenaceum (27 %),
F. sporotrichioides (27 %), F. oxysporum (6 %), F. solani (5 %), F. equiseti (4 %) and
other minor species.
64
Wheat Agronomic Parameters
Spike production in 2009 averaged 479 spikes m-2 and was not affected by treatments
(Table 3). Thousand-kernel weight was higher in MP and CP (mean of 42.7 g) compared to
NT (41.6 g) in 2009, but tillage had no effect on thousand-kernel weight in 2010 (Table 3).
Thousand-kernel weight was higher in the high-input system compared to the low-input
system in 2009 (Table 3).Those results explain, at least in part, why no yield differences
were observed between tillage treatments in 2009 in the high-input system, and why NT
yield in the low-input system was low compared with other treatments.
In 2010, spike production was significantly higher in MP (554 spikes m-2) compared to CP
and NT (mean of 407 spikes m-2) and was also higher in the high-input (506 spikes m-2)
than in the low-input system (406 spikes m-2) (Table 3). Thousand-kernel weight was
higher in the high-input system compared to the low-input system in 2010 (Table 3). Low
yields obtained in CP and NT compared to MP in 2010 were a direct consequence of the
low spike production measured in these tillage treatments. Higher wheat yield is generally
related to an increase in spike production (Kibite and Evans 1984). On the other hand,
decrease in 2010 spike production in CP and NT combined with low thousand-kernel
weight in the low-input system in 2010 would explain yield variations between treatments
in 2010 (Table 2).
Test weight was not affected by tillage systems in 2009 or 2010. Dill-Macky and Jones
(2000) found test weight to be generally greater in MP than in CP and NT. Tillage intensity
could be reduced to NT level without affecting grain yield, suggesting that well-balanced
agroecosystems have been developed over time in mature NT treatments. Input system had
no impact on test weight in 2009, but test weight was higher in the high-input system
compared to the low-input system in 2010 (Table 3). This result is consistent with the
results found by Mason et al. (2007) and Váňová et al. (2008) who compared wheat growth
under organic and conventional cropping systems in Alberta and Czech Republic,
respectively.
65
Tillage had no effect on protein content in 2009 (Table 3), indicating that protein
concentration was unchanged as tillage is reduced, as reported by Carr et al. (2003) in
North Dakota for several wheat cultivars. In 2010, protein content was lower in NT
(13.5 %) compared to CP and MP (mean of 14.7 %) (Table 3). Protein content in the high-
input system was higher than in the low-input system in both years (Table 3). This confirms
the findings of several studies of cropping system effects on wheat over the world (Croatia,
Varga et al. 2003; Italy, Carcea et al. 2006; Czech Republic, Váňová et al. 2008), but is in
contrast with others (Sweden, Kihlberg et al. 2004; Canada, Annett et al. 2007). Although
fertilization rate was the same in both input systems, the organic nitrogen source seemed to
have affected negatively the protein content in the low-input system compared with the
mineral nitrogen source in the high-input system. This indicates that nitrogen source
influences soil nitrogen availability. On average, protein concentration was higher in the
2010 trial (14.3 %) than in the 2009 trial (12.3 %), while yield was lower in 2010 (2540 kg
ha-1) than in 2009 (3220 kg ha-1). A negative relationship between grain yield and protein
concentration was also reported by Carr et al. (2003). Environmental factors affecting
wheat growth, such as the limited rainfall observed in this study in 2010, may cause
dilution of protein by non-protein composites (Kibite and Evans 1984). All of the 2010
wheat samples exceeded the minimal percentage of 12.5 % of protein required by milling
industries in eastern Canada (Vanasse 2012) but the 2009 samples did not all meet this
standard. Falling number was not affected by treatments in either year and reached to an
average of 316 seconds in 2009 and 362 seconds in 2010 (data not shown). This is more
than the minimal time of 250 seconds required by milling industries in eastern Canada
(Vanasse 2012).
Conclusion
This study confirmed that, under the humid conditions of eastern Canada, bread wheat yield
with mature conservation tillage practices were similar to those obtained in conventional
tillage practices when a high-input system was applied. Difficulties in controlling weeds
effectively in the low-input system lead to lower wheat yields, particularly in NT. DON
66
content did not differ among tillage treatments in either year. The lack of effect in the first
year was attributed to the previous crop which was a non-host. In the second year, the lack
of effect to the low disease pressure was associated with dry weather.
Fusarium graminearum inoculum was similar across tillage treatments in the high-input
system and was lower in low-input NT than in low-input MP for one of the two years of the
study. Greater weed biomass in conservation tillage in the low-input system may have
acted as a physical barrier in the first year, preventing spores produced on crop residues
from reaching wheat ears and thereby reducing DON content in the grain. This weed shield
effect was not observed in the second year of the study, likely because of environmental
conditions unfavorable to disease development. The potential role of an intercrop in DON
reduction needs to be better documented. Producing optimum wheat yield in low-input
systems appears conditional to adequate weed control, which is achievable with MP and
CP. Ultimately, an economic analysis of the data would be needed to determine whether the
potential disease protection benefits occasionally provided by weeds could outweigh crop
yield loss, particularly in low-input CP systems.
Acknowledgments
Sincere thanks are extended to the Ministère de l’Agriculture, des Pêcheries et de
l’Alimentation du Québec (MAPAQ) who provided financial support for this study, and to
the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC) and the Fonds
Québécois de la Recherche sur la Nature et les Technologies (FQRNT) for scholarships
awarded to H. Munger. The authors also gratefully thank Nicole Bourget for her precious
assistance in Fusarium species identification and Annie Brégard for help with statistical
analysis. Acknowledgments are extended to Agriculture and Agri-Food Canada for
providing experimental field, to employees of the Centre de développement bioalimentaire
du Québec at La Pocatière for technical support, and to the Université Laval students
involved in data collection.
67
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71
Table 1. Monthly temperature, precipitation and the 30-year average (1971-2000) at La Pocatière, Québec in 2009 and 2010.z Month 2009 2010 30-year avg. Temperature, °C May 9.8 11.7 10.1 June 14.4 15.4 15.8 July 16.4 20.1 18.9 August 17.9 19.6 17.6
Mean 14.6 16.7 15.6 Precipitation, mm May 53 44 88 June 63 71 82 July 120 58 84 August 84 33 93 Total 321 206 347
z Temperature and precipitation were retrieved from the Environment Canada weather station located at La Pocatière, Québec; the weather station was < 10 km from the experimental site.
72
Table 2. Wheat yield, total weed biomass (monocot and dicot species), DON content and mean number of F. graminearum colony-forming units (CFU) from crop residues during the critical period of infection as affected by tillage and cropping systems at La Pocatière, Québec in 2009 and 2010. 2009 2010 Yield Weed
biomass DON F. gram. Yield Weed biomass DON F. gram.
kg ha-1 g m-2 ppm CFU kg ha-1 g m-2 ppm CFU Tillage MPx 3506 24 5.0 14.3 3002a 65b 0.32 3.17b (T) CP 3241 101 5.2 10.1 2348b 156a 0.43 5.40a NT 2912 105 4.1 9.5 2270b 139a 0.45 6.85a System H 3557 41 5.5a 11.9 3028a 53b 0.46 5.74 (S) L 2882 108 3.9b 10.3 2051b 204a 0.34 4.54 MP × H 3635ay 13c 5.8 12.0ab 3269 32 0.38 3.83 CP × H 3558a 71b 6.2 10.7ab 3019 80 0.47 5.46 NT × H 3478a 51b 4.6 13.2a 2796 53 0.53 7.92 MP × L 3377a 39b 4.2 17.0a 2734 110 0.27 2.50 CP × L 2923b 136a 4.1 9.6ab 1676 258 0.39 5.33 NT × L 2346c 178a 3.5 6.8b 1744 265 0.36 5.79 P value P value T 0.023 0.003 nsz ns 0.012 0.033 ns 0.009 S 0.006 0.007 0.012 ns 0.005 0.003 ns ns T × S 0.004 0.010 ns 0.049 ns ns ns ns x Abbreviations: MP = moldboard plow, CP = chisel plow, NT = no-till, H = high-input, L = low-input. y For each variable, means within each columns and year followed by the same letter are not significantly different at P ≤ 0.05. z ns, not significant at P ≤ 0.05.
73
Table 3. Wheat agronomic parameters as affected by tillage and cropping systems at La Pocatière, Québec in 2009 and 2010. 2009 2010
Spike production
1000-kernel weight
Test weight
Protein content
Spike
production
1000-kernel weight
Test weight
Protein content
spikes m-2
g (1000 kernels)-1 kg hl-1 % spikes m-2
g (1000 kernels)-1 kg hl-1 %
Tillage (T) MPx 481 42.7ay 77.8 12.1 554a 41.6 77.6 14.7a CP 482 42.7a 78.1 12.4 379b 41.8 77.6 14.7a NT 475 41.6b 78.2 12.5 435b 41.0 77.2 13.5b System (S) H 504 43.3a 78.1 12.7a 506a 42.2a 77.8a 15.0a L 455 41.4b 77.9 11.9b 406b 40.8b 77.1b 13.6b MP × H 483 43.5 77.9 12.5 580 41.9 77.7 15.5 CP × H 514 43.4 78.1 12.9 424 42.4 78.1 15.4 NT × H 514 43.0 78.4 12.8 513 42.1 77.7 14.1 MP × L 478 42.0 77.6 11.7 528 41.2 77.4 13.9 CP × L 450 41.9 78.1 11.9 333 41.2 77.2 14.0 NT × L 436 40.2 78.1 12.3 358 39.8 76.8 12.9 P value P value T nsz 0.018 ns ns 0.003 ns ns 0.002 S ns 0.010 ns 0.015 0.025 0.024 0.025 0.007 T × S ns ns ns ns ns ns ns ns x Abbreviations: MP = moldboard plow, CP = chisel plow, NT = no-till, H = high-input, L = low-input. y For each variable, means within each columns and year followed by the same letter are not significantly different at P ≤ 0.05. z ns, not significant at P ≤ 0.05.
74
Figure 6. Wheat yield as influenced by total weed biomass (monocot and dicot species) in treatments at La Pocatière, Québec in 2009 and 2010. Bidirectional bars represent standard error of the mean. Abbreviations in figure: MP = moldboard plow, CP = chisel plow, NT = no-till, H = high-input, L = low-input.
75
5. Impact du travail de sol et du système de production
sur l’incidence de la cécidomyie orangée du blé
Sitodiplosis mosellana (Géhin) (Diptera : Cecidomyiidae)
5.1 Introduction
La cécidomyie orangée est un insecte ravageur problématique dans la culture du blé
pouvant causer d’importantes pertes de rendement par les dommages qu’elle entraîne sur
les grains (Olfert et coll., 1985). Des dégâts considérables ont été rapportés dans plusieurs
régions du globe, notamment en Europe, en Chine et en Amérique du Nord (Satorre et
Slafer, 1999). En Saskatchewan, la cécidomyie orangée du blé a causé en 1983 une baisse
moyenne des rendements d’environ 30 %, entraînant une perte de revenus bruts estimée à
30 millions de dollars (Olfert et coll. 1985). Au Québec, la diminution de rendement liée à
la présence de cet insecte a été évaluée à 6,3 % en 1995 (Mongrain et coll., 1997). Dans le
contexte actuel où les pratiques agricoles plus respectueuses de l’environnement sont
populaires auprès des consommateurs de produits du blé, il existe un besoin de connaître
l’impact de pratiques de travail réduit du sol et de systèmes sans intrants chimiques sur la
présence de la cécidomyie orangée du blé. Puisque les larves hivernent dans le sol (Roy et
coll., 2008), un questionnement s’impose entre l’intensité du travail de sol et le
développement des populations de cécidomyie orangée du blé. L’impact du système de
production sur l’insecte est quant à lui peu documenté. Bien que les ravages soient moins
importants actuellement dans l’est du Canada, la cécidomyie orangée du blé préoccupe de
plus en plus les chercheurs et les producteurs québécois.
76
5.2 Matériel et méthodes
5.2.1 Mise en place des essais
Les essais ont eu lieu en 2009 et en 2010 à La Pocatière, Québec, Canada. Le cultivar de
blé panifiable AC Brio a été semé en 2009 après un précédent cultural de trèfle rouge sur
une argile de type Kamouraska. Le même cultivar a été semé en 2010. Chaque essai a été
réalisé selon un dispositif expérimental en split-bloc avec, en parcelles principales, trois
types de travail du sol : conventionnel (charrue à versoirs), travail réduit (chisel) et semis
direct. Ces travaux de sol ont été établis à l’automne 1987 et sont encore maintenus à ce
jour. En sous-parcelles, deux systèmes culturaux ont été implantés : avec intrants chimiques
(engrais minéral, herbicide) et sans intrant chimique (engrais organique, désherbage
mécanique). Le dispositif en split-bloc a été choisi par considération pratique, car il y avait
une contrainte terrain à la répartition aléatoire des sous-parcelles. En effet, ces dernières
formaient des bandes à l’intérieur des parcelles principales. L’unité expérimentale
correspond à une parcelle de 5 m x 13 m. Les six traitements ont été répétés quatre fois
pour un total de 24 parcelles. Des informations supplémentaires concernant la mise en place
des essais sont disponibles à la section Materials and Methods du chapitre 4.
5.2.2 Prise de données
Pour l’évaluation des populations de larves de cécidomyie orangée, 15 épis de blé
provenant de la tige principale et non de talles ont été récoltés aléatoirement aux quatre
coins de chaque parcelle au stade pâteux mou du grain (stade Zadoks 85, Zadoks et coll.,
1974). Les épis ont été récoltés le 12 août en 2009 et le 6 août en 2010. Ces 60 épis par
parcelle ont été immédiatement déposés dans un même sac et congelés pour éviter que les
larves ne se laissent tomber au sol. Par la suite, de ces 60 épis, 20 épis ont été pris au hasard
et décortiqués afin d’effectuer un comptage du nombre de larves par épi. Les dommages sur
les grains causés par la larve de cécidomyie ont été notés et compilés au même moment.
77
Après la récolte, les grains endommagés par la cécidomyie ont été évalués sur un
échantillon de 300 grains pour chacune des parcelles. Les échantillons ont été préparés à
l’aide d’un diviseur (Burrows Equipment Company, Evanston, Illinois, États-Unis) et d’un
compteur de semences (Agriculex ESC-1: Agriculex Inc., Guelph, Ontario, Canada) suite à
un vannage léger des grains récoltés. Le pourcentage de grains cécidomyiés (nombre de
grains endommagés / nombre total de grains de l’échantillon) a ensuite été calculé.
Les populations d'insectes adultes ont été évaluées en 2009 à l'aide de pièges à phéromones
(Distributions Solida, Saint-Ferréol-les-Neiges, Québec, Canada) ayant pour but d’attirer
les cécidomyies mâles (figure 7). Deux pièges ont été installés (au centre de la deuxième et
de la quatrième répétition) dans le sens du vent le 24 juin 2009 pour une durée de 5
semaines. Les pièges étaient attachés à une tige en métal plantée dans le sol et constamment
ajustés à la hauteur des épis. Les languettes collantes à l’intérieur des pièges ont été
changées chaque semaine puis congelées. Par la suite, une identification et un
dénombrement des cécidomyies adultes ont été effectués. En 2010, la méthode d’évaluation
des cécidomyies adultes a été modifiée de façon à pouvoir comparer leur émergence selon
les différentes combinaisons de travaux de sol et de systèmes culturaux. Les pièges à
phéromones ont donc été remplacés par des pièges à émergence (CÉROM, Saint-Mathieu-
de-Beloeil, Québec, Canada). Ces pièges, au nombre de quatre par parcelle, ont été posés à
même le sol à une profondeur de 2 à 3 centimètres (figure 7).
Figure 7. Piège à phéromone (a) et piège à émergence (b). Source : Hélène Munger, 2009 et 2010©.
78
Les pièges ont été installés le 16 juin 2010 pour une durée de 5 semaines et ont été disposés
aux quatre coins de la parcelle, très près du rang de blé (mais pas dans l’entre-rang). Les
languettes collantes de la partie supérieure du piège ont été changées chaque semaine, en
prenant soin de bien les identifier. Elles ont été immédiatement mises au congélateur. Par la
suite, une identification et un dénombrement des cécidomyies adultes ont été effectués.
5.2.3 Analyses statistiques
L’analyse de la variance a été réalisée avec la procédure MIXED du logiciel SAS (Littell et
coll., 2006). Les travaux de sol et les systèmes de production ont été considérés comme des
effets fixes et les blocs comme des effets aléatoires. Les années ont d’abord été considérées
comme des effets fixes, mais ont finalement été traitées séparément puisque le précédent
cultural n’était pas le même et que les conditions météorologiques ont varié de façon
importante entre les deux années d’essais. Les données ont subi une transformation racine
carrée (√x) ou une transformation logarithmique (loge x) lorsque nécessaire. Les moyennes
ont été comparées à l’aide du test LSD protégé de Fisher, au niveau de signification
P ≤ 0,05.
5.3 Résultats et discussion
5.3.1 Densité de larves
Les données du tableau 4 montrent les résultats du décorticage d’épis au stade pâteux mou
du grain réalisé en 2009 et en 2010. Aucun traitement n’a eu d’effet sur la densité de larves
en 2009 ni sur les autres variables évaluées lors du décorticage (proportion de grains
infestés, de grains endommagés et d’épis infestés). En 2010, seule une interaction
significative a pu être observée pour la densité de larves. Cette densité s’est avérée plus
faible en travail réduit (9501 larves m-2) qu’en semis direct (16 138 larves m-2) dans le
système avec intrants chimiques et a été plus faible en travail réduit et en semis direct
(moyenne de 9046 larves m-2) qu’en travail de sol conventionnel (14 663 larves m-2) dans le
79
système sans intrants chimiques. Il est toutefois important de noter que les densités
mesurées en 2009 ont été numériquement beaucoup plus faibles qu’en 2010, ce qui peut
expliquer qu’aucune différence significative n’ait été décelée entre les traitements en 2009.
Tableau 4. Évaluation de la population et des dommages causés par la cécidomyie orangée du blé suite au décorticage d’épis selon le travail du sol et le système de production en 2009 et 2010 à La Pocatière, Québec.
2009s 2010
Nombre de larves
Grains infestést
Grains avec dommagesu
Épis infestésv
Nombre de larves
Grains infestés
Grains avec dommages
Épis infestés
Larves m-2 % % % Larves m-2 % % % Travail COw 1746 9.8 3.5 89 13658 34.2 35.2 100 (T) TR 1357 7.7 3.0 83 9051 35.9 36.2 100 SD 1497 9.0 4.6 88 12815 40.1 39.6 100 Système AIx 1721 9.8 4.1 89 12764 36.5 36.4 100 (S) SI 1346 8.0 3.4 84 10918 36.9 37.6 100 CO × AI 1801 10.7 3.7 90 12653 aby 32.0 32.4 100 TR × AI 1718 9.1 3.5 88 9501 bc 35.1 36.5 100 SD × AI 1644 9.5 4.9 90 16138 a 42.5 40.2 100 CO × SI 1692 9.0 3.4 88 14663 a 36.5 38.1 100 TR × SI 995 6.4 2.5 78 8600 c 36.7 35.9 100 SD × SI 1350 8.6 4.3 85 9491 bc 37.7 39.0 100 Valeur de P Valeur de P T 0.136 0.125 0.224 0.351 0.022 0.085 0.233 .z S 0.116 0.098 0.353 0.331 0.061 0.858 0.600 . T × S 0.228 0.568 0.889 0.659 0.004 0.175 0.332 .
s Les données de 2009 n’incluent pas le quatrième bloc. t Pourcentage de grains ayant au moins une larve. u Pourcentage de grains présentant un dommage visuel causé la cécidomyie. v Pourcentage d’épis contenant au moins une larve. w CO = travail conventionnel, TR = travail réduit, SD = semis direct. x AI = avec intrants, SI = sans intrants. y Pour chacune des variables, les moyennes suivies d’une même lettre ne sont pas significativement
différentes à un seuil de P ≤ 0,05 à l’intérieur de chacune des colonnes pour chaque année. z Aucune valeur de P puisque tous les épis ont été infestés en 2010.
80
Selon ces résultats, il semble que l’utilisation du chisel en travail réduit du sol ait permis de
diminuer la densité de larves en 2010 et ce peu importe le système. Puisque cet instrument
travaille plus en surface que la charrue à versoirs utilisée en travail conventionnel
(Laverdière, 2005) et considérant que les larves ne s’enfoncent dans le sol qu’à une
profondeur variant entre 5 et 10 centimètres (Knodel et Ganehiarachchi, 2008), il est en
effet possible que le chisel ait contribué de manière plus importante à la réduction des
populations de larves sous forme de cocons dans le sol. Ces résultats sont en accord avec
les travaux de Gallo et Pekár (2001) en Slovaquie, mais ne concordent pas avec la plupart
des autres recherches portant sur le sujet qui affirment que les pratiques de conservation des
sols augmentent les populations d’insectes comparativement au labour (Glen, 2000; Holm
et coll., 2006).
Une étude publiée par Lalonde et coll. (2012) sur l’effet de 18 années de pratiques de
conservation des sols sur les populations de carabes a été menée à La Pocatière sur le même
terrain que la présente recherche. Il a été prouvé que les carabes avaient une affinité plus
grande pour le système de semis direct comparativement au travail réduit et au labour.
Combiné au fait que les carabes sont des prédateurs importants des larves de cécidomyie
orangée à la surface du sol (Basedow, 1973; Floate et coll., 1990), il y a ici un potentiel
intéressant pour expliquer une présence de la cécidomyie plus faible en semis direct qu’en
travail de sol conventionnel dans le système sans intrants chimiques en 2010. Ce ne fut
toutefois pas le cas dans le système avec intrants chimiques, où la densité de larves de
cécidomyie a été similaire en semis direct et en travail conventionnel en 2010. Cela pourrait
s’expliquer en partie par une réduction des populations de carabes dans le système avec
intrants chimiques conduisant à une réduction du phénomène de prédation. En effet, il a été
prouvé que la biodiversité des systèmes avec intrants chimiques est généralement moins
abondante et diversifiée que celle des systèmes biologiques (Mäder et coll., 2002).
Notre hypothèse de départ qui soutenait que la densité de larves de cécidomyie orangée du
blé était plus élevée en travail réduit ou en semis direct qu’en travail de sol conventionnel
est donc infirmée pour les deux années d’essais.
81
5.3.2 Grains cécidomyiés
Le tableau 5 montre les résultats de l’évaluation du pourcentage de grains cécidomyiés
suite à la récolte. Le travail du sol et le système de production n’ont pas eu d’effet sur la
quantité de grains cécidomyiés peu importe l’année.
Tableau 5. Pourcentage de grains cécidomyiés à la récolte selon le travail du sol et le système de production en 2009 et 2010 à La Pocatière, Québec.
Grains cécidomyiésw (%) 2009x 2010
Travail (T) COy 4,0 18,3 TR 2,4 16,2 SD 4,2 18,3 Système (S) AIz 4,2 17,4 SI 2,9 17,7
CO × AI 5,4 18,0 TR × AI 3,1 15,0 SD × AI 4,1 19,2 CO × SI 2,6 18,5 TR × SI 1,8 17,3 SD × SI 4,2 17,4 Valeur de P Valeur de P T 0,244 0,341 S 0,205 0,841 T × S 0,435 0,445
w Pourcentage de grains à la récolte présentant un dommage visuel causé par la cécidomyie. x Les données de 2009 n’incluent pas le quatrième bloc. y CO = travail conventionnel, TR = travail réduit, SD = semis direct. z AI = avec intrants, SI = sans intrants.
Il est important de rappeler que le pourcentage de grains cécidomyiés est le critère
considéré lors du classement d’un lot de blé pour sa mise en vente (Commission
canadienne des grains, 2012). Les résultats suggèrent donc que le travail du sol peut être
82
réduit et qu’un système sans intrants chimiques peut être appliqué sans pour autant observer
une augmentation des dommages à la récolte. Une partie des grains cécidomyiés a toutefois
pu être perdue directement au champ lors de la récolte à cause de la ventilation de la
moissonneuse-batteuse, ce qui pourrait expliquer pourquoi aucune différence n’a été
observée entre les différents traitements. En effet, les grains endommagés par la cécidomyie
sont souvent plus petits, plus légers et même inexistants si trop de larves sont présentes
(Roy et coll., 2008). Notre hypothèse de départ qui affirmait que la proportion de grains
cécidomyiés était plus élevée en travail réduit ou en semis direct qu’en travail de sol
conventionnel est donc réfutée.
5.3.3 Insectes adultes
Les données concernant les insectes adultes ne seront pas présentées ici considérant
qu’elles étaient plutôt complémentaires et non principales. Que ce soit avec les pièges à
phéromones en 2009 ou avec les pièges à émergence en 2010, dans les deux cas, le nombre
de cécidomyies orangées adultes capturées a été très faible. Concernant les pièges à
phéromones, ceux-ci auraient pu être installés au moins 2 semaines plus tôt afin
d’améliorer les résultats obtenus. En effet, l’émergence des cécidomyies adultes est souvent
synchronisée avec le stade épiaison du blé qui a eu lieu vers le 10 juin 2009 et elle peut
s’étendre sur une période d’environ 6 semaines (Elliott et Mann, 1996; Roy et coll., 2008;
Olfert et coll., 2009). Les pièges ayant été installés le 24 juin 2009, les avoir installés un
peu plus tôt en saison aurait pu permettre de mieux couvrir la période d’émergence. De
plus, comme le village de La Pocatière est situé près du Fleuve St-Laurent, il s’agit d’une
région très venteuse ce qui a pu affecter le vol des insectes adultes (Pivnick et Labbé,
1993). Une plus grande quantité de pièges à phéromones aurait permis d’améliorer la
précision des données (un piège par parcelle par exemple). Pour les pièges à émergence,
bien que leur nombre ait été suffisant, la superficie de sol qu’ils couvraient était faible. Il
est donc possible que, par pur hasard, les cécidomyies aient émergé à l’extérieur des pièges
conduisant ainsi à un faible taux de capture.
83
5.3.4 Comparaison entre les deux années d’essais
Bien que les années n’aient pas été comparées statistiquement, il est possible d’en tirer des
conclusions intéressantes. Alors qu’en moyenne la présence de l’insecte s’est chiffrée à
1533 larves m-2 en 2009, celle-ci a été 7,7 fois plus élevée en 2010 en atteignant une valeur
de plus de 11 800 larves m-2. Dans les deux cas, ces données dépassent largement le seuil
d’intervention fixé à 600 larves m-2 dans l’Ouest canadien (Basedow, 1980), ce qui signifie
qu’un traitement insecticide aurait été justifié dans un contexte de production. Ces hauts
niveaux d’infestation ont entraîné une proportion de grains cécidomyiés à la récolte de
3,5 % en moyenne pour l’essai 2009 et de 17 % pour l’essai 2010. Encore une fois, les
chiffres surpassent le seuil de 2 % fixé par la Commission canadienne des grains pour le blé
de printemps de grade numéro 1, ce qui signifie que les lots de blé auraient été déclassés. Il
est cependant important de noter que les échantillons de grains analysés n’ont pas été
criblés contrairement aux méthodes officielles, ce qui peut expliquer qu’une plus grande
quantité de petits grains cécidomyiés ait été retenue. Force est de constater que les
dommages mesurés au stade pâteux mou du grain (3,7 % en 2009 et 37 % en 2010) sont
plus élevés que ceux mesurés à la récolte (3,5 % en 2009 et 17 % en 2010), ce qui prouve
qu’une grande quantité de grains est perdue lors de la récolte. Concernant le pourcentage
moyen d’épis infestés (contenant au moins une larve), il est passé de 86,5 % en 2009 à
100 % en 2010. Globalement, ces résultats suggèrent donc que la présence de la cécidomyie
a été très importante dans le secteur de La Pocatière durant les deux années à l’étude, mais
ce de façon beaucoup plus importante en 2010.
Le premier élément explicatif est sans aucun doute le précédent cultural. Alors qu’en 2009
le précédent cultural était du trèfle rouge, une espèce non hôte de la cécidomyie orangée du
blé, en 2010 le blé a été cultivé sur un retour de blé. Cela a pu favoriser le développement
des populations de cécidomyies, tel que rapporté par Knodel et Ganehiarachchi (2008). De
plus, il a été prouvé que des conditions humides combinées à une élévation de température
durant les mois de mai et juin activent le processus de pupaison des larves (Roy et coll.,
2008; Olfert et coll., 2009). Dans la présente recherche, les conditions de températures et de
précipitations ont été assez près de la normale en 2009, alors qu’en 2010 la saison fut plus
84
chaude et sèche (tableau 1). Il est donc possible que ces conditions différentes des normales
saisonnières aient pu influencer l’émergence des adultes. Il est cependant difficile de
différencier l’effet ‘précédent cultural’ de l’effet ‘année’, puisque globalement au Québec
l’infestation de cécidomyie a été plus élevée en 2010 qu’en 2009 (Rioux et coll., 2011).
Pour bien dissocier l’effet ‘précédent cultural’ de l’effet ‘année’, un autre dispositif incluant
à chaque année les deux précédents culturaux, le trèfle et le blé, aurait été nécessaire. Un
autre élément à considérer est la date de semis du blé. Il a été prouvé que le fait de semer
tôt permet d’obtenir une désynchronisation entre la période critique d’infestation du blé et
le pic d’émergence des adultes (Wright et Doane, 1987; Helenius et Kurppa, 1989). En
2010, le blé a été semé environ deux semaines plus tard qu’en 2009 (18 mai versus 5 mai).
Il demeure donc plausible de croire que ce facteur a pu causer, en partie, une augmentation
du niveau d’infestation par la cécidomyie en 2010.
5.4 Conclusion
La cécidomyie orangée du blé, comme bien d’autres ravageurs, demeure un insecte qui peut
être fortement influencé par un grand nombre de facteurs à l’échelle du champ. Il est donc
difficile d’isoler un élément précis et d’en vérifier l’impact indépendamment des conditions
climatiques, de sol, de culture et de récolte. Néanmoins, les résultats de cette étude ont
permis de montrer qu’en 2010 la densité de larves a été plus faible en travail réduit qu’en
semis direct dans le système avec intrants chimiques et a été plus faible en travail réduit et
en semis direct qu’en travail de sol conventionnel dans le système sans intrants chimiques.
L’utilisation du chisel en travail réduit du sol semble donc être la meilleure option pour
diminuer le nombre de larves sous forme de cocons dans le sol, puisque cet outil travaille
plus en surface que la charrue à versoirs. Le travail du sol et le système de production n’ont
toutefois pas eu d’effet sur la densité de larves en 2009. D’autre part, aucun traitement n’a
eu d’impact sur la proportion de grains cécidomyiés mesurée à la récolte, suggérant que les
pratiques agricoles plus respectueuses de l’environnement n’entraînent pas une
augmentation des dommages causés par la cécidomyie par rapport aux pratiques
conventionnelles. Le niveau d’infestation de la saison 2010 a été nettement supérieur à
85
celui mesuré en 2009 pour toutes les variables mesurées. Ce résultat laisse croire que le
précédent cultural joue un rôle majeur puisqu’en 2009 le précédent était du trèfle rouge,
une espèce non hôte de la cécidomyie orangée du blé, alors qu’en 2010 le blé a été cultivé
sur un retour de blé. Le fait que le blé ait été semé plus tard en 2010 par rapport à 2009 et
que cela ait pu entraîner une synchronisation de l’émergence des adultes avec le stade
critique d’infestation du blé peut également expliquer en partie la présence plus importante
de la cécidomyie en 2010.
87
6. Discussion générale
La finalité de ce projet de maîtrise était d’évaluer l’effet de différents modes de travail du
sol combinés à un système avec ou sans intrants chimiques sur le rendement en blé,
l’incidence de la fusariose de l’épi et la présence de la cécidomyie orangée du blé. Cet
objectif découle de la volonté des industries de transformation québécoises de documenter
l’impact des pratiques culturales plus respectueuses de l’environnement sur plusieurs
enjeux-clés touchant la production du blé, dans le but de pourvoir adéquatement les
marchés en farines de spécialités qui respectent les standards de qualité prescrits. L’aspect
novateur de cette recherche réside dans le fait que les travaux de sol étudiés sont en place
depuis 1987, donc depuis plus de 25 ans. L’empreinte à long terme, souvent négligée dans
les projets de recherche en agriculture par manque de ressources, devient alors tangible
dans la présente étude et sera prise en compte dans l’interprétation des résultats.
6.1 Effet du travail de sol et du système de production sur le
rendement en blé
La première hypothèse énoncée était la suivante : Les rendements de blé obtenus en travail
réduit et en semis direct sont similaires à ceux obtenus sous un travail de sol conventionnel
et sont inférieurs dans un système sans intrants chimiques comparativement à un système
avec intrants chimiques.
En 2009, le travail réduit et le semis direct ont produit des rendements équivalents à ceux
obtenus en travail de sol conventionnel dans le système avec intrants chimiques (moyenne
de 3557 kg ha-1). La situation ne fut toutefois pas la même dans le système sans intrants
chimiques. Le semis direct a été significativement moins productif (2346 kg ha-1) que les
autres travaux de sol, le travail réduit a fourni des rendements intermédiaires (2923 kg ha-1)
alors que le travail conventionnel a permis d’obtenir des rendements aussi élevés
(3377 kg ha-1) que ceux mesurés dans le système avec intrants chimiques. En 2010, le
travail réduit et le semis direct ont été significativement moins productifs (moyenne de
88
2309 kg ha-1) que le travail de sol conventionnel (3002 kg ha-1) et les rendements ont été
plus élevés dans le système avec intrants chimiques (3028 kg ha-1) comparativement au
système sans intrants chimiques (2051 kg ha-1). La première partie de notre première
hypothèse concernant le travail du sol est donc réfutée en 2010 ainsi qu'en 2009 dans le
système sans intrants chimiques, mais est confirmée en 2009 dans le système avec intrants
chimiques. La deuxième partie de notre première hypothèse concernant les systèmes de
production est confirmée en 2010 et elle l’est également en 2009, mais pour le travail réduit
et le semis direct seulement.
La justification la plus plausible pour expliquer ces résultats provient de la pression exercée
par les mauvaises herbes. En effet, la biomasse totale des mauvaises herbes (toutes espèces
confondues) retrouvée en travail réduit et en semis direct dans le système sans intrants
chimiques en 2009 à La Pocatière (moyenne de 157 g m-2) a été largement supérieure aux
autres traitements (moyenne de 44 g m-2). Même constat en 2010, où la biomasse totale des
mauvaises herbes a été plus élevée en travail réduit et en semis direct (moyenne de 148
g m-2) comparativement au travail de sol conventionnel (65 g m-2) et a aussi été plus élevée
dans le système sans intrants chimiques (204 g m-2) par rapport au système avec intrants
chimiques (53 g m-2). Ces résultats concordent parfaitement avec les diminutions de
rendements mentionnées ci-haut. Il a été prouvé antérieurement que la répression inefficace
des mauvaises herbes demeure le facteur limitant par excellence dans la culture du blé
réalisée selon des pratiques de conservation des sols (Brandt, 1992; Young et coll., 1994) et
réalisée selon un système sans intrants chimiques ou biologiques (Koocheki et coll., 2009).
Les mauvaises herbes peuvent en effet affecter la croissance du blé par leur compétition
accrue pour l’eau et les éléments nutritifs (Mason et coll., 2007a).
Selon les résultats obtenus, il paraît évident que l’application d’herbicides dans le système
avec intrants chimiques en 2009 a permis une répression efficace des mauvaises herbes, ce
qui explique que les trois travaux de sol aient fourni des rendements similaires. À l’inverse,
bien que nous nous soyons assurés de la bonne exécution du désherbage mécanique dans le
système sans intrants chimiques en 2009, il semble que l’effet du travail de sol ait été
prédominant dans ce cas. Tel que mentionné dans les travaux de Sans et coll. (2011), le fait
89
de ne pas retourner le sol par le labour a pu permettre aux graines de mauvaises herbes
produites durant les années précédentes de rester dans la couche superficielle du sol,
conduisant ainsi à un plus grand potentiel de germination et d’émergence. Il a en effet été
démontré en Ontario que plus de 60 % de la banque de semences de mauvaises herbes était
concentrée dans les cinq premiers centimètres de sol en travail réduit et en semis direct
comparativement au travail conventionnel où la distribution était plus uniforme dans le
profil de sol (Clements et coll., 1996). Cette dernière mesure n’a pas été prise dans notre
cas, mais il peut s’agir d’un élément d’explication intéressant. Qui plus est, l’impact du
travail de sol sur les dynamiques de populations des adventices semble clairement plus
prononcé avec le temps. Selon une étude de Sosnoskie et coll. (2006) réalisée sur des
travaux de sol implantés depuis 35 ans, la taille et la composition de la banque de semences
de mauvaises herbes dans le sol étaient plus importante et variée en semis direct qu’en
travail réduit ainsi qu’en travail conventionnel. Ces conclusions viennent donc renforcer les
résultats obtenus dans le présent projet.
La quantité de résidus à la surface du sol est un autre facteur important à considérer dans
l’analyse des résultats. Le désherbage mécanique des adventices annuelles ne peut être
aussi efficace en travail réduit et en semis direct qu’en travail conventionnel dû à la
présence des résidus à la surface qui interfèrent avec l’action mécanique de la herse-étrille.
De plus, cet outil a généralement peu d’effets sur les mauvaises herbes vivaces rencontrées
dans le système en semis direct. Ces informations expliquent probablement pourquoi la
répression des mauvaises herbes a été moins bonne selon des pratiques de conservation des
sols réalisées dans un système sans intrants chimiques. Il a également été rapporté par
Tuesca et coll. (2001) que la présence plus importante de certaines mauvaises herbes en
conservation des sols peut être liée à la forte quantité de résidus en surface qui favorisent le
piégeage des semences facilement dispersées par le vent. Les pourcentages de couverture
par les résidus mesurés en 2009 et en 2010 à La Pocatière sont présentés au tableau I de
l’annexe B.
En 2010, il n’y a pas eu d’interaction entre le travail du sol et le système de production
contrairement à 2009. Cela peut s’expliquer par le fait qu’en 2010 nous étions sur une
90
deuxième année en culture de blé et donc que les mauvaises herbes ont été plus dominantes.
En effet, la biomasse totale des mauvaises herbes s’est chiffrée à 83 g m-2 en 2009 et à 137
g m-2 en 2010. Dans le système sans intrants chimiques en 2010, bien que le passage de la
herse-étrille ait été effectué au bon stade de la culture, la profondeur de l’outil n’a pas
permis de déloger les adventices vivaces bien implantées dans le sol. De plus, l’historique
de rotation des parcelles utilisées dans ce projet étant une monoculture d’orge de printemps,
cela a clairement favorisé le développement d’espèces de mauvaises herbes vivaces dont les
semences peuvent rester en dormance dans le sol pendant plusieurs années (Légère et coll.,
2011).
Les conditions météorologiques ont sans aucun doute eu un impact sur les rendements
globalement plus faibles mesurés en 2010 (moyenne de 2540 kg ha-1) par rapport à 2009
(moyenne de 3220 kg ha-1). En effet, les températures et les précipitations observées en
2009 ont été près des normales saisonnières alors que celles mesurées en 2010 ont été plus
chaudes et sèches, le blé ayant reçu 40 % moins d’eau que la normale. L’apport en eau est
bien évidemment essentiel à une bonne croissance, d’autant plus que les éléments minéraux
sont transportés par l’eau. Il a été rapporté par de nombreux auteurs que le semis direct
avait tendance à être plus performant que les autres travaux de sol lors d’années plus sèches
dans la culture du blé (Larney et Lindwall, 1994; López-Bellido et coll., 1998; De Vita et
coll., 2007; Li et coll., 2007). Ce ne fut toutefois pas le cas dans la présente étude en 2010,
le semis direct ayant été moins productif que le travail conventionnel, malgré que les
travaux de sol soient en place depuis plus de 25 ans. Il semble donc que d’autres facteurs
ont eu plus d’effets sur les rendements en 2010 que la météo, comme la pression des
mauvaises herbes qui a été plus élevée lors de la deuxième année en blé.
L’impact que la cécidomyie orangée du blé a pu avoir sur la variation du rendement de la
culture ne doit pas être négligé. Tout comme les mauvaises herbes, la présence de la
cécidomyie a été de façon générale plus importante en 2010 sur une deuxième année en blé
(11 800 larves m-2 et 17 % de grains cécidomyiés à la récolte) comparativement à 2009 où
le précédent cultural était du trèfle rouge (1533 larves m-2 et 3,5 % de grains cécidomyiés à
la récolte). Le degré d’infestation beaucoup plus marqué en 2010 a donc pu contribuer
91
globalement à diminuer les rendements. Il a notamment été rapporté par Olfert et coll.
(1985) en Saskatchewan qu’une infestation de 30 % des grains pouvait entraîner des pertes
de rendement de 40 %. Il n’y a toutefois pas eu de différence majeure entre les travaux de
sol, sauf en 2010 où l’utilisation du chisel en travail réduit semble avoir été plus efficace
pour diminuer le nombre de larves sous forme de cocons dans le sol. Ces résultats viennent
donc infirmer notre hypothèse de départ selon laquelle la densité de larves de cécidomyie
orangée du blé et la proportion de grains cécidomyiés sont plus élevées en travail réduit ou
en semis direct qu’en travail de sol conventionnel. Des analyses de redondance ont été
réalisées (données non présentées) afin de tenter d’établir un lien clair entre le degré
d’infestation par l’insecte et le rendement en blé, mais les résultats obtenus ont été peu
concluants. Il est en effet difficile d’isoler un élément précis et d’en vérifier l’impact sur le
rendement indépendamment des conditions climatiques, de sol, de culture et de récolte.
Les rendements plus faibles obtenus en 2010 dans le système sans intrants chimiques
pourraient également s’expliquer par la fertilisation. Bien que l’apport en éléments
minéraux ait été le même entre les deux systèmes, la source en était différente. Le fumier de
volaille granulé a peut-être ralenti la disponibilité de ces éléments pour la plante
contrairement à l’engrais minéral utilisé dans le système avec intrants chimiques, surtout en
conditions plus sèches, et particulièrement dans les systèmes en travail réduit et en semis
direct avec une présence importante de résidus. Il a toutefois été rapporté par Rieux et coll.
(2013) que l’utilisation du fumier de volaille a permis d’obtenir des rendements en grains
similaires à ceux obtenus avec la fertilisation minérale complète dans une étude réalisée à
Québec sur le blé panifiable.
6.1.1 Paramètres agronomiques et qualités du grain
Tel que mentionné au départ, l’objectif du présent projet consistait à documenter l’impact
de pratiques culturales plus respectueuses de l’environnement sur plusieurs enjeux-clés
touchant la production du blé. Le rendement est bien sûr un élément essentiel, mais d’autres
paramètres agronomiques comme le nombre d’épis par mètre carré, le poids à l’hectolitre et
le poids de 1000 grains sont des mesures importantes à considérer. De même, le grain
92
destiné à un marché spécialisé doit respecter certains standards de qualité prescrits par
l’industrie de transformation, tel que la teneur en protéines et l’indice de chute. Bien
qu’aucune hypothèse de recherche n’ait été formulée spécifiquement sur ces aspects, des
données ont été analysées et les résultats seront présentés dans cette section en lien avec les
informations contenues dans la revue de littérature du chapitre 2.
Le nombre d’épis par mètre carré s’est chiffré en moyenne à 479 épis m-2 pour l’essai 2009
et n’a été affecté par aucun des traitements. En 2010 toutefois, ce paramètre a été
significativement plus élevé en travail conventionnel (554 épis m-2) comparativement au
travail réduit et au semis direct (moyenne de 407 épis m-2) et a aussi été plus élevé dans le
système avec intrants chimiques (506 épis m-2) comparativement au système sans intrants
chimiques (406 épis m-2). Ces résultats concordent avec les diminutions de rendements
mesurées en 2010 et peuvent donc en être un élément d’explication intéressant. En effet,
une production élevée d’épis par mètre carré est généralement reliée à une augmentation du
rendement en grains (Kibite et Evans, 1984).
Le poids à l’hectolitre n’a pas été influencé par le travail du sol en 2009 et en 2010. Ces
résultats ne concordent pas avec ceux de Dill-Macky et Jones (2000) qui ont mesuré un
poids à l’hectolitre supérieur en travail conventionnel, mais comme les travaux de sol dans
notre étude sont âgés de plus de 25 ans, il semble plausible de croire que des
agroécosystèmes bien équilibrés se sont développés avec les années. Il est nécessaire
toutefois d’émettre un bémol quant à l’importance donnée à ce critère de qualité, car selon
une récente étude suisse, la mesure du poids à l’hectolitre ne donne pas d’indication claire
sur la qualité boulangère ou le rendement en farine d’un lot de blé (Kleijer et coll., 2007).
Le système de production n’a pas eu d’impact sur le poids à l’hectolitre en 2009, mais ce
dernier a été plus élevé dans le système avec intrants chimiques en 2010 (77,8 kg hl-1)
comparativement au système sans intrants chimiques (77,1 kg hl-1), tel qu’observé par
d’autres chercheurs (Mason et coll., 2007a; Váňová et coll., 2008).
Le poids de 1000 grains a été significativement plus élevé en travail conventionnel et en
travail réduit (moyenne de 42,7 g) qu’en semis direct (41,6 g) en 2009, alors qu’en 2010 le
93
travail de sol n’a pas eu d’effet sur ce paramètre. Le poids de 1000 grains a été supérieur
dans le système avec intrants chimiques comparativement au système sans intrants
chimiques et ce pour les deux années d’essais.
Le travail du sol n’a pas influencé la teneur en protéines en 2009. Ce résultat suggère donc
que les pratiques de conservation des sols permettent d’obtenir des teneurs en protéines
similaires aux pratiques conventionnelles, tel que rapporté par Carr et coll. (2003a) au
Dakota du Nord. Par contre, en 2010, la teneur en protéines mesurée en semis direct
(13,5 %) a été plus faible que celle mesurée en travail réduit et en travail conventionnel
(moyenne de 14,7 %). Durant les deux années d’essais, la teneur en protéines a été
supérieure dans le système avec intrants chimiques comparativement au système sans
intrants chimiques. Ce résultat vient appuyer les conclusions de plusieurs études réalisées
dans différents pays (Varga et coll., 2003; Carcea et coll., 2006; Váňová et coll., 2008),
mais s’oppose à d’autres (Kihlberg et coll., 2004; Annett et coll., 2007). Bien que dans
notre cas le taux de fertilisation ait été le même entre les deux systèmes, la source en était
différente. Le fumier de volaille granulé utilisé dans le système sans intrants chimiques
semble avoir affecté négativement la teneur en protéines comparativement à l’engrais
minéral utilisé dans le système avec intrants chimiques, ce qui suggère que la source
d’azote a une influence sur la disponibilité de cet élément dans le sol. En moyenne, la
teneur en protéines a été plus élevée en 2010 (14,3 %) qu’en 2009 (12,3 %), alors que le
rendement en blé a été globalement plus faible en 2010 (2540 kg ha-1) qu’en 2009 (3220
kg ha-1). Ces résultats viennent confirmer la relation inverse souvent observée entre le
rendement en blé et la teneur en protéines (Carr et coll., 2003a; Kihlberg et coll., 2004). En
2010 la teneur en protéines mesurée pour chacun des traitements a été supérieure au seuil
minimal de 12,5 % requis pour la panification au Québec (Vanasse et coll., 2012). Ce ne fut
pas le cas en 2009, où les trois travaux de sol dans le système sans intrants chimiques n’ont
pas permis d’atteindre ce seuil.
L’indice de chute n’a pas été influencé par les traitements durant les deux années d’essais et
a atteint une valeur moyenne de 316 secondes en 2009 et de 362 secondes en 2010 (tableau
VI à l’annexe B). Ces données sont supérieures au temps minimum de 250 secondes requis
94
par l’industrie de transformation dans l’est du Canada (Vanasse et coll., 2012). Il est
intéressant de noter que globalement l’indice de chute moyen en 2010 a été 15 % supérieur
à celui de 2009. Ce résultat laisse croire que des conditions climatiques plus chaudes et
sèches sont moins favorables au phénomène de germination sur épi par rapport à des
conditions plus fraîches et humides, entraînant ainsi une augmentation de l’indice de chute.
Erekul et Köhn (2006) partagent la même conclusion dans une étude réalisée en Allemagne
où ils expliquent la diminution de l’indice de chute par des précipitations abondantes durant
la période de formation de l’amidon dans le grain.
6.2 Effet du travail de sol et du système de production sur la
fusariose de l’épi
La deuxième hypothèse énoncée en lien avec les informations contenues dans la revue de
littérature était la suivante : L’incidence de la fusariose (symptômes sur épis, quantité de
grains fusariés, teneur en DON des grains et production d’inoculum de F. graminearum en
provenance des résidus de culture) est plus élevée lorsque l’intensité du travail de sol
diminue, mais moins élevée dans un système sans intrants chimiques comparativement à un
système avec intrants chimiques.
6.2.1 Symptômes sur épis et quantité de grains fusariés
Ni le travail du sol ni le système de production n’a eu d’effet sur les symptômes sur épis
(pourcentage d’épillets fusariés) ni sur la quantité de grains fusariés (Fusarium-damaged
kernels : FDK), autant en 2009 qu’en 2010. Ces résultats viennent donc infirmer notre
hypothèse de départ. Le pourcentage moyen d’épillets fusariés et le FDK en 2009 ont été de
4,0 % et de 4,8 % respectivement (tableau II à l’annexe B). En 2010, ces valeurs se sont
plutôt chiffrées à 1,2 % et 2,3 %. Aucun symptôme de verse n’a été observé dans les
parcelles de blé durant les deux années d’essais (données non présentées), ce qui peut
expliquer partiellement la non variation de l’intensité des symptômes visuels de fusariose
entre les traitements. En effet, un plant versé augmente les chances de contact entre
95
l’inoculum présent au sol et l’épi, augmentant par le fait même le risque de développement
de la maladie. Malgré que les années n’aient pas été comparées entre elles statistiquement,
les moyennes obtenues indiquent que l’intensité des symptômes visuels de fusariose a été
plus faible en 2010 par rapport à 2009, probablement à cause des conditions climatiques
chaudes et sèches de l’été 2010 qui ont été moins favorables au développement de la
maladie. De plus, bien que nous étions sur une deuxième année consécutive en blé et qu’il
y avait la présence de résidus d’une culture hôte qui est reconnu comme facteur contributif
au développement de la fusariose (Teich et Hamilton, 1985; Dill-Macky et Jones, 2000), il
semble que l’impact des conditions climatiques ait été prédominant en 2010. Schaafsma et
coll. (2001) partagent cette conclusion dans une étude réalisée en Ontario.
La quantité de grains fusariés a été mesurée par une évaluation visuelle attentive de chacun
des grains présents dans les échantillons. Une plus grande précision des données aurait
toutefois pu être obtenue en observant la fente séminale des grains à la loupe binoculaire
puisqu’il est possible d’y observer du mycélium de Fusarium (blanc ou rosé) invisible à
l’œil nu. Il est à noter qu’un même grain peut à la fois être endommagé par la cécidomyie
orangée et par la fusariose. Ces dommages sont cependant très distincts pour un œil averti
et nous nous sommes assurés de posséder l’expertise nécessaire pour éviter de confondre
les deux.
Il est important de ne pas tirer de conclusions trop hâtives suite à l’évaluation des
symptômes de fusariose. De nombreux auteurs ont affirmé qu’aucune relation évidente n’a
pu être établie entre l’intensité des symptômes visuels de la maladie sur les épis et les
grains et l’accumulation de DON (Lacey et coll., 1999; Birzele et coll., 2002; Champeil et
coll., 2004; Steinkellner et Langer, 2004). Cette affirmation s’avère vraie dans notre cas,
car la prochaine section va démontrer que la teneur en DON a varié selon certains
traitements contrairement aux symptômes visuels.
96
6.2.2 Teneur en DON
Le contenu en DON des grains n’a pas varié selon le type de travail de sol quelle que soit
l’année étudiée, ce qui vient infirmer notre hypothèse de départ. Ce résultat est assez
surprenant puisque bon nombre de recherches ont indiqué que des pratiques engendrant une
plus grande quantité de résidus au sol venaient augmenter l’incidence de la fusariose (Dill-
Macky et Jones, 2000; Champeil et coll., 2004; Beyer et coll., 2006; Leplat et coll., 2013).
L’absence d’effet du travail de sol en 2009 pourrait s’expliquer par le précédent cultural qui
était une culture non hôte de la fusariose, soit le trèfle rouge. En 2010, l’absence d’effet
pourrait être reliée à la plus faible pression de la maladie causée par les conditions
climatiques chaudes et sèches. D’autre part, le fait que nos travaux de sol soient en place
depuis 1987 et que le temps ait pu permettre aux agroécosystèmes ainsi créés de
s’équilibrer peut être un autre élément d’explication intéressant. En effet, plusieurs études
démontrent que de nombreux groupes d’organismes de la faune et de la flore du sol sont
plus abondants dans un sol moins perturbé que dans un sol travaillé de façon
conventionnelle (House et Parmelee, 1985; Kladivko, 2001). Plus spécifiquement, un sol
riche en microorganismes permet d’accélérer la décomposition des résidus et peut affecter
la survie de F. graminearum (Leplat et coll., 2013). La présence d’autres champignons
antagonistes peut également entraîner une certaine compétition au développement de
F. graminearum sur les résidus (Leplat et coll., 2013). Il a même été prouvé qu’une espèce
de ver de terre, Lumbricus terrestris L., était plus attirée par des résidus fortement colonisés
par F. graminearum et ayant une teneur élevée en DON, participant ainsi à l’élimination de
cette source d’inoculum (Oldenburg et coll., 2008). Tous ces éléments peuvent donc
expliquer les résultats obtenus et ceux-ci laissent croire que l’intensité du travail du sol peut
être diminuée jusqu’au niveau du semis direct sans entraîner, à long terme, une hausse de la
teneur en DON. Il n’est toutefois pas exclu que d’autres facteurs aient pu influencer la
teneur en DON dans la présente situation. La fusariose de l’épi étant une maladie complexe,
les facteurs pouvant conduire à la production de mycotoxines ne sont pas tous encore bien
compris à ce jour.
97
Concernant les systèmes de production, une teneur en DON significativement plus faible a
été mesurée en 2009 dans le système sans intrants chimiques (3,9 ppm) comparativement
au système avec intrants chimiques (5,5 ppm). En 2010 les différences n’ont pas été
significatives, mais une tendance s’est dégagée (p = 0,092), traduisant une quantité de
toxines légèrement plus faible dans le système sans intrants chimiques (0,34 ppm) que dans
le système avec intrants (0,46 ppm, tableau 2). Cette partie de notre hypothèse de départ est
donc confirmée.
Puisqu’aucun fongicide n’a été utilisé dans le cadre de ce projet pour lutter contre la
fusariose, les seuls éléments pouvant expliquer une différence de DON entre les systèmes
de production proviennent soit de la fertilisation, soit de la quantité de mauvaises herbes.
Une hypothèse formulée par Lemmens et coll. (2004) explique la hausse du contenu en
DON chez le blé par une augmentation de la fertilisation azotée. Les auteurs affirment que
la densité de la culture, plus importante lorsqu’une plus grande quantité d’azote est
disponible pour la plante, favoriserait un environnement plus humide sur une plus longue
période de temps suivant une pluie. Considérant que des conditions humides sont propices
au développement de la fusariose (Xu, 2003), il peut donc s’agir d’un élément d’explication
intéressant. Il n’y a toutefois pas eu dans notre cas de différences significatives entre les
traitements en 2009 pour les données de peuplement et du nombre d’épis par mètre carré
(tableau V à l’annexe B). Ces résultats indiquent que la densité du blé a été similaire peu
importe le travail ou le système. Bien que la source d’azote utilisée dans les systèmes de
production était différente (minérale versus organique), il est important de se rappeler que
la quantité reçue par la plante était la même. Il n’est donc pas possible d’expliquer la plus
faible teneur en DON mesurée dans le système sans intrants chimiques en 2009 par une
plus faible densité de la culture liée à la fertilisation organique qui aurait été moins efficace
que la fertilisation minérale. Qu’en est-il maintenant de notre deuxième élément
d’explication, soit les mauvaises herbes ? Il en sera discuté dans la section ci-dessous.
98
6.2.3 Inoculum de F. graminearum en provenance des résidus de culture
La production d’inoculum de F. graminearum en provenance des résidus de culture
(mesurée en unités formatrices de colonies : UFC) a été similaire en 2009 parmi les trois
travaux de sol dans le système avec intrants chimiques (moyenne de 12,0 UFC) alors
qu’elle s’est révélée plus faible en semis direct (6,8 UFC) comparativement au travail
conventionnel (17,0 UFC) dans le système sans intrants chimiques. Par contre, en 2010, la
production d’inoculum s’est avérée plus importante dans le travail réduit et le semis direct
(moyenne de 6,1 UFC) que dans le travail de sol conventionnel (3,2 UFC) peu importe le
système de production. Les résultats de 2009 viennent donc réfuter notre hypothèse alors
que ceux de 2010 la confirment en partie.
La quantité moins élevée d’UFC mesurée en semis direct dans le système sans intrants
chimiques pourrait expliquer la teneur en DON plus faible mesurée dans ce même système
en 2009. Il semble en effet qu’un élément ait pu limiter la quantité de spores pouvant se
rendre aux épis dans le système de semis direct. Un lien avec les populations de mauvaises
herbes peut être fait, puisqu’elles semblent jouer ici un triple rôle. D’abord, les plantes
adventices peuvent être colonisées par certaines espèces de Fusarium et constitueraient
ainsi un réservoir d’inoculum (Landschoot et coll., 2011; Postic et coll., 2012). Elles
peuvent également, de par leur densité élevée dans une situation donnée, créer un
environnement plus humide et favorable au développement de champignons non désirables.
Finalement, les mauvaises herbes peuvent aussi former une barrière physique entre les
rangs de blé et empêcher les spores en provenance du sol d’atteindre les épis, limitant ainsi
la contamination par la fusariose. Selon notre analyse, ces rôles coexistent dans la réalité et
l’un d’eux peut surpasser les autres dans une situation donnée. Dans notre cas, en 2009, la
mesure de la production d’inoculum provenant des résidus permet d’affirmer que le rôle de
barrière physique des adventices aurait surpassé les autres rôles. Cette conclusion ne
s’applique toutefois pas aux résultats de 2010, où l’inoculum de F. graminearum a été plus
important en travail réduit et en semis direct que dans le travail de sol conventionnel peu
importe le système.
99
6.2.4 Comparaison entre les deux années d’essais
Il aurait été plausible de croire qu’une plus grande incidence de la fusariose puisse être
mesurée en 2010 par rapport à 2009 puisqu’il s’agissait d’une deuxième année en blé, tel
que rapporté par Dill-Macky et Jones (2000). Ainsi nous aurions pu observer des
différences significatives entre nos traitements. Ce ne fut toutefois pas le cas. Malgré un
plus grand réservoir d’inoculum via les résidus de blé de 2009 présents au sol, surtout dans
le cas du travail réduit et du semis direct, la quantité de DON mesurée pour l’essai 2010
(moyenne de 0,4 ppm) a été globalement beaucoup plus faible qu’en 2009 (moyenne de
4,7 ppm). Il semble donc que les conditions météorologiques très contrastantes entre les
deux années d’essais ont joué un rôle primordial dans le développement de la maladie. Tel
que rapporté par Schaafsma et coll. (2001), les conditions climatiques expliquent 48 % des
variations de la teneur en DON et peuvent surpasser l’impact d’autres facteurs.
Il est souvent recommandé de semer le blé le plus tôt possible pour désynchroniser la
période de sensibilité la plus critique à la fusariose, la mi-floraison, avec la venue des
conditions chaudes et humides qui favorisent l’éclosion de la maladie (Xu, 2003; Edwards,
2004). À titre d’exemple, citons l’étude de Castonguay et Couture (1983) réalisée dans
plusieurs régions du Québec en 1978. Dans une argile de type Kamouraska, le même type
de sol que celui du présent projet, les auteurs ont mesuré une proportion de grains de blé
porteurs de Fusarium plus élevée lors d’un semis plus tardif (16,2 %) comparativement à
un semis plus hâtif (4,0 %). Dans notre cas, en 2009, le blé a été semé le 5 mai et le stade
mi-floraison a été atteint le 13 juillet. En 2010 le blé a été semé deux semaines plus tard,
soit le 18 mai, et le stade mi-floraison a été atteint le 10 juillet. Un semis effectué plus tôt
en 2009 n’a donc pas permis de décaler la période de mi-floraison comparativement à 2010.
Cela peut être expliqué, encore une fois, par les conditions météorologiques qui ont été plus
fraîches et humides en 2009 comparativement à celles de 2010, surtout au début de la
saison de croissance (tableau 1). Le blé a en effet reçu deux fois plus d’eau en juillet 2009
(120 mm) par rapport au mois de juillet 2010 (58 mm). Cette forte accumulation durant le
mois où a été atteint le stade mi-floraison a pu contribuer à l’incidence plus importante de
la fusariose mesurée en 2009 par rapport à l’été 2010. La situation présentée ici illustre bien
100
que malgré les différentes méthodes pouvant être utilisées et combinées au champ pour
lutter contre la fusariose, les résultats ne sont pas garants d’une année à l’autre pour les
producteurs agricoles. Ceux-ci doivent adapter leurs façons de faire selon les conditions
environnementales.
Des recherches ont démontré que la prédominance d’une espèce donnée de Fusarium peut
être spécifique à un certain territoire (Kosiak et coll., 2003; Bourdages et coll., 2006). Cette
spécificité serait en lien avec les conditions climatiques typiques de la région. Dans notre
cas, les identifications réalisées sur les boîtes de Pétri permettent d’affirmer que
F. graminearum a été le deuxième champignon en importance en 2009 avec les mesures
suivantes : F. avenaceum (41 %), F. graminearum (32 %), F. sporotrichioides (12 %),
F. equiseti (6 %), F. solani (4 %) et autres espèces négligeables (5 %). En 2010,
F. graminearum a été cette fois l’espèce la plus couramment retrouvée sur les échantillons
analysés: F. graminearum (29 %), F. avenaceum (27 %), F. sporotrichioides (27 %),
F. oxysporum (6 %), F. solani (5 %), F. equiseti (4 %) et autres espèces négligeables (2 %).
Les espèces reliées au développement de la fusariose sont donc les plus présentes dans les
conditions climatiques de la région de La Pocatière. Malgré une plus faible incidence de la
fusariose mesurée en 2010, la proportion de F. graminearum est demeurée pratiquement
similaire à celle mesurée en 2009, année à incidence plus élevée. Il est important de se
rappeler que les Fusarium ainsi que les autres genres de champignons se retrouvent très peu
sous une forme isolée, mais forment plutôt un complexe. Les conditions climatiques sont
les régulateurs qui influencent le degré de compétition et la prédominance des espèces au
sein de ce complexe (Doohan et coll., 2003). Ceci veut dire que, même s’il est présent,
F. graminearum ne va pas nécessairement s’exprimer de la même façon d’une année à
l’autre.
Il est intéressant de noter que F. sporotrichioides a plus que doublé sa population en 2010
par rapport à 2009, ce qui pourrait être causé par le fait d’avoir cultivé blé sur blé. Ce
champignon peut lui aussi produire des toxines, entre autres la T-2 et la HT-2, qui sont très
nocives à faibles doses pour les animaux d’élevage (Campbell et coll., 2002). Il pourrait
donc devenir important dans l’avenir de considérer ces toxines dans les analyses de grains
101
pour la mise en vente. Ce résultat souligne également les problèmes pouvant survenir suite
à une mauvaise rotation des cultures.
Un autre élément à considérer dans l’analyse des résultats obtenus est la source d’inoculum.
En effet, il faut relativiser l’importance donnée à l’inoculum primaire venant du sol.
Landschoot et coll. (2011), dans une étude réalisée en Belgique de 2008 à 2010, ont
examiné la composition de l’inoculum en début de saison de croissance sur les mauvaises
herbes, les résidus de blé et de maïs ainsi que sur des échantillons de sol. Ils ont ensuite
comparé ces populations avec celles retrouvées à la fin de la saison de croissance sur les
épis de blé. Les résultats sont clairs, à savoir que certaines espèces de Fusarium
prédominantes en début de saison sont pratiquement absentes des épis de blé à la fin de la
saison. De plus, les populations sont plus complexes à la fin. Ces conclusions démontrent
que l’inoculum primaire venant du sol n’est pas le seul responsable et que d’autres sources
seraient présentes hors du champ. Il a en effet été rapporté par Schmale III et coll. (2005) et
Osborne et Stein (2007) que l’inoculum aérien est non seulement présent, mais qu’il peut
circuler par la voie des airs sur plusieurs kilomètres. Dans notre cas, les boîtes de Pétri
utilisées pour capter les spores de Fusarium étaient disposées face vers le bas à la hauteur
des épis de blé. Des mesures de précaution ont été prises quotidiennement afin de s’assurer
que les boîtes étaient bien nichées dans la canopée et non au-dessus des épis, mais il n’est
pas impossible que des spores provenant d’une source d’inoculum aérien aient pu venir se
coller à la gélose, biaisant ainsi nos résultats. Il n’est malheureusement pas possible de
quantifier ce biais. La seule donnée recueillie au niveau de l’inoculum aérien provient de
quatre boîtes de Pétri installées à l’ouest de chaque bloc, face vers le haut, sur un support en
bois d’une hauteur dépassant largement la canopée. Ces données n’ont pas été analysées
statistiquement, l’objectif étant plutôt de statuer si oui ou non des spores pouvaient provenir
d’une source autre que les résidus de culture au sol. La réponse est oui, puisque de
nombreux Fusarium ont été recueillis sur les milieux de culture. De plus, l’identification a
permis d’observer que F. graminearum a représenté à lui seul plus de 50 % des espèces
présentes sur les milieux, autant en 2009 qu’en 2010 (données non présentées). Dans la
MRC de Kamouraska (dont fait partie la ville de La Pocatière), plus de 30 % des
102
superficies agricoles sont dédiées à la culture des céréales et protéagineux (MAPAQ, 2010).
Cette situation a pu créer un bassin d’inoculum important qui prédispose la région de La
Pocatière à la fusariose.
Le cultivar de blé AC Brio utilisé dans la présente recherche est coté 3 sur l’échelle de
sensibilité à la fusariose de l’épi (1 étant le moins sensible et 9 le plus sensible) (RGCQ,
2013). Ce résultat le classe comme modérément sensible dans la catégorie des blés
panifiables de type fort. Selon Koch et coll. (2006), l’utilisation d’un cultivar de blé
résistant à la fusariose est un moyen efficace de s’assurer un faible taux de contamination
par le DON et ce même sous des conditions élevées d’infection. Dans notre cas, le fait
d’avoir choisi un cultivar plus résistant aurait pu influencer nos résultats, surtout en 2009. Il
en va de même pour la gestion des résidus. Lorsque ceux-ci sont préalablement hachés
avant d’être étendus au sol, leur décomposition s’en trouve accélérée. Le taux de
contamination des grains et la teneur en DON sont alors réduits (Oldenburg et coll., 2007b;
Vogelgsang et coll., 2011). Pour les producteurs de blé, une telle avenue serait intéressante
à considérer, en combinaison avec d’autres méthodes.
6.3 Réflexions et perspectives futures
La sécurité alimentaire et la traçabilité des produits agricoles sont les enjeux de
l’agriculture moderne. D’une part le consommateur veut se procurer des produits du blé
issus de pratiques durables, qui ont un faible coût environnemental. D’autre part l’industrie
de transformation a actuellement des besoins précis en termes d’approvisionnement en blé
afin de répondre à des applications technologiques ciblées à plus haute valeur ajoutée
(Sindic et coll., 2009). Toutefois, le développement des connaissances envers des systèmes
de conservation des sols ainsi que des systèmes utilisant peu ou pas d’intrants chimiques est
lent. Il en résulte une certaine grogne de la part des producteurs agricoles, qui sont à la base
du réseau agroalimentaire et manquent de ressources pour s’adapter adéquatement aux
tendances senties sur le marché. Qu’en est-il des autres acteurs de la filière blé? Se dirigent-
ils eux aussi vers cet objectif de durabilité?
103
Une étude économique portant sur les causes du ralentissement de l’innovation en
agriculture a été réalisée en Belgique (Vanloqueren et Baret, 2008). Elle porte plus
spécifiquement sur le faible taux de développement et d’adoption des cultivars de blé
belges résistants à plusieurs maladies. La maigre popularité de ces cultivars multi-résistants
n’est pas causée par la faiblesse des rendements ou la pauvreté des qualités boulangères,
qui sont des préjugés souvent véhiculés. Les auteurs soutiennent que les facteurs qui
entravent leur utilisation se situent en fait à tous les niveaux de la chaîne de production, de
l’agriculteur aux réglementations publiques, en passant par les fournisseurs d’intrants. La
production du blé semble suivre le courant dominant de toute la filière agroalimentaire qui
favorise, plus souvent qu’autrement, l’utilisation de pesticides. Cette étude illustre donc que
le développement de pratiques culturales durables nécessitera des efforts planifiés et surtout
conjugués de la part de tous les acteurs de la filière blé.
Ces mêmes auteurs ont dégagé douze facteurs-clés pour expliquer ce qui ralenti l’usage
systématique des cultivars résistants aux maladies, et par conséquent le recours à des
systèmes à faibles intrants. Parmi eux, on cible la recherche scientifique et le fait que les
études sont souvent réalisées sur un seul système cultural au détriment d’une combinaison
de plusieurs systèmes. Puisque les enjeux de l’agriculture belge semblent transposables au
contexte du Québec, ce dernier argument vient renforcer la portée de notre étude et sa
pertinence dans l’atteinte d’une agriculture innovante et durable. De plus, Vanloqueren et
Baret (2008) affirment que l’accent toujours porté sur le rendement brut combiné à
l’absence d’estimations économiques sont un frein à la promotion de systèmes agricoles
durables dans la société d’aujourd’hui. Il aurait été intéressant dans notre cas de procéder à
une telle évaluation.
105
7. Conclusion générale Sous les conditions humides de l’est du Canada, des systèmes matures de conservation des
sols (travail réduit, semis direct) ont fourni des rendements similaires à ceux obtenus avec un
labour conventionnel lorsqu’un système avec intrants chimiques était appliqué. Dans un
système sans intrants chimiques, la difficulté à lutter efficacement contre les mauvaises
herbes a entraîné de plus faibles rendements, surtout en travail réduit et semis direct. La
teneur en DON n’a pas varié selon le travail de sol et a été inférieure dans le système sans
intrants chimiques durant la première année, soit celle à forte pression de fusariose. Cette
même année, la production d’inoculum de F. graminearum en provenance des résidus de
culture a été similaire parmi les trois travaux de sol dans le système avec intrants chimiques,
alors qu’elle s’est révélée plus faible en semis direct comparativement au travail
conventionnel dans le système sans intrants chimiques. La biomasse plus élevée des
mauvaises herbes dans les systèmes de conservation des sols sans intrants a pu agir comme
un écran entre les rangs de blé et nuire à la dispersion des spores de F. graminearum vers les
épis, réduisant ainsi le contenu des grains en DON. Cet effet de barrière n’a pas été observé
la deuxième année, probablement à cause des conditions climatiques chaudes et sèches qui
n’ont pas favorisé le développement de la fusariose. Les populations de cécidomyie orangée
du blé et les dommages qu’elles occasionnent n’ont pas été plus élevés sous des systèmes de
conservation des sols sans intrants chimiques, mais l’ont plutôt été lors de la deuxième année
du projet qui coïncidait avec une deuxième année en blé, caractérisée par une saison plus
chaude et sèche et un semis plus tardif.
Le rôle d’une culture intercalaire dans la réduction du DON nécessite d’être mieux
documenté. Une analyse économique serait également essentielle afin de déterminer si le
potentiel de protection contre la fusariose fourni par les mauvaises herbes pourrait surpasser
les pertes de rendements qu’elles causent, particulièrement dans le système de travail réduit
sans intrants chimiques. Pour les producteurs voulant adopter des pratiques agricoles plus
durables, ce projet fait ressortir l’importance de ne pas fonder la réussite de la culture du blé
panifiable sur une pratique de gestion unique. Il s’agit plutôt d’intégrer différentes méthodes
culturales dans une stratégie en cohérence avec leurs objectifs et adaptée à leur réalité locale.
107
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121
Annexe A - Schéma du dispositif expérimental
123
SUD 46-412 47-422 48-432
43-413 44-423 45-433
40-411 41-431 42-421
37-414 38-434 39-424
M70-433 M71-423 M72-413
M67-431 M68-421 M69-411
REP 4
34-332 35-312 36-322
31-333 32-313 33-323
M64-311 M65-321 M66-331
M61-313 M62-323 M63-333
28-314 29-324 30-334
25-311 26-321 27-331
REP 3
M58-221 M59-211 M60-231
M55-223 M56-213 M57-233
22-232 23-212 24-222
19-234 20-214 21-224
16-231 17-221 18-211
13-233 14-223 15-213
REP 2
10-133 11-123 12-113
7-134 8-124 9-114 10 m
4-121 5-131 6-111
1-122 2-132 3-112 10 m
M52-123 M53-113 M54-133
M49-121 M50-111 M51-131
REP 1 |__ 5 m _ __| 3 m | __ 5 m ___| 3 m |__ _5m __| NORD
Les parcelles de l’essai blé sont en GRIS.
Chiffres avant le tiret : numéro de parcelle (de M49 à M72 pour 24 parcelles au total) Chiffres après le tiret :
1er : répétition (1-4) 2e : travail du sol
1 : CO 2 : TR 3 : SD 3e : système 1 : avec intrants chimiques 3 : sans intrants chimiques
Dimensions de l’unité expérimentale : 5m x 13 m
125
Annexe B - Données complémentaires
127
Tableau I. Pourcentage de couverture par les résidus selon le travail du sol après le semis en 2009 et en 2010 à La Pocatière, Québec.
Couverture des résidus (%) 2009 2010
Conventionnel 3 7 Travail réduit 37 37 Semis direct 68 84
128
Tableau II. Symptômes visuels de fusariose sur épis et mesure du FDKa selon le travail du sol et le système de production en 2009 et 2010 à La Pocatière, Québec.
Épillets fusariésb FDK % %
2009
COc AId 4.9 6.1
SI 3.8 3.4 TR AI 4.0 5.8
SI 4.9 5.1 SD AI 3.3 4.6
SI 3.3 2.5
2010
CO AI 0.7 1.9 SI 0.4 2.7
TR AI 1.6 1.6 SI 2.0 2.8
SD AI 1.6 2.6 SI 1.0 2.3
a FDK = Fusarium-damaged kernels. Mesure prise sur un échantillon de grains à la récolte. b Épis récoltés trois semaines après le stade 50% floraison. c CO = travail conventionnel, TR = travail réduit, SD = semis direct. d AI = avec intants, SI = sans intrants.
129
Tableau III. Densité des mauvaises herbes 5 semaines après les traitements de désherbage selon le travail du sol et le système de production en 2009 et 2010 à La Pocatière, Québec. Graminées
annuellesa Feuilles larges
annuelles Feuilles larges
vivaces Densité totale
nb m-2 nb m-2 nb m-2 nb m-2
2009
COb AIc 86 33 49 168 SI 85 109 66 259
TR AI 225 106 65 396 SI 147 270 86 503
SD AI 800 59 125 983 SI 526 224 210 959
2010
CO AI 58 114 72 244 SI 83 178 96 356
TR AI 167 240 65 472 SI 128 446 111 684
SD AI 359 192 84 634 SI 324 501 147 972
a À noter que la catégorie Graminées vivaces est absente car il n’y en avait aucune dans nos échantillonnages. b CO = travail conventionnel, TR = travail réduit, SD = semis direct. c AI = avec intants, SI = sans intrants.
130
Tableau IV. Biomasse des mauvaises herbes 5 semaines après les traitements de désherbage selon le travail du sol et le système de production en 2009 et 2010 à La Pocatière, Québec. Graminées
annuellesa Feuilles larges
annuelles Feuilles larges
vivaces Biomasse
totale g m-2 g m-2 g m-2 g m-2
2009
COb AIc 5 1 12 17 SI 3 16 22 41
TR AI 46 9 18 74 SI 52 41 44 137
SD AI 27 6 19 51 SI 40 71 69 180
2010
CO AI 5 9 22 35 SI 8 32 81 121
TR AI 24 29 30 83 SI 85 99 76 259
SD AI 21 26 7 54 SI 64 133 74 271
a À noter que la catégorie Graminées vivaces est absente car il n’y en avait aucune dans nos échantillonnages. b CO = travail conventionnel, TR = travail réduit, SD = semis direct. c AI = avec intants, SI = sans intrants.
131
Tableau V. Peuplement, nombre d’épis par mètre carré et hauteur des plants selon le travail du sol et le système de production en 2009 et 2010 à La Pocatière, Québec.
Peuplementa Épis par mètre carréb
Hauteur des plantsb
nb m-1 nb m-2 cm 20
09
COc AId 79 483 102 SI 81 478 103
TR AI 75 514 102 SI 80 450 107
SD AI 78 514 104 SI 80 436 101
2010
CO AI 51 580 82 SI 50 528 79
TR AI 56 424 77 SI 52 333 82
SD AI 55 513 83 SI 59 358 79
a Mesuré au stade 2 feuilles du blé. b Donnée prise à maturité du blé dans les mêmes mètres linéaires ayant servi à la mesure du peuplement. c CO = travail conventionnel, TR = travail réduit, SD = semis direct. d AI = avec intants, SI = sans intrants.
132
Tableau VI. Indice de chute selon le travail du sol et le système de production en 2009 et 2010 à La Pocatière, Québec.
Indice de chute secondes
2009
COa AIb 320 SI 317
TR AI 310 SI 317
SD AI 319 SI 313
20
10
CO AI 351 SI 367
TR AI 369 SI 357
SD AI 365 SI 364
a CO = travail conventionnel, TR = travail réduit, SD = semis direct. b AI = avec intants, SI = sans intrants.
