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L’aération de l’eau avec l’irrigation goutte-à-goutte favorise la santé des sols

L’aération modifie les équilibres biologiques des bactéries nitrifiantes

Au niveau mondial, la bonne santé des sols est un sujet brûlant et de nouvelles recherches démontrent l'impact significatif de l'irrigation dans ce domaine, non seulement pour le développement des cultures, mais aussi pour la création d’un environnement favorable pour les innombrables micro-organismes qui permettent aux plantes de pousser.

En effet, tout le monde sait que pour survivre, les racines ont besoin d'air et d'eau – et ceci est clair pour quiconque a vu des plantes mourir dans un champ inondé.  

Cependant, nous commençons seulement à comprendre les interactions complexes entre les micro-organismes du sol qui minéralisent les éléments organiques, convertissent les engrais en formes assimilables par les plantes ou qui se dispersent dans l'environnement et aident les plantes à utiliser les éléments nutritifs dont elles ont besoin pour survivre et maximiser la production alimentaire humaine et animale et celle des combustibles et des fibres.

Des recherches menées par une équipe de scientifiques de l'Université d'État de Californie, à Fresno, aux États-Unis et de l'Université Memorial de Terre-Neuve, au Canada, ont montré que l'aération de l'eau d'irrigation favorise le développement de bactéries qui transforment l'ammoniac en nitrate assimilables par les plantes plutôt que la formation de micro-organismes qui produisent des oxydes d’azote volatils qui s'échappent dans l'atmosphère.

 

Modifications vers des conditions de croissance importante

Le Dr. Dave Goorahoo de Fresno, (État de Californie), qui a dirigé l'équipe de recherche – qui comprenait également Josue Samano-Monroy, le Dr Florence Cassel Sharma et Touyee Thao (Fresno), le Dr. Adrian Unc et Crystal McCall à l'Université Memorial de Terre-Neuve et le Dr  Govind Seepersad  de l'Université des Indes occidentales à Trinité-et-Tobago – a présenté les résultats lors du  salon de l'Irrigation Association aux États-Unis en décembre dernier.

Dans sa présentation, Goorahoo notait que « ...la dominance des bactéries indique un changement probable vers des conditions de croissance des plantes plus favorables. »

Goorahoo et ses collègues ont étudié les sols argileux d'un champ de légumes près de Mendota, en Californie, dans la zone de Central Valley, une région très fertile de l'État. Les sols étudiés ont été irrigués pendant cinq ans avec des gaines goutte-à-goutte enterrées et avec injection d’air par des injecteurs de type venturi.

Les injecteurs utilisent le flux d'eau d'irrigation pour aspirer de l'air et le mélanger avec l’eau pour former ce que Goorahoo décrit comme «une suspension air/eau». Sur la même ferme, les sols non traités ont été irrigués avec des gaines goutte-à-goutte enterrées mais sans les injecteurs.

En utilisant des techniques sophistiquées d'analyse d'ADN, l'équipe de recherche a mesuré l'équilibre de neuf gènes dans les échantillons de sol, chacun associé à un type spécifique de bactérie ou de champignon Archaea. Les sols irrigués avec de l'eau aérée présentaient une proportion plus élevée de bactéries connues pour fixer l'azote dans le sol sous une forme utilisable par les cultures, tandis que les parcelles non aérées présentaient un rapport plus élevé entre les bactéries réductrices des nitrates qui convertissent le nitrite en oxyde nitreux (N2O) – un gaz à effet de serre puissant – et composé d’oxydes d’azote (NOx).

«Bien que l'irrigation associé à  l’injection d’air n'a pas eu d'impact significatif sur la fixation de l'azote ou sur l’oxydation de l'ammoniac, l’utilisation d’une eau aérée avec l’irrigation goutte-à-goutte enterrée a eu un impact significatif sur les gènes de dénitrification, suggérant un potentiel de production plus faible d’oxydes d’azote (NOx) et la possibilité  d'augmenter la disponibilité en nitrate dans la zone racine », a déclaré Goorahoo lors de la conférence de l’Irrigation Association.

«La présence de plus de nitrates disponibles pour les plantes, dans la zone racinaire, ainsi que des racines plus saines, permettant une meilleure assimilation par la plante, sont susceptibles d'améliorer l'efficacité de l'utilisation des nutriments (NUE) et de réduire le lessivage des nitrates», a-t-il  ajouté.

«Cela peut laisser supposer que l’utilisation d’un injecteur permet d’augmenter l’efficacité de l’azote, et avec une gestion judicieuse de l'eau dans la zone racinaire, l'absorption des nitrates par les végétaux peut être améliorée et ainsi, réduire leur lessivage».

 

Augmentation des rendements

La recherche microbienne est en concordance avec les résultats obtenu précédemment par Goorahoo, dans la même région, lors d’essais de rendement avec des systèmes d’irrigation goutte-à-goutte aérés, enterrés. 

En 2013, lors d’une conférence de l'Irrigation Association, il a présenté les résultats de huit années d'essais sur le terrain, sur une grande exploitation de production, avec 1 500 acres irrigués en goutte-à-goutte enterré et équipée d'une injection venturi. Ainsi, avec de l'eau aérée, au niveau de l’exploitation, on a  enregistré une augmentation moyenne de la production de 23 % pour le cantaloup, ainsi qu’un accroissement du rendement pour le melon miel, le maïs doux et les poivrons.En2008,dansunarticle présentéàl'IrrigationAssociation, Goorahoo a mis en évidence, dans les parcelles aérées, une augmentation des rendements de 18,3 % pour les fruits de catégorie 1 et de 6,9 % pour ceux de catégorie 2, avec en plus, un système racinaire plus développé pour les poivrons et une augmentation de la taille et du poids des cantaloups. Dans une autre étude, en Californie, les rendements en tomates ont augmenté de 21 % avec de l'eau d'irrigation aérée dans des sols normaux et 38 % dans des sols salins.

En 2013, Goorahoo a également cité une étude dans un journal australien, le CSIRO Journals, présentée par des chercheurs de l'université centrale du Queensland démontrant une augmentation de 10 % du rendement du coton sur les sols argileux lourds sujets à l'engorgement et à une mauvaise oxygénation lors des phases d’arrosage. En utilisant des injecteurs pour augmenter la quantité d'air dans l'eau, jusqu'à 12 % en volume, l'équipe australienne a noté des taux d'extraction d'humidité plus élevés – indicateur d’une meilleure utilisation de l'eau et de l'activité des racines – un poids racinaire plus important, une meilleure interception de la lumière (canopée) et une amélioration de le fonction racinaire. Avec l'augmentation des rendements, les scientifiques ont calculé que le système d'aération serait rentable en moins de quatre ans.

Goorahoo a noté que les systèmes d'aération par goutte-à-goutte enterrés ont été étudiés en Espagne, en Égypte, en Italie, au Japon et en Chine sur des cultures allant de la culture des légumes à haut produit brut à celle du maïs d'ensilage.

En plus des injecteurs Venturi, certains chercheurs ont étudié l'ajout de peroxyde d'hydrogène dans l’eau d'irrigation pour l’oxygéner. Cependant, l'utilisation de l'injecteur évite la mise en œuvre de produits chimiques, demande peu d'entretien, et ne nécessite ni équipement de protection individuelle, ni stockage de matières dangereuses.

 

Conception des Injecteurs

Les injecteurs utilisés par Goorahoo dans ses recherches, utilisent l'effet Venturi. Une  zone de dépression est créée par le passage d’un courant d'eau dans un tube de forme spéciale dont le diamètre de passage diminue puis augmente à nouveau. Cette dépression crée un vide qui est utilisé pour aspirer l'air dans le flux.

Le Dr. Srikanth Pathapati, directeur de l'analyse informatique en dynamique des fluides chez Mazzei Injector Company à Bakersfield, en Californie, a souligné que les injecteurs Venturi doivent être conçus et construits avec soin pour optimiser l’injection et le mélange.

« L’action des injecteurs Venturi peut être altérée par de très petites différences dans la forme de l'appareil », note-t-il. « Nous concevons, modélisons et construisons nos injecteurs avec précision pour optimiser non seulement la quantité d'air que celui-ci peut introduire, mais également sa capacité à faite éclater les bulles. Cette action d’éclatement favorise au maximum le mélange gaz, liquide et ainsi le système d'irrigation apporte une eau avec un taux en d'oxygène dissous plus élevé que si les bulles étaient simplement entraînées. Conception, matériaux et contrôle qualité sont extrêmement importants pour obtenir des injecteurs très performants. »

 

Avenir de ces recherches

Goorahoo continue à étudier les impacts de l'aération de l'eau d'irrigation. Il a déclaré que l’incidence d’une eau d'irrigation aérée sur l'activité microbienne du sol, les performances des cultures dans les sols salins, les caractéristiques d'enracinement de diverses cultures, la résistance aux ravageurs, l'efficacité de l'utilisation des nutriments et celle de l'utilisation de l'eau sont des domaines qu’il faut continuer d’explorer.

Entre-temps, il a noté, « l’utilisation d’un injecteur Venturi dans les systèmes d'irrigation peut augmenter l'aération des racines et ajouter de la valeur à l'investissement pour productions en SDI (irrigation goutte-à-goutte enterrée) » – ce qui est une information importante pour les fournisseurs de matériel d'irrigation et pour les agriculteurs face à une économie agricole difficile.

 

 

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