Introduction

La fertigation est l’application d’engrais avec l’eau d’irrigation. Cet article traite de la fertigation à l’aide de l’irrigation goutte à goutte et des engrais commerciaux qui peuvent être utilisés dans les systèmes certifiés biologiques. Peu de recherches ont été menées sur la fertigation biologique, de sorte que de nombreuses questions subsistent sur les meilleures pratiques, les avantages et les inconvénients.

Irrigation

L’engrais peut être appliqué en utilisant n’importe quel système d’irrigation. Dans la production de légumes du marché frais, l’irrigation goutte à goutte est le système le plus communément utilisé pour la fertigation et nécessite le plus de connaissances pour une utilisation efficace. L’irrigation au goutte-à-goutte, également connue sous le nom de micro-irrigation ou d’irrigation par ruissellement, applique l’eau lentement, directement sur le sol autour de la culture. L’irrigation goutte à goutte utilise généralement moins de la moitié de l’eau utilisée par l’irrigation par aspersion et l’irrigation par sillons. L’efficacité de l’irrigation goutte à goutte dépasse 90 %, alors que celle d’un système d’arrosage est de 50 à 70 %. L’efficacité élevée de l’irrigation goutte à goutte est due au fait que (1) l’eau pénètre dans le sol avant de s’évaporer ou de s’écouler et (2) l’eau est appliquée uniquement là où elle est nécessaire (près de la culture) plutôt que sur l’ensemble du champ. Dans les climats plus secs, l’application de l’eau d’irrigation sur la zone de culture plutôt que sur l’ensemble du champ permet de réduire la pression des mauvaises herbes entre les rangs. Un autre avantage de l’irrigation au goutte-à-goutte est qu’elle réduit le contact de l’eau avec les parties aériennes de la culture (feuilles, tiges et fruits), rendant ainsi les conditions moins favorables à de nombreuses maladies. Les producteurs dont les ressources en eau sont variables peuvent également apprécier les pressions plus faibles (8-10 psi à la ligne de goutte à goutte) nécessaires pour faire fonctionner un système d’irrigation goutte à goutte. Un système d’irrigation goutte à goutte bien entretenu et efficace est nécessaire pour une fertigation réussie. Reportez-vous à Systèmes d’irrigation goutte à goutte pour les petites exploitations maraîchères conventionnelles et les exploitations maraîchères biologiques et aux autres ressources énumérées ci-dessous pour obtenir des informations sur la conception, le fonctionnement et la gestion des systèmes d’irrigation goutte à goutte.

Fertigation

La fertigation permet à l’agriculteur d’appliquer facilement des éléments nutritifs tout au long de la saison

Tous les éléments nutritifs sous une forme soluble sont disponibles pour l’absorption par les plantes juste après l’application, ce qui permet à l’agriculteur de mieux contrôler la disponibilité des éléments nutritifs pour la culture. Ces facteurs peuvent conduire à une utilisation plus efficace des engrais. Les éléments nutritifs peuvent être appliqués sur une base quotidienne, hebdomadaire ou moins fréquente, en fonction du plan global de gestion des éléments nutritifs pour la culture. Lorsque les nutriments sont appliqués peu de temps avant qu’ils ne soient nécessaires, les producteurs sont en mesure de réduire la perte de nutriments de la zone racinaire. Cela est particulièrement important dans les régions à forte pluviosité et pour les nutriments dissous qui se lessivent facilement, comme l’azote. Par rapport aux méthodes d’application des nutriments en cours de saison qui nécessitent des tracteurs ou une circulation piétonne, la fertigation réduit le potentiel de compactage et est moins dépendante des conditions météorologiques.

La fertigation fait partie d’un plan de gestion des nutriments

Lorsque la fertigation est utilisée, elle doit être incluse dans le plan global de gestion des nutriments pour la culture ou le champ. Le total des éléments nutritifs fournis par la fertigation plus les autres applications d’engrais ne doit pas dépasser 100 % du taux d’application total des éléments nutritifs prévu.

Diverses unités sont utilisées pour décrire la quantité d’éléments nutritifs appliquée à une culture ou dont elle a besoin au cours d’une saison de croissance : lb/A, lb/pied carré, lb/plant et lb/pied linéaire en sont des exemples. Lorsque des mesures de surface telles que les acres ou les pieds carrés sont utilisées dans ce contexte, la surface est généralement considérée comme étant l’ensemble de la section cultivée du champ, et pas seulement la surface des planches ou des rangs de culture. Toutefois, dans certaines situations où les planches sont permanentes ou très espacées, seule la superficie des planches peut être prise en compte pour calculer la quantité d’éléments nutritifs appliquée. Dans tous les cas, il est utile de considérer les éléments nutritifs appliqués par irrigation dans les mêmes unités que celles utilisées pour les autres applications d’éléments nutritifs, car cela permet de voir facilement comment la fertigation s’intègre dans le plan global de gestion des éléments nutritifs. Par exemple, un producteur de tomates peut savoir que la culture aura besoin d’environ 100 lb/A d’azote pendant la saison de croissance, et estimer que la culture de couverture de légumineuses fournira environ 50 lb/A d’azote, et donc prévoir d’appliquer 50 lb/A d’azote par fertigation. Ces 50 lb/A pourraient être appliquées sur plusieurs semaines : 10 lb/semaine pendant 5 semaines ou 7 lb/semaine (équivalent à 1 lb/jour) pendant 7 semaines, par exemple.

Dans certains systèmes de production, les taux d’application de la fertigation sont décrits en fonction de la concentration des nutriments dans la solution. Par exemple, les plants de tomates dans une serre peuvent être fertigués avec une solution contenant 75 ppm (parties par million) d’azote, ou le pac choi cultivé en plein champ peut être fertigué avec 150 ppm d’azote. Cette terminologie est courante dans la production en conteneurs et lorsque l’engrais est fourni à chaque irrigation, ou presque. La concentration en éléments nutritifs ne fournit pas d’information sur la quantité appliquée par acre, par pied carré ou par plante, à moins que le volume total d’eau appliqué ne soit également connu.

Calendrier d’application des engrais

Peu de recherches ont été effectuées dans les systèmes biologiques pour déterminer le meilleur calendrier d’application des engrais par le biais d’un système d’irrigation. Nous savons qu’il est important d’avoir des nutriments disponibles dans le sol lorsque la culture en a besoin, donc ils sont généralement appliqués avant qu’ils ne soient nécessaires. Nous savons que l’absorption des nutriments est généralement parallèle à la croissance des cultures. Dans cette optique, il est logique d’avoir la plupart des éléments nutritifs dont la culture aura besoin dans le sol au moment où elle commence à croître rapidement, et d’appliquer le reste pendant la période de croissance rapide. Lorsque la culture approche de la récolte finale et/ou que la croissance ralentit, l’application d’éléments nutritifs peut être réduite, voire arrêtée. Pour planifier l’application d’engrais, il peut être utile de faire un tableau montrant chaque semaine de production de la culture, de la plantation à la récolte, d’indiquer la taille approximative de la culture au début de chaque semaine, puis de programmer les applications d’engrais en tenant compte du moment de la croissance de la culture. L’objectif d’affiner les calendriers de fertigation pour la production biologique offre une opportunité pour la recherche à la ferme et à l’université.

Quand injecter l’engrais par l’irrigation

Appliquer l’engrais pendant les étapes finales de l’irrigation ; cela permettra de retenir la plupart de l’engrais dans la zone d’enracinement de la culture. Laissez le temps, après la fin de la fertigation, à l’eau plate de circuler dans le système et de chasser les particules restantes qui pourraient obstruer les émetteurs. Pour déterminer quand commencer l’injection d’engrais, plusieurs informations sont nécessaires. Tout d’abord, déterminez le temps que met l’eau pour atteindre l’émetteur le plus éloigné du point d’injection. Observez ce temps lors des premières applications d’irrigation et notez-le. Ensuite, déterminez combien de temps il faut pour injecter la quantité d’engrais souhaitée. Cela peut être fait en chronométrant une injection réelle, ou par des calculs basés sur le volume de solution à injecter et les débits du système d’irrigation et de la pompe. Il peut être utile de surveiller le flux d’éléments nutritifs en injectant un colorant alimentaire naturel comme marqueur. Un appareil de mesure de la conductivité électrique (EC) peut également être utilisé pour surveiller la solution au niveau des émetteurs. Enfin, calculez combien de temps avant la fin de l’irrigation pour commencer à injecter de l’engrais en ajoutant :

1. le temps pour que l’eau se déplace du point d’injection à l’émetteur le plus éloigné ;
2. le temps pour injecter la solution d’engrais ;
3. le temps pour que la dernière partie de la solution d’engrais atteigne l’émetteur le plus éloigné ; et
4. le temps supplémentaire pour rincer le système.

Par exemple, supposons qu’il faut ½ heure pour que l’eau se déplace du point d’injection à l’émetteur le plus éloigné, et 1 heure pour injecter la solution, et ½ heure pour rincer le système. La fertirrigation doit alors commencer 2,5 heures avant la fin de l’événement d’irrigation : ½ heure pour que l’eau se déplace du point d’injection à l’émetteur le plus éloigné + 1 heure pour injecter la solution + ½ heure pour que le dernier morceau de solution fertilisante atteigne l’émetteur le plus éloigné + ½ heure pour rincer le système. S’il faut 7 heures pour appliquer la quantité d’eau souhaitée sur un champ, alors dans cet exemple, la fertigation commencerait 4,5 heures ( 7 – 2,5) après le début de l’irrigation. Consultez les ressources sur l’irrigation au goutte-à-goutte énumérées ci-dessous pour obtenir des informations supplémentaires sur la programmation de l’irrigation au goutte-à-goutte.

Les nutriments doivent être complètement évacués du système d’irrigation après l’injection afin de garder les lignes de goutte-à-goutte propres et d’éviter le colmatage. Si le colmatage devient un problème, il peut être utile d’ouvrir les extrémités des latéraux et de rincer l’eau à travers le ruban de goutte à goutte et par les extrémités des lignes périodiquement au cours de la saison.

Distribution des nutriments dans le sol

Les nutriments livrés par l’irrigation goutte à goutte seront distribués en suivant le modèle d’humidification du sol. Les modèles de mouillage du sol ont tendance à être hémisphériques ou ovales avec la partie la plus large à la profondeur de l’émetteur (ou à la surface du sol si le ruban goutteur n’est pas enterré) et le point le plus profond directement sous l’émetteur. La distance que l’eau parcourt horizontalement dans le sol et la profondeur de mouillage dépendent de la texture du sol, du taux et de la durée d’irrigation. Le taux et la durée d’irrigation doivent être ajustés en fonction des besoins en eau des cultures.

Fertigation réussie

Voici quelques directives générales concernant les produits de fertigation et les systèmes d’irrigation pour l’injection d’engrais, adaptées de « Commercial vegetable production, fertigation of vegetable crops » (Marr, 1993).

• Utiliser des engrais qui se mélangent facilement à l’eau ; si le produit ne se dissout pas complètement, il doit avoir des particules de petite taille qui resteront en suspension et passeront dans les émetteurs sans se boucher.
• Complètement pressuriser le système d’irrigation goutte à goutte avant de commencer l’injection ; l’émetteur le plus éloigné de la pompe doit être à pleine pression lorsque l’injection est lancée.
• Installer un dispositif anti-refoulement entre la source d’eau et l’injecteur d’engrais pour protéger la source d’eau. Dans certains États, cela est exigé par la loi et les caractéristiques du dispositif peuvent être spécifiées. Vérifiez auprès de votre état ou des autorités locales.
• Installez un filtre entre l’injecteur et les latéraux pour vous assurer que les particules non dissoutes sont filtrées afin qu’elles ne bouchent pas les émetteurs. Selon la source d’eau et le type d’injecteur, un filtre peut également être nécessaire entre la source d’eau et l’injecteur.
• Injectez l’engrais pendant au moins le temps qu’il faut au système pour atteindre la pleine pression. Cela permet à chaque émetteur de la ligne de goutte-à-goutte d’avoir le même temps de contact avec la solution nutritive pendant qu’elle se déplace dans le système d’irrigation et réduit la variabilité de la distribution d’engrais.
• Rincez complètement les nutriments hors du système d’irrigation après l’injection pour garder les lignes de goutte-à-goutte propres et pour empêcher le colmatage.

Équipement de fertilisation

Les injecteurs débitent une solution nutritive concentrée dans la ligne principale du système d’irrigation. Il existe deux modes d’action de base pour les injecteurs d’engrais : venturi et déplacement positif.

Dérivation venturi : Un injecteur venturi fonctionne selon le principe que la succion (pression négative) est créée lorsque l’eau traverse une zone de constriction. Cette succion est utilisée pour aspirer la solution fertilisante dans la ligne d’irrigation. La pression et le débit de l’eau sont quelque peu variables avec les injecteurs venturi, ce qui se traduit par une concentration d’engrais d’irrigation qui suit un modèle en forme d’impulsion pendant la durée de l’injection. Cependant, dans de nombreuses opérations, une concentration constante dans la solution finale n’est pas nécessaire, et les venturis sont utilisés avec succès dans de nombreuses exploitations. Le Hozon est l’exemple le plus courant d’un injecteur venturi simple, peu coûteux et facile à entretenir. Ces petits injecteurs ont un faible taux d’injection et nécessitent donc un grand réservoir d’engrais, ce qui limite leur utilisation à de petites surfaces (généralement ½ acre ou moins). Des injecteurs venturi plus grands, comme le Mazzei (figure 1), sont disponibles pour les plus grandes superficies.

Figure 1. Un injecteur Mazzei, prêt à être inséré dans la ligne d’irrigation, est un injecteur de dérivation venturi couramment utilisé et convient à la fertigation de surfaces supérieures à ½ acre. Crédit photo : Tim Coolong, Université du Kentucky.

Déplacement positif : Les injecteurs à déplacement positif utilisent l’action alternative d’un piston ou d’un diaphragme pour injecter l’engrais dans la ligne d’irrigation. Ces pompes sont installées en ligne et ne nécessitent pas de dérivation (figure 2). La pression de l’eau, lorsqu’elle traverse l’injecteur dans la conduite d’irrigation, fournit l’énergie nécessaire pour activer le processus d’injection. La solution d’engrais est aspirée dans la conduite d’irrigation en volumes précis, à une concentration et un débit constants. Dans une pompe à diaphragme, la solution d’engrais n’entre pas en contact avec le mécanisme de la pompe, contrairement à la pompe à piston. C’est pourquoi la pompe à diaphragme présente moins de problèmes de fonctionnement, de maintenance et de pièces de rechange. Les injecteurs volumétriques offrent des rapports d’injection plus élevés et nécessitent un réservoir d’engrais plus petit. Ces caractéristiques font que ces injecteurs conviennent aux grandes superficies. Certaines marques d’injecteurs volumétriques couramment utilisées sont les injecteurs Dosatron, DosMatic et Chemilizer.

Figure 2. Un injecteur Chemilizer est un exemple d’injecteur à diaphragme à déplacement positif. Crédit photo : Tim Coolong, Université du Kentucky.

Produits d’engrais biologiques

Pour que l’engrais soit efficacement distribué par irrigation, il doit être soluble, et/ou toute particule non dissoute doit pouvoir voyager dans le système d’irrigation sans causer de blocages. Il existe un grand nombre d’engrais liquides et d’engrais en poudre entièrement solubles, approuvés par l’agriculture biologique, qui peuvent être utilisés pour la fertirrigation. Se référer au USDA National Organic Program Handbook (2010) pour de nouvelles informations concernant les engrais biologiques liquides. Le tableau 1 présente une liste de produits provenant de la liste de matériel de marque du programme d’alimentation biologique du Washington State Department of Agriculture (WSDA) et de la liste de produits de l’Organic Materials Review Institute (OMRI) (en date de mars 2010) qui ont été identifiés par leur étiquette comme convenant à la fertirrigation. Pour plus d’information sur les intrants, lisez l’article connexe d’eOrganic intitulé Can I Use This Input On My Organic Farm. Vérifiez toujours auprès de votre certificateur avant d’utiliser un nouveau produit.

Analyse des coûts des produits de fertigation

Le tableau 1 comprend une analyse des coûts des produits de fertigation basée sur le coût par unité d’azote. L’analyse a comporté trois étapes. Premièrement, le prix du produit auprès des fournisseurs commerciaux a été déterminé (le prix des produits a été fixé en novembre 2009). Ensuite, pour les produits vendus en volume, les fabricants ont été contactés pour obtenir des informations sur le poids du volume. Par exemple, si un produit était vendu au gallon, on a demandé au fabricant combien pesait un gallon du produit. Et troisièmement, la valeur de la teneur en azote figurant sur l’étiquette du produit a été utilisée pour calculer le coût d’une livre d’azote provenant de ce produit. Pour calculer le coût de chaque produit fertilisant, on a utilisé le calculateur d’engrais organiques mis au point par l’Université d’État de l’Oregon. Sur la base de cette analyse, les coûts par livre d’azote pour les produits fertilisants organiques liquides et solubles variaient de 4,60 $ à 136,50 $ par livre et la quantité d’azote dans les produits fertilisants variait de 0,4 à 5 %.

Considérations relatives aux engrais organiques liquides

Lors de la sélection d’un produit fertilisant pour la fertigation, il existe des considérations en plus du prix par unité d’azote, telles que

• la présence d’éléments nutritifs autres que l’azote
• l’équilibre des éléments nutritifs
• la facilité d’application

En outre, certains produits se dissolvent facilement dans l’eau et sont rapidement injectés dans le système d’irrigation sans causer de problèmes tels que l’obstruction des filtres et des émetteurs, tandis que d’autres produits ne se dissolvent pas facilement ou sont plus susceptibles d’obstruer les émetteurs. Une autre question importante est la présence de sels solubles dans l’engrais. Plusieurs engrais organiques liquides et solubles, surtout ceux qui sont plus riches en azote, ont tendance à être fabriqués avec du nitrate de sodium (NaNO3), communément appelé nitrate du Chili ou salpêtre du Chili. Le nitrate de sodium est un composé azoté naturel qui contient 16 % d’azote (N), est largement utilisé pour les engrais organiques et est très soluble dans l’eau. Lorsque le nitrate de sodium se dissout, l’ion sodium est disponible pour l’absorption par les plantes dans la solution du sol et peut être problématique pour certaines cultures lorsqu’il est présent à des taux relativement élevés. Il est conseillé aux producteurs de tester les produits à petite échelle pour s’assurer qu’ils conviennent au système d’irrigation particulier et aux cultures où ils seront utilisés. Bien que le nitrate de sodium soit autorisé, le règlement du NOP stipule que son utilisation est limitée à un maximum de 20 % des besoins totaux en azote de la culture.

Les cultivateurs doivent également savoir qu’en octobre 2009, le National Organic Program (NOP) de l’USDA a exigé un examen approfondi de tous les engrais organiques liquides dont la teneur en azote est supérieure à 3 %. Cet examen était dû au fait que le NOP avait constaté, début 2009, que deux engrais biologiques liquides sur le marché américain n’étaient pas conformes à la réglementation du NOP. Ces deux produits étaient Marizyme et Agrolizer, tous deux fabriqués par Port Organic, Ltd. Les engrais contenant des pourcentages d’azote plus élevés (>3%) doivent désormais être accompagnés de documents fournis par une inspection tierce partie, prouvant que tout l’azote provient de sources approuvées. Pour être reconnus par le NOP, les examinateurs tiers des produits doivent auditer les producteurs d’engrais sur la base des règlements du NOP, ainsi que subir eux-mêmes un audit. Ces mesures plus rigoureuses visent à aider les certificateurs à faire le meilleur jugement possible lorsqu’ils approuvent les engrais et autres intrants biologiques.

Références et citations

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