NDVI (indice de végétation par différence normalisée) et PRI (indice de réflectance photochimique) - Le guide complet du chercheur
Découvrez la théorie scientifique, les méthodes de mesure et l'application de NDVI et PRI.
Le guide complet de la gestion de l'irrigation à l'aide de l'humidité du sol
La gestion de l'irrigation - simplifiée. Gestion parfaite de l'eau et des nutriments - sans perdre de temps ni d'argent aux problèmes causés par l'irrigation excessive
Gestion de l'irrigation - pourquoi il est plus facile que vous ne le pensez de bien faire les choses
Bryan Hopkins et Neil Hansen, au sujet du gazon sportif qu'ils cultivaient en collaboration avec les gestionnaires certifiés de terrains de sport de l'Université Brigham Young (BYU) et de leurs programmes de recherche et d'éducation sur le gazon. Ils souhaitaient optimiser les performances dans des situations difficiles, telles que la défaillance d'un contrôleur d'irrigation, etc. Ensemble, nous avons commencé à examiner de manière intensive l'eau dans la zone racinaire.
En recueillant des données sur l'irrigation et les performances au fil du temps, nous avons découvert de nouvelles bonnes pratiques essentielles pour la gestion de l'irrigation des pelouses et autres cultures, notamment la mesure du "potentiel hydrique du sol". Nous avons combiné les capteurs de potentiel hydrique du sol avec les capteurs traditionnels de teneur en eau du sol afin de réduire les efforts nécessaires pour maintenir les performances du gazon à un niveau élevé, tout en économisant les coûts d'eau et en réduisant les risques de maladies et les problèmes d'aération. Nous avons également réduit les coûts de fertilisation en minimisant les pertes par lessivage de la zone racinaire dues à un arrosage excessif.
Augmentez le rendement, la qualité et les bénéfices de toutes les cultures grâce à la gestion de l'irrigation en fonction de l'humidité du sol.
Dans cet article, nous utiliserons le gazon et les pommes de terre pour montrer comment combiner les données des sondes de potentiel hydrique et de teneur en eau, mais ces bonnes pratiques s'appliquent à tous les types de cultures cultivées par les spécialistes de l'irrigation, les agronomes, les conseillers en cultures, les cultivateurs en plein air ou les serristes. En ajoutant des sondes de potentiel hydrique à ses sondes de teneur en eau, un producteur de pommes de terre de l'Idaho a réduit sa consommation d'eau de 38 %. Il a ainsi réduit le coût de l'eau (coûts de pompage) pour 100 livres de pommes de terre, ce qui lui a permis d'économiser 13 000 dollars en un an. Mais ce n'est pas tout. Son rendement a augmenté de 8 % et il a amélioré la qualité de sa récolte - la pourriture qu'il observe habituellement a pratiquement disparu.
Qu'est-ce que le potentiel hydrique du sol ?
En termes simples, le potentiel hydrique du sol est une mesure de l'état énergétique de l'eau dans le sol. Sa définition scientifique est complexe, mais il n'est pas nécessaire de comprendre ce qu'est le potentiel hydrique du sol pour l'utiliser efficacement. Considérez-le comme une sorte de thermomètre végétal qui indique le "confort de la plante" - tout comme un thermomètre humain indique le confort (et la santé) de l'homme. Voici une analogie qui explique le concept de potentiel hydrique du sol en termes d'optimisation de l'irrigation.
Après un après-midi de luge, deux enfants rentrent péniblement dans une cabane glacée. Ils se dépêchent de faire un feu pour se réchauffer et se sécher. Ils ajoutent de plus en plus de bûches pour être à l'aise, mais bientôt la cabane devient étouffante. Pour tenter de se rafraîchir, ils ont laissé le feu s'éteindre et se sont mis à grelotter. De toute évidence, il leur manquait une compréhension fondamentale de la "quantité" de bûches nécessaires pour se réchauffer et se sentir à l'aise dans la cabane.
Un professeur du Wisconsin, Warren S. Johnson, a connu un problème similaire à la fin des années 1800. Trouver le concierge pour ajouter du charbon à la chaudière du rez-de-chaussée afin d'assurer le confort de ses étudiants était un effort imprécis et fastidieux. Il aurait pu essayer de calculer la quantité de chaleur contenue dans chaque morceau de charbon, la taille de la pièce et la quantité de chaleur existante. Au lieu de cela, il a inventé un dispositif simple appelé thermostat. Cette invention utilise la température et une cloche située au sous-sol pour alerter le concierge afin qu'il rajoute du charbon lorsque la température de la pièce tombe en dessous de la température optimale pour leur confort. Le thermostat est devenu le principal produit de Johnson Controls, une entreprise qui existe encore aujourd'hui.
La gestion de l'eau du sol pour la croissance des plantes présente de nombreux parallèles avec ces histoires. Souvent, lorsque les gens gèrent l'eau d'irrigation, ils reconnaissent qu'une plante est en difficulté et ajoutent de l'eau pour qu'elle se sente à l'aise. Le problème est que, comme les garçons de la cabane, ils ajoutent trop d'eau parce qu'ils ne savent pas où se trouve la limite supérieure ou "combien" d'eau suffit. Ensuite, ils laissent le sol se dessécher à nouveau jusqu'à ce qu'il soit desséché. Ce cycle se répète à l'infini. Dans d'autres cas, ils ont tellement peur des taches brunes qu'ils maintiennent le sol à un niveau proche de la saturation, ce qui constitue un gaspillage d'eau et nuit aux plantes. De nombreux irrigants pensent que l'installation d'un capteur de teneur en eau du sol résoudra ce problème, mais ils se trompent. Cette approche présente les mêmes problèmes que l'ajout de bûches au feu.
Un capteur de teneur en eau ne peut que vous indiquer "la quantité" d'eau présente dans le sol. Il ne peut pas vous dire si cette quantité est optimale pour les plantes. Un capteur de potentiel hydrique du sol vous donnera cette information. Avec le potentiel hydrique, vous mesurez un paramètre qui, comme la température, vous indiquera l'énergie de l'eau dans le sol ou la quantité d'eau disponible pour vos plantes.
Comprendre le potentiel hydrique du sol est plus facile qu'il n'y paraît
Tout le monde connaît la température. Nous vérifions constamment la température pour prendre des décisions, mais ce faisant, nous pensons rarement, voire jamais, à sa définition complexe en tant qu'état énergétique d'un système. Nous savons simplement ce qu'elle signifie pour notre confort. Nous comprenons les unités (degrés) sans savoir comment elles sont liées à la troisième loi de la thermodynamique.
Le potentiel hydrique du sol est un terme beaucoup moins connu qui définit l'état énergétique de l'eau dans le sol et qui est analogue à la température. Il définit la plage de confort hydrique des plantes de la même manière que la température définit la plage de confort des humains. En d'autres termes, il s'agit du thermomètre de l'eau des plantes. Certains refusent d'utiliser le potentiel hydrique parce qu'il est difficile à comprendre. Mais si sa définition est complexe, les "plages de confort" des plantes sont bien établies. Il n'est donc pas nécessaire de comprendre en profondeur la mesure pour en tirer profit.
Le tableau suivant est extrait de Physical Edaphology, un livre du Dr. Sterling Taylor, qui décrit certaines plages de confort établies pour les cultures en unités de kPa. Il existe également de nombreux autres documents de recherche dans la littérature qui répertorient les plages de confort de diverses plantes.
Par exemple, la zone de confort d'un plant de pomme de terre se situe entre -30 et -50 kPa. Si vous maintenez votre plante dans cette plage de confort, vous éviterez le stress hydrique. Vous ne savez peut-être pas ce qu'est un kPa, tout comme vous ne savez peut-être pas exactement ce qu'est un degré Fahrenheit. Mais vous pouvez toujours utiliser cette échelle pour mesurer le "confort" de votre plante. D'après notre expérience, la plage de confort optimale pour un gazon tondu de près se situe entre -20 et -100 kPa.(L.J Aronson, A.J. Gold, et R.J. Hull. 1987. Cool-Season Turfgrass Response to Drought Stress. Crop Science. 27:1261 - 1266).
Pour en savoir plus sur la différence entre la teneur en eau et le potentiel hydrique, regardez notre webinaire Soil Moisture 101.
Le potentiel hydrique du sol est un indicateur de stress pour les plantes
Comme nous travaillons souvent avec des producteurs de pommes de terre pour optimiser la gestion de l'irrigation, nous illustrerons ce point avec des données sur l'irrigation des pommes de terre, mais les mêmes principes s'appliquent au gazon et à d'autres cultures. La figure 2 montre le rendement des pommes de terre à six endroits différents d'un champ de 40 hectares. Il est clair que plus les plants de pommes de terre restent longtemps dans la zone de stress (en dessous de -100 kPa), plus la perte de rendement est importante.
Ce même concept s'applique à toutes les plantes. De toute évidence, l'objectif du gazon est d'obtenir un terrain de jeu cohérent, robuste et stable, d'une belle apparence (par opposition à la production de rendement), mais les concepts sont les mêmes. En gérant le gazon dans sa zone de confort hydrique, vous obtiendrez des plantes plus saines en assurant un bon équilibre entre l'eau et l'air dans la zone racinaire. Cela permet également de minimiser les maladies et de préserver les éléments nutritifs. Enfin, cela permet de conserver l'eau et d'améliorer la qualité de la surface de jeu. Il en va de même pour les autres cultures : en maintenant les plantes dans leur zone optimale, on obtient des plantes plus saines, ce qui se traduit par une qualité et un rendement accrus. Compte tenu de la situation difficile de l'eau douce aujourd'hui, il s'agit là d'outils puissants pour contribuer à la conservation de l'eau.
Le potentiel hydrique du sol est-il difficile à mesurer ?
Certains s'opposent à l'utilisation du potentiel hydrique du sol pour la gestion de l'irrigation parce qu'il est historiquement difficile à mesurer. Mais ce n'est plus le cas aujourd'hui. Au fil des ans, de nombreux appareils ont été créés pour mesurer le potentiel hydrique du sol, mais ils souffraient généralement de problèmes débilitants tels que l'imprécision, la faible répétabilité et une longévité décevante. Mais comme pour la plupart des technologies, les progrès ont permis de surmonter bon nombre de ces problèmes. Nous avons installé ces capteurs de nouvelle génération sur des pelouses et d'autres cultures, et nous avons beaucoup appris.
Pouvez-vous contrôler l'irrigation en utilisant uniquement le potentiel hydrique du sol ?
Toutes les plantes ont une relation étroite entre le potentiel hydrique du sol et leur performance ou leur comportement. Pourquoi ne pas simplement mesurer le potentiel hydrique du sol pour contrôler l'irrigation ? Vous faites la même chose lorsque vous réglez la température du thermostat. Il ne vous indique pas la quantité d'énergie nécessaire pour chauffer ou refroidir, mais en fixant le seuil de température, vous savez que vous serez à l'aise. Pouvez-vous faire la même chose dans le sol ? Oui, il suffit de laisser couler l'eau suffisamment longtemps pour que le potentiel de l'eau revienne en haut de la fourchette de confort ; c'est ce qui se fait couramment.
Cependant, il existe quelques problèmes potentiels. Tout d'abord, il se peut que vous ne souhaitiez pas irriguer au moment précis où la sonde détermine que vous en avez besoin (par exemple au milieu du jeu ou lorsque les conditions d'évaporation sont élevées). Deuxièmement, certains sols peuvent présenter un décalage entre le moment où vous appliquez de l'eau et celui où le potentiel hydrique revient à un niveau "confortable". C'est pourquoi vous devez mesurer la teneur en eau en plus du potentiel hydrique pour une gestion optimale de l'irrigation.
Pourquoi la teneur en eau ne suffit-elle pas pour savoir quand irriguer ?
La teneur en eau étant plus facile à mesurer dans le sol, beaucoup l'utilisent pour programmer l'irrigation, mais elle peut parfois les laisser dans l'ignorance. Pour comprendre pourquoi, examinons quelques données recueillies sur le terrain. Ne vous inquiétez pas si les graphiques semblent compliqués. Nous vous expliquerons ce sur quoi il est important de se concentrer.
Examinez l'évolution de la teneur en eau du sol (figure 5) dans le cas d'une irrigation par aspersion régulière. Comme la teneur en eau ne baisse que de 3 % pendant tout l'été, vous pourriez conclure que les plantes cultivées dans le sol n'ont pas subi de stress. Vous pourriez même justifier cette conclusion en examinant l'importance de la teneur en eau (près de 30 % ou plus). Mais n'oubliez pas que, tout comme vous ne pouvez pas savoir combien de bûches sont nécessaires pour vous réchauffer, vous ne pouvez pas dire "combien" d'eau les plantes ont besoin pour être à l'aise sans disposer de plus d'informations.
Regardez le potentiel hydrique du sol dans la figure 6. Il s'agit de mesures effectuées sur le même site ! Certains sites restent dans la zone de stress pendant la majeure partie de l'été. Dans ce cas précis, le directeur n'était pas conscient du problème et a même suggéré (sans avoir vu le site) qu'il pouvait y avoir un problème avec les capteurs. Nous nous sommes rendus sur place et avons constaté que les capteurs étaient corrects. Il a maintenant installé un certain nombre de capteurs de potentiel hydrique du sol et leur fait confiance avant toute autre mesure pour optimiser la gestion de l'irrigation.
Le potentiel hydrique du sol est une mesure de la force avec laquelle le sol retient l'eau. Si le potentiel hydrique (ou la tension) est trop élevé, l'eau ne sera pas disponible pour les plantes. S'il est facile de voir les conditions de stress dans la figure 6, elles ne sont pas évidentes dans la teneur en eau (figure 5).
Comment combiner la teneur en eau et le potentiel hydrique du sol pour une gestion précise de l'irrigation ?
Si le gestionnaire de l'exemple précédent n'a finalement utilisé le potentiel de l'eau que pour la gestion de l'irrigation, il a également eu le luxe de travailler un sol lourd. Prenons un autre exemple. Nous avons installé des capteurs dans et sous la zone racinaire d'un gazon de haute performance cultivé dans un terrain de sport à base de sable ASTM spec (F2396 - 11). Cela nous a permis de comparer les résultats de l'irrigation basée sur le calendrier à ceux de l'irrigation contrôlée par des sondes.
Nous avons divisé l'évaluation en trois périodes (illustrées à la figure 7) sur un été entier : irrigation standard basée sur le calendrier, périodes de séchage fixes (basées sur le potentiel hydrique du sol), et enfin une période de séchage extrême. Les trois figures suivantes présentent les données en détail pour chacun de ces tests.
La zone racinaire de ce gazon étant d'environ 15 cm, nous avons installé des capteurs de teneur en eau et de tension à 6 et 15 cm, respectivement, ainsi qu'un seul capteur de teneur en eau à 25 cm pour voir quelle quantité d'eau s'écoulait au-delà des racines et était perdue.
Utilisez la teneur en eau pour déterminer votre point "plein".
Lorsque nous avons commencé à examiner les données de la figure 8, nous savions que l'irrigation calendaire entraînait une sur-irrigation.
Le potentiel hydrique du sol était proche de 0 kPa (oui, on peut être au-dessus de la zone de confort et causer des problèmes). Et chaque irrigation entraînait une augmentation de la teneur en eau sous la zone racinaire (25 cm). Il est clair que nous devions faire marche arrière. Notre objectif était de ramener la tension dans la plage optimale (-20 à -100 kPa) et de maintenir la teneur en eau à 25 cm.
En surveillant attentivement la sortie des sondes, nous nous sommes rapprochés d'une irrigation optimale, comme vous le voyez dans le régime de la période de séchage fixe. La figure 9 montre que le 20 juillet, nous avons irrigué juste assez pour ramener le potentiel hydrique du sol dans la plage optimale pour les plantes, sans augmenter la teneur en eau de 25 cm. Nous n'avons donc pas perdu d'eau en dessous de la zone racinaire. Vous pouvez même voir l'absorption quotidienne d'eau à 6 cm et 15 cm par ces racines dans la teneur en eau. Lorsque nous avons irrigué et ramené la tension dans la plage de confort sans que la teneur en eau de 25 cm n'augmente, il s'agissait du niveau élevé optimal. Nous avons utilisé le capteur de teneur en eau de 6 cm pour nous indiquer le point maximum d'irrigation. Dans ce sol particulier, vous pouvez voir que la teneur en eau est d'environ 15 %.
Utilisez le potentiel hydrique du sol pour déterminer le point "vide".
À l'inverse, notre point "vide" a été déterminé à l'aide du potentiel hydrique du sol. En septembre, nous avons laissé descendre l'eau jusqu'à ce que les plantes ne l'absorbent plus.
Dans la figure 10, la teneur en eau à 25 cm ne bouge pas, ce qui est très bien. Le 5 septembre, au niveau de 6 cm, le gazon cesse d'absorber de l'eau (pas de baisse quotidienne). Les plantes ne peuvent pas extraire l'eau du sol car le potentiel hydrique du sol est trop élevé. Et lorsque l'absorption d'eau s'arrête, en supposant que ce ne soit pas à cause d'une journée nuageuse (ce qui n'était pas le cas), nous savons qu'il s'agit du niveau le plus élevé du potentiel hydrique du sol ou du point "vide", où l'herbe entre en dormance (-500 kPa). C'est la plage dont nous ne voulons jamais nous approcher. Nous voulons maintenir les plantes dans la plage de confort de -20 à -100 kPa. Si la température descend en dessous de la plage optimale, nous savons qu'il est temps d'arroser.
Comment déterminer un régime d'irrigation optimal ?
L'association de ces deux mesures a donné des résultats impressionnants (figure 11). La combinaison de la quantité d'eau dans le sol (teneur en eau) et du potentiel hydrique du sol nous a permis de calculer une enveloppe hydrique - la quantité d'eau nécessaire pour passer du vide au plein - ou la quantité maximale d'eau qui devrait être appliquée à ce gazon.
La figure 11 illustre ce concept en utilisant un seau plein pour montrer la quantité maximale d'eau qui doit être appliquée au sol. Toute quantité supplémentaire ne fera que dépasser le "haut du seau" et sera gaspillée en même temps que les engrais, etc. Le seau vide (nous ne voulons pas nous approcher de ce point) est la teneur en eau du sol correspondant à une tension de -500 kPa dans la figure 10, où les plantes ne peuvent pas obtenir plus d'eau ; la teneur en eau associée est de 8%. L'enveloppe hydrique serait (différence de teneur en eau) * (profondeur d'enracinement) ou, dans ce cas (16% - 8%) * 0,15 m = 12 mm d'eau d'irrigation.
Les 12 mm d'eau représentent la quantité maximale d'eau à appliquer au gazon. Mais, pour une performance optimale, nous ne voulons descendre qu'à -100 kPa. Dans ce sol particulier, cela correspondrait à une teneur en eau volumétrique d'environ 12 % ou à un changement de 4 % de la teneur en eau volumétrique et à une irrigation de 6 mm d'eau. Ainsi, en plus de voir la plage de confort, nous pouvons calculer la quantité d'eau nécessaire pour la faire passer du bas de la plage optimale au haut de la plage.
Gestion de l'irrigation - simplifiée
La mesure du potentiel hydrique et de la teneur en eau pour la gestion de l'irrigation vous permet d'économiser du temps et de l'argent. Pourquoi ? Parce qu'elle vous donne les bonnes informations. Pour revenir à l'analogie de la cabane, nous ne saurions pas si nous serions à l'aise dans notre cabane en sachant seulement combien de bûches nous avons ajoutées au feu. De la même manière, nous ne saurons pas si le sol présente une humidité optimale pour la croissance des plantes en connaissant uniquement la quantité d'eau présente, ou la teneur en eau. Le potentiel hydrique du sol combiné à la teneur en eau du sol nous donne les points de remplissage et de vidange précis pour une performance optimale. Lorsque le potentiel hydrique sort de la zone de confort de la culture ou de la plage optimale, nous savons qu'il faut ajouter de l'eau. Et nous savons exactement quelle quantité d'eau ajouter. Ces deux mesures combinées sont des outils puissants qui peuvent être utilisés pour perfectionner la gestion de l'eau et des nutriments, sans perdre de temps ni d'argent à cause de problèmes causés par une irrigation excessive.
Vous souhaitez en savoir plus sur la gestion de l'irrigation ?
Regardez nos webinaires sur la gestion de l'irrigation, ou le récent webinaire du Dr Colin Campbell et du Dr Bryan Hopkin sur la gestion du gazon, ou adressez-vous à un expert en irrigation. Nos pédologues ont des dizaines d'années d'expérience pour aider les chercheurs et les irrigants à mesurer l'humidité du sol afin d'optimiser l'irrigation.
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