Aspects liés à la santé humaine de la fertilisation azotée

Horticulture biologique

L’agriculture biologique est, selon l’IFOAM (2017), un système qui vise à maintenir la santé des sols, des écosystèmes et des humains. L’horticulture biologique se développe de plus en plus à l’échelle mondiale. En effet, c’est l’un des secteurs alimentaires dont la croissance est la plus rapide, les ventes d’aliments biologiques ayant quadruplé de 1999 à aujourd’hui (Reeve et al., 2017). Plus précisément, la valeur du marché des aliments biologiques a connu une augmentation de 5,8 fois durant les 15 dernières années, atteignant une valeur de 81,6 milliards de dollars américains en 2015, soit une augmentation de 10 % par rapport à 2014 (Willer et Lernoud, 2017). L’un des aspects définissant l’horticulture biologique est sa fertilisation, étant donné que seuls certains amendements y sont autorisés dans une perspective de maintien de la fertilité et de la santé du sol et de limitation des effets néfastes au point de vue environnemental.

En effet, le compost et le fumier, riches en matière organique, y font partie intégrante dans le but de stimuler l’activité biologique des sols: l’activité enzymatique et la biomasse microbienne sont ainsi supérieures dans les systèmes biologiques (Dorais et Schwarz, 2018). De manière générale, les systèmes biologiques excluent les fertilisants et pesticides synthétiques, les produits issus du génie génétique, les hormones de croissance, les antibiotiques et les boues d’épuration (Dorais et Schwarz, 2018). Au Canada, la production biologique sous serre peut être réalisée en plein sol ou en contenants. Il doit y avoir un délai de 36 mois entre l’utilisation de substances interdites et la récolte de la culture biologique (Gouvernement du Canada, CAN/CGSB-32.310-2015; CAN/CGSB-32.311- 2015).

Si la production est conduite à l’intérieur de contenants, ceux-ci doivent avoir une hauteur d’au moins 30 cm et contenir un volume de substrat d’au moins 60 L∙m-², basé sur la surface totale de la serre disponible pour la photosynthèse. Si le volume de substrat est inférieur à 60 L⋅m-², au moins 70 % des besoins en azote et en phosphore doivent être fournis par des amendements solides, requérant une activité biologique du milieu de culture élevée (Gouvernement du Canada, CAN/CGSB-32.310-2015). De plus, le compost doit être intégré dans la régie de fertilisation et son volume doit être supérieur ou égal à 10 % du volume du substrat de culture en début de production (Gouvernement du Canada, 2015). Les semences utilisées doivent être biologiques à moins qu’elles ne puissent être obtenues de façon biologique sur la ferme du propriétaire ou qu’elles ne soient pas disponibles sur le marché. Les systèmes de chauffage et d’éclairage d’appoint ainsi que l’enrichissement carboné sont autorisés (Gouvernement du Canada, 2015).

Perspective historique de la fertilisation azotée

Mis au point au début du 20e siècle et considéré comme l’une des inventions les plus importantes de cette époque, le procédé Haber-Bosch permettait pour la première fois de fixer l’azote de façon industrielle pour ainsi synthétiser l’ammoniac (Hatfield et Follett, 2008). Cette technique fut ensuite largement répandue pour la fabrication de fertilisants azotés qui ont révolutionné l’agriculture à partir du milieu du 20e siècle (Smil, 2001).

Quoique dépendant de l’industrie pétrolière et relâchant d’importantes quantités de CO2, ce procédé permettait d’obtenir une productivité supérieure et a ainsi mené à une intensification de l’agriculture à l’échelle mondiale. Suite à cette découverte, l’azote organique (principalement le guano) a progressivement été remplacé par l’azote inorganique synthétique et les quantités d’azote utilisées en production agricole n’ont fait qu’augmenter (Hatfield et Prueger, 2004). En effet, la consommation d’azote était située autour de 0 à 5 millions de tonnes métriques en 1960 et celle-ci s’est élevée à plus de 50 millions de tonnes métriques en 2002 (Hatfield et Prueger, 2004). En 1950, 7 % des apports azotés (totalisant 56 Tg) étaient d’origine synthétique alors que ce chiffre s’élevait à 43 % (des apports totalisant 190 Tg) en 1996 (Mosier, 2001).

L’utilisation de fertilisants azotés a donc triplé durant la dernière moitié du 20e siècle alors que la surface irriguée a doublé, mais que la superficie cultivée n’a augmenté que de 12 %, environ le tiers de la surface terrestre étant consacrée à l’agriculture (Tilman et al., 2001). Cette industrialisation de l’agriculture par cette intensification d’apports en fertilisants a mené au doublement des réserves d’azote naturellement disponible sur la planète via la fixation biologique (Premuzic et al., 1998; Smil, 2001; Vitousek et al., 1997). Aujourd’hui, la demande en fertilisants azotés s’élève à 112 Tg (FAO, 2013). Entrainée par les avancées liées à la synthèse industrielle de fertilisants, l’augmentation de la consommation d’azote est tributaire de l’augmentation de la population mondiale (ayant passé de 3 à 7 milliards d’habitants de 1960 à 2010) et de la modification de la diète de l’humain (Lassaletta et al., 2016).

L’alimentation humaine s’est traduite par une élévation de la demande pour la protéine animale, la consommation moyenne de protéines animales et végétales par habitant ayant passé de 3,6 à 4,5 kg N durant les 50 dernières années alors que la proportion de protéines animales a passé de 31 % à 39 % durant les 10 dernières années (Lassaletta et al., 2016).

Composition chimique

La matière sèche est un paramètre important à mesurer puisqu’elle représente la proportion des assimilats photosynthétiques distribuée dans les fruits (Heuvelink et Dorais, 2005). Alors que la tomate est composée de 90 à 95 % d’eau (tableau 2), près de la moitié de la matière sèche de la tomate est constituée de différents sucres (fructose: 25 %, glucose: 22 % et saccharose: 1 %) et 27 % de composés pariétaux comme les protéines, la cellulose, l’hémicellulose et la pectine (Davies et Hobson, 1981). Les fibres totalisent 10 % de la matière sèche (6 % de cellulose et 4 % d’hémicellulose).

Les minéraux sont majoritairement le potassium, le phosphore, le calcium, le magnésium et l’azote et représentent 8 % de la matière sèche de la tomate. Quant à l’azote, il représente de 0,16- 0,6 % de la matière sèche du fruit pour la tomate (Dorais, 2001). Les acides organiques et aminés (17 %) ainsi que les vitamines, pigments et polyphénols (2 %) complètent sa composition (Davies et Hobson, 1981). Le concombre montre une composition semblable à celle de la tomate (tableau 2), ayant également un pourcentage de matière sèche situé entre 5-10 % dont la moitié est composée de sucres, principalement le glucose et le fructose (Herraiz et al., 2016).

Les principaux minéraux contenus dans le concombre sont le potassium, le chlore, le phosphore, le calcium, le magnésium et le sodium et représentent autour de 5 % de la matière sèche du concombre. Le contenu en protéines et en fibres représente chacun 0,6 % de la masse fraîche du concombre (Hedges et Lister, 2005). Il contient plusieurs vitamines, dont la vitamine C à une teneur d’environ 0,008 % de la masse fraîche (Hedges et Lister, 2005).

L’ensoleillement est le facteur qui influence le plus significativement la teneur en matière sèche du concombre et de la tomate de serre (Turcotte, 2008). Influence du mode de culture sur la qualité des fruits Le type de culture, conventionnel, biologique ou hydroponique peut avoir un rôle sur la qualité des fruits produits (Auclair et al., 1995; Dorais et Alsanius, 2015; Dorais et Schwarz, 2018). Quoique certaines études n’observent pas de différence significative concernant la synthèse de métabolites secondaires entre les différents types de production et qu’il n’y a pas de consensus en ce sens dans la littérature (Borguini et da Silva, 2007; Chassy et al., 2006; Lairon, 2010; Rembiałkowska, 2007, Smith-Spangler et al., 2012), les tomates cultivées selon un mode biologique pourraient contenir plus de sucres et avoir une acidité titrable plus élevée (Barrett et al., 2007).

Au niveau des métabolites secondaires, les tomates biologiques présentent souvent des concentrations plus importantes en caroténoïdes et en phénols (Caris-Veyrat et al., 2004; Hallmann et Rembialkowska, 2007) ainsi qu’en vitamine C (Dorais et Schwarz, 2018; Dumas et al., 2003; Mitchell et al., 2007; Premuzic et al., 1998; Toor et al., 2006; Worthington et al., 2001) que les tomates cultivées selon un mode conventionnel. Certaines études ont montré des résultats similaires dans d’autres cultures, comme une élévation du contenu en composés phénoliques pour le cas de la mûre, de la framboise (Asami et al., 2003) et de la pomme (Weibel et al., 2000) lorsqu’ils sont issus d’une culture biologique comparativement à une culture conventionnelle (Dorais et Ehret, 2008).

Table des matières

Introduction
Chapitre 1: Revue de littérature
Légumes de serre
Tomate de serre
Concombre de serre
Horticulture biologique
Nutrition azotée
Perspective historique de la fertilisation azotée
Aspects environnementaux de la fertilisation azotée
Aspects liés à la santé humaine de la fertilisation azotée
Qualité des fruits
Composition chimique
Paramètres de qualité physique
Composés phénoliques
Acide ascorbique
Caroténoïdes
Solides solubles
Acidité titrable
Influence des conditions climatiques sur la qualité des fruits
Influence du mode de culture sur la qualité des fruits
Fertilisation en agriculture biologique
Besoins en azote de la tomate et du concombre de serre
Influence de la dose et de la source d’azote sur la qualité des fruits
Effets de la dose d’azote
Effets de la source d’azote
Hypothèses et objectifs
Chapitre 2: Nitrogen application rate and source effects on growing medium biological properties and fruit quality of organic greenhouse tomato and cucumber
Résumé
Abstract
Introduction
Materials and methods
Experimental design and greenhouse growing conditions
Fertilization treatments
Growing medium measurements
Plant measurements
Fruit quality measurements
Statistical analysis
Results
Growing medium parameters
Growth parameters
Yield
Fruit quality parameters
Discussion
Effect of N source and organic N application rate on growing medium parameters
Effect of inorganic N application rate on growing medium parameters
Growth, yield and fruit quality parameters
Conclusion
Acknowledgments
Bibliographie
Annexes

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