Evaluation of Integrated (Irrigation-Fertigation) Measures Taken Against Drought in Potatoes in Terms of Mathematical Modeling of Crop Water Production Functions (CWPF)

Alors que la planète se réchauffe, les cycles de pluie et de chaleur sur lesquels les agriculteurs comptent depuis des générations sont en train de changer, apportant des périodes de sécheresse plus longues et plus intenses. Pour des cultures comme la pomme de terre, qui est vitale pour la sécurité alimentaire mondiale, ces changements représentent une menace sérieuse. Le défi ne consiste pas seulement à maintenir les plantes en vie, mais à savoir exactement quand elles ont besoin d'eau et de nutriments pour survivre sans gaspiller de précieuses ressources. Les scientifiques savent depuis longtemps que les plantes traversent des stades de vie distincts, de la germination à la floraison, et enfin à la production des tubercules que nous mangeons. L'idée centrale qui motive les recherches récentes est que le besoin d'eau d'une plante n'est pas constant ; il change selon l'étape de sa vie. Si un agriculteur arrose trop ou pas assez une plante au mauvais moment, la culture peut survivre, mais produira moins de nourriture ou des pommes de terre de moindre qualité. Pour résoudre ce problème, les chercheurs utilisent des modèles mathématiques pour cartographier précisément la quantité d'eau dont une plante a besoin à chaque étape pour produire la meilleure récolte. Ces modèles agissent comme un guide, aidant les agriculteurs à décider quand irriguer et quand s'abstenir, surtout lorsque l'eau est rare.

Dans une étude récente menée dans la région de Marmara, en Turquie, un chercheur s'est proposé de tester ces idées sur des cultures de pommes de terre confrontées à des conditions de sécheresse réelles. Il a travaillé dans un champ de recherche près de Bursa, plantant une variété de pomme de terre industrielle populaire connue sous le nom de Hermes, souvent utilisée pour la fabrication de chips. Sur deux saisons de croissance, de 2019 à 2020, le chercheur a expérimenté différentes stratégies. Il a divisé ses parcelles de pommes de terre en groupes et a appliqué de l'eau à des intervalles de six jours. Des nutriments spécifiques — phosphore, potassium, calcium et soufre — ont été appliqués via l'irrigation goutte-à-goutte à des moments correspondant aux quatre principales étapes phénologiques de la pomme de terre : la croissance végétative initiale, la floraison, la formation des tubercules et la période finale de maturation. L'objectif était de voir quelle combinaison d'eau et de nutriments produisait le plus de pommes de terre et la meilleure qualité, mesurée par la quantité de matière sèche à l'intérieur du tubercule. Une teneur élevée en matière sèche est cruciale pour les pommes de terre car elle signifie une meilleure texture et saveur, particulièrement pour la transformation en chips. Le chercheur a également suivi la quantité d'eau réellement utilisée par les plantes en mesurant l'eau perdue dans l'air par les feuilles et le sol, un processus appelé évapotranspiration.

Le chercheur a découvert que les pommes de terre n'étaient pas également sensibles au manque d'eau à chaque étape de leur vie. Le moment le plus critique pour l'eau était celui de la formation des tubercules. Si les plantes ne recevaient pas assez d'eau durant cette fenêtre spécifique, le rendement chutait considérablement. La phase de floraison et la croissance végétative précoce étaient également importantes, mais légèrement moins que la période de formation des tubercules. Étonnamment, la phase finale de maturation était le moment où les pommes de terre pouvaient supporter le moins d'eau sans subir de perte majeure de poids total. Cela signifie qu'un agriculteur pourrait potentiellement économiser une quantité significative d'eau en réduisant l'irrigation à la toute fin de la saison sans nuire à la taille totale de la récolte. Cependant, l'étude a révélé un arbitrage complexe concernant la qualité. Bien que donner beaucoup d'eau aux plantes tout au long de la saison ait produit le poids total de pommes de terre le plus élevé, cela a en fait abaissé la qualité. Plus les plantes recevaient d'eau, plus la teneur en matière sèche diminuait, résultant en des pommes de terre moins denses et potentiellement moins adaptées à la transformation.

Pour donner du sens à ces résultats, le chercheur a testé cinq modèles mathématiques différents pour voir lequel pouvait le mieux prédire la relation entre l'utilisation de l'eau et la production de pommes de terre. Ces modèles sont essentiellement différentes façons de calculer comment la croissance d'une plante répond au stress hydrique. Le chercheur a comparé les prédictions de chaque modèle avec les données réelles collectées sur le terrain. Il a découvert que deux modèles spécifiques, connus sous les noms de modèles de Rao et Minhas, étaient bien plus précis que les autres. Ces deux modèles prédisaient correctement la façon dont les pommes de terre réagiraient aux pénuries d'eau à chaque étape, correspondant aux observations du monde réel avec une précision remarquable. Les autres modèles avaient tendance à être moins fiables, soit en surestimant, soit en sous-estimant l'impact du stress hydrique. Cette découverte est significative car elle offre aux planificateurs agricoles un meilleur outil de prise de décision. En utilisant les modèles plus précis, les agriculteurs peuvent créer des calendriers d'irrigation qui maximisent la quantité de nourriture produite tout en minimisant la quantité d'eau utilisée.

L'étude a également souligné l'importance du timing en ce qui concerne les nutriments. Le chercheur a appliqué des nutriments spécifiques via l'irrigation goutte-à-goutte à des moments correspondant aux quatre étapes phénologiques différentes, parallèlement au calendrier d'arrosage régulier, pour aider les plantes à résister à la sécheresse. Il a constaté que bien que ces nutriments aient aidé, le moment de l'application de l'eau restait le facteur dominant pour déterminer le résultat final. Les données ont montré que lors des années de fortes précipitations, les plantes étaient moins sensibles au stress hydrique, mais lors des années plus sèches, les différences entre les stratégies d'irrigation devenaient beaucoup plus prononcées. Le chercheur a conclu que pour la région de Marmara, et probablement pour des climats similaires, la meilleure approche consiste à concentrer les ressources en eau sur l'étape de formation des tubercules. Il a également noté que, bien que les modèles soient des outils puissants, ils doivent être testés et ajustés pour différentes conditions locales afin de garantir qu'ils restent précis. Ce travail offre une voie claire pour la gestion des cultures de pommes de terre dans un monde qui se réchauffe, montrant qu'une gestion de l'eau rigoureuse et basée sur la science peut aider les agriculteurs à maintenir à la fois des rendements élevés et une haute qualité, même lorsque les pluies sont irrégulières.