Période d’irrigation du maïs et efficience d’utilisation de l’eau

• L’utilisation de l’eau par la culture est influencée par les conditions atmosphériques, le stade de croissance, la date de semis et la densité de semis.
• Des diminutions importantes du potentiel de rendement peuvent survenir si le maïs ne reçoit pas assez d’eau pour répondre à la demande en évapotranspiration pendant les périodes de pointe d’utilisation de l’eau, soit aux stades de reproduction.
• La gestion de l’eau implique habituellement une application d’eau avant que la culture ne souffre de stress hydrique sévère.
• Comprendre comment l’utilisation de l’eau par le maïs varie pendant la saison peut aider à guider des applications d’irrigation plus efficaces.

Évapotranspiration

Utilisation d’eau par la culture, utilisation de consommation et évapotranspiration (ET) sont tous des termes interchangeables pour décrire l’eau consommée par une culture.¹ Évapotranspiration (ET) est utilisé pour décrire le mouvement de l’eau par évaporation (E) en provenance de la surface du sol et des plantes et par transpiration (T) par la plante. La transpiration est le mouvement de l’eau du sol vers les racines, via les tiges et les feuilles de la plante et de retour dans l’atmosphère. La transpiration est un concept important parce que le rendement est proportionnel à la quantité d’eau transpirée par une plante. Comprendre l’utilisation de l’eau par le maïs et les facteurs qui l’affectent peuvent contribuer à guider des applications pour une irrigation plus efficace.

Les facteurs qui influencent l’Évapotranspiration

Les facteurs qui affectent l’ÉT et les décisions associées à l’horaire d’irrigation incluent :

Stade de croissance de la culture. Les besoins en eau du maïs changent pendant la saison. À cause de leur plus petite surface foliaire, les jeunes plantes transpirent moins que les plus grosses plantes. Le maïs requiert plus d'eau juste avant et durant les stades de reproduction.

Maturité relative. Un produit de maïs de pleine saison utilise plus d’eau pendant la saison par rapport à un produit de saison plus courte cultivé au même endroit. Alors que les produits de maïs de saison plus longue utilisent plus d’eau, mais peuvent également produire un rendement plus élevé si les unités thermiques et la quantité d’eau sont suffisantes.

Conditions climatiques. La capacité de l’atmosphère à évaporer l’eau est la force dirigeante de l’évaporation et de la transpiration de l’eau du sol. L’ÉT quotidienne est influencée par la radiation solaire, la température de l’air, l’humidité relative et le vent. Dans certaines régions, lorsque la culture de maïs est dans les premiers stades de reproduction, des températures d’air élevées, une basse humidité, un ciel clair et des vents forts créent une grande demande en évaporation pouvant surpasser 0,5 pouce (12,5 mm) d’eau par jour.¹

La capacité de rétention d’eau du sol et la teneur en eau du sol. Le type de sol est un indicateur de la quantité maximale d’eau qu’un sol peut retenir et quelle quantité de cette eau sera disponible pour les plantes. Les sols à texture fine peuvent retenir plus d’eau que les sols à texture grossière. À mesure que le sol s’assèche, il devient plus difficile pour les plantes d’extraire de l’eau. Lorsque le profil d’eau du sol est à pleine capacité (capacité hydrique du champ), le taux d’utilisation de l’eau par les plantes est à son maximum. À mesure que la teneur en eau du sol diminue, la capacité des plantes à extraire de l’eau est moindre. L’eau du sol commence à limiter la transpiration lorsque le sol s’assèche sous un seuil habituellement entre la capacité hydrique du champ et le point de flétrissement.

L’utilisation de l’eau par le maïs fluctue pendant la saison selon les conditions climatiques et le stade de croissance de la culture (Figure 1).

Figure 1. Exemple d’une moyenne quotidienne à long terme (A) et d’une moyenne annuelle individuelle (B) d’utilisation d’eau selon les stades de croissance du maïs. Source: Kranz, W.L. et coll. 2008. Irrigation management for corn. NebGuide G1850. University of Nebraska-Lincoln Extension.

Utilisation de l’eau et besoins selon les stades physiologiques du maïs

Le maïs à rendement élevé requiert environ 22 à 30 pouces (560 à 760 mm) d’eau par année selon la date de semis, la densité de semis, le groupe de maturité, la région et les conditions climatiques.² Les besoins en eau du maïs sont plus élevés pendant les stades de reproduction hâtifs (Table 1), qui coïncident également aux stades les plus sensibles au stress hydrique. Une diminution importante du rendement peut survenir si le maïs ne reçoit pas assez d’eau pour satisfaire ses besoins en ET pendant cette période vitale d’utilisation d’eau.

Tableau 1. Exemple d’utilisation d’eau par la culture (ET) par stade physiologique pour un maïs à 113 jours de maturité.
Stade de croissance	Taux d’utilisation moyenne d’eau pouces (mm)/jour	Utilisation totale d’eau pendant le stade de croissance pouces (mm)
Émergence (VE)	0.08 (2)	0.8 (20)
4-feuilles (V4)	0.10 (2.5)	1.8 (46)
8-feuilles (V8)	0.18 (4.6)	2.9 (74)
12-feuilles (V12)	0.26 (6.6)	1.8 (46)
Début panicule	0.32 (8.1)	3.8 (97)
Soies	0.32 (8.1)	3.8 (97)
Laiteux (R3)	0.32 (8.1)	1.9 (48)
Début denté (R4)	0.24 (6.1)	3.8 (97)
Full dent (R5)	0.20 (5.1)	3.8 (97)
Denté (R5)	0.20 (5.1)	3.8 (97)
Maturité (R6)	0.10 (2.5)	1.4 (36)
Tableau modifié de Kranz, W.L. et coll. 2008. Irrigation management for corn. NebGuide G1850. University of Nebraska-Lincoln Extension.

Stades de croissance hâtifs

Le maïs utilise très peu d’eau au stade plantule. Si les précipitations et l’humidité du sol sont adéquates en début de saison pour l’émergence des plantules et le développement hâtif de la plante, il n’est pas conseillé d’irriguer immédiatement après le semis. Sans le couvert végétal de la culture pour ombrager la surface du sol, une grande partie de l’irrigation serait évaporée. Il y a, par contre, deux scénarios où l’irrigation par aspersion est recommandée juste après le semis du maïs.

1. Si après le semis, la surface du sol a séché à un tel point que l’humidité n’est pas suffisante pour satisfaire les besoins en humidité de la semence pour une germination et une levée uniforme, une ou deux applications d’irrigation de 0,5 à 1,0 pouce (12,5 à 25 mm) par application, selon le type de sol, sont recommandées. Ceci, pour assurer une émergence uniforme et diminuer l’incidence de plantules qui lèvent tardivement ou les manques dans le champ à cause d’une semence placée dans un sol trop sec, qui tarde à germer ou qui ne germe pas du tout.
2. Si les herbicides de prélevée sont appliqués juste avant ou après le semis, une légère irrigation de 0,5 à 1,0 pouce (12,5 à 25 mm) est souvent utilisée pour incorporer ces herbicides dans les premiers deux pouces (50 mm) du sol pour que l’herbicide soit placé dans la zone de germination des mauvaises herbes.

Les producteurs devraient se fier le plus possible à l’humidité du sol et aux précipitations naturelles pendant les stades de croissance hâtifs, car une irrigation tôt peut également refroidir le sol et retarder la germination de la semence ainsi que la croissance hâtive.

Stades végétatifs

Les stades végétatifs du maïs sont souvent vus comme étant les stades les moins sensibles aux pertes de rendements associées au stress hydrique. Si l’approvisionnement en eau est restreint, les stades végétatifs peuvent être une bonne période pour conserver l’irrigation pour les stades de reproduction où l’impact sur le potentiel de rendement est supérieur. (Figure 2).

Figure 2. Plantes de maïs au stade végétatif de six feuilles exposées au stress thermique et hydrique.

Stades de reproduction hâtifs

L’utilisation d’eau du maïs pointe pendant les stades de reproduction hâtifs. Le stress hydrique devrait être évité pendant les stades panicules, soies et pollinisation. Le stress hydrique pendant le stade des soies peut avoir le plus grand impact sur le potentiel de rendement à cause du dessèchement des soies et des grains de pollen, ce qui entraîne une mauvaise pollinisation.¹ La demande en eau du maïs surpasse souvent la quantité de précipitation pendant ces stades de croissance critiques (Tableau 2). Il est important de planifier la capacité du système d’irrigation pour s’assurer qu’une quantité d’eau suffisante est disponible à la culture pendant ces stades de croissance

Table 2. Effets de l’irrigation sur les rendements de maïs, Champ expérimental de Scandia, 1980-1991.
Rendement (boisseaux/acre)
Période d’irrigation	1991*	1980-1991	Dates d’irrigation 1991
Pas d’Irrigation	3	56	None
Panicules	124	141	7/8
Panicule et 1 semaine après la sortie des panicules	148	159	7/8, 7/15
Panicule et 2 semaines après la sortie des panicules	155	164	7/8, 7/15, 7/25
65% ETr	159	172	7/1, 7/23
Tableau modifié de Corn Production Handbook C-560 2007, Kansas State University Extension. *Démontre que 1991 fut une année de grande sécheresse avant la pollinisation.

La sécheresse aux stades dentés

Les taux d’utilisation d’eau diminuent graduellement du stade pâteux à la maturité du maïs à cause d’une demande évaporative moins élevée (jours plus courts, températures plus basses, radiation solaire moins élevée). La perte par transpiration est en diminution, car la surface foliaire diminue graduellement avec l’assèchement de la plante et les changements physiologiques de la plante.¹ Le maïs continue à avoir besoin d’environ 30 % de son apport saisonnier en eau au début du stade pâteux (Tableau 3). Pour un développement optimal du grain et pour maximiser son potentiel de rendement, le maïs a besoin d’eau jusqu’à sa maturité physiologique. Un stress hydrique qui survient pendant la période du stade pâteux au stade denté peut accélérer la maturité, empêchant les grains d’atteindre leur plein calibre et poids (poids spécifique du grain peu élevé).³

Tableau 3. Exemple de besoins en eau du maïs pendant les stades de reproduction tardifs jusqu’à maturité.
Stade de croissance	Nombre de jours approximatifs à maturité	Utilisation d’eau jusqu’à maturité pouces (mm)
Pâteux	4	37.5 (190)
Début denté	24	5.0 (127)
1/4 ligne de lait	19	3.75 (95)
1/2 ligne de lait (denté)	13	2.25 (63)
3/4 ligne de lait	7	1.0 (25)
Maturité physiologique	0	.0 (0.0)
Tableau modifié de Yonts, C.D. et coll. 2008. Predicting the last irrigation of the season. NebGuide G1871. University of Nebraska-Lincoln Extension.

Maturité

L’eau n’est plus nécessaire pour la croissance des grains après la maturité physiologique (point noir) et il n’y a aucun avantage à irriguer plus. Permettre au sol de sécher lorsque le maïs est à maturité est une bonne stratégie pour éviter de compacter le sol lors du passage de la machinerie lourde sur un sol trempé lors des battages.

Efficacité de l’utilisation de l’eau

L’efficience d’utilisation de l’eau (EUE) est définie comme étant la quantité de grain produit par unité d’eau utilisé par une culture. Le concept de EUE est connu depuis longtemps, mais la recherche se poursuit pour aider à déterminer ce qui peut être fait pour produire plus de cultures avec moins d’eau. Améliorer l’EUE au niveau du couvert végétal est possible en adoptant des pratiques qui diminuent l’évaporation de l’eau par le sol et en détournant plus d’eau vers la transpiration ce qui peut être réalisé par la gestion des résidus de culture, le paillage, l’espacement entre les rangs, la réponse génétique et l’efficacité du système d’irrigation.⁴

Gestion des résidus de cultures et système de travail du sol

En augmentant les résidus en surface du sol par un travail minimal du sol et un travail du sol en bandes, la composante évaporation de l’eau du sol de l’ET peut être diminuée. L’ajout de résidus de cultures à la surface du sol a démontré une diminution de l’évaporation de l’eau du sol et une augmentation de l’EUE dans les régions semi-arides.⁴ Le travail du sol augmente la surface exposée du sol, ce qui augmente l’évaporation et le ruissellement, détruit les résidus de culture pouvant capter la pluie et la neige. Et puisque le travail du sol peut compacter le sol, il peut diminuer l’infiltration d’eau. Les résidus en surface aident également à augmenter les taux d’infiltration en limitant la surface scellée (croûtage) créée par les gouttelettes de pluie et d’irrigation. Lorsqu’une gouttelette frappe la surface d’un sol nu, il y a une désintégration physique des agrégats de terre et leur compaction s’ensuit. Ce mécanisme est causé par l’impact des gouttelettes, ce qui peut entraîner le scellage du sol et se traduire en de mauvais taux d’absorption d’eau. Le résidu est une barrière physique qui ne permet pas aux gouttelettes de faire un impact avec la surface du sol. Les résidus de surface aident également à diminuer le ruissellement en créant des obstructions qui restreignent le mouvement de l’eau et donnent plus de temps à l’eau de percoler dans le profil du sol.

Espacement entre les rangs

Les rangs étroits peuvent aider à diminuer la période de temps pendant laquelle le sol n’est pas couvert, ce qui peut augmenter l’EUE en diminuant l’évaporation par le sol. L’espacement entre les rangs peut être un outil de gestion de l’eau possible pour augmenter l’EUE, surtout pour les environnements où l’eau est limitée ou pour les environnements approvisionnés en pluies dont la pluviosité varie pendant la saison de croissance. Il est possible de diminuer l’irrigation en augmentant la densité de semis pour encourager la couverture rapide du sol. En général, en terme de rendements, on s’attend à une plus grande réponse aux rangs étroits dans les états du nord, sans doute à cause de leurs saisons de croissance plus courtes. Les rangs étroits posent un avantage dans les environnements favorables aux rendements élevés et aucun avantage dans les environnements à rendements moyens à peu élevés.⁵

Réponse génétique

Le concept d’EUE a été proposé dans le domaine de la sélection des plantes pour aider à identifier les génotypes efficaces pour l’utilisation de l’eau, lorsqu’exposés aux changements climatiques, à la chaleur et au stress hydrique et l’interaction entre ceux-ci. Il a été démontré que la photosynthèse apparente et la transpiration en présence de conditions de stress hydrique étaient en corrélation à l’EUE et pourraient être utilisées comme outil pour évaluer les comparaisons entre matériels génétiques. La résilience du matériel génétique au stress, c.-à.-d. température ou eau, équipera le nouveau matériel génétique d’une meilleure EUE.⁴

Réponse à l’irrigation

Le type d’irrigation et de concept de système d’irrigation peuvent grandement affecter l’EUE d’une culture de maïs. Aucun système d’irrigation n’est efficace à 100 %, mais la transition d’un système d’irrigation par submersion ou d’un système d’irrigation dans le sillon vers l’irrigation par aspersion ou améliorer l’efficacité en faisant une transition vers un système goutte-à-goutte, peut grandement améliorer l’efficacité de l’irrigation.

L’irrigation dans le sillon ou en submersion (surface) peut également n’être que 50 % efficace considérant le potentiel de ruissellement et la variabilité du taux d’application. Des applications excessivement longues entraînent une perte d’eau par percolation profonde en amont du champ par le temps que la partie en aval soit bien irriguée. De plus, par le temps que la partie du champ en amont soit bien irriguée, le ruissellement peut être excessif. L’EUE est négativement affectée par des pertes d’eau pour la culture.

L’ EUE de l’irrigation par aspersion peut être grandement affectée par la hauteur des buses d’irrigation au-dessus du couvert et la grosseur des gouttelettes d’eau créées par le pivot de buses. La vitesse du vent et de petites gouttelettes peuvent diminuer l’efficacité de l’irrigation en augmentant l’évaporation avant que les gouttelettes n’atteignent le sol. Un autre endroit où l’EUE est affectée est la zone irriguée à l’extrémité du pistolet gicleur de plusieurs systèmes. Le pistolet d’extrémité a été enlevé sur plusieurs systèmes parce que l’EUE de la zone irriguée par l’extrémité du pistolet est souvent la région la moins efficacement irriguée par le système d’irrigation par aspersion. Des systèmes de surveillance à distance peuvent maintenant être utilisés pour vérifier le fonctionnement d’un système et même activer ou désactiver un système, ce qui peut avoir un effet positif sur l’EUE.

L’Irrigation goutte-à-goutte enterrée est une méthode d’irrigation des cultures par des tubes de plastique placés sous la surface du sol. Ces systèmes diminuent l’évaporation de l’eau du sol, entre les rangs de semis, au début de la saison et limitent presque toutes les composantes d’évaporation du couvert végétal. L’utilisation d’un système goutte à goutte enterré peut aider à avoir une EUE élevée et un potentiel d’économie de 25-50 % par rapport à l’irrigation par submersion. L’utilisation du goutte-à-goutte enterré a également un effet positif sur l’environnement, car il y a moins de lessivage de nitrates dans les couches inférieures du sol, contrairement aux autres systèmes d’irrigation, surtout les systèmes d’irrigation par submersion ou dans le sillon. Une des raisons pour laquelle le goutte à goutte enterré n’est pas utilisé sur une plus grande superficie, c’est son coût d’installation élevé. L’investissement pour installer ce type de système peut varier entre 2 000 $ et 4 000 $ à l’acre.⁶

Dans le cas d’un système d’irrigation pour le maïs, tous système ou système de buses capable de transférer le plus d’eau possible de l’évaporation vers la transpiration peut affecter positivement la WUE.²

Réponse à la culture de couverture

Les cultures de couverture ont le potentiel de diminuer l’érosion et la compaction du sol, d’augmenter la capacité de rétention d’eau, la matière organique du sol et réprimer les mauvaises herbes, ce qui peut affecter de façon positive l’EUE d’une culture de maïs. Différentes espèces de cultures de couverture et différentes dates de semis de la culture de couverture peuvent avoir des effets précis sur les systèmes de production de cultures, surtout dans les régions semi-arides où l’humidité disponible pour produire des cultures a un effet remarquable sur le potentiel de rendement du maïs. La période de maturité de la culture de couverture est la clé pour éviter une croissance excessive de la culture de couverture, un surplus d’utilisation d’eau et une immobilisation de l’azote et conséquemment une diminution potentielle du rendement en grain du maïs.⁷

L’EUE s’est améliorée avec le temps parce que les rendements en grains ont augmenté alors que l’utilisation d’eau est restée la même.