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par T.A. Bauder, R.M. Waskom, P.L. Sutherland et J. G. Davis* (10/14)
Faits en Bref…
- La connaissance de la qualité de l’eau d’irrigation est essentielle pour comprendre la gestion de la productivité à long terme.
- La qualité de l’eau d’irrigation est évaluée en fonction de la teneur totale en sel, de la toxicité du sodium et des ions spécifiques.
- Dans de nombreuses régions du Colorado, la qualité de l’eau d’irrigation peut influencer la productivité des cultures.
Plante de maïs endommagée par de l’eau d’arrosage saline.
Les sols affectés par le sel se développent à partir d’un large éventail de facteurs, notamment: le type de sol, la pente et le drainage des champs, le type et la gestion des systèmes d’irrigation, les pratiques d’engrais et d’engrais, et d’autres pratiques de gestion des sols et de l’eau. Au Colorado, le facteur le plus critique pour prédire, gérer et réduire les sols affectés par le sel est peut-être la qualité de l’eau d’irrigation utilisée. En plus d’affecter le rendement des cultures et les conditions physiques du sol, la qualité de l’eau d’irrigation peut affecter les besoins en fertilité, les performances et la longévité du système d’irrigation et la façon dont l’eau peut être appliquée. Par conséquent, la connaissance de la qualité de l’eau d’irrigation est essentielle pour comprendre les changements de gestion nécessaires à la productivité à long terme.
Critères de qualité de l’eau d’irrigation
Les pédologues utilisent les catégories suivantes pour décrire les effets de l’eau d’irrigation sur la production végétale et la qualité du sol:
- Risque de salinité – teneur totale en sel soluble
- Risque de sodium – proportion relative des ions sodium par rapport aux ions calcium et magnésium
- pH- acide ou basique
- Alcalinité – carbonate et bicarbonate
- Ions spécifiques: chlorure, sulfate, bore et nitrate.
Une autre altération potentielle de la qualité de l’eau d’irrigation pouvant affecter l’aptitude aux systèmes de culture est les agents pathogènes microbiens.
| Tableau 1. Directives générales pour le risque de salinité de l’eau d’irrigation basé sur la conductivité. | |
| Limites d’utilisation | Conductivité électrique |
| ( d /l)* | |
| Aucun | ≤0.75 |
| Certains | 0.76 – 1.5 |
| Modéré1 | 1.51 – 3.00 |
| Sévère2 | ≥3.00 |
| * dS /m à 25ºC = mmhos/cm1Leaching requis à une plage plus élevée.2Un bon drainage est nécessaire et les plantes sensibles peuvent avoir des difficultés à germination. | |
Danger de salinité
La recommandation la plus influente sur la qualité de l’eau sur la productivité des cultures est le risque de salinité de l’eau mesuré par la conductivité électrique (ECw). Le principal effet d’une eau ECw élevée sur la productivité des cultures est l’incapacité de la plante à rivaliser avec les ions dans la solution du sol pour l’eau (sécheresse physiologique). Plus la CE est élevée, moins les plantes disposent d’eau, même si le sol peut sembler humide. Parce que les plantes ne peuvent transpirer que de l’eau « pure », l’eau utilisable des plantes dans la solution du sol diminue considérablement à mesure que la CE augmente.
La quantité d’eau transpirée par une culture est directement liée au rendement; par conséquent, l’eau d’irrigation avec une ECw élevée réduit le potentiel de rendement (tableau 2). Les réductions de rendement réelles résultant de l’irrigation avec de l’eau à haute teneur en EC varient considérablement. Les facteurs influençant les réductions de rendement comprennent le type de sol, le drainage, le type de sel, le système d’irrigation et la gestion. Au-delà des effets sur la culture immédiate, il y a l’impact à long terme de la charge de sel dans l’eau d’irrigation. L’eau avec une ECw de seulement 1,15 dS / m contient environ 2 000 livres de sel pour chaque acre de pied d’eau. Vous pouvez utiliser les facteurs de conversion du tableau 3 pour effectuer ce calcul pour d’autres niveaux d’EC de l’eau.
| Tableau 2. Réduction potentielle du rendement de l’eau salée pour certaines cultures irriguées.1 |
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| % réduction du rendement | ||||
| Culture | 0% | 10% | 25% | 50% |
| ECw2 | ||||
| Orge | 5.3 | 6.7 | 8.7 | 12 |
| Blé | 4.0 | 4.9 | 6.4 | 8.7 |
| Betterave Suisse3 | 4.7 | 5.8 | 7.5 | 10 |
| Luzerne | 1.3 | 2.2 | 3.6 | 5.9 |
| Pomme de Terre | 1.1 | 1.7 | 2.5 | 3.9 |
| Maïs (grain) | 1.1 | 1.7 | 2.5 | 3.9 |
| Maïs (ensilage) | 1.2 | 2.1 | 3.5 | 5.7 |
| Oignon | 0.8 | 1.2 | 1.8 | 2.9 |
| Haricots Secs | 0.7 | 1.0 | 1.5 | 2.4 |
| 1adapté de « Qualité de l’eau pour l’irrigation. » R.S. Ayers. Jour. de l’Irrig. et Égoutter. Div., ASCE. Vol 103, Non. IR2, juin 1977, p. 140. 2ECw = conductivité électrique de l’eau d’irrigation en dS/m à 25oC. 3sensible pendant la germination. ECw ne doit pas dépasser 3 dS / m pour les betteraves de jardin et les betteraves à sucre. |
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Les autres termes utilisés par les laboratoires et les sources documentaires pour signaler les risques de salinité sont: sels, salinité, conductivité électrique (ECw) ou solides dissous totaux (TDS). Ces termes sont tous comparables et tous quantifient la quantité de « sels » dissous (ou ions, particules chargées) dans un échantillon d’eau. Cependant, TDS est une mesure directe des ions dissous et EC est une mesure indirecte des ions par une électrode.
Bien que les gens confondent fréquemment le terme « salinité » avec le sel de table commun ou le chlorure de sodium (NaCl), EC mesure la salinité de tous les ions dissous dans un échantillon. Cela inclut les ions chargés négativement (p. ex., Cl–, NO–3) et les ions chargés positivement (p. ex., Ca++, Na+). Une autre source courante de confusion est la variété des systèmes d’unités utilisés avec ECw. L’unité préférée est les déciSiemens par mètre (dS/m), cependant les millimhos par centimètre (mmho/cm) et les micromhos par centimètre (µmho/cm) sont encore fréquemment utilisés. Les conversions pour vous aider à changer d’un système à l’autre sont présentées dans le tableau 3.
| Tableau 3. Facteurs de conversion pour les rapports de laboratoire sur la qualité de l’eau d’irrigation. | |||
| Composant | Pour Convertir | Multiplier Par | Pour Obtenir |
| Élément nutritif de l’eau ou TDS | mg/L | 1.0 | ppm |
| Risque de salinité de l’eau | 1 dS/m | 1.0 | 1 mmho / cm |
| Risque de salinité de l’eau | 1 mmho/cm | 1,000 | 1 µmho / cm |
| Risque de salinité de l’eau | ECw (dS/m) pour EC < 5 dS/m |
640 | TDS (mg/L) |
| Risque de salinité de l’eau | ECw (dS/m) pour CE > 5 dS/m |
800 | TDS (mg/L) |
| Eau NO3N, SO4-S, B appliquée | ppm | 0.23 | lb par acre pouce d’eau |
| Eau d’irrigation | acre inch | 27,150 | gallons d’eau |
Définitions |
|
| Abbrev. | Signification |
| mg / L | milligrammes par litre |
| meq / L | milliéquivalents par litre |
| ppm | parties par million |
| dS/m | déciSiemens par mètre |
| µS/cm | microSiemens par centimètre |
| mmho/ cm | millimhos par centimètre |
| TDS | matières solides dissoutes totales |
Risque de sodium
Problèmes d’infiltration/ perméabilité
Bien que la croissance des plantes est principalement limitée par le niveau de salinité (ECw) de l’eau d’irrigation, l’application d’eau avec un déséquilibre en sodium peut réduire davantage le rendement dans certaines conditions de texture du sol. Des réductions de l’infiltration d’eau peuvent se produire lorsque l’eau d’irrigation contient une teneur élevée en sodium par rapport aux teneurs en calcium et en magnésium. Cette condition, appelée « sodicité », résulte d’une accumulation excessive de sodium dans le sol. L’eau sodique n’est pas la même que l’eau saline. La sodicité provoque un gonflement et une dispersion des argiles du sol, une croûte de surface et un colmatage des pores. Cette dégradation de la structure du sol empêche à son tour l’infiltration et peut augmenter le ruissellement. La sodicité entraîne une diminution du mouvement vers le bas de l’eau dans et à travers le sol, et les racines des plantes en croissance active peuvent ne pas recevoir suffisamment d’eau, malgré la mise en commun de l’eau à la surface du sol après l’irrigation.
La mesure la plus courante pour évaluer la sodicité dans l’eau et le sol est appelée Rapport d’adsorption du sodium (DAS). Le DAS définit la sodicité en termes de concentration relative de sodium (Na) par rapport à la somme des ions calcium (Ca) et magnésium (Mg) dans un échantillon. Le SAR évalue le potentiel de problèmes d’infiltration dus à un déséquilibre du sodium dans l’eau d’irrigation. Le DAS est mathématiquement écrit ci-dessous, où Na, Ca et Mg sont les concentrations de ces ions en milliéquivalents par litre (meq / L). Les concentrations de ces ions dans les échantillons d’eau sont généralement exprimées en milligrammes par litre (mg/L). Pour convertir Na, Ca et Mg de mg / L en meq / L, vous devez diviser la concentration par 22,9, 20 et 12,15 respectivement.
Pour la plupart des eaux d’irrigation rencontrées dans le Colorado, la formule standard de DAS fournie ci-dessus convient pour exprimer le risque potentiel de sodium. Cependant, pour l’eau d’irrigation à haute teneur en bicarbonate (HCO3), un DAS « ajusté » (SARADJ) peut être calculé. Dans ce cas, la quantité de calcium est ajustée pour l’alcalinité de l’eau, est recommandée à la place du DAS standard (voir la section pH et alcalinité ci-dessous). Votre laboratoire peut calculer un DAS ajusté dans des situations où le HCO3 est supérieur à 200 mg/L ou où le pH est supérieur à 8,5.
 |
meq / L = mg / L divisé par le poids atomique de l’ion divisé par la charge ionique (Na + = 23,0 mg / meq, Ca ++ = 20,0 mg / meq, Mg ++ = 12,15 mg / meq) |
Les problèmes potentiels d’infiltration et de perméabilité du sol créés par les applications d’eau d’irrigation à forte « sodicité » ne peuvent pas être évalués de manière adéquate sur la seule base du DAS. En effet, le potentiel de gonflement des eaux à faible salinité (ECw) est supérieur à celui des eaux à forte teneur en sodium (tableau 4). Par conséquent, une évaluation plus précise du risque d’infiltration / perméabilité nécessite l’utilisation de la conductivité électrique (ECw) avec le DAS.
| Tableau 4. Lignes directrices pour l’évaluation du risque de sodium de l’eau d’irrigation sur la base du DAS et de la ECw2. | ||
| Risque de Problème d’Infiltration d’eau | ||
| Eau d’irrigation SAR | Peu probable | Probable |
| —- ECw2 (dS/m)—- | ||
| 0-3 | >0.7 | <0.2 |
| 3-6 | >1.2 | <0.4 |
| 6-12 | >1.9 | <0.5. |
| 12-20 | >2.9 | <1.0 |
| 20-40 | >5.0 | <3.0 |
| 2modifié à partir de R.S. Ayers et D.W. Westcot. 1994. Qualité de l’eau pour l’agriculture, l’irrigation et le drainage Document 29, rév.1, Organisation des Nations Unies pour l’alimentation et l’agriculture, Rome. | ||
De nombreux facteurs, notamment la texture du sol, la matière organique, le système de culture, le système d’irrigation et la gestion, influent sur la façon dont le sodium dans l’eau d’irrigation affecte les sols. Les sols les plus susceptibles de présenter une infiltration et une croûte réduites de l’eau avec un DAS élevé (supérieur à 6) sont ceux contenant plus de 30% d’argile expansive (smectite). Les sols contenant plus de 30% d’argile comprennent la plupart des sols du loam argileux, des classes texturales de loam argileux limoneux et des loams argileux plus fins et certains. Au Colorado, les argiles à smectites sont courantes dans les zones de production agricole.
| Tableau 5. La sensibilité varie pour les cultures aux lésions foliaires causées par l’eau d’arrosage saline. | ||||
| Concentration de Na ou de Cl (mg/L) causant des lésions foliaires | ||||
| Concentration en Na | <46 | 46-230 | 231-460 | >460 |
| Concentration en Cl | <175 | 175-350 | 351-700 | >700 |
| Abricot | Poivre | Luzerne | Betterave à sucre | |
| Prune | Pomme de terre | Orge | Tournesol | |
| Tomate | Maïs | Sorgho | ||
| Les lésions foliaires sont influencées par les conditions culturelles et environnementales. Ces données ne sont présentées que sous forme de directives générales pour l’irrigation diurne. Source : Tolérance au sel des cultures en masse (1990). Dans: Manuel d’évaluation et de gestion Agricole. K.K. Tanji (éd.). ASCE, New York. p. 262 à 304. | ||||
pH et alcalinité
L’acidité ou la basicité de l’eau d’irrigation est exprimée en pH (< 7,0 acide; > 7,0 basique). La plage de pH normale pour l’eau d’irrigation est de 6,5 à 8,4. Les pH anormalement bas ne sont pas courants au Colorado, mais peuvent provoquer une corrosion accélérée du système d’irrigation là où ils se produisent. Les pH élevés supérieurs à 8,5 sont souvent causés par des concentrations élevées de bicarbonate (HCO3–) et de carbonate (CO32–), appelées alcalinité. À haute teneur en carbonates, les ions calcium et magnésium forment des minéraux insolubles laissant le sodium comme ion dominant en solution. Comme il est décrit dans la section sur les risques liés au sodium, cette eau alcaline pourrait intensifier l’impact d’une eau SAR élevée sur les conditions sodiques du sol. Un excès de concentrés de bicarbonate peut également être problématique pour les systèmes d’irrigation goutte à goutte ou par micro-pulvérisation lorsque l’accumulation de calcite ou de tartre entraîne une réduction des débits à travers les orifices ou les émetteurs. Dans ces situations, une correction par injection de matières sulfuriques ou d’autres matières acides dans le système peut être nécessaire.
Chlorure
Le chlorure est un ion courant dans les eaux d’irrigation du Colorado. Bien que le chlorure soit essentiel aux plantes en très faibles quantités, il peut entraîner une toxicité pour les cultures sensibles à des concentrations élevées (tableau 6). Comme le sodium, les concentrations élevées de chlorure causent plus de problèmes lorsqu’elles sont appliquées avec l’irrigation par aspersion (tableau 6). La brûlure des feuilles sous l’arroseur de sodium et de chlorure peut être réduite par l’irrigation nocturne ou l’application par temps frais et nuageux. Des buses de largage et des tuyaux de traînée sont également recommandés lors de l’application d’eau d’irrigation saline à travers un système d’arrosage pour éviter tout contact direct avec la surface des feuilles.
| Tableau 6. Classification des chlorures de l’eau d’irrigation. | |
| Chlorure (ppm) | Effet sur les cultures |
| En dessous de 70 | Généralement sans danger pour toutes les plantes. |
| 70-140 | Les plantes sensibles présentent des blessures. |
| 141-350 | Les plantes modérément tolérantes présentent des blessures. |
| Au-dessus de 350 | Peut causer de graves problèmes. |
| Tolérance au chlorure de certaines cultures. Inscription par ordre de tolérance croissante: (faible tolérance) haricot sec, oignon, carotte, laitue, poivre, maïs, pomme de terre, luzerne, sudangrass, courge courgette, blé, sorgho, betterave à sucre, orge (tolérance élevée). Source : Tolérance au sel des cultures en masse (1990). Manuel d’Évaluation et de Gestion de la Salinité Agricole. K.K. Tanji (éd.). ASCE, New York. p. 262 à 304. | |
Bore
Le bore est un autre élément essentiel en faibles quantités, mais toxique à des concentrations plus élevées (tableau 7). En fait, la toxicité peut se produire sur les cultures sensibles à des concentrations inférieures à 1,0 ppm. Les sols du Colorado et les eaux d’irrigation contiennent suffisamment de B pour qu’un engrais B supplémentaire ne soit pas nécessaire dans la plupart des situations. Étant donné que la toxicité du B peut se produire à de si faibles concentrations, une analyse de l’eau d’irrigation est recommandée pour les eaux souterraines avant d’appliquer du B supplémentaire aux cultures irriguées.
| Tableau 7. Sensibilité au bore de plantes sélectionnées du Colorado (concentration en B, mg/L*) | ||||
| Sensible | Modérément Sensible | Modérément Tolérant | Tolérant | |
| 0.5-0.75 | 0.76-1.0 | 1.1-2.0 | 2.1-4.0 | 4.1-6.0 |
| Pêche | Blé | Carotte | Laitue | Luzerne |
| Oignon | Orge | Pomme de terre | Chou | Betterave à sucre |
| Tournesol | Concombre | Maïs | Tomate | |
| Haricot Sec | Avoine | |||
| Source : Mass (1987) Tolérance au sel des plantes. Manuel de la Science des plantes en Agriculture du CRC. B.R. Cristie (éd.). Presse CRC Inc. * Concentrations maximales tolérées dans l’eau du sol ou l’extrait de saturation sans réduction du rendement ou de la croissance végétative. Les concentrations maximales dans l’eau d’irrigation sont approximativement égales à ces valeurs ou légèrement inférieures. |
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Sulfate
L’ion sulfate est un facteur majeur de salinité dans de nombreuses eaux d’irrigation du Colorado. Comme pour le bore, le sulfate dans l’eau d’irrigation présente des avantages pour la fertilité, et l’eau d’irrigation du Colorado contient souvent suffisamment de sulfate pour une production maximale pour la plupart des cultures. Les exceptions sont les champs sablonneux contenant < 1 % de matière organique et < 10 ppm de SO4-S dans l’eau d’irrigation.
Azote
L’azote dans l’eau d’irrigation (N) est en grande partie un problème de fertilité, et l’azote-nitrate (NO3-N) peut être une source importante d’azote dans la South Platte, la vallée de San Luis et certaines parties des bassins de la rivière Arkansas. L’ion nitrate se produit souvent à des concentrations plus élevées que l’ammonium dans l’eau d’irrigation. Les eaux riches en azote peuvent causer des problèmes de qualité dans les cultures telles que l’orge et les betteraves à sucre et une croissance végétative excessive dans certains légumes. Cependant, ces problèmes peuvent généralement être surmontés par une bonne gestion des engrais et de l’irrigation. Quelle que soit la culture, le nitrate doit être crédité du taux d’engrais, surtout lorsque la concentration dépasse 10 ppm de NO3-N (45 ppm de NO3). Le tableau 3 présente les conversions de ppm en livres par acre de pouce.
Résumé
La qualité de l’eau d’irrigation disponible pour les agriculteurs et autres irrigants a un impact considérable sur les plantes qui peuvent être cultivées avec succès, la productivité de ces plantes, l’infiltration d’eau et d’autres conditions physiques du sol. La première étape pour comprendre comment une source d’eau d’irrigation peut affecter un système sol-plante consiste à la faire analyser par un laboratoire réputé. La fiche d’information de l’Extension de l’Université d’État du Colorado, Selecting an Analytical Laboratory 0.520, peut vous aider à localiser un laboratoire dans votre région familier avec la qualité de l’eau d’irrigation. Des informations supplémentaires sur la compréhension et la gestion des conditions salines et sodiques se trouvent dans les fiches d’information de l’Université d’État du Colorado, Gestion des Sols salins 0,503 et Gestion des Sols Sodiques 0,504.