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Influence de la préparation du sol, de la densité de semis et du paillis organique sur la production du ginseng américain cultivé en milieu forestier

 

Résumé
Le ginseng américain (Panax quinquefolius L.) a longtemps été reconnu comme étant une culture de valeur à cause des propriétés médicinales de sa racine. La racine sauvage est généralement décrite comme étant de meilleure qualité. Malheureusement, une récolte intensive et une mauvaise gestion ont fait que ses populations ont décliné au 18e siècle. Aujourd'hui, la production de ginseng peut être divisée en trois catégories distinctes : 1-simulation d'un état sauvage, 2- culture intensive en boisé, et 3- culture intensive en champ. Le but de cette recherche était de comparer différents traitements en milieu forestier, tout en omettant l'utilisation de pesticides et autres produits chimiques, pour ainsi produire une racine de meilleure qualité. Pour atteindre ce but, l'influence de trois préparations du sol (1- perturbation minimale, 2- labour et 3- lit de semence), trois types de paillis organique (1- litière forestière, 2- feuilles caduques et 3- copeaux de bois/feuilles) et trois densités de semis (25 à 35 kg/ha) a été étudiée. Les effets de ces traitements sur les taux d'émergence et de mortalité, la croissance des plantes et la morphologie racinaire ont été analysés sur des plantules de ginseng américain.  Nos résultats ont montré que le type de paillis a un effet sur la mortalité des plants et que la préparation du sol (labour et lit de semence) augmente le taux d'émergence et favorise la croissance des plantules. À la première année de croissance, il n'y a pas eu de différence significative entre les différentes densités de semis.

Introduction
Le ginseng croît généralement dans des forêts de feuillus du Nord de l’Asie et de l’Amérique (Proctor et Bailey 1987). La distribution du ginseng américain (Panax quinquefolius L.) s’étend du sud-est du Canada jusqu’au sud des Carolines et de la Géorgie et à l’ouest des états bordant le fleuve du Mississippi. La destruction de son habitat naturel par des coupes forestières ainsi qu’une cueillette intensive ont contribué à la disparition progressive du ginseng en Amérique du Nord (Charron et Gagnon 1991). Le ginseng américain (ginseng à cinq folioles) a longtemps été reconnu comme étant une culture de valeur à cause des propriétés médicinales de sa racine. La racine de ginseng est très utilisée dans la médecine traditionnelle asiatique. Des données provenant de Statistiques Canada indiquent que le prix moyen des racines exportées du Canada en 1997 était de 52,76$/kg. En 1996, les exportations des racines sauvages des États-Unis (incluant les racines cultivées en boisé) avaient un prix moyen de 534$/kg. Malheureusement, l’apparition de nouvelles maladies fongiques affectant une grande superficie des champs de ginseng a entraîné une diminution des profits pour cette culture. De plus, la qualité des racines cultivées en champ a diminué depuis les dernières années, ce qui explique les bas prix de vente. Une autre approche, beaucoup moins dispendieuse, pour cultiver le ginseng est de le produire dans son habitat naturel. En absence de pesticides et de produits chimiques dans l’environnement, on produit ainsi une racine de plus haute qualité.
Beaucoup d’études ont été faites sur l’écologie des populations naturelles de ginseng (Charron et Gagnon 1991, Lewis et Zenger 1982, Stathers et Bailey 1986), la reproduction biologique (Lewis et Zenger 1982), la culture en champ, le taux de rendement photosynthétique, la respiration et la transpiration sous différentes conditions de luminosité et/ou de température (Konsler 1986, Lee et al. 1980, Proctor et Tsujita 1986), les propriétés médicinales de la racine (Carlson 1986) et la composition chimique des plants (Kim et al. 1995, Ma et al. 1995). Des différences quantitatives dans le contenu total en ginsénosides et qualitatives entre les ginsénosides individuels ont été observées entre les racines sauvages et celles cultivées en champ (Betz et al. 1984). Ces différences peuvent être attribuées aux stress physiologiques et aux variations entre les taux de croissance (Konsler et al. 1990). Malheureusement, la racine cultivée en simulation de l’état sauvage et les techniques de production intensive des racines en milieu forestier ont reçu une attention limitée. Toutefois, la culture en boisé est maintenant pratiquée par de plus en plus d’adeptes aux États-Unis (Persons 1995). En Nouvelle-Zélande, Smallfield et al. (1995) ont démontré que le ginseng américain pouvait croître avec succès sous un couvert végétal formé de Pinus radiata et pousser dans un sol volcanique dans le centre de l’Islande du Nord. Cultiver le ginseng dans des forêts naturelles (forêt de pins coréens) est la direction future pour les plantations de ginseng en Chine (Wang et al. 1995).
Il y a deux approches différentes pour cultiver le ginseng sous un couvert forestier: 1- la méthode de simulation de l’état sauvage (perturbation minimale du sol forestier) et 2- culture intensive en boisé (préparation de lit de semence) (Persons 1995). Au cours d’une étude d’une durée de sept ans en milieu forestier, Wang et al. (1995) ont observé que la masse racinaire des plants de ginseng diminuait avec l’augmentation de la densité du couvert forestier et que la préparation du sol pouvait produire une augmentation de la masse du plant. Les caractéristiques des racines changeaient cependant selon le type de forêt (fertilité, climat, ombrage).
Il est maintenant reconnu que la litière forestière joue un rôle important dans la croissance du ginseng en conservant l’humidité du sol en périodes de sécheresse estivale et en protégeant les racines des températures excessivement basses de l’hiver (Stathers et Bailey 1986). Une étude d’une durée de quatre ans faite par Konsler (1982) a montré que les paillis de feuilles de chêne et de peuplier produisaient les plus hauts rendements comparé à un paillis de paille qui lui, offrait les plus bas rendements racinaires.  Les racines poussant sous un paillis d’aiguilles de pin étaient parmi les plus grosses durant les deux premières années mais à la quatrième année, elles étaient parmi les plus petites tandis que les paillis de paille et de feuilles caduques produisaient constamment de petites racines.
La croissance racinaire ainsi que l’incidence aux maladies sont fortement influencées par l’espace entre les plants. Sous des conditions de croissance en champ, plusieurs études ont été réalisées afin d’optimiser l’effet causé par la densité de plantation (Konsler 1982, Konsler et Shelton 1990). Toutefois, peu de connaissances ont été acquises sur la réponse du ginseng américain à la densité de plantation en milieu forestier. L’objectif de cette recherche était d’étudier les effets de la préparation du sol, de la densité de plantation et de différents paillis sur les taux d’émergence et de mortalité, la croissance des plants et la morphologie racinaire pour la première année de croissance de plantules de ginseng américain en milieu forestier.

 
Matériel et méthodes
Site expérimental
Deux expériences ont été réalisées dans une hêtraie à érable à sucre située à l’Île d'Orléans, Québec, Canada (lat. 46o58’, long. 70o58’). La texture du sol était un loam-argileux contenant 11,7 % de matière organique et le pH était de 4,6. Le total des précipitations de mai à septembre 1997 a été de 436,2 mm.  La température normale journalière pour les mois de mai, juin, juillet, août et septembre était de 15,9, 22,8, 24,9, 24,3 et 17,7 oC, respectivement. Le couvert forestier produisait en moyenne de 70-80 % d’ombrage. Tous les arbustes ainsi que certains jeunes arbres ont été retirés lors de la préparation du site. Pour le traitement de perturbation minimale du sol, les feuilles constituant la litière forestière ont été balayées et mis de côté et ensuite, le sol a été raclé sur une profondeur de 2,5 cm à l’aide d’un râteau. Les graines stratifiées ont été semées et recouvertes des feuilles précédemment balayées. Dans la première expérience, des lits de semence de 9 x 2 x 0,10 m ont été préparés et les graines ont été semées à 2,5 cm de profondeur à une densité de plantation de 25, 30 ou 35 kg/ha selon le traitement. Dans la seconde expérience, des lits de semence de 9 x 2 x 0,10 m ont été formés et les graines ont été semées à 2,5 cm de profondeur à une densité de plantation de 30 kg/ha. Le traitement de labour des deux expériences a été effectué à l'aide d'un rotoculteur pénétrant à 15 cm dans le sol. Selon le traitement de la deuxième expérience, certaines unités expérimentales ont reçu 15 cm de copeaux de bois ou de feuilles caduques.
Traitements
Dans la première expérience, trois traitements de préparation du sol (1- simulation d’un état sauvage, 2- labour de 15 cm de profondeur et 3- préparation de lit de semence de 10 cm) et trois densités de plantation (1- 25 kg/ha, 2- 30 kg/ha, et 3- 35 kg/ha) ont été comparés. Le dispositif expérimental était un plan en blocs complets avec 3 répétitions pour un total de 27 unités expérimentales. Dans la deuxième expérience, les effets de trois traitements de préparation du sol (1- simulation d’un état sauvage, 2- labour de 15 cm de profondeur et 3- préparation de lit de semence de 10 cm) et de trois types de paillis organique (1- litière forestière, 2- 15 cm de feuilles caduques, et 3- 15 cm d’un mélange copeaux de bois/feuilles caduques) ont été étudiés. La densité de plantation pour la deuxième expérience était de 30 kg/ha. Le dispositif expérimental était un plan en blocs complets avec quatre répétitions pour un total de 36 unités expérimentales. La superficie des parcelles était de 2 x 9 m pour la première expérience et de 2 x 11 m pour la deuxième expérience. Les graines stratifiées de ginseng américain ont été achetées d’une source commerciale et semées en octobre 1996.
Échantillonnage et analyse
Le décompte du nombre de plantules s’est fait hebdomadairement dans un quadrat de 2 m2 et ce, pour chaque parcelle durant la saison de croissance de 1997 (09/06/97 au 07/08/97). Neuf plants par unité expérimentale ont été récoltés à la mi-août et la longueur de la tige, la surface foliaire ainsi que les masses fraîches et sèches des parties aériennes et racinaires ont été mesurées. L’analyse morphologique des racines  de neuf plants par unité expérimentale s’est effectuée avec le logiciel WinRhizoTM (Régent Instruments, Qué., Canada). La procédure GLM du logiciel SAS a été utilisée pour l’analyse des contrastes des deux expériences (SAS Institute Inc.). Les contrastes ont été déterminés a priori et le nombre de comparaisons était égal au nombre de degrés de liberté pour les traitements.
 

Résultats et discussion
Effets sur l'émergence et la mortalité

Dans la première expérience, les traitements de préparation du sol ont eu un effet significatif  (P< 0,01) sur l’émergence des plants et la mortalité alors que les traitements de densité de semis n’ont pas affecté significativement ces paramètres (Tableau 1). Le travail du sol a donné de meilleurs résultats comparé à la perturbation minimale (plus du double de l'émergence).  Toutefois, à cause des conditions irrégulières du milieu, une grande variation fut observée entre les unités expérimentales (humidité du sol, pente). La préparation du sol augmente le drainage et la température du sol ce qui peut devancer la germination des graines qui débute lorsque le sol atteint une température de 5 oC (Wang et al. 1994). Aucun effet significatif a été observé selon les densités de plantation parce que les plantules étaient trop petites pour observer un effet de densité. Sous des conditions optimales, le taux de germination des graines stratifiées se situe entre 60-70 % (Oliver 1996). Avec des densités de 25, 30 et 35 kg/ha et un taux de germination de 65 %, le taux d’émergence devrait être de 27, 32 et 38 plants/m2, respectivement. Le faible taux d’émergence des plantules peut s’expliquer par les conditions froides et pluvieuses du printemps 1997, par un mauvais drainage et par la présence de maladie dans les graines. En effets, la propagation de pathogènes responsables de la fonte des semis comme Rhizoctonia, Pythium, Fusarium et Phytophtora, est favorisée sous des conditions froides et humides (Persons 1994).
Dans la seconde expérience, le paillis constitué du mélange copeaux de bois/feuilles a favorisé l’émergence des plants (P< 0,01): plus du double de l’émergence si on compare avec la litière forestière et quatre fois plus si on compare avec le paillis de feuilles caduques. Le paillis copeaux de bois/feuilles caduques est moins humide que les deux autres et peut ainsi favoriser l’augmentation de la température du sol.  L’ajout de feuilles caduques sur le sol forestier est généralement peu recommandé parce que l’humidité du sol augmente et l’épaisseur du paillis affecte l’émergence des semis. Les limaces sont responsables de la majeure partie du taux de mortalité. Leur impact est moindre lorsque le paillis de copeaux de bois est utilisé puisque ce type de paillis a un effet abrasif sur les limaces (Oliver 1996).
Effets sur la croissance et la morphologie
Les traitements de préparation du sol ont un effet significatif (P< 0,05) sur la croissance des plants et sur la morphologie racinaire (Tableaux 3, 4 et 5). Le lit de semence et le labour du sol ont favorisé une augmentation de la surface foliaire de 16 % et les masses fraîches des parties aériennes et des racines ont augmenté de 18-24 % et 40 % respectivement. Aucun effet significatif a été observé sur la longueur de la tige et sur les masses sèches des parties aériennes et racinaires. La longueur totale, l’aire et le volume des radicelles (< 1 mm) étaient de 80-83%, 60-63% et 44-50 %  plus élevés, respectivement, sous un sol perturbé (labour et lit de semence) comparé à un sol non perturbé (Tableau 4). Toutefois, aucun effet significatif des traitements de préparation du sol sur la longueur et le volume totale a été observé pour les racines plus grosses (> 1 mm). De plus, l’aire projetée, le nombre d’apex et de divisions racinaires ont augmenté de 55-60 %, 36-51 % et 60-65 %, respectivement, sous le sol perturbé en comparaison avec une perturbation minimale. Le diamètre moyen racinaire a diminué de 13-22 % chez les racines de sol perturbé (avec la préparation du sol à la première année, la racine prend la forme d’une carotte). Ces résultats suggèrent que sous un sol perturbé, le développement des radicelles est favorisé et ce, à cause d’une augmentation de l’absorption de l’eau et des éléments minéraux. Une augmentation de ces deux dernières fonctions physiologiques a généralement pour effet d’accroître la surface foliaire, la masse fraîche des plants et la survie des plantules.
Après la première saison de croissance, la densité de semis n’a pas affecté de façon significative: 1) la croissance (surface foliaire, masses sèches et fraîches des parties aériennes et racinaires), 2) la morphologie (Tableaux 3, 4 et 5) ou 3) l’incidence des maladies. L’effet d’espacement entre les plants pourra éventuellement survenir au cours du développement du ginseng (3 à 4 ans).  Pour le ginseng cultivé en champ, Konsler et Shelton (1984) ont observé une forte influence de l’espacement entre les plants (29 à 258 plants/m2) sur la croissance racinaire durant les 6 années qu’a duré l’étude. La taille moyenne des racines était proportionnelle à l’espace disponible pour le plant, tandis qu’il y avait une relation très étroite entre le rendement racinaire par unité de surface et les populations de plant. Ils ont également mentionné une augmentation des probabilités d’épidémies de maladie et de réactions allélopathiques avec une augmentation de la densité de plantation.

Conclusion
Les résultats de cette étude ont montré que la préparation du sol en milieu forestier (labour ou lit de semence) augmentait l’établissement et la croissance du ginseng américain à la première saison de croissance et ce, grâce à un meilleur développement racinaire favorisant la prise d'eau et d'éléments minéraux dans le milieu.  Toutefois, aucune différence ne fut observée entre le labour et le lit de semence. En général, le paillis de copeaux de bois a favorisé l’émergence et la survie des plantes. Il est trop tôt pour observer des effets de la densité de plantation sur la croissance, la qualité des racines et l’incidence des maladies des plantules. Dans le but de mieux connaître l’effet à long terme de la préparation du sol, des densités de semis et des différents paillis sur la croissance et la qualité de la racine de ginseng américain, d’autres informations et analyses seront apportées au cours des quatre prochaines années.

Bibliographie
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Mise à jour: 03-01-2015