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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.
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