BASE

Biotechnologie, Agronomie, Société et Environnement/Biotechnology, Agronomy, Society and Environment

1370-6233 1780-4507

 

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Isidore Amonmidé, Pierre Bienvenu Irénikatché Akponikpè & Gustave Dieudonné Dagbénonbakin

Réponse du cotonnier (Gossypium hirsutum L.) à la fertilisation minérale dans diverses zones agro-écologiques : revue quantitative

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Reçu le 29 mai 2020, accepté le 12 avril 2021, mis en ligne le 18 mai 2021

Cet article est distribué suivant les termes et les conditions de la licence CC-BY (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.fr)

Résumé

Description du sujet. La réponse du cotonnier à la fertilisation minérale a été évaluée à travers une revue quantitative.

Objectifs. Il s’agissait de (i) faire une synthèse des données disponibles sur la réponse du cotonnier à la fertilisation, (ii) modéliser le rendement en fonction des niveaux de fertilisants appliqués et (iii) identifier les facteurs environnementaux qui influencent la réponse du cotonnier à la fertilisation.

Méthode. Une analyse quantitative de 71 publications scientifiques (930 traitements, témoins compris) a été effectuée afin de collecter les données de rendements en coton graine et en coton fibre à travers une recherche documentaire dans les bibliothèques scientifiques en ligne sur les pratiques de fertilisation du cotonnier suivant des critères bien définis. Un modèle linéaire à effet mixte a été utilisé avec le logiciel R.3.6.1 pour la comparaison de la réponse du cotonnier aux diverses doses de fertilisants minéraux.

Résultats. Dans 95 % des cas, cette étude a montré une réponse positive du cotonnier à la fertilisation minérale. Les doses de nutriments appliquées ont significativement affecté la réponse du cotonnier et l’efficience agronomique de l’azote (AE-N, p < 0,05). Cependant, le type de sol, la pluviométrie et l’altitude n’ont pas significativement influencé la réponse du cotonnier, mais ont significativement affecté l’AE-N. La combinaison de N, P et K a enregistré les meilleurs ratios de réponse et de l’AE-N comparativement à l’application exclusive de l’azote ou sa combinaison avec le phosphore ou le potassium.

Conclusions. Cette étude suggère l’application combinée des éléments majeurs (N, P, K) à des doses modérées afin d’améliorer l’efficience d’utilisation des nutriments en culture cotonnière. Les conditions pédoclimatiques n’ont pas significativement affecté la réponse du cotonnier, mais ont significativement influencé l’AE-N.

Mots-clés : engrais minéraux, coton graine, ratio de réponse, efficience agronomique des nutriments

Abstract

Response of cotton (Gossypium hirsutum L.) to mineral fertilization in various agro-ecological zones: a quantitative review

Description of the subject. The response of cotton to mineral fertilization was assessed through a quantitative review.

Objectives. The objectives were (i) to synthesize available data on the response of cotton to fertilization practices, (ii) to model yield following applied fertilizer levels and (iii) to identify environmental factors that influence the response of cotton to fertilization practices.

Method. A quantitative analysis of 71 scientific publications (930 treatments including controls) was carried out, in order to collect seed cotton and fiber yield data through a literature search in online scientific libraries on cotton fertilization practices, following well-defined criteria. A linear mixed-effect model was fitted with R.3.6.1 software to compare the response of cotton to various mineral fertilizer doses.

Results. In 95% of cases, this study showed a positive response of cotton to mineral fertilization. The applied doses of nutrients significantly affected the response of cotton and the gain of nitrogen agronomic efficiency (AE-N, p < 0.05). However, the type of soil and rainfall did not significantly influence the response of cotton, but rather the AE-N. The combination of nitrogen, phosphorus and potassium showed the best response ratios and agronomic efficiency of nitrogen compared to the exclusive application of nitrogen or its combination with phosphorus or potassium.

Conclusions. This study suggests the combined application of major nutrients (N, P, K) at moderate rates to improve nutrient use efficiency in cotton crop production. Soil and climatic conditions did not significantly affect the cotton seed yield response, but significantly influenced the AE-N.

Keywords : inorganic fertilizers, seed coton, response ratio, agronomic nutrient use efficiency

Table of content


1. Introduction

1De nombreuses études ont démontré que l’utilisation judicieuse d’engrais minéraux conduit à une augmentation des rendements (Buerkert et al., 2001 ; Traoré et al., 2007) à condition qu’aucun autre facteur de croissance, tel que l'eau et le rayonnement, ne devienne restrictif. En effet, le facteur limitant peut être également l’élément minéral qui se trouve en plus faible quantité par rapport au besoin de la plante. Au-delà de l’amélioration du rendement, l’utilisation d’engrais permet d’augmenter la biomasse aérienne et racinaire, permettant ainsi l’amélioration du taux de matière organique du sol (Bationo & Buerkert, 2001).

2La nutrition minérale du cotonnier, surtout en azote, en phosphore et en potassium, est déterminante dans la production et la qualité de la fibre (Reiter et al., 2008 ; Koulibaly et al., 2010). À travers les études sur l’évolution de la fertilité des sols dans un système cotonnier-céréale au nord Cameroun, Olina-Bassala et al. (2008) ont montré la variabilité de la réponse du cotonnier à des doses croissantes de potassium et de magnésium en complément à 200 kg·ha-1 de N22P10K15S5B1. Ainsi, sur un sol de défriche, nouvellement mis en valeur, les compléments de 45 kg K2O·ha-1 et 7,5 kg MgO·ha-1 ont entrainé une légère augmentation du rendement. Mais au-delà de ces quantités, les rendements ont régressé. Par contre, sur des parcelles de longue durée d’exploitation dont le niveau de dégradation en éléments nutritifs est très poussé, la réponse du cotonnier a été très positive avec l’application des doses croissantes de potassium et de magnésium. Ainsi, la fertilisation minérale du cotonnier doit tenir compte des conditions pédoclimatiques et du niveau de dégradation chimique, physique et biologique des sols. Au Sénégal, Guiro (2005) a montré un effet hautement significatif de la fertilisation minérale sur le rendement du cotonnier et ses composantes suite à l’application de doses croissantes (50, 100, 150 et 200 kg·ha-1) du complexe N14P23K14S5B1. En l’absence d’engrais, le rendement moyen était de 877 kg·ha-1 de coton graine. En l’absence d’urée, les rendements étaient de 939, 1 049, 1 227 et 1 288 kg·ha-1 respectivement pour 50, 100, 150 et 200 kg·ha-1 de N14P23K14S5B1. Avec un complément de 50 kg·ha-1 d’urée aux différentes doses, les rendements sont passés respectivement à 1 067, 1 269, 1 345 et 1 355 kg·ha-1.

3La réponse du cotonnier à l’application d’engrais minéral et/ou organique a été également mise en évidence au nord Bénin par Dagbénonbakin et al. (2012) à travers l’étude sur les effets agronomiques du compost et du N14P23K14S5B1 sur le rendement du cotonnier et ses composantes. Il ressort de cette étude que la fertilisation minérale seule a entrainé des augmentations de rendement variant de 32 à 63 % avec les doses croissantes de 50, 100, 150 et 200 kg·ha-1 de N14P23K14S5B1. Plus tôt, Amidou et al. (2005) avaient rapporté un gain de rendement de 250 à 350 kg·ha-1 de coton graine avec 5 à 11 t·ha-1 de fumier combinées à la moitié de la dose d’engrais minéraux recommandée en milieu paysan au nord Bénin.

4En outre, les facteurs climatiques et édaphiques doivent être pris en compte dans les études de la réponse du cotonnier à diverses pratiques de fertilisation. Par exemple, Kalivas & Kollias (2001) ont rapporté l’effet du type de sol sur le rendement en coton graine en Grèce. De plus, les conditions extrêmes de pluviométrie affectent le rendement du cotonnier (Pettigrew, 2004 ; Baigorria et al., 2008 ; Zonta et al., 2016). En effet, Pettigrew (2004) et Zonta et al. (2016) ont rapporté que le déficit en eau au cours du cycle du cotonnier réduit le développement des feuilles, le nombre de sites fructifères, de bourgeons floraux, de capsules et le rendement final du cotonnier. Par contre, les conditions humides de six à huit semaines pendant la floraison et la maturité des capsules entrainent également la réduction des rendements en coton graine (Baigorria et al., 2008). Ainsi, la présente étude qui est une synthèse quantitative a pour objectif d’évaluer la réponse du cotonnier à différentes pratiques de gestion des nutriments dans ces différentes zones. Spécifiquement, il s’agit de :

5– faire une synthèse des données disponibles sur la réponse du cotonnier à la fertilisation ;

6– modéliser le rendement en fonction des niveaux de fertilisants ;

7– identifier les facteurs climatiques et édaphiques qui influencent la réponse du cotonnier à la fertilisation.

2. Matériel et méthodes

2.1. Zones géographiques couvertes par la revue

8Aucune restriction n’a été faite au regard de la zone géographique couverte par la présente revue quantitative. L’Afrique de l’Ouest conviendrait mieux à la zone d’étude compte tenu des similitudes du point de vue des pratiques culturales et du climat. Cependant, la documentation sur la fertilisation du cotonnier est très peu fournie dans cette zone, c’est pourquoi la revue bibliographique a été étendue au reste du monde.

2.2. Sélection des publications à inclure dans la revue

9Les données collectées proviennent uniquement des publications scientifiques. La littérature « grise » constituée des mémoires d’étudiants, de thèses de doctorat et des rapports de recherche non publiés dans des journaux a été exclue afin de s’assurer de la qualité des résultats. À cet effet, les bases de données de bibliothèques en ligne comme Google Scholar, Web of Sciences, AGORA, etc. ont été consultées en utilisant divers mots-clés : « réponse, cotonnier, fertilisation », « cotonnier », « Gossypium hirsutum L. », « fertilisation minérale », « fertilisation organique », « fertilisation organo-minérale », « doses d’engrais », « réponse, cotonnier, soufre », « réponse, cotonnier, bore », etc… ou leur équivalence en anglais.

2.3. Critères généraux

10Plusieurs critères ont été définis afin de retenir les publications à inclure dans la revue. Ces critères sont les suivants :

11– la publication porte sur la fertilisation du cotonnier. Les doses d’engrais appliquées et leurs teneurs en unités fertilisantes ont été rapportées. L’essai comporte un témoin et les rendements en coton graine ou en coton fibre ont été présentés (Bayala et al., 2012) ;

12– lorsque les essais ont été réalisés sur différents sites dans le même pays ou si les essais ont été répétés sur deux ou plusieurs années, les données ont été considérées individuellement (Geisseler & Scow, 2014) ;

13– si plusieurs pratiques de fertilisation ont été étudiées dans une même étude avec un témoin, les données sont collectées suivant les pratiques.

2.4. Critères spécifiques aux pratiques de fertilisation du cotonnier

14Diverses pratiques ont été recensées en matière de fertilisation du cotonnier à travers le monde. Il s’agit de l’apport de l’azote (N), du phosphore (P2O5), du potassium (K2O) en application exclusive ou en combinaison binaire ou ternaire. En plus des éléments majeurs, les éléments secondaires et les oligo-éléments tels que le bore (B), le soufre (S) et le zinc (Zn) sont souvent appliqués pour leur rôle spécifique dans la nutrition du cotonnier. Les éléments majeurs et secondaires proviennent le plus souvent des engrais minéraux et parfois des engrais organiques. Les pratiques de fertilisation recensées et le nombre de publications sont présentés en Annexe 1. Cependant, l’application exclusive de phosphore (3 publications), potassium (4 publications) et les combinaisons azote-potassium (3 publications), phosphore-potassium (1 publication) n’ont pas été analysées du fait d’un faible nombre de publications. Il en est de même pour la fertilisation organique ou organo-minérale (5 publications) et les variétés de coton OGM (8 publications). Au total, 89 publications ont été sélectionnées et dépouillées, puis 71 ont été traitées en se basant sur l’ensemble des critères définis (Annexe 1). Ces publications proviennent de 19 pays répartis sur quatre continents que sont l’Afrique, l’Europe, l’Amérique et l’Asie.

2.5. Collecte des données

15Les informations collectées dans chaque publication scientifique regroupaient : l’identité de l’article, la situation géographique et les conditions climatiques de l’étude (pluviométrie), la variété de cotonnier cultivée et la durée de son cycle cultural, le type et les doses des formules d’engrais appliqués, les caractéristiques physico-chimiques du sol, les rendements en coton graine ou en coton fibre. Si une des informations relatives au type de climat du milieu d’étude, la pluviométrie ou le type de sol n’a pas été fournie par une publication, elle est complétée par des recherches bibliographiques. Ainsi, lorsque les données de précipitations n’ont pas été rapportées, les bases climatiques de la région ou de la ville la plus proche sont utilisées. La classification de Köppen Geiger (Kottek et al., 2006) a été utilisée pour le regroupement des climats des différentes zones. Trois classes de précipitation ont été définies en fonction des valeurs annuelles moyennes (P) des sites. Si une donnée d’altitude manque pour un site, les données de longitude et de latitude ont été projetées sur Google Earth Pro afin de déterminer l’altitude correspondante. Ainsi, les précipitations sont rangées dans la classe des précipitations faibles, lorsque P < 700 mm par an, dans la classe des précipitations moyennes si 700 ≤ P ≤ 1 200 mm par an et la classe des fortes précipitations regroupe les précipitations P > 1 200 mm par an (Sileshi et al., 2008). Les altitudes ont été regroupées en basse, moyenne et haute altitude, lorsque l’altitude < 700 m, 700 ≤ altitude ≤ 1 200 m et l’altitude > 1 200 m, respectivement (Sileshi et al., 2008). La classification de la FAO (IUSS Working Group WRB, 2015) a été utilisée pour la catégorisation des types de sol des sites des diverses études. Lorsque le type de sol a été rapporté dans une classification autre que celle de la FAO, son équivalence a été déterminée grâce à la littérature existante.

2.6. Calcul des paramètres de réponse du cotonnier à la fertilisation minérale

16Les différences de rendements en coton graine et en coton fibre d’un traitement donné et le témoin ont été calculées par traitement et par étude. La différence de rendement (D) a été déterminée par la soustraction du rendement en coton graine ou coton fibre du témoin de l’essai du rendement du traitement considéré (Sileshi et al., 2008 ; Bayala et al., 2012). En effet, la différence de rendement est plus pertinente et facile à interpréter lorsque l’on compare les gains potentiels d’un traitement et le cout d’investissement des intrants appliqués (Sileshi et al., 2008 ; Bayala et al., 2012). Le ratio de réponse (RR) a été déterminé par le rapport du rendement du traitement concerné et le rendement de la parcelle témoin (Sileshi et al., 2008 ; Carrillo-Reche et al., 2018). L’efficience agronomique de l’azote (AE-N) a été déterminée par le rapport du gain de rendement en coton graine d’un traitement donné rapporté à la quantité d’azote appliquée (Vanlauwe et al., 2011).

2.7. Analyse statistique des données

17La différence de rendement, le ratio de réponse et l’efficience agronomique de l’azote (AE-N) ont été analysés par les statistiques descriptives (coton graine et coton fibre) puis des modèles linéaires à effet mixte (coton graine uniquement) avec le logiciel R.3.6.1. Une transformation logarithmique a été effectuée sur le ratio de réponse avant l’introduction dans le modèle utilisé par précaution de normalité. Les autres variables (différence de rendement, AE-N) n’ont pas été soumises à cette transformation du fait de la présence de valeurs négatives. La région ayant abrité l’essai a été considérée comme facteur aléatoire et le type de climat et de sol, les classes de précipitation, d’altitude et des doses des nutriments appliquées ont été considérés comme facteurs fixes.

18Une régression linéaire quadratique a été effectuée afin de modéliser la réponse du cotonnier à la fertilisation minérale. Une analyse en composantes principales a été effectuée afin d’identifier les différents facteurs influençant la réponse du cotonnier à la fertilisation minérale.

3. Résultats

3.1. Aperçu des données collectées en fonction des types de sol et de climat rencontrés

19Les études ayant fourni les rendements en coton graine ont été conduites sur sept types de sol selon la classification de la FAO. Il s’agit des Cambisols, Fluvisols, Gypsisols, Lixisols, Calcisols, Ferralsols et Luvisols. Pour l’application exclusive de l’azote, 58 % des traitements proviennent des Gypsisols, tandis que pour la combinaison azote-phosphore, 35 % des traitements proviennent des Gypsisols. Pour la combinaison azote-phosphore-potassium, les Ferralsols et les Cambisols sont les plus dominants.

20Par ailleurs, les études ont couvert quatre types de climat de Köppen Geiger : Arid desert, Humid Subtropical, Arid Steppe et Tropical Savanna. La plus grande partie des études proviennent du climat de type Humid subtropical pour l’application exclusive de l’azote tandis que le type Arid desert a enregistré le nombre de traitements le plus élevés pour la combinaison azote-phosphore. Pour la combinaison azote-phosphore-potassium, les types de climat Tropical Savanna et Arid desert ont été les plus répandus (Tableau 1).

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21Cependant, pour le coton fibre, très peu d’études ont fourni les informations concernant les types de climat et de sol.

3.2. Variabilité de la réponse du cotonnier à différentes pratiques de fertilisation minérale

22Cas du coton graine. Les résultats ont montré une réponse positive du cotonnier quelle que soit la pratique de fertilisation minérale considérée, notamment l’application exclusive de N (100 % des cas) ; les combinaisons azote-phosphore (94 % des cas) et azote-phosphore-potassium (94 % des cas) ; (Tableau 2). La plus grande proportion des cas a présenté des différences de rendement comprises entre 0 et 1 000 kg·ha-1 de coton graine (Tableau 2). À l’image des différences négatives de rendement, les différences de rendement supérieures à 2 000 kg·ha-1 de coton graine ont été rares, seulement enregistrées dans 1 et 5 % des cas pour les combinaisons azote-phosphore et azote-phosphore-potassium, respectivement. Les valeurs de D comprises entre 1 000 et 2 000 kg·ha-1 ont été observées dans 10 %, 35 % et 15 % des cas pour N, NP et NPK, respectivement. Une plus grande variabilité de D a été observée sous la combinaison NPK (CV = 110 %) comparativement à celle de NP (CV = 80 %) et l’application exclusive d’azote (CV = 63 % ; Tableau 2).

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23Le ratio de réponse (RR) a varié de 0,93 à 6,63 avec une moyenne de 1,65 ± 0,89. Seulement 19 % des cas ont présenté des RR ≥ 2, montrant que les traitements considérés ont doublé les rendements de coton graine par rapport aux témoins. Soixante-dix-sept pourcents des cas ont présenté un RR compris entre 1 et 2, suggérant une réponse modérée du cotonnier à la fertilisation minérale. Le RR le plus élevé (6,63) a été observé sous la combinaison azote-phosphore-potassium au Togo (Kintché et al., 2015).

24Cas du coton fibre. Pour le coton fibre, de fortes doses d’azote (250 kg·ha-1), de phosphore (125 kg P2O5·ha-1) et de potassium (480 kg K2O·ha-1) ont été appliquées soit exclusivement, soit en combinaison binaire ou ternaire. La réponse est globalement positive pour l’application exclusive de potassium, les combinaisons azote-phosphore et azote-phosphore-potassium (100 % des cas ont présenté des différences de rendement supérieures à 0, Tableau 3).

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25Les différences de rendement (D) sont en majorité comprises entre 0 et 1 000 kg·ha-1, rarement inférieures à zéro (seulement dans 19 et 11 % des cas respectivement en cas d’application exclusive de l’azote et d’application combinée d’azote et de potassium). Dans aucun des cas, les différences de rendement n’ont été supérieures à 1 000 kg·ha-1. Les différences de rendement ont connu une grande variabilité dans le cas de l’application exclusive de l’azote et sa combinaison avec le phosphore (CV = 121 et 87,38 %, respectivement, Tableau 3).

3.3. Effets de l’altitude, du climat, du sol et des précipitations sur la réponse du cotonnier à la fertilisation minérale

26Pour l’ensemble des traitements, le ratio de réponse moyen a varié de 1,21 (± 0,31) à 2,31 (± 1,47) (Tableau 4). Aucun des facteurs considérés tels que l’altitude, le type de climat, la pluviométrie annuelle, le type de sol et le traitement appliqué n’a significativement affecté le ratio de réponse (> 0,05 ; Tableau 5), indiquant ainsi une réponse similaire du cotonnier dans les différentes zones agroécologiques et traitements considérés.

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3.4. Réponse du cotonnier en fonction de la dose d’azote appliquée

27Le niveau d’azote appliqué a eu un effet significatif sur RR et D pour l’ensemble des traitements considérés et l’application exclusive de l’azote puis la combinaison azote-phosphore (< 0,05 ; Tableaux 5 et 6).

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28Les ratios de réponse les plus élevés ont été observés avec les doses élevées d’azote et supérieures à 100 kg·ha-1 en application exclusive ou combinée au phosphore (RR = 1,44 ± 0,26 et RR = 1,67 ± 0,72, respectivement ; Annexe 2). Les différences de rendement en coton graine les plus élevées ont été également observées sous les doses élevées d’azote (Dose N > 100 kg·ha-1) lorsque cette dernière est appliquée seule (Figure 1a) et avec de faibles doses (Dose N < 50 kg·ha-1) lorsque l’azote est combiné au phosphore (Figure 1b). Avec une combinaison azote-phosphore-potassium, D et RR ont été similaires pour les différents niveaux d’azote appliqués (> 0,05 ; Tableau 4 et Annexe 2).

Image 1000000000000176000002366E741F5442FB5957.jpgFigure 1. Différences de rendement en coton graine entre les parcelles fertilisées et le témoin suivant le niveau d’azote appliqué : a. application exclusive d’azote ; b. combinaisons azote-phosphore et azote-phosphore-potassium — Seed cotton yield differences between the fertilized plots and the control by the level of applied nitrogen: a. exclusive nitrogen application; b. nitrogen-phosphorus and nitrogen-phosphorus-potassium combinations.

Les barres d’erreur représentent l’écart-type — the error bars denote the standard deviation.

29Cependant, le climat de type Arid desert et les sols de type Luvisols et Ferralsols ont enregistré les meilleures différences de rendement comparativement aux autres types (= 0,027 et = 0,006, respectivement) (Tableau 5 ; Figures 2a et 2b). Par ailleurs, aucun effet significatif du climat n’a été observé sur RR et D sous l’application exclusive de N et sa combinaison avec le phosphore (> 0,05 ; Tableaux 6 et 7).

Image 1000000000000188000003228E8F9CEC04DCE227.jpgFigure 2. Différences de rendement en coton graine (D) suivant les types de climat (a) et de sol (b) — Seed cotton yield differences (D) by climate (a) and soil types (b).

Les barres d’erreur représentent l’écart-type — the error bars represent the standard deviation ; les intervalles après les types de sol et de climat représentent la variation de la dose d’azote appliquée — the intervals after soil and climate types represent the variation in the applied nitrogen rate ; les intervalles après les types de sol et de climat représentent la variation de la dose d’azote appliquée en kg.ha-1 — intervals after soil and climate types represent the variation in applied nitrogen rate in kg.ha-1.

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3.5. Effets de l’application complémentaire du bore et du soufre au NPK sur le rendement en coton graine

30L’application complémentaire du bore à la fertilisation de base au NPK a significativement amélioré le rendement en coton graine par rapport au témoin (p = 0,000 ; Tableau 8). En effet, les doses moyennes comprises entre 2 et 3 kg·ha-1 de bore ont été les plus efficaces (Figure 3). Cependant, aucune différence significative n’a été observée entre les différentes classes de dose de soufre (p = 0,106 ; Tableau 9), contrairement aux différentes doses testées dans l’ensemble des études prises en compte (p = 0,024 ; Tableau 9, Figure 4).

31Par ailleurs, la pluviométrie n’a affecté le rendement en coton graine que sous l’application de bore en complément au NPK (p < 0,000 ; Tableau 8).

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Image 1000000000000180000000EEA31D315DA7BED49A.jpgFigure 3. Rendements moyens en coton graine en fonction des niveaux de bore appliqués — Average seed cotton yield by applied boron rates.

Les barres d’erreur représentent l’écart-type — the error bars represent the standard deviation.

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Image 100000000000017F00000115644CFE9EFEF09588.jpgFigure 4. Rendements moyens en coton graine en fonction des niveaux de soufre appliqués — Average seed cotton yield by applied sulfur rate.

Les barres d’erreur représentent l’écart-type — the error bars represent the standard deviation.

3.6. Modèles de réponse du cotonnier à la fertilisation minérale

32La régression polynomiale effectuée a montré une faible corrélation entre les rendements en coton graine et les doses de nutriments au niveau de l’application de l’azote seul ou en combinaison avec le phosphore d’une part et avec le phosphore et le potassium d’autre part (Figures 5, 6 et 7). En effet, la corrélation entre le rendement en coton graine à l’apport d’azote a été relativement élevée quand ce dernier a été appliqué seul (R2 = 33 % ; p = 0,000 ; Figure 5a) ou en combinaison avec le phosphore et le potassium (R2 =35 % ; = 0,000 ; Figure 5c), contrairement à la combinaison au phosphore uniquement (R2 = 2 % ; = 0,327 ; Figure 5b). La même tendance a été observée au niveau du phosphore où la corrélation entre le rendement en coton graine et la dose de P2O5 a été plus forte sous la combinaison azote-phosphore-potassium (R2 = 29 % ; p = 0,000 ; Figure 6b) qu’au niveau de la combinaison azote-phosphore (R2 = 18 % ; p = 0,000 ; Figure 6a). Le coefficient de détermination le plus élevé dans cette étude a été observé dans le cas du potassium traduisant une corrélation relativement élevée entre le rendement en coton graine et la dose de K2O (R2 = 43 % ; p = 0,000 ; Figure 7).

Image 1000000000000181000003A4E3659B4331E6E9B1.jpgFigure 5. Réponse du cotonnier à la fertilisation azotée seule (a), en combinaison avec le phosphore (b) et avec le phosphore et le potassium (c) suivant le type de climat — Response of cotton to sole nitrogen fertilization (a), in combination with phosphorus (b) and with phosphorus and potassium (c) by climate type.

Image 1000000000000187000002327F382EC47E06C1FA.jpgFigure 6. Réponse du cotonnier à la fertilisation phosphatée en combinaison avec l’azote (a) et avec l’azote et le potassium (b) suivant le type de climat — Response of cotton to phosphated fertilization in combination with nitrogen (a) and with nitrogen and potassium (b) by climate type.

Image 1000000000000181000000D9811AC3888257E901.jpgFigure 7. Réponse du cotonnier à la fertilisation potassique en combinaison avec l’azote et le phosphore suivant le type de climat — Response of the cotton to potassium fertilization in combination with nitrogen and phosphorus by climate type.

3.7. Relation entre les paramètres de réponse du cotonnier pour l’ensemble des différents traitements

33Les résultats de l’analyse en composantes principales (ACP) des indicateurs de réponse, des doses de nutriments appliquées, l’altitude, la pluviométrie et les caractéristiques chimiques du sol ont montré que les deux premières composantes ont représenté 65 % de la variation totale de l’ensemble des données (Figure 8, Tableau 10). Il en ressort que le rendement en coton graine, les doses d’azote et de phosphore appliquées et le pH du sol sont positivement corrélés avec la composante 1 (rendement en coton graine) (Tableau 10), contrairement à la pluviométrie qui a été négativement corrélée avec cette dernière. La teneur en azote total du sol, l’altitude et le ratio de réponse ont été positivement corrélés avec la composante 2 (indicateurs de réponse du cotonnier à la fertilisation minérale) (Tableau 10). La dose de potassium appliquée et la teneur en carbone organique du sol sont faiblement représentées sur ces deux premières composantes considérées.

Image 100000000000017A000001576BD3E88F99D05E32.jpgFigure 8. Analyse en composantes principales du ratio de réponse de coton graine (RR), du rendement en coton graine (Rendt), de la pluviométrie annuelle (Pluviométrie), de l’altitude du site d’étude (Altitude), du pHeau du sol (pH), de la dose d’azote (Dose_N), de phosphore (Dose_P), du potassium (Dose_K) et de la teneur en carbone organique du sol (OC) — Principal Component Analysis of seed cotton response ratio (RR), seed cotton yield (Rendt), annual rainfall (Pluviométrie), study site elevation (Altitude), soil pH (pHeau), Nitrogen rate (Dose_N), Phosphorus (Dose_P), Potassium (Dose_K) and soil organic carbon (OC).

Image 100000000000030E00000179A7F4221C10AEF68D.jpg

34On en déduit que les rendements en coton graine élevés ont été observés sous l’application de fortes doses d’azote et de phosphore sous une faible pluviométrie, tandis que les plus forts ratios de réponse ont été obtenus sur des sols à teneur initiale en azote total élevée et situés à une altitude élevée (Figure 8).

3.8. Efficience agronomique de l’azote

35Pour l’ensemble des traitements considérés, l’efficience agronomique de l’azote (AE-N) a varié de -19,30 à 80,03 kg·kg-1 N, avec une moyenne de 8,57 ± 12,06 kg·kg-1 N. Les efficiences les plus élevées ont été enregistrées sous les faibles doses de N pour l’application de N seul et la combinaison azote-phosphore-potassium (= 0,029 et = 0,010, respectivement ; Tableau 11). De plus, les types de sol (p = 0,043) et de climat (p = 0,038), la pluviométrie (p < 0,000) et la dose de potassium (< 0,000) ont significativement affecté l’AE-N sous la combinaison azote-phosphore-potassium (Tableau 11). Les meilleures efficiences ont été observées sous le climat de type Tropical Savanna (Figure 9a), à pluviométrie moyenne (700 ≤ P ≤ 1 200 mm·an-1), sur les sols de type Ferralsols (Figure 9b) et les doses moyennes de K2O (50 ≤ doses K2O ≤ 100 kg·ha-1) au niveau de la combinaison azote-phosphore-potassium (Annexe 3). Aucun effet significatif du type de climat n’a été observé sur AE-N pour les pratiques N et NP (> 0,05 ; Tableaux 6 et 7).

Image 1000000000000176000002DA68F1840E14E1B392.jpg

Image 100000000000017A000002BFA85E1F681D253A4E.jpgFigure 9. Efficience agronomique de l’azote (EA-N) sous différents types de climat (a) et de sol (b) sous la combinaison de l’azote, du phosphore et du potassium — Agronomic efficiency of nitrogen (EA-N) under different climate (a) and soil (b) types under the combination of nitrogen, phosphorus and potassium.

Les barres d’erreur représentent l’écart-type — error bars denote the standard deviation ; les intervalles après les types de sol et de climat représentent la variation de la dose d’azote appliquée en kg.ha-1 — intervals after soil and climate types represent the variation in applied nitrogen rate in kg.ha-1.

4. Discussion

4.1. Réponse du cotonnier à la fertilisation minérale

36Les résultats ont montré une réponse positive des différentes pratiques de fertilisation minérale sur la culture cotonnière. Ces résultats peuvent être expliqués par l’insuffisance des réserves minérales ou la non-disponibilité de certains nutriments du sol pour couvrir les besoins en nutriments du cotonnier sans apport d’engrais. Selon Singh et al. (2010), malgré l’importance de la composition initiale en nutriments des sols (carbone organique, azote total, phosphore disponible, potassium assimilable, etc.) sur le rendement du coton, celle-ci n’est pas suffisante pour couvrir les besoins nutritifs du cotonnier. Ainsi, Boquet et al. (2009) ont montré que l’azote résiduel du sol issu de la fertilisation du maïs a affecté la réponse du cotonnier dans une rotation maïs-coton aux États-Unis. Hutmacher et al. (2004) ont rapporté, au terme d’une étude sur la réponse de différentes variétés de cotonniers à diverses doses d’azote, qu’en présence d’une quantité adéquate d'azote résiduel du sol (70 à 125 kg NO3-N·ha-1), le cotonnier pourrait être cultivé avec de faibles apports en azote (56 à 224 kg N·ha-1) dans la vallée de la Californie aux États-Unis.

37De plus, le cotonnier est exigeant en certains éléments tels que l’azote, le phosphore, le potassium, le soufre et le bore que l'on ne trouve pas toujours en quantité suffisante dans le sol, mais qui jouent chacun un rôle spécifique dans la physiologie de la plante (Richard, 1976). En effet, l’azote est un constituant de la molécule de chlorophylle, des protéines et des acides nucléiques (Sawan, 2016), ce qui favorise la photosynthèse, la croissance végétative par la division cellulaire et l’expansion des feuilles, le nombre de branches sympodiales et monopodiales et l’amélioration de la productivité grâce à l’augmentation du nombre et du poids de capsules, la longueur et la résistance de la fibre (Singh et al., 2010 ; Baraich et al., 2012 ; Sandeep et al., 2015). Le déficit en azote, surtout pendant la période de fructification du cotonnier, réduit l’activité photosynthétique des feuilles, le transfert des assimilas des feuilles vers les organes fructifères, conduisant à la réduction du nombre de capsules et du rendement final (Ayissaa & Kebedeb, 2011). C’est pourquoi la pratique de la fertilisation du cotonnier à base d’azote minéral seul ou en combinaison avec le phosphore ou le potassium, ou avec les deux à la fois, constitue la pratique la plus répandue dans ce bilan de recherche sur la réponse du cotonnier à la fertilisation

38L’importance des autres éléments majeurs (P et K) dans la nutrition du cotonnier a été mise en évidence par l’amélioration de la réponse du cotonnier à la combinaison de l’azote, du phosphore et du potassium (Tableau 2, Figures 2, 3 et 4). Le phosphore stimule la croissance des racines, favorise la floraison et le développement des fruits, la maturation des capsules et l’accélération de leur ouverture (Carvalho et al., 2011). Quant au potassium, il assure un rôle de régulation du métabolisme, de la croissance et du développement de la plante (Oosterhuis et al., 2013). La réduction de l’activité photosynthétique et enzymatique liée au faible niveau de potassium a été également rapportée (Pervez et al., 2004). Outre son rôle de régulateur de croissance, il stimule également la floraison chez le cotonnier, la maturation des organes fructifères et améliore la longueur et la résistance de la fibre produite (Girma et al., 2007 ; Pettigrew, 2008 ; Coker et al., 2009).

39Tenant compte du rôle de ces éléments, leur disponibilité dans le sol est indispensable pour la formation des organes de reproduction en grand nombre. Ainsi, ces résultats peuvent être attribués à la disponibilité des nutriments nécessaires à la croissance et au développement du cotonnier sur les parcelles fertilisées comparativement aux témoins (Fritschi et al., 2003 ; Janat, 2008 ; Sawan et al., 2008 ; Koulibaly et al., 2015 ; Sandeep et al., 2015). Ces résultats confirment ceux obtenus par Traoré et al. (2007), Koulibaly et al. (2010), Dagbénonbakin et al. (2012). En effet, ces derniers ont montré des augmentations de rendement de près de 50 % dues aux apports d’engrais minéraux au Burkina Faso et au Nord Bénin.

4.2. Effets du bore et du soufre sur la croissance et le rendement du cotonnier

40Les résultats ont montré un effet significatif du bore sur le rendement en coton graine. Ceci dénote du rôle non négligeable que joue cet élément dans la croissance, le développement et la productivité du cotonnier. En effet, le bore est universellement reconnu comme l’un des micronutriments les plus importants pour la production de coton. Il contribue au transfert des sucres et de nutriments des feuilles aux fruits. Il joue un rôle essentiel dans la formation des cellules végétales et augmente la pollinisation et le développement des graines (Görmüş, 2005). Les exportations de bore par le cotonnier sont plus élevées comparativement à d’autres cultures. Niaz et al. (2013) ont démontré que les exportations de bore étaient quatre fois supérieures à celles du blé cultivé sur le même site. La croissance et le rendement du coton sont fortement affectés par l’application du bore (Dong, 1995). En effet, la carence en bore entrave la croissance en hauteur et en biomasse sèche des plants de cotonnier en réduisant la translocation des assimilas à travers les faisceaux vasculaires des pétioles, provoquant ainsi un retard de croissance et le développement des organes reproductifs (Rosolem & Costa, 2000 ; Abid et al., 2007). La carence en bore peut également provoquer de petites déformations des feuilles et des capsules, la réduction de la longueur des branches fructifères, la faible rétention des capsules et la réduction des rendements en fibre (Görmüş, 2005). De nombreux auteurs avaient rapporté les effets positifs de l’apport du bore en termes d'amélioration du rendement des cultures sur des sols à faible teneur en bore (Chakraborti & Barman, 2003 ; Soylu & Topal, 2004 ; Chaudhry et al., 2007). Abid et al. (2007) et Niaz et al. (2013) ont observé une amélioration de la hauteur de la tige principale, du nombre de nœuds, le poids des capsules et le rendement en coton graine suite à l’application complémentaire de différentes doses de bore au NPK au Pakistan. L’application de 2 g·ha-1 de bore au NPK (150N-60P2O5-50K2O) a induit un accroissement de rendement de coton graine comparativement à l’application exclusive de NPK, attribuable à l’amélioration du poids des capsules (Abid et al., 2007). Cependant, ces auteurs ont rapporté que l’application de bore a faiblement affecté la qualité de la fibre produite (la longueur, la finesse et la résistance de la fibre).

41Par rapport au soufre, son effet n’est pas significatif. Ce résultat serait dû à la variabilité des conditions édaphique et climatique. Cependant, l’importance du soufre dans l’amélioration de la productivité des cultures a été démontrée par plusieurs auteurs. En effet, le soufre (S), quatrième nutriment après l'azote, le phosphore et le potassium, constitue une composante des protéines, de la chlorophylle, des vitamines et des enzymes et joue un rôle crucial dans la croissance et la productivité des cultures (Yu et al., 2019). Il affecte la croissance, le développement et le rendement du cotonnier. En effet, il entre dans la composition de la cystéine, un acide aminé des protéines et catalyse certains systèmes enzymatiques (Najafian & Zahedifar, 2015). Il représente également un constituant des enzymes impliqués dans le métabolisme comme les réductases des nitrates et des nitrites (Swamy et al., 2005). L’apport du soufre a significativement amélioré le rendement en coton graine ou en coton fibre (Mullins, 1998 ; Makhdum et al., 2001 ; Geng et al., 2016). En effet, Geng et al. (2016) ont rapporté une amélioration de rendement de coton fibre de 3,77 à 9,26 % par rapport au témoin suite à l’application de 60 et 120 kg·ha-1 de soufre sur un sol limono-argileux en Chine. Un effet significatif de la fertilisation à base du soufre sur le rendement en coton graine, le nombre de capsules par plant et le poids des capsules a été observé au Pakistan (Makhdum et al., 2001). Une amélioration de rendement en coton fibre de 21 % a été observée suite à l’application de 22 kg·ha-1 de soufre sur un sol sablo-argileux en Alabama (Mullins, 1998).

4.3. Effets des types de sol et de climat sur la réponse du cotonnier et l’efficience agronomique de l’azote

42La réponse du cotonnier à la fertilisation minérale a été peu sensible à la diversité des types de sol, contrairement à l’efficience agronomique de l’azote. Cependant, il a été fréquemment rapporté que les types de sol, de par leurs caractéristiques telles que la texture et la capacité d’échange cationique, la teneur initiale en azote, affectent significativement la réponse des cultures. À ce propos, Kalivas & Kollias (2001) ont observé des différences significatives de rendement en coton graine cultivé sur des Vertisols, Inceptisols et Alfisols en Grèce. La différence de niveau de productivité de ces types de sol a été attribuée à leur texture et à la teneur en carbonate dans la couche supérieure. De même, Sileshi et al. (2008), dans une méta-analyse effectuée sur la réponse du maïs sous différentes pratiques de culture des ligneux et légumineuses herbacées en Afrique subsaharienne, avaient trouvé des différences significatives de réponse entre les types de sol rencontrés. Il ressort de leur étude que les Lixisols étaient plus productifs que les Ferralsols et les Nitisols. Cependant, la tendance n’était pas claire sous les légumineuses récoltées ou non récoltées et les engrais verts. Dans la présente étude, les Ferralsols ou les sols ferralitiques ont montré une meilleure efficience agronomique selon la hiérarchie suivante : Luvisols > Lixisols > Cambisols > Gypsisols > Calcisols avec l’application combinée azote-phosphore-potassium (Tableau 11).

43Les résultats de la présente étude ont montré que les rendements en coton graine étaient élevés dans les zones à faible pluviométrie (Figure 8). En effet, lorsque les pluies sont bien réparties, les besoins en eau du cotonnier durant le cycle cultural varient de 500 à 800 mm (Devèze, 2008 ; Ouédraogo et al., 2008). Bien que le déficit en eau réduise le développement des feuilles, le nombre de sites fructifères, de bourgeons floraux, de capsules et le rendement final du cotonnier (Pettigrew, 2004 ; Zonta et al., 2016), la réduction des rendements en coton graine due aux conditions humides de six à huit semaines pendant la floraison et la maturité des capsules a été également rapportée (Baigorria et al., 2008). Selon Cetin & Basbag (2010), la persistance des pluies pendant la floraison et l’ouverture des capsules entraine la réduction de la pollinisation et la qualité de la fibre de coton d’une part, la chute des boutons floraux et des capsules, d’autre part.

4.4. Effets de la dose d’azote appliquée sur l’efficience agronomique de l’azote

44Les résultats ont montré une réduction significative de l’efficience agronomique de l’azote (AE-N) avec l’augmentation des doses d’azote appliquées. En effet, les fortes doses de fertilisants ne sont pas valorisées par le cotonnier, et cela est dû à plusieurs facteurs comme le niveau initial de l’azote résiduel du sol (Rochester et al., 2001 ; Devkota et al., 2013), les pertes par lixiviation au-delà du système racinaire des plantes (Nyamangara et al., 2003) ou par volatilisation (Lin et al., 2007), surtout dans les zones tropicales caractérisées par une forte chaleur. Devkota et al. (2013) ont montré que la teneur en azote résiduel du sol était responsable de la réduction de AE-N avec l’augmentation des doses d’azote appliquées. De plus, les fortes teneurs en azote initial du sol réduisent l’effet de la fertilisation sur le cotonnier (Rochester et al., 2001). Cela entraine le plus souvent une consommation de luxe caractérisée par un important développement végétatif au détriment des organes de reproduction. Ainsi, tout apport de fertilisant devrait tenir compte du niveau initial de nutriments dans le sol afin d’améliorer la productivité des cultures (Devkota et al., 2013). La réduction des doses d’azote appliquées a été également recommandée pour l’amélioration de l’efficience d’utilisation de l’azote et les effets bénéfiques sur le plan économique et environnemental (Yu et al., 2007).

5. Conclusions

45Cette revue avait pour objectif de faire une synthèse quantitative de la réponse du cotonnier à la fertilisation et d’en ressortir les facteurs déterminants. Les résultats indiquent une réponse positive du cotonnier aux différentes pratiques de fertilisation recensées. La combinaison de l’azote, du phosphore et du potassium a enregistré les meilleurs ratios de réponse et de l’efficience agronomique de l’azote comparativement à l’application exclusive de l’azote ou sa combinaison avec le phosphore ou le potassium. Seules les doses de nutriments appliqués ont significativement affecté la réponse du cotonnier à la fertilisation minérale. La tendance n’a pas été clairement établie entre les différents types de sol et de climat pour la différence de rendement et le ratio de réponse, contrairement à l’efficience agronomique de l’azote. Le climat de type Tropical Savanna et le sol de type Ferralsol ont montré les meilleures différences de rendement en coton graine et efficiences agronomiques de l’azote au niveau de l’application combinée de l’azote, du phosphore et du potassium.

46Cette étude recommande donc l’application combinée des éléments majeurs (N, P, K) dans des proportions équilibrées à des doses modérées, afin d’améliorer l’efficience d’utilisation des nutriments en culture cotonnière.

47Abréviations

48AE-N : Efficience agronomique de l’azote

49CV : Coefficient de variation

50D : Différence de rendement d’un traitement par rapport au témoin de l’essai

51FAO : Organisation des Nations Unies pour l’Alimentation et l’Agriculture

52K2O : Oxyde de Potassium

53OGM : Organismes Génétiquement Modifiés

54P : Pluviométrie

55P2O5 : Pentoxyde de Phosphore

56RR : Ratio de Réponse

Remerciements

57Les auteurs témoignent leur profonde gratitude à tous les auteurs dont les articles ont été exploités pour la réalisation de cette revue quantitative.

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To cite this article

Isidore Amonmidé, Pierre Bienvenu Irénikatché Akponikpè & Gustave Dieudonné Dagbénonbakin, «Réponse du cotonnier (Gossypium hirsutum L.) à la fertilisation minérale dans diverses zones agro-écologiques : revue quantitative», BASE [En ligne], Volume 25 (2021), Numéro 2, 89-108 URL : https://popups.ulg.ac.be/1780-4507/index.php?id=19016.

About: Isidore Amonmidé

Institut National des Recherches Agricoles du Bénin (INRAB). Centre de Recherches Agricoles Coton et Fibres (CRA-CF). 01 BP 175. Cotonou (République du Bénin). E-mail : amonmide2018@yahoo.com – Université de Parakou. Faculté d’Agronomie (FA). Laboratoire d’Hydraulique et de Modélisation Environnementale (HydroModE-Lab). 03 BP 351. Parakou (République du Bénin).

About: Pierre Bienvenu Irénikatché Akponikpè

Université de Parakou. Faculté d’Agronomie (FA). Laboratoire d’Hydraulique et de Modélisation Environnementale (HydroModE-Lab). 03 BP 351. Parakou (République du Bénin) – Institut des Sciences et Technologies pour l’Innovation en Afrique (ISTIA). Parakou (République du Bénin).

About: Gustave Dieudonné Dagbénonbakin

Institut National des Recherches Agricoles du Bénin (INRAB). Centre de Recherches Agricoles Coton et Fibres (CRA-CF). 01 BP 175. Cotonou (République du Bénin).