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lundi, mai 24, 2021

Facteurs influencés par l’augmentation des densités de peuplement dans le maïs

A rotary hoe in a field.

Les progrès de la génétique, combinés à l’évolution des pratiques agronomiques, ont permis d’augmenter considérablement les rendements du maïs au cours du dernier siècle. Aujourd’hui, le rendement moyen du maïs en Amérique du Nord est de 10,8 t.m./ha, soit plus de cinq fois celui obtenu dans les années 1930, qui était d’environ 1,9 t.m./ha1,2,3. La sélection en faveur de produits de maïs capables de produire plus de rendement dans des conditions de densité de semis supérieure a donné naissance à des produits de maïs bien adaptés aux peuplements plus denses grâce à une tolérance accrue au surpeuplement4. Ces gains de rendement ont été attribués principalement à l’augmentation de la densité de peuplement plutôt qu’à l’augmentation du rendement par plant. Par conséquent, les densités de peuplement optimales ont considérablement augmenté au cours des dernières années. Les producteurs de maïs peuvent maximiser la densité de peuplement en faveur du rendement et du profit non seulement par la sélection des produits mais aussi par une meilleure connaissance des effets de la densité de peuplement sur le potentiel de rendement.

Modifications aux composantes du rendement

Les composantes du rendement du maïs, notamment le nombre d’épis par hectare, le nombre de rangées de grains par épi, le nombre de grains par rangée et la taille des grains, ont un impact direct sur le rendement. Toutes sont influencées par le milieu de production, la génétique et les pratiques agronomiques. Il a été démontré que les pratiques agronomiques qui intègrent des densités de semis plus élevées augmentent le potentiel de rendement (tableau 1). Ces gains de rendement sont attribués à la capacité des plants de maïs à maintenir un indice de récolte élevé dans des conditions de forte densité de peuplement1,5. L’indice de récolte est le rapport du rendement en grain à la biomasse totale du plant. Un indice de récolte élevé signifie qu’une plus grande partie des ressources utilisées par le plant a été allouée aux grains plutôt qu’à la biomasse globale du plant, ce qui se traduit par une augmentation du rendement en grain6. Les sélectionneurs choisissent des produits de maïs capables d’affecter la matière sèche à l’épi et d’améliorer la photosynthèse pendant le remplissage du grain.

Tableau 1. Rendement moyen des produits de maïs (kgs/ha), selon la densité de peuplement croissante, par décennie.

Rendement moyen des produits de maïs (kgs/ha), selon la densité de peuplement croissante, par décennie

Les stress environnementaux peuvent avoir des effets néfastes sur les végétaux, par exemple, provoquer une augmentation du nombre de plants stériles ou des problèmes de tenue causant de la verse et plus des difficultés à la récolte7. Toutefois, les produits de maïs modernes, contrairement au plus anciens, ont été sélectionnés pour tolérer des peuplements plus denses et produire des rendements constamment plus élevés tout en étant moins sujets à la verse malgré les densités de peuplement supérieures8.

Dans une étude réalisée au Canada sur plusieurs années pour évaluer l’effet de la densité de peuplement sur le rendement, on a montré que les peuplements optimaux finaux permettant de maximiser le rendement se situaient autour de 97 500 plants à l’hectare (tableau 2). De plus, on a constaté une détérioration des valeurs de verdeur tardive, de verse et d’intégrité de l’épi avec l’augmentation de la densité de peuplement, tandis que les résultats de poids spécifique et de taux d’humidité à la récolte sont demeurés relativement constants.

Tableau 2. Étude sur les peuplements de maïs-grain, 2011-2019*.

Étude sur les peuplements de maïs-grain

Les résultats de la même étude ont démontré la relation entre la densité de peuplement finale, le rendement et la verse. Au-delà d’environ 105 000 plants à l’hectare, on observe une corrélation entre l’augmentation de la verse et la diminution du rendement (figure 1).

Figure 1. Moyenne du rendement et de la verse par peuplement final, 2011- 2020.

Moyenne du rendement et de la verse par peuplement final

Source: Bayer Canada, Crop Science, Développement des marchés, 2011-2019.

Dans les zones arides de l’Ouest canadien, où les rendements sont généralement plus faibles, les rendements moyens n’ont pas augmenté au-delà de 75 000 plants à l’hectare (figure 2). Les recommandations de peuplement sont nettement inférieures dans ce climat aride que dans les terres irriguées où les recommandations approchent les 100 000 plants par hectare pour optimiser le rendement. Dans les milieux arides (à faible rendement) où la concurrence pour les ressources est plus forte, la courbe de rendement est essentiellement plate. En comparaison, dans les milieux irrigués (à haut rendement), la courbe de réponse est beaucoup plus prononcée, une indication que les rendements moyens augmentent avec les densités de peuplement.

Figure 2. Rendement moyen et par peuplement final en milieux irrigués et arides.

Rendement moyen et par peuplement final en milieux irrigués et arides

Source: Bayer Canada, Crop Science, Développement des marchés.

Afin de pouvoir fournir des recommandations de peuplement spécifiques à chaque produit, Bayer a utilisé une technologie innovante, le semoir Genotype by Environment Narrative (GEN), pour aider à comprendre et à caractériser la performance des produits de maïs par rapport au peuplement et à l’environnement. Cet outil mis au point à l’interne offre aux équipes techniques sur le terrain la possibilité de semer simultanément plusieurs produits de maïs à différents taux de semis dans un champ. Ces capacités uniques de semis génèrent plus de 100 000 observations de rendement détaillées chaque saison dans diverses conditions de croissance. Ce programme fournit des données à nos experts en agronomie qui leur permettent d’optimiser la performance des produits et les recommandations dans toutes les régions productrices de maïs aux États-Unis.

Les avantages de la flexibilité de l’épi

Le phénomène de flexibilité de l’épi est la faculté qu’a un produit de maïs à épi indéterminé (flex), semi-déterminé (semi-flex) et à détermination limitée à moduler le développement du grain dans diverses conditions. La densité de peuplement influence la plasticité de l’épi. Les produits de maïs présentant un degré plus élevé de plasticité de l’épi peuvent accroître la taille de l’épi dans les situations de densité de peuplement plus faible (figure 3). Les produits de maïs à épi déterminé (fixes) produisent généralement des rendements plus élevés en peuplements denses. La comparaison de produits à épi indéterminé et de produits à épi déterminé donne des résultats contrastés quant aux composantes du rendement. Par exemple, un maïs à épi indéterminé peut produire un plus grand nombre de grains par unité de surface, alors qu’un maïs à épi déterminé peut produire des grains individuels plus lourds dans des conditions similaires9. La connaissance de la plasticité des produits peut influencer les décisions qui concernent la densité de peuplement10.

Kernel development can be managed with corn products

Figure 3. Utiliser des produits présentant un degré supérieur de plasticité de l’épi permet d’intervenir sur le développement des grains. Crédit photo : Josh Roberson, représentant commercial, Bayer Crop Science.

Pour obtenir de plus amples renseignements sur certains produits de maïs et la plasticité de l’épi (flex), consultez votre Guide de semences DEKALBMD. Pour des recommandations, contactez votre agronome.

Augmentation de la photosynthèse

Des peuplements de près de 112 500 plants par hectare pourraient être nécessaires pour atteindre régulièrement les objectifs de rendement de l’avenir, soit 18 t.m./ha9. La photosynthèse est un des mécanismes végétaux qui demeurent dans la mire des améliorateurs pour éventuellement augmenter le rendement des cultures1,11,12. Présentement, on tente d’améliorer la photosynthèse en intervenant sur l’angle des feuilles pour maximiser la capture de la lumière du soleil et sur les caractéristiques de verdeur tardive pour prolonger la durée de la photosynthèse pendant le remplissage du grain. Les feuilles inclinées à 75 % par rapport à l’horizontale reçoivent suffisamment de lumière solaire pour saturer la photosynthèse, tandis que la lumière directe restante pénètre dans les feuilles inférieures des plants11. Il est prouvé que cette inclinaison des feuilles vers le haut a été introduite dans les produits de maïs modernes par la mutation d’une protéine de liaison à l’auxine13. La distribution et la sensibilité de l’auxine sont influencées par les variations du rapport R/RL (lumière rouge / lumière rouge lointain). Les plantes sont capables de détecter leurs voisines par les variations du rapport R/RL dans la canopée. La diminution de l’espace entre les plants peut entraîner la production de plants élancés, la diminution des ramifications et une redistribution des feuilles vers la partie supérieure de la canopée afin de limiter les feuilles inférieures, à l’ombre.

Retarder la sénescence des feuilles, une caractéristique appelée verdeur tardive, permet aux plants de maïs de poursuivre la photosynthèse pendant le remplissage du grain. En permettant aux plants de continuer à convertir la lumière du soleil en énergie, la photosynthèse contribue à augmenter le poids du grain. Toutefois, ce phénomène pourrait ne contribuer que peut à l’augmentation du poids du grain, car les produits de maïs plus tolérants aux maladies peuvent conserver des feuilles en santé et poursuivre la photosynthèse jusqu’à la fin du stade de remplissage du grain6.

Amélioration de la tolérance à la sécheresse et de l’utilisation de l’azote

Les plantes sélectionnées par les améliorateurs pour leur performance dans les peuplements plus denses l’ont également été pour une meilleure résistance à la sécheresse. Les produits de maïs tolérants à la sécheresse contiennent de multiples gènes qui influencent leur aptitude à supporter des périodes de sécheresse. L’aptitude à tolérer la sécheresse est une mesure quantitative dont le degré d’expression est contrôlé par de multiples gènes aux effets différents et est influencé par l’environnement. La sélection des produits de maïs pour incorporer les multiples gènes de la tolérance à la sécheresse leur permet de supporter des stress environnementaux comme la sécheresse sans subir de pertes de rendement.

Les produits de maïs améliorés qui peuvent être semés à des taux plus élevés ont également été sélectionnés pour l’utilisation plus efficace de l’azote (N). Une étude sur l’utilisation et l’efficacité du N dans les produits de maïs de quatre décennies (années 1970, 1980, 1990 et 2000) a montré que les produits de maïs modernes peuvent utiliser le N plus efficacement6. Lorsque semés dans un milieu pauvre en azote (environ 70 kg/ha), les produits de maïs commercialisés au début des années 1970 et 2000 présentaient des taux d’infertilité de 17 et 5,8 %, respectivement6. Les produits de maïs plus récents étaient capables de distribuer plus efficacement le carbone et l’azote dans la tige et l’épi, même sans fertilisation et même si le N était limité. On pense que la sélection des produits de maïs a conduit à des plantes dotées de caractéristiques permettant d’améliorer les voies métaboliques vers l’épi. Les plants de maïs cultivés en densité élevée produisent généralement des systèmes racinaires plus petits susceptibles de limiter la capacité des plantes à atteindre les nutriments. Cependant, les produits de maïs améliorés peuvent absorber efficacement le N et le distribuer aux épis en développement.

Résumé

L’architecture et les processus métaboliques des plants de maïs ont été modifiés au fil du temps, ce qui a mené à une amélioration de l’indice de récolte et à une augmentation du potentiel de rendement des produits de maïs. Ce gain de rendement peut être attribué à l’amélioration génétique issue de la sélection végétale dirigée ainsi qu’à l’évolution des pratiques agronomiques. Les modifications génétiques en faveur de l’absorption et de l’utilisation efficace du N, l’augmentation de la photosynthèse ainsi que les améliorations apportées à l’indice de récolte et à l’architecture du couvert végétal sont les éléments clés qui ont permis d’augmenter la densité des peuplements et les rendements des produits de maïs.

Sources

1 Duvick, D.N. 2005. The contribution of breeding to yield advances in maize (Zea Mays. L.). Advances in Agronomy vol 86:83-145.

2Moussavi, M., Babaeian, M., Tavassoli, A., and Asgharzade, A. 2011. Effect of plant density on yield and yield components of corn hybrids (Zea Mays). Scientific Research and Essays vol 6:4821-4825

3United States Department of Agriculture. National Agriculture Statistics Service. 2021. Corn: yield by year, US. https://www.nass.usda.gov/Charts_and_Maps/Field_Crops/cornyld.php

4Sangoi, L. 2001. Understanding plant density effects on maize growth and development: an important issue to maximize grain yield. Cienc. Rural vol 31:159-168https://doi.org/10.1590/S0103-84782001000100027

5Tollenaar, M. 1989. Genetic improvement in grain yield of commercial maize hybrids grown in Ontario from 1959 to 1988. Crop Science vol 29:1365-1371. https://doi.org/10.2135/cropsci1989.0011183X002900060007x

6Haegele, J.W., Cook, K.A., Nichols, D.M., and Below, F.E. 2013. Changes in nitrogen use traits associated with genetic improvement for grain yield of maize hybrids released in different decades. Crop Science vol 53:1256-1268. https://doi.org/10.2135/cropsci2012.07.0429

7Tang, L., Ma, W., Ali Noor, M., Li, L., Hou, H., Zhang, X., and Zhao, M. 2018. Density resistance evaluation of maize varieties through new “density-yield model” and quantification of varietal response to gradual planting density pressure. Scientific Reports vol 8. 17281.https://doi.org/10.1038/s41598-018-35275-w

8Watters, H. 2011. Evaluation of plant populations across 150 years of corn genetics. Ohio State University. http://agcrops.osu.edu.

9Haegele, J.W., Becker, R.J., Henninger, A.S., and Below, F.E. 2014. Row arrangement, phosphorus fertility, and hybrid contributions to managing increased plant density of maize. Agronomy Journal vol 106:1838-1846.https://doi.org/10.2134/agronj2013.0382

10Fromme, D.D., Spivey, T.A., Grichar, W.J. 2019. Agronomic response of corn (Zea mays L.) hybrids to plant populations. International Journal of Agronomy vol 2019:1-8.https://www.hindawi.com/journals/ija/2019/3589768/

11Long, S.P., Zhu, X-G., Naidu, S.L., and Ort, D.R. 2006. Can improvement in photosynthesis increase crop yields? Plant, Cell & Environment vol 29:315-330. https://doi.org/10.1111/j.1365-3040.2005.01493.x

12Ren, B., Liu, W., Zhang, J., Dong, S., Liu, P, and Zhao, B. 2017. Effects of plant density on the photosynthetic and chloroplast characteristics of maize under high-yielding conditions. Naturwissenschaften vol 104:12https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28246890/

13Fellner, M., Ford, E.D., and Van Volkenburgh, E.V. 2006. Development of erect leaves in a modern maize hybrid is associated with reduced responsiveness to auxin and light of young seedlings in vitro. Plant Signal Behavior vol 1:201-11. https://doi.org/10.4161/psb.1.4.3106

 

Énoncés légaux

La performance peut varier d’un endroit à l’autre et d’une année à l’autre, compte tenu des variations locales dans les conditions de croissance, de sol et de climat. Si possible, les producteurs devraient évaluer les résultats de plusieurs sites et années et devraient tenir compte des conséquences de ces conditions sur leurs champs.

 

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