Résumé
Le chanvre industriel a reçu l'attention nationale des producteurs après la mise en œuvre du Farm Bill américain de 2014, qui reconnaissait l'importance du chanvre en tant que culture commerciale potentielle. Le changement de statut juridique a incité la transition des superficies cultivées en rangs vers le chanvre dans de nombreux États américains, dont la Pennsylvanie. Cependant, il existe peu d’informations sur les variétés de chanvre, les pratiques agronomiques telles que la gestion des engrais et les méthodes de production dans les systèmes biologiques régénératifs. Les résultats de la recherche montrent que l'établissement d'un peuplement est essentiel, surtout dans le cas des pratiques de culture sans labour. L’utilisation de stratégies sans labour sans aucune mesure de contrôle des mauvaises herbes peut nuire à l’établissement des peuplements de chanvre. Une fertilisation azotée jusqu’à 150 kg ha-1 peut augmenter le rendement en fibres et en graines. Les cultures de couverture de légumineuses peuvent fournir suffisamment d'azote au chanvre sans fertilisation supplémentaire, comme l'indiquent des rendements similaires parmi les taux d'azote dans les traitements incluant la vesce velue et les pois d'hiver. Même si la densité du chanvre était faible dans le traitement de culture de couverture sans labour, un plus grand rendement en fibres libériennes par tige a considérablement augmenté le rendement total en fibres, le rendant comparable aux traitements de travail du sol conventionnels. Cela suggère que les cultures de couverture peuvent être considérées comme un investissement positif pour la production de chanvre. Bien que Santhica-27 ait été planté pour la production de fibres, le rendement en graines de cette variété était comparable à celui d'Earlina 8FC, un cultivar à graines. Les résultats ont montré que les deux types de chanvre sont les mieux adaptés à un système de labour conventionnel dans le nord-est des États-Unis. Une fois complètement établi, le chanvre produit une canopée épaisse impénétrable à la lumière du soleil. Cela supprime les mauvaises herbes, qui constituent un facteur majeur pour la production biologique. Nous n’avons observé l’effet du chanvre sur les mauvaises herbes que sous un travail du sol conventionnel. La création d’une surface exempte de mauvaises herbes après la récolte du chanvre est propice à la culture de petites céréales telles que le blé et l’orge. Dans l’ensemble, les cultivars de chanvre à graines et à fibres peuvent ne pas convenir à la production biologique sans labour et le rendement peut être augmenté grâce à une supplémentation en azote en l’absence de cultures de couverture.
1. Chanvre industriel
Le chanvre industriel est un type de Cannabis sativa L., désigné par l'USDA avec une concentration inférieure à 0.3 % de tétrahydrocannabinol (THC) dans n'importe quelle partie de cette plante, y compris les graines et tous ses dérivés. Ceci est différent de la marijuana médicale ou récréative, qui contient plus de 0.3 % de THC. La marijuana médicale ou récréative ne peut pas être produite avec un permis de chanvre.
Morphologiquement, c'est une culture annuelle. Il produit des fleurs mâles et femelles sur des plantes distinctes (dioïques) et peut atteindre 6 m de haut. Les tiges de chanvre sont dressées, creuses et minces. Une autre caractéristique remarquable est la structure de ses feuilles palmées. Les principaux composés chimiques tels que les terpénoïdes et les cannabinoïdes sont biosynthétisés dans l'inflorescence. La culture est sensible à la photopériode et est généralement une plante de jours courts. Le chanvre réagit bien aux niveaux élevés de CO2 et de température dans le contexte des scénarios de changement climatique actuels et constitue une culture économe en eau.
2. Histoire et utilisations
Historiquement, l'utilisation du chanvre remonte à la Chine paléolithique, où sa fibre était transformée en un fil utilisable il y a près de 50,000 16 ans. On pense qu’au XVIe siècle, elle a été introduite en Europe pour produire des graines et des fibres (USDA-ERS, 2019). Le chanvre fibreux a également été documenté au Chili en 1545. De là, il a été importé dans le nord-est des États-Unis pour être cultivé et s'est finalement répandu en Virginie (1775) et dans d'autres États tels que le Kentucky, le Missouri, le Kansas et l'Illinois entre 1840 et 1860 (USDA-ERS , 2019). Le chanvre était principalement utilisé pour fabriquer des toiles à voile pour la marine américaine.
Après que le Congrès américain a adopté la loi sur la taxe sur la marijuana en 1937, la culture du chanvre est tombée à zéro jusqu'en 1958. En outre, la loi sur les substances contrôlées de 1970 a restreint la culture de tous les types de chanvre jusqu'en 2014. Après que le Farm Bill américain de 2014 ait reconnu l'importance du chanvre comme une culture commerciale potentielle, l’industrie du chanvre a commencé à sortir du coma (Cherney et Small, 2016). La Loi sur la culture du chanvre de 2018 a légalement retiré le chanvre industriel de la catégorie des substances contrôlées de l'Annexe 1 et a autorisé sa culture à des fins commerciales. En conséquence, le nombre d’acres utilisés pour la production de chanvre est passé de zéro en 2013 à 90,000 2018 acres en 2020 (Mark et al., XNUMX).
Presque toutes les parties de la plante de chanvre sont utiles à des fins industrielles (Fig. 1). Les tiges et les graines sont considérées comme des produits commerciaux majeurs. Les tiges contiennent une couche externe d'écorce ou de phloème appelée « fibre libérienne » et un noyau ligneux interne appelé « hurd ». La fibre libérienne peut être utilisée dans les industries textiles pour la fabrication de vêtements, de chaussures, de sacs à main et de couches, ainsi que pour des applications telles que la construction, le papier, les nattes, les cordes, l'isolation et les matériaux de renforcement. Hurd est un excellent ingrédient pour le terreau, le compost, le mastic hydroponique, la litière pour animaux, le paillis, les produits absorbants, le béton de chanvre, les panneaux de fibres et a des centaines d'autres utilisations. L'huile peut être extraite des graines de chanvre pour être utilisée pour la cuisine, les produits de beauté, les lubrifiants, la peinture à l'huile, le carburant et les vernis, tandis que le noyau entier peut être utilisé pour la farine comestible, la bière, l'alimentation animale, les produits de boulangerie et les produits laitiers. Les feuilles de chanvre peuvent être utilisées pour fabriquer du compost et de la litière pour animaux. Indirectement, le chanvre fournit des services écosystémiques en ajoutant de la matière organique et en séquestrant le carbone dans le sol, en protégeant le sol de l'érosion et en préservant les ressources naturelles telles que les forêts et l'eau.
3. Pratiques sur le terrain pour le chanvre biologique
Les produits chimiques synthétiques ne sont pas autorisés en agriculture biologique. Heureusement, le chanvre nécessite moins de produits chimiques synthétiques que d’autres cultures en rangs comme le maïs et le soja. Les producteurs peuvent retirer les herbicides et autres mesures coûteuses de contrôle des mauvaises herbes de leur inventaire, car le chanvre est une culture plus douce et produit rapidement une canopée dense qui supprime les mauvaises herbes. Cela en fait un choix parfait pour la production biologique. Les principales considérations pour une production de chanvre réussie sont le choix d'un cultivar de chanvre approprié, la méthode de plantation, la gestion des engrais, la lutte antiparasitaire, la récolte, le rouissage, la transformation (facultatif), les opportunités de marché et la rotation des cultures.
4. Climat et sol
Le chanvre est adapté aux sols bien drainés avec un pH compris entre 6.0 et 7.5 (Univ. Wisc. Extension, 2020). L'humidité du sol est essentielle pour une fibre de bonne qualité, car la décortication peut être affectée par la teneur en humidité de la tige (comm. pers. Ken Meyer). Le chanvre préfère les climats doux et subtropicaux avec des températures supérieures à 45°F pour la germination et 65°F pour la croissance. Au moins 635 à 890 mm (25 à 35 po) de précipitations annuelles sont essentielles sans irrigation. Le chanvre est une culture héliophile, ce qui signifie que plus de 6 heures de soleil par jour sont essentielles (Univ. Wisc. Extension, 2020).
5. Connaître le type de croissance
Il existe des centaines de cultivars de chanvre sur le marché qui sont sélectionnés pour la production de fibres ou de graines aux États-Unis. Il est crucial de choisir le bon cultivar pour votre exploitation agricole. Cela dépend aussi de l’environnement et du niveau de fertilité de votre champ. Par exemple, le chanvre de type graine nécessite généralement moins d’azote (N) et des degrés-jours de croissance plus longs que le chanvre de type fibre. Les opportunités de marché et la disponibilité des installations de transformation doivent également être prises en compte avant la sélection des variétés.
6. Planter du chanvre
Aucun planteur n'a été développé ou n'est facilement disponible spécifiquement pour la plantation de chanvre. Une méthode courante pour planter du chanvre consiste à semer en utilisant des réglages de sorgho, car la taille des graines est similaire à celle du chanvre. De même, un semoir à la volée peut être utilisé pour l'ensemencement. Le travail du sol est la méthode conventionnelle pour préparer un champ à la plantation. Pour une germination adéquate, préparez un lit de semence fin avec des opérations de travail du sol primaires (à versoir ou à burin) et secondaires (à disques ou cultivateur rotatif). Il est recommandé de niveler la surface du sol avant le semis. Dans le Nord-Est, le chanvre peut être planté entre la mi-mai et la mi-juin pour le chanvre à fibres et du début mai au début juin pour le chanvre à graines. Le taux de semis du chanvre fibreux est normalement supérieur à celui de la variété de graines car il peut être planté de manière dense. La figure 4 montre la densité de plantation obtenue avec un taux de semis de 75 et 35 lb/acre pour les types de chanvre à fibres et à graines, respectivement. Le chanvre à graines peut nécessiter un espacement des rangs plus large pour maximiser la production de graines (> 7.5 pouces), tandis que le chanvre à fibres peut être cultivé à des espacements plus étroits.
Tableau 1. Informations sur la plantation des types de chanvre à fibres et à graines.
Le chanvre sans labour (NT) n'a pas connu de succès par rapport aux systèmes labourés (CT) à Kutztown, en Pennsylvanie (Fig. 4). La densité des peuplements de graines et de fibres était significativement inférieure dans le NT par rapport à celle du CT avec ou sans culture de couverture dans le système. Cela peut être attribué à une forte pression des mauvaises herbes et à des résidus de surface épais, impénétrables pour les plants de chanvre. Le manque de recherches supplémentaires et d’informations limitées sur la production de chanvre biologique sans labour continue de constituer un défi.
7. Gestion des engrais
Les besoins nutritionnels du chanvre dans un sol typique doivent être déterminés par une analyse de sol. Les recommandations pour le NPK peuvent être différentes pour le chanvre à graines et à fibres et dépendent de l’absorption totale d’azote par la culture. Le chanvre répond bien aux engrais supplémentaires, et la biomasse et le rendement en graines peuvent être augmentés en augmentant les doses d'azote (Fig. 5). Des recherches menées à Kutztown, en Pennsylvanie, ont montré que les cultures de couverture de légumineuses telles que la vesce velue et les pois d'hiver peuvent fournir tout l'azote requis pour le chanvre, éliminant ainsi le besoin d'une source externe de N. Sans culture de couverture, application basale de 100 et 150 kg N ha –1 pour les graines et les fibres de chanvre, respectivement, était optimal pour la croissance et la production de biomasse (Fig. 6). Le P et K peuvent être appliqués à raison de 30-40 et 20-30 kg ha-1 pour une nutrition équilibrée. La farine de sang (13:1:0.6 NPK) et le compost (2:0.5-1:2 NPK) sont d'excellents engrais organiques. La fertilisation pourrait ne pas être efficace pour le chanvre sans labour, car les variétés à graines et à fibres n'ont pas répondu à l'application d'azote (Fig. 6). Cela était principalement dû à la faible densité des peuplements (section 6). Les mauvaises herbes peuvent bénéficier de l’application d’azote si elles sont dominantes.
8. Gestion des mauvaises herbes
Les mauvaises herbes constituent une préoccupation majeure pour les producteurs biologiques. La gestion des mauvaises herbes pendant les premiers stades de croissance des cultures est extrêmement difficile pour les producteurs de culture sans labour. La biomasse du chanvre, y compris les tiges et les graines, peut diminuer avec l'augmentation de la pression des mauvaises herbes (Fig. 7a). À l’inverse, le chanvre peut être utilisé comme culture plus lisse, car il peut réduire considérablement la biomasse des mauvaises herbes, en particulier des mauvaises herbes à feuilles larges (Fig. 7b). Une biomasse de chanvre de 4 Mg ha-1 ou plus peut supprimer efficacement les mauvaises herbes, comme on le voit dans les conditions de labour, alors que les mauvaises herbes peuvent être problématiques si le rendement de la biomasse de chanvre n'atteint pas ce niveau. Dans le traitement de labour conventionnel, quels que soient les niveaux de fertilisation azotée, la quantité de biomasse de mauvaises herbes était significativement inférieure à celle du traitement sans labour (Fig. 8). Cela suggère que le travail du sol est important pour l’établissement du chanvre (section 6) et la suppression ultérieure des mauvaises herbes. Étant donné son potentiel élevé de suppression des mauvaises herbes, l’inclusion du chanvre dans une rotation des cultures peut épuiser les réserves de graines de mauvaises herbes dans le sol. Les cultures de petites céréales telles que le blé, l’avoine, l’orge, le sarrasin et le triticale peuvent bénéficier d’une banque de semences à faible teneur en mauvaises herbes dans une rotation de cultures avec du chanvre.
Gestion des insectes nuisibles
Les insectes et acariens nuisibles peuvent avoir un impact considérable sur le rendement et la qualité du chanvre industriel dans différents types d’agroécosystèmes. La pyrale du maïs (Ostrinia nubilalis), le ver de l'épi du maïs (Helicoverpa zea), la pyrale du chanvre (Grapholita delineana), les thrips, les pucerons du cannabis (Phorodon cannabis), les sauterelles, les scarabées japonais (Popillia japonica), les cicadelles (p. ex. Graphocephala versuta et Agallia constricta), les punaises ternes (Lygus lineolaris), les punaises à épaulettes rouges (Thyanta custator), les acariens roux du chanvre (Aculops cannabicola) et les tétranyques (Tetranychus spp.) sont les ravageurs du chanvre les plus dommageables aux États-Unis (Cranshaw et al., 2019). Les insectes nuisibles limitent la productivité des champs de chanvre en se nourrissant de tiges et de feuilles et en transmettant des maladies microbiennes. Étant donné qu’aucun pesticide enregistré n’est autorisé dans le chanvre, à mesure que la production de chanvre se développe, il est probable que les producteurs auront besoin d’informations sur les méthodes de lutte intégrée (IPM) les plus efficaces qui combinent des stratégies culturelles, mécaniques, chimiques et biologiques.
L'amélioration de l'agrobiodiversité pour soutenir la population d'insectes utiles et de prédateurs naturels, ainsi que l'utilisation de cultures pièges, sont quelques exemples de techniques de lutte intégrée. Le chanvre lui-même abrite un large groupe d’espèces ennemies naturelles. La culture intercalaire du chanvre avec d’autres grandes cultures peut également favoriser la population d’ennemis naturels. La rotation des cultures et l’utilisation d’une densité de plantation et de doses d’engrais appropriées sont des stratégies culturelles qui améliorent la tolérance et la résistance des plantes aux ravageurs. La gestion des mauvaises herbes est essentielle car elles abritent des insectes nuisibles et des maladies. Les agents de lutte biologique et les biopesticides homologués pour être appliqués en agriculture biologique peuvent être utilisés pour lutter contre les insectes nuisibles.
Récolte et manutention post-récolte
Il faut généralement 50 à 70 jours pour que le chanvre à fibres soit prêt à être récolté en tiges, et un peu plus de 90 jours pour que le chanvre à graines mûrisse, mais ce nombre dépend également de la teneur en humidité du sol et de la température pendant la saison de croissance. La sécheresse peut déclencher une maturité précoce et faire passer les plantes de chanvre du stade végétatif au stade reproducteur. Pour la production de fibres, les plantes doivent être récoltées au plus tard au début du stade de production des graines. Assurez-vous que la plante ne subit pas de stress hydrique au moment de la récolte pour faciliter le rouissage. Les faucheuses à barre de coupe à deux ou trois niveaux sont efficaces pour couper des tiges épaisses et hautes et permettent le rouissage des champs. Pour la production de semences, les épis doivent être récoltés lorsque plus de 70 pour cent des graines sont mûres et commencent à se briser. La teneur en humidité des grains au moment de la récolte devrait être d'environ 18 à 25 pour cent. La plantation de variétés de petite taille permet d'utiliser efficacement une moissonneuse-batteuse pour la récolte des céréales. Les variétés plus hautes peuvent créer des problèmes car leurs tiges peuvent être enveloppées dans la faucheuse. Une récolte retardée peut augmenter l'éclatement, entraînant une perte de rendement et l'émergence de plants spontanés de chanvre à l'automne. Les graines récoltées doivent être déshydratées à 15 pour cent ou moins pour le stockage.
Le rouissage est un processus microbien qui rompt les liaisons chimiques entre la fibre libérienne (écorce entière) et le dur (noyau ligneux) et permet l'extraction des fibres. Le rouissage à la rosée ou au champ est un moyen peu coûteux et facile de rouir les tiges de chanvre. Après une tonte avec une faucheuse à barre de coupe, le rouissage des champs en milieu ouvert peut prendre jusqu'à cinq semaines. Laisser du chaume de chanvre de 6 pouces de hauteur aide à maintenir un espace d'air entre la surface du sol et l'andain pour empêcher le développement de champignons et faciliter le séchage. Il est conseillé de ratisser les andains plusieurs fois pour éliminer les feuilles. Une fois que le chanvre est prêt à être collecté, il peut être emballé en balles carrées ou rondes et transporté vers une installation de transformation. Au cours d'un processus appelé « teillage » ou « décortication », les tiges de chanvre correctement rouies sont passées entre des rouleaux cannelés, qui brisent la motte en morceaux et la séparent de la fibre. Il existe plusieurs installations de décortication à travers le pays avec une capacité de traitement de plus de 1 MT h–1.
Rendement
Nous avons trouvé des tiges de chanvre à fibres plus épaisses avec plus de fibres et de fibres dans le traitement de culture de couverture sans labour (NTCC) que dans n'importe quel traitement de labour conventionnel (labour conventionnel, culture de couverture, CTCC ; labour conventionnel, culture de couverture sans travail, CTNC) et la jachère sans labour (NTNC) (Fig. 9a). La plus grande productivité des plantes au NTCC a augmenté le rendement en fibres libériennes et en durs, ce qui les rend comparables aux traitements CT (Fig. 9b). Le rendement en fibres libériennes était de 2.1 MT ha-1 en labour conventionnel et de 0.86 MT ha-1 en système sans labour. Les taux d'application d'azote ont affecté le rendement en fibres libériennes et en durs sous CTNC, mais n'ont pas affecté le rendement sous les systèmes sans labour et basés sur des cultures de couverture (Fig. 10). Dans le cadre du système CTNC, le rendement en mottes et en fibres peut être maximisé avec 150 kg M ha–1. Cependant, la variabilité du rendement était considérablement plus élevée que pour des taux d'application plus faibles (Fig. 10).
Bien que Santhica-27 soit connu pour sa production de fibres, le rendement en graines de cette variété était comparable à celui d'un cultivar typique de type graine (Earlina 8FC) (Fig. 11a). Le travail du sol a eu un impact sur le rendement en graines, avec un rendement plus élevé avec les systèmes de labour conventionnel (724 kg ha-1), par rapport au sans labour (394 kg ha-1). Une densité de plantation plus faible et une pression élevée des mauvaises herbes ont eu un impact sur le rendement en graines dans les traitements sans labour. L'augmentation des taux d'application d'azote a entraîné une augmentation du rendement en grains (Fig. 12), en particulier dans la région CTNC. La réponse de Santhica-27 à l'application de N était supérieure à celle d'Earlina 8FC, tandis que le travail sans labour favorisait principalement Earlina 8FC dans la production de céréales (Fig. 12).
Opportunités de marché et économie
Il existe des centaines d’utilisations potentielles des fibres libériennes et des graines de chanvre. En 2021, la National Hemp Association (NHA) a publié un rapport sur l'impact économique de l'industrie du chanvre aux États-Unis. Le rapport prévoyait un impact de 32 milliards de dollars pour le chanvre industriel d'ici 2030.
En mai 2023, les producteurs étaient payés jusqu'à 300 $ US par tonne pour les fibres brutes de chanvre et jusqu'à 11 $ US par livre pour les graines biologiques transformées. Bien que le prix des semences comporte une prime biologique, il n’y a pas de prime pour le chanvre à fibres biologiques. La NHA fait continuellement pression pour une réglementation du marché et des prix plus élevés pour le chanvre biologique afin que la fluidité des prix et des politiques puisse être réduite aux niveaux fédéral et étatique. Sur la base des données économiques combinées rapportées par Penn State Extension et les associations de producteurs, la fourchette des rendements par rapport au coût total se situe entre 74 et 1220 1 $ US acre-550 pour le chanvre fibreux et environ 1 $ US acre-100 pour le chanvre de graine. Ces calculs étaient basés sur XNUMX acres d'exploitation.
Malgré le potentiel du chanvre en tant que culture de rente lucrative, il est encore difficile de trouver un canal de vente avant la production et des informations concrètes sur les prix du marché. Cela est principalement dû à des batailles juridiques de longue date et à des politiques gouvernementales défavorables (voir section 2) qui ont rendu cette culture illégale, ce qui a perturbé la chaîne de l'offre et de la demande. Ainsi, les producteurs doivent tenir compte des opportunités du marché local, des lois, du coût du transport et des intrants, ainsi que des facteurs agronomiques avant de commencer la production de chanvre.
Accusé de réception
Cette recherche a été soutenue par les Pennsylvania Conservation Innovation Grants du Natural Research Conservation Service du Département de l’Agriculture des États-Unis (USDA). Nous tenons à remercier le personnel technique et scientifique du Rodale Institute, pour avoir fourni des installations de recherche et un soutien tout au long de l’expérimentation.
