13.4 Rythmes physiologiques : Appariement de la nutrition des poissons et des plantes

La conception des aliments pour poissons est cruciale en aquaponie parce que les aliments pour poissons constituent l’apport unique ou du moins le principal apport en nutriments tant pour les animaux (macronutriments) que pour les plantes (minéraux) (figure 13.3).

L’azote est introduit dans le système aquaponique par des protéines dans les aliments pour poissons qui sont métabolisées par les poissons et excrétées sous forme d’ammoniac. L’intégration de l’aquaculture en recirculation à l’hydroponie peut réduire les rejets de nutriments indésirables dans l’environnement et générer des profits. Au cours d’une première étude économique, l’élimination du phosphore dans un système aquaponique intégré à la truite et à la laitue et au basilic s’est avérée rentable (Adler et al., 2000). L’intégration des taux d’alimentation des poissons est également primordiale pour répondre aux besoins nutritionnels des plantes. En fait, les agriculteurs ont besoin de connaître la quantité d’aliments utilisés dans l’unité aquacole pour calculer la quantité d’éléments nutritifs à compléter pour favoriser la croissance des plantes dans l’unité hydroponique. Par exemple, dans un système aquaponique tilapia-fraise, la quantité totale d’aliment nécessaire à la production d’ions (par exemple NOSub3/subsup—, /sup casubsup+/SUP, Hsub2/subposub4/subsup—/SUP et KSUP+/SUP) pour les plantes a été calculée à différentes densités de poissons, avec un meilleur résultat pour une faible densité de poissons de 2 kg de poisson/msup-3/sup pour réduire le coût de la supplémentation en solution hydroponique (Villarroel et al. 2011).

Fig. 13.3 Flux de nutriments dans un système aquaponique. Il est à noter que les aliments pour poissons, par l’intermédiaire des eaux usées du système aquacole, fournissent les minéraux nécessaires à la croissance des plantes dans le système hydroponique. Le calendrier des repas doit être conçu pour correspondre aux rythmes d’alimentation et d’excrétion chez les poissons et aux rythmes d’absorption des nutriments chez les plantes

Il est bien connu que les plantes ont des rythmes quotidiens et que la rythmicité circadienne des mouvements foliaires a été décrite pour la première fois chez les plantes par de Mairan au début du XVIIIe siècle (McClung 2006). Les rythmes circadiens des plantes contrôlent tout, depuis la floraison jusqu’à la nutrition des plantes, et donc ces rythmes doivent être pris en compte en particulier lors de l’utilisation d’un éclairage horticole artificiel. Les poissons sont également liés aux rythmes quotidiens dans la plupart des fonctions physiologiques, y compris l’alimentation et l’absorption des nutriments. Il ne devrait pas être surprenant que les poissons affichent des rythmes d’alimentation parce que la disponibilité de nourriture et la présence de prédateurs sont à peine constantes, mais limitées à un moment particulier du jour et de la nuit (López-Olmeda et Sánchez-Vázquez, 2010). Ainsi, les poissons doivent être nourris au bon moment en fonction de leur rythme d’appétit : repas programmés le jour pour les espèces de poissons diurnes, et la nuit pour les poissons nocturnes. Il est bien connu que les poissons présentent des schémas quotidiens de délamination des protéines et des déchets azotés liés à leur état nutritionnel et à leur rythme d’alimentation (Kaushik, 1980). Le temps d’alimentation affecte l’excrétion d’azote, puisque Gelineau et al. (1998) ont signalé que la production d’ammoniac et le catabolisme protéique étaient plus faibles chez les poissons nourris à l’aube (en phase avec leur rythme d’alimentation) que chez ceux nourris à minuit (hors phase). Fait intéressant, l’excrétion de l’urée montre une rythmicité circadienne qui persiste chez les poissons affamés dans des conditions constantes (Kajimura et al., 2002), révélant son origine endogène. De plus, la perméabilité à l’urée (déterminée comme teneur en urée corporelle après immersion dans une solution d’urée) a coïncidé avec l’acrophase, c’est-à-dire le pic du rythme d’excrétion journalier, ce qui indique que l’urée ne pénètre pas les cellules par simple diffusion, mais qu’il existe un contrôle circadien. Les plantes présentent également des rythmes quotidiens dans l’absorption d’azote, comme l’ont déjà décrit Pearson et Steer (1977), qui ont trouvé un schéma quotidien d’absorption de nitrate et de nitrate réductase dans les poivrons maintenus dans un environnement constant. La concentration de nitrates dans les feuilles des épinards a également augmenté pendant la nuit à mesure que le taux d’absorption des nitrates par les racines augmente à ce moment-là (Steingrover et al., 1986). En aquaponie, les données indiquent donc la nécessité de faire correspondre les rythmes d’excrétion chez les poissons et les rythmes d’absorption des nutriments chez les plantes. Afin d’optimiser le rendement et le rapport coût-efficacité des systèmes aquaponiques, les régimes alimentaires et les calendriers d’alimentation des poissons doivent être conçus avec soin pour fournir des nutriments au bon niveau et au bon moment pour compléter les poissons et les plantes.