4.4.1 Mécanismes d’absorption

Parmi les principaux mécanismes impliqués dans l’alimentation des plantes, le plus important est l’absorption qui, pour la majorité des nutriments, se fait sous forme ionique suite à l’hydrolyse des sels dissous dans la solution nutritive.

Les racines actives sont l’organe principal de la plante impliqué dans l’absorption des nutriments. Les anions et les cations sont absorbés par la solution nutritive et, une fois à l’intérieur de la plante, ils provoquent la sortie des protons (HSUP+/SUP) ou des hydroxyles (OHSUP-/SUP), ce qui maintient l’équilibre entre les charges électriques (Haynes 1990). Ce procédé, tout en maintenant l’équilibre ionique, peut provoquer des changements dans le pH de la solution par rapport à la quantité et à la qualité des nutriments absorbés (figure 4.6).

Les implications pratiques de ce procédé pour l’horticulteur sont doubles : fournir une capacité tampon adéquate à la solution nutritive (en ajoutant des bicarbonates si nécessaire) et induire de légers changements de pH avec le choix de l’engrais. L’effet des engrais sur le pH est lié aux différentes formes chimiques des composés utilisés.

Fig. 4.6 Absorption ionique par le système racinaire d’une plante

Dans le cas de N, par exemple, la forme la plus couramment utilisée est l’azote nitrique (NOSub3/Subsup-/SUP), mais lorsque le pH doit être abaissé, l’azote peut être fourni sous forme d’azote ammonium (NHsub4/Subsup+/SUP). Cette forme, lorsqu’elle est absorbée, induit la libération de HSUP+/SUP et, par conséquent, une acidification du milieu.

Les conditions climatiques, en particulier la température de l’air et du substrat et l’humidité relative, exercent une influence majeure sur l’absorption des nutriments (Pregitzer et King 2005 ; Masclaux-Daubresse et al. 2010 ; Marschner 2012 ; Cortella et al. 2014). En général, la meilleure croissance se produit là où il y a peu de différences entre le substrat et la température de l’air. Cependant, des niveaux de température élevés persistants dans le système racinaire ont un effet négatif. Des températures sous-optimales réduisent l’absorption de N (Dong et al., 2001). Alors que le NHsub4/Subsup+/SUP est utilisé efficacement à des températures optimales, à basse température, l’oxydation bactérienne est réduite, provoquant une accumulation à l’intérieur de la plante qui peut produire des symptômes de toxicité et endommager le système racinaire et la biomasse aérienne. Les basses températures au niveau des racines inhibent également l’assimilation de K et P, ainsi que la translocation de P. Bien que l’information disponible sur l’effet des basses températures sur l’absorption des micronutriments soit moins claire, il semble que l’absorption du Mn, du Zn, du Cu et du Mo soit la plus touchée (Tindall et al., 1990 ; Fageria et al., 2002).

4.4.2 Les nutriments essentiels, leur rôle et les antagonismes possibles

La gestion appropriée de la nutrition végétale doit reposer sur des aspects fondamentaux qui sont influencés par l’absorption et l’utilisation de macro-nutriments et de micro-nutriments (Sonneveld et Voogt, 2009). Les macro-nutriments sont nécessaires en quantités relativement importantes, tandis que les micronutriments ou oligo-éléments sont nécessaires en petites quantités. En outre, la disponibilité de nutriments pour la plante dans le cas des systèmes sans sol présente des phénomènes plus ou moins cohérents de synergie et d’antagonisme (fig. 4.7).

_Azote (N) _ L’azote est absorbé par les plantes pour produire des acides aminés, des protéines, des enzymes et de la chlorophylle. Les formes d’azote les plus utilisées pour la fertilisation des plantes sont le nitrate et l’ammonium. Les nitrates sont rapidement absorbés par les racines, sont très mobiles à l’intérieur des plantes et peuvent être stockés sans effets toxiques. L’ammonium ne peut être absorbé par les plantes qu’en faibles quantités et ne peut pas être stocké en grandes quantités parce qu’il exerce des effets toxiques. Des quantités supérieures à 10 mg de LSUP-1/SUP inhibent l’absorption de calcium et de cuivre chez les plantes, augmentent la croissance des pousses par rapport à la croissance des racines et donnent une forte couleur verte des feuilles. D’autres excès de concentration d’ammoniac entraînent des effets phytotoxiques tels que la chlorose le long des marges des feuilles. L’excès d’azote provoque une croissance végétative élevée, une augmentation de la longueur du cycle de culture, une forte couleur verte des feuilles, une faible teneur en fruits, une forte teneur en eau dans les tissus, une faible lignification tissulaire et une forte accumulation de nitrates tissulaires. Généralement, la carence en azote se caractérise par une couleur vert pâle des feuilles plus âgées (chlorose), une croissance réduite et une progression de la sénescence.

Fig. 4.7 Synergies nutritives et antagonismes entre les ions. Les ions connectés présentent une relation synergique ou antagoniste selon la direction de la flèche

_Potassium (K) _ Le potassium est fondamental pour la division et l’extension des cellules, la synthèse des protéines, l’activation enzymatique et la photosynthèse et agit également comme un transporteur d’autres éléments et glucides à travers la membrane cellulaire. Il joue un rôle important dans le maintien du potentiel osmotique de la cellule en équilibre et la régulation de l’ouverture stomatale. Les premiers signes de carence se manifestent sous la forme de taches jaunâtres qui nécrotisent très rapidement sur les marges des feuilles plus âgées. Les plantes déficientes en potassium sont plus sensibles aux chutes soudaines de température, au stress hydrique et aux attaques fongiques (Wang et al., 2013).

_Phosphore (P) _ Le phosphore stimule le développement des racines, la croissance rapide des bourgeons et la quantité de fleurs. P est absorbé très facilement et peut être accumulé sans endommager la plante. Son rôle fondamental est lié à la formation de composés à haute énergie (ATP) nécessaires au métabolisme des plantes. Les quantités moyennes demandées par les plantes sont plutôt modestes (10 à 15 % des besoins en N et K) (Le Bot et al., 1998). Cependant, contrairement à ce qui se produit dans le sol, le P est facilement lixiviable dans les cultures sans sol. L’absorption du P semble être réduite par les basses températures du substrat ( \ 13 ˚C) ou par l’augmentation du pH ( \ 6.5), ce qui peut entraîner des symptômes de carence (Vance et al., 2003). Dans ces conditions, une augmentation de la température et/ou une réduction du pH sont plus efficaces que d’autres modifications d’engrais phosphore. L’excès de P peut réduire ou bloquer l’absorption de certains autres nutriments (p. ex. K, Cu, Fe) (figure 4.7). La carence en phosphore se manifeste par une couleur vert-violet des feuilles plus âgées, qui peut suivre la chlorose et la nécrose en plus du retard de croissance de l’apex végétatif. Cependant, ces symptômes ne sont pas spécifiques et rendent difficile l’identification des carences en P (Uchida, 2000).

_Calcium (Ca) _ Le calcium est impliqué dans la formation de la paroi cellulaire, la perméabilité de la membrane, la division et l’extension cellulaires. Une bonne disponibilité donne à la plante une plus grande résistance aux attaques fongiques et aux infections bactériennes (Liu et al., 2014). L’absorption est très étroitement liée au débit d’eau entre les racines et les parties aériennes. Son mouvement se fait à travers le xylème et est donc particulièrement influencé par les basses températures au niveau des racines, par la réduction de l’approvisionnement en eau (sécheresse ou salinité de la solution) ou par l’humidité relative excessive de l’air. Comme le Ca n’est pas mobile à l’intérieur de l’usine, les carences proviennent des pièces les plus récemment formées (Adams, 1991 ; Adams et Ho, 1992 ; Ho et al., 1993). Les principaux symptômes sont le retard de croissance des plantes, la déformation des marges des feuilles plus jeunes, la coloration vert clair ou parfois chlorotique de nouveaux tissus et un système racinaire raboutré sans racines fines. Les carences sont présentées de différentes manières, par exemple la pourriture apicale dans la tomate et/ou le brunissement marginal des feuilles dans la laitue.

_Magnésium (Mg) _ Le magnésium est impliqué dans la constitution des molécules de chlorophylle. Il est immobilisé à des valeurs de pH inférieures à 5,5 et entre en compétition avec l’absorption du K et du Ca (figure 4.7). Les symptômes de carence sont le jaunissement entre les veines foliaires et la chlorose interne des feuilles basales. Comme le Mg peut être facilement mobilisé, les plantes déficientes en magnésium décomposent d’abord la chlorophylle dans les feuilles plus anciennes et transportent le Mg vers les feuilles plus jeunes. Par conséquent, le premier signe de carence en magnésium est la chlorose interveineuse chez les feuilles plus âgées, contrairement à la carence en fer où la chlorose interveineuse apparaît pour la première fois chez les feuilles les plus jeunes (Sonneveld et Voogt, 2009).

_Soufre (S) _ Le soufre est requis par l’usine en quantités comparables à celles du phosphore, et pour optimiser son absorption, il doit être présent dans un rapport de 1:10 avec l’azote (McCutchan et al., 2003). Il est absorbé sous forme de sulfate. Les carences ne sont pas facilement détectées, car les symptômes peuvent être confondus avec ceux de la carence en azote, sauf que la carence en azote commence à se manifester à partir des feuilles plus anciennes, tandis que celle du soufre des plus jeunes (Schnug et Haneklaus 2005). La nutrition S joue un rôle important dans l’amélioration des dommages causés par la carence en Fe dans les appareils photosynthétiques (Muneer et al., 2014).

_Fer (Fe) _ Le fer est l’un des micro-nutriments les plus importants car il est essentiel dans de nombreux processus biologiques tels que la photosynthèse (Briat et al. 2015 ; Heuvelink et Kierkels 2016). Pour améliorer son absorption, le pH de la solution nutritive devrait être d’environ 5,5—6,0, et la teneur en Mn ne devrait pas être trop élevée parce que les deux éléments entrent ensuite en compétition (figure 4.7). Le rapport optimal de Fe— Mn est d’environ 2:1 pour la plupart des cultures (Sonneveld et Voogt, 2009). À basse température, l’efficacité d’assimilation est réduite. Les symptômes de carence sont caractérisés par une chlorose interveineuse des jeunes feuilles vers les plus anciennes basales et par une croissance réduite du système racinaire. Les symptômes de carence ne sont pas toujours dus à la faible présence de Fe dans la solution nutritive, mais souvent ils sont dus à l’indisponibilité de Fe pour la plante. L’utilisation d’agents chélatants garantit une disponibilité constante de Fe pour la plante.

_Chlorine (Cl) _ Le chlore a été récemment considéré comme un micro-nutriment, même si sa teneur dans les plantes (0,2— 2,0% p.c.) est assez élevée. Il est facilement absorbé par la plante et est très mobile à l’intérieur. Il est impliqué dans le processus photosynthétique et la régulation de l’ouverture des stomates. Les carences, qui sont plutôt rares, se produisent avec des symptômes typiques du dessèchement des feuilles, surtout en marge. Les dommages causés par un excès de Cl sont beaucoup plus répandus, ce qui conduit à un retrait visible des plantes par rapport aux différentes sensibilités des différentes espèces. Pour éviter d’endommager les cultures, il est toujours conseillé de vérifier la teneur en Cl de l’eau utilisée pour préparer les solutions nutritives et de choisir les engrais appropriés (par exemple, KSub2/SubsoSub4/sub plutôt que KCl).

_Sodium (Na) _ Le sodium, s’il est en excès, est nocif pour les plantes, car il est toxique et interfère avec l’absorption d’autres ions. L’antagonisme avec K (fig. 4.7), par exemple, n’est pas toujours nocif parce que chez certaines espèces (par exemple les tomates), il améliore le goût des fruits, tandis que chez d’autres (par exemple les haricots), il peut réduire la croissance des plantes. Tout comme le Cl, il est important de connaître la concentration dans l’eau utilisée pour préparer la solution nutritive (Sonneveld et Voogt, 2009).

_Manganèse (Mn) _ Le manganèse fait partie de nombreux coenzymes et est impliqué dans l’extension des cellules racinaires et leur résistance aux agents pathogènes. Sa disponibilité est contrôlée par le pH de la solution nutritive et par la concurrence avec d’autres nutriments (figure 4.7). Les symptômes de carence sont semblables à ceux du Fe, à l’exception de l’apparition de zones légèrement enfoncées dans les zones interveineuses (Uchida, 2000). Les corrections peuvent être apportées en ajoutant du MNSOSub4/Sub ou en abaissant le pH de la solution nutritive.

_Bore (B) _ Le bore est essentiel pour la mise en valeur des fruits et le développement des semences. Les méthodes d’absorption sont similaires à celles déjà décrites pour le Ca avec lesquelles il peut concurrencer. Le pH de la solution nutritive doit être inférieur à 6,0 et le niveau optimal semble se situer entre 4,5 et 5,5. Les symptômes de carence peuvent être détectés dans les nouvelles structures qui apparaissent vert foncé, les jeunes feuilles augmentent considérablement leur épaisseur et ont une consistance coriace. Par la suite, ils peuvent apparaître chlorotiques puis nécrotiques, avec une coloration rouillée.

Zinc (Zn) _ Le zinc joue un rôle important dans certaines réactions enzymatiques. Son absorption est fortement influencée par le pH et l’apport en P de la solution nutritive. Des valeurs de pH comprises entre 5,5 et 6,5 favorisent l’absorption du Zn. Les basses températures et les niveaux élevés de P réduisent la quantité de zinc absorbée par la plante. Les carences en zinc se produisent rarement et sont représentées par des taches chlorotiques dans les zones interveineuses des feuilles, des entre-nœuds très courts, une épinastie foliaire et une faible croissance (Gibson, 2007).

_Cuivre (Cu) _ Le cuivre est impliqué dans les processus respiratoires et photosynthétiques. Son absorption est réduite à des valeurs de pH supérieures à 6,5, tandis que des valeurs de pH inférieures à 5,5 peuvent entraîner des effets toxiques (Rooney et al., 2006). Des niveaux élevés d’ammonium et de phosphore interagissent avec le Cu, ce qui réduit la disponibilité de ce dernier. La présence excessive de Cu interfère avec l’absorption de Fe, Mn et Mo. Les carences se manifestent par une chlorose interveineuse qui entraîne l’effondrement des tissus foliaires qui semblent desséchés (Gibson 2007).

_Molybdène (Mo) _ Le molybdène est essentiel dans la synthèse des protéines et dans le métabolisme de l’azote. Contrairement à d’autres micro-nutriments, il est mieux disponible à des valeurs de pH neutres. Les symptômes de carence commencent par la chlorose et la nécrose le long de la côte principale des vieilles feuilles, tandis que les jeunes feuilles semblent déformées (Gibson 2007).

4.4.3 Gestion des éléments nutritifs par rapport aux exigences des végétaux

Depuis le développement des systèmes horticoles sans sol dans les années 1970 (Verwer, 1978 ; Cooper, 1979), différentes solutions nutritives ont été développées et ajustées en fonction des préférences des producteurs (tableau 4.4 ; De Kreij et al., 1999). Tous les mélanges suivent les principes de la disponibilité excessive de tous les éléments afin de prévenir les carences et l’équilibre entre les cations (bivalents) afin d’éviter la concurrence entre les cations dans l’absorption des éléments nutritifs des plantes (Hoagland et Arnon, 1950 ; Steiner, 1961 ; Steiner, 1984 ; Sonneveld et Voogt, 2009). Généralement, la CE est autorisée à augmenter dans une certaine mesure dans la zone radiculaire. Dans les tomates, par exemple, la solution nutritive a généralement une EC d’environ 3 dS msup-1/sup, tandis que dans la zone racinaire des dalles de laine de roche, la CE peut atteindre 4—5 dS msup-1/sup. Cependant, dans les pays d’Europe du Nord, pour la première irrigation de nouvelles dalles de laine de roche au début du cycle de production, la solution nutritive peut avoir une CE allant jusqu’à 5 dS msup-1/sup, saturant le substrat de laine de roche avec des ions jusqu’à un EC de 10 dS msup-1/sup, qui sera ensuite rincé après 2 semaines. Pour assurer un rinçage suffisant de la zone racinaire, dans un système typique de dalles de laine de pierre d’irrigation goutte à goutte, environ 20 à 50 % de l’eau dosée est collectée sous forme d’eau de drainage. L’eau de drainage est ensuite recyclée, filtrée, mélangée à de l’eau douce et complétée de nutriments pour être utilisée dans le cycle suivant (Van Os, 1994).

Dans la production de tomates, l’augmentation de la CE peut être appliquée pour améliorer la synthèse du lycopène (favorisant la coloration rouge vif des fruits), les solides solubles totaux (TSS) et la teneur en fructose et en glucose (Fanasca et al., 2006 ; Wu et Kubota, 2008). De plus, les plants de tomates ont des taux d’absorption plus élevés pour N, P, Ca et Mg et une faible absorption de K pendant les premiers stades (végétatifs). Une fois que les plantes commencent à produire des fruits, la production de feuilles est ralentie, ce qui entraîne une réduction des besoins en azote et en Ca, tandis que les besoins en K augmentent (p. ex. Zekki et al., 1996 ; Silber, Bar-Tal, 2008). En revanche, dans le cas de la laitue, une augmentation de la CE peut favoriser la brûlure des pointes pendant les conditions de croissance chaudes. Huett (1994) a montré une diminution significative du nombre de feuilles atteintes de la maladie de la pointe par plante lorsque la CE est passée de 3,6 à 0,4 dS msup-1/sup, ainsi que lorsque la formulation nutritive K/Ca a été réduite de 3, 5:1 à 1, 25:1. Dans la PA, la gestion des nutriments est plus difficile que dans l’hydroponie puisqu’ils dépendent principalement de la densité des stocks de poissons, du type d’alimentation et des taux d’alimentation.

4.4.4 Propriétés de la solution nutritive

Le phosphore est un élément qui se présente sous des formes fortement dépendantes du pH de l’environnement. Dans la zone racinaire, cet élément peut être trouvé sous forme d’ions PoSub4/Subsup-3/SUP, HPOSub4/Subsup2-/SUP et HSUB2/Subposub4/Subsup-/SUP, où les deux derniers ions sont les principales formes de P absorbées par les plantes. Ainsi, lorsque le pH est légèrement acide (pH 5—6), la plus grande quantité de P est présentée dans une solution nutritive (De Rijck et Schrevens, 1997).

Le potassium, le calcium et le magnésium sont disponibles pour les plantes dans une large gamme de pH. Cependant, la présence d’autres ions peut interférer dans leur disponibilité végétale en raison de la formation de composés de différentes nuances de solubilité. À un pH supérieur à 8,3, les ions CaSUP2+/SUP et MgSUP2+/SUP précipitent facilement sous forme de carbonates en réagissant avec le CoSub3/Subsup2-/SUP. Le sulfate forme également des complexes relativement forts avec CaSUP2+/SUP et MgSUP2+/SUP (De Rijck et Schrevens, 1998). À mesure que le pH augmente de 2 à 9, la quantité de SOSub4/Subsup2-/SUP formant des complexes solubles avec MgSUP2+/SUP sous forme de MgSOsub4/sub et avec KSUP+/SUP sous forme de KSOSub4/Subsup-/SUP augmente (De Rijck et Schrevens 1999). En général, la disponibilité des nutriments pour l’absorption des plantes à un pH supérieur à 7 peut être limitée en raison d’une précipitation de bore, de FESUP2+/SUP, de MNSUP2+/SUP, de POSub4/Subsup3-/SUP, de CaSUP2+/SUP et de MgSUP2+/SUP en raison de sels insolubles et indisponibles. Les valeurs de pH les plus appropriées de la solution nutritive pour le développement des cultures se situent entre 5,5 et 6,5 (Sonneveld et Voogt, 2009).

4.4.5 Qualité de l’eau et éléments nutritifs

La qualité de l’eau fournie est extrêmement importante dans les systèmes hydroponiques et AP. Pour la recirculation à long terme, la composition chimique doit être bien connue et surveillée fréquemment pour éviter un déséquilibre dans l’approvisionnement en nutriments, mais aussi pour éviter l’accumulation de certains éléments entraînant une toxicité. De Kreij et al. (1999) ont donné un aperçu des exigences chimiques sur la qualité de l’eau pour les systèmes hydroponiques.

Avant de commencer, une analyse de l’approvisionnement en eau doit être faite sur les macro- et les microéléments. Sur la base de l’analyse, un schéma pour la solution nutritive peut être fait. Par exemple, si l’eau de pluie est utilisée, une attention particulière doit être accordée au Zn lorsque la collecte se fait via des gouttières non traitées. Dans l’eau du robinet, des problèmes peuvent apparaître avec Na, Ca, Mg, SOSub4/Sub et HCOSub3/Sub. De plus, on peut utiliser de l’eau de surface et d’alésage qui peut également contenir des quantités de Na, Cl, K, Ca, Mg, SOSub4/sub et Fe, mais aussi des microéléments comme Mn, Zn, B et Cu. Il convient de noter que tous les robinets et tuyaux doivent être faits de matériaux synthétiques tels que le PVC et le PE, et ne pas contenir de pièces de Ni ou de Cu.

Il arrive souvent que les réserves d’eau contiennent une certaine quantité de Ca et de Mg ; par conséquent, le contenu doit être soustrait de la quantité contenue dans la solution nutritive pour éviter l’accumulation de ces ions. HCOsub3/sub doit être compensé de préférence par de l’acide nitrique, soit environ 0,5 mmol LSUP-1/SUP qui peut être maintenu comme tampon de pH dans la solution nutritive. L’acide phosphorique et l’acide sulfurique peuvent également être utilisés pour compenser le pH, mais les deux donneront rapidement un surplus de HSUB2/SubpoSubSub4/Susup-/SUP ou de SOSub4/Subsup2-/SUP dans la solution nutritive. Dans les systèmes AP, l’acide nitrique (HNOsub3/sub) et l’hydroxyde de potassium (KOH) peuvent également être utilisés pour réguler le pH et fournir en même temps des macronutriments dans le système (Nozzi et al. 2018).

4.4.5.1 Gestion de la qualité de l’eau

Pour la formulation de solutions nutritives, on utilise de préférence des engrais simples (granulaires, poudres ou liquides) et des substances (p. ex. des composés acides) qui affectent le pH. L’intégration des éléments nutritifs dans la solution prend en compte les valeurs optimales des quantités de chaque élément. Cela doit être fait en fonction des besoins de l’espèce et de ses cultivars en tenant compte des phases phénologiques et du substrat. Le calcul des compléments nutritifs doit être effectué en tenant compte des conditions de l’eau utilisée, selon un ensemble de priorités_ strict. Sur l’échelle prioritaire, le magnésium et les sulfates sont positionnés au fond, au même niveau, parce qu’ils ont moins d’importance nutritionnelle et que les plantes ne présentent pas de dommages même si leur présence est abondante dans la solution nutritive. Cette caractéristique présente une rétroaction pratique avantageuse car elle permet une exploitation des deux éléments afin d’équilibrer la composition nutritionnelle par rapport à d’autres macronutriments dont la carence ou l’excès peut être négatif pour la production. À titre d’exemple, nous pouvons considérer une solution nutritive où une intégration de seulement potassium ou seulement de nitrate est nécessaire. Les sels à utiliser, dans ce cas, sont respectivement le sulfate de potassium ou le nitrate de magnésium. En fait, si le nitrate de potassium ou le nitrate de calcium le plus courant étaient utilisés, les niveaux de nitrate, dans le premier cas, et de calcium, dans le second cas, augmenteraient automatiquement. En outre, lorsque l’analyse de l’eau utilisée révèle un déséquilibre entre les cations et les anions, et afin de pouvoir calculer une solution nutritive avec la CE en équilibre, la correction des valeurs hydriques est effectuée en réduisant les niveaux de magnésium et/ou de sulfates.

Les points suivants fournissent des lignes directrices pour la formulation de solutions nutritives :

1. Définition de l’espèce et des exigences en matière de cultivars. Il convient de tenir compte de l’environnement de culture et des caractéristiques de l’eau. Afin de satisfaire les besoins des plantes pendant les périodes chaudes et avec un rayonnement intense, la solution doit avoir une teneur en EC et en K plus faible, ce qui contraste avec une plus grande quantité de Ca. Au lieu de cela, lorsque la température et la luminosité atteignent des niveaux sous-optimaux, il est conseillé d’augmenter les valeurs de la CE et de K en réduisant celles du Ca. Il est important de noter en ce qui concerne les cultivars qu’il existe des variations substantielles, en particulier pour les valeurs du NOSub3/Subsup-/SUP, en raison de la vigueur végétative différente des cultivars. En effet, pour les tomates, on utilise en moyenne 15 mmol LSUP-1/SUP de NoSub3/Subsup-/SUP (tableau 4.4), et dans le cas des cultivars caractérisés par une faible vigueur végétative et dans certaines phases phénologiques (par exemple, la fixation des fruits de la quatrième grappe), jusqu’à 20 mM LSUP-1/SUP de NOSub3/Subsup-/SUP est adopté. Dans le cas où certains éléments tels que le Na sont présents dans l’eau, afin de réduire son effet, ce qui est particulièrement négatif pour certaines cultures, il sera nécessaire d’augmenter la quantité de NOSub3/Subsup-/SUP et Ca et éventuellement de diminuer le K, en maintenant la CE au même niveau.

Tableau 4.4 Solution nutritive dans la culture hydroponique de laitue (DFT) tomate, poivre et concombre (dalles de laine de pierre irrigation goutte à goutte) aux Pays-Bas (De Kreiji et al.1999)

table thead tr class=“en-tête » e rowspan=“2”/th THPH/TH Lec/Th THNSUB4/SUB/TH THK/TH THCA thmg/th ThnoSub3/Sud/TH THSOSub4/Sud/TH THP/TH THFE/TH THMN/th THZN/th THB/th THCU/TH THMO/TH /tr tr class=“en-tête » th/th THD msup-1/sup/th thmmol LSUP-1/sup/th thmmol LSUP-1/sup/th thmmol LSUP-1/sup/th thmmol LSUP-1/sup/th thmmol LSUP-1/sup/th thmmol LSUP-1/sup/th thmmol LSUP-1/sup/th thmmol LSUP-1/sup/th thmmol LSUP-1/sup/th thmmol LSUP-1/sup/th thmmol LSUP-1/sup/th thmmol LSUP-1/sup/th thmmol LSUP-1/sup/th /tr /thead tbody tr class=“impair » TDLettuce (Wageningen UR) /td td5.9/td td1.7/td td1.0/td td4.4/td td4.5/td td1.8/td td10.6/td td1.5/td td1.5/td td28.1/td td1.5/td td6.4/td td47.0/td td1.0/td td0.7/td /tr tr class=“même » TDLettuce/TD td5.8/td td1.2/td td0.7/td td4.8/td td2.3/td td0.8/td td8.9/td td0.8/td td1.0/td td35.1/td td4.9/td td3.0/td td18.4/td td0.5/td td0.5/td /tr tr class=“impair » TDLettuce/TD td5.8/td td1.2/td td/td td3.0/td td2.5/td td1.0/td td7.5/td td1.0/td td0.5/td td50.0/td td3.7/td td0.6/td td4.8/td td0.5/td td0.01/td /tr tr class=“même » TDtomato génératif/td td5.5/td td2.6-3.0/td td1.2/td td13.0/td td4.2/td td1.9/td td15.4/td td4.7/td td1.5/td td15.0/td td10.0/td td5.0/td td30.0/td td0.8/td td0.5/td /tr tr class=“impair » TDTomate végétative/td td5.5/td td2.6/td td1.2/td td8.3/td td5.7/td td2.7/td td15.4/td td4.7/td td1.5/td td15.0/td td10.0/td td5.0/td td30.0/td td0.8/td td0.5/td /tr tr class=“même » TDConcombre/TD td5.5/td td3.2/td td1.2/td td10.4/td td6.7/td td2.0/td td23.3/td td1.5-2.0/td td1.5-2.0/td td15.0/td td10.0/td td5.0/td td25,0/td td0.8/td td0.5/td /tr tr class=“impair » TDpoivre/TD td5.6/td td2.5-3.0/td td1.2/td td5-7/td td4-5/td td2.0/td td17.0/td td1.8-2.0/td td1.5-2.5/td td25,0/td td10.0/td td7.0/td td30.0/td td1.0/td td0.5/td /tr tr class=“même » TDPropagation des plantes/td td5.5/td td2.3/td td1.2/td td6.8/td td4.5/td td3.0/td td16.8/td td2.5/td td1.3/td td25,0/td td10.0/td td5.0/td td35.0/td td1.0/td td0.5/td /tr /tbody /table

Adopté et modifié de Vermeulen (2016, communication personnelle)

2. Les calculs des besoins en éléments nutritifs doivent être obtenus en soustrayant les valeurs des éléments chimiques de l’eau des éléments chimiques définis ci-dessus. Par exemple, le besoin établi de Mg de poivrons (Capsicum sp.) est de 1,5 mM LSUP-1/SUP, ayant l’eau à 0,5 mM LSUP-1/SUP et 1,0 mM LSUP-1/SUP de Mg doit être ajouté à l’eau (1,5 exigence — 0,5 approvisionnement en eau = 1,0).

3. Choix et calcul des engrais et des acides à utiliser. Par exemple, avoir à fournir Mg, comme dans l’exemple du point 2 ci-dessus, MgSOSub4/sub ou Mg (NoSub3/sub) sub2/sub peut être utilisé. Une décision sera prise en tenant compte également de la contribution collatérale du sulfate ou du nitrate.

4.4.6 Comparaison entre la production hydroponique et la production aquaponique

Au cours de leur cycle de vie, les plantes ont besoin de plusieurs macro- et microéléments essentiels pour un développement régulier (bore, calcium, carbone, chlore, cuivre, hydrogène, fer, magnésium, manganèse, molybdène, azote, oxygène, phosphore, potassium, soufre, zinc), généralement absorbés par la solution nutritive (Bittsanszky et al. 2016). La concentration et le rapport entre les éléments nutritifs sont les variables les plus importantes susceptibles d’influer sur l’absorption des plantes. Dans les systèmes PA, les déchets métaboliques des poissons contiennent des éléments nutritifs pour les plantes, mais il faut tenir compte, surtout à l’échelle commerciale, du fait que les concentrations nutritives fournies par les poissons dans les systèmes PA sont significativement plus faibles et déséquilibrées pour la plupart des nutriments comparativement aux systèmes hydroponiques (Nicoletto et al. 2018). Habituellement, dans l’AP, avec des taux d’ensemencement appropriés, les niveaux de nitrate sont suffisants pour une bonne croissance des plantes, alors que les niveaux de K et de P sont généralement insuffisants pour une croissance maximale des plantes. En outre, le calcium et le fer pourraient également être limités. Cela peut réduire le rendement et la qualité des cultures, de sorte que l’intégration des éléments nutritifs devrait être réalisée pour favoriser une réutilisation efficace des éléments nutritifs. Les communautés microbiennes jouent un rôle crucial dans la dynamique nutritive des systèmes PA (Schmautz et al., 2017), en convertissant l’ammonium en nitrate, mais en contribuant également au traitement des particules et des déchets dissous dans le système (Bittsanszky et al., 2016). L’absorption de N et de P par les plantes ne représente qu’une fraction de la quantité éliminée de l’eau (Trang et Brix, 2014), ce qui indique que les processus microbiens dans la zone racinaire des plantes, dans le substrat (le cas échéant) et dans l’ensemble du système jouent un rôle majeur.

La composition des aliments pour poissons dépend du type de poisson, ce qui influe sur la libération d’éléments nutritifs provenant de la production métabolique du poisson. Typiquement, les aliments pour poissons contiennent une source d’énergie (glucides et/ou lipides), des acides aminés essentiels, des vitamines, ainsi que d’autres molécules organiques nécessaires au métabolisme normal, mais certaines que les cellules du poisson ne peuvent pas synthétiser. De plus, il faut tenir compte du fait que les besoins nutritionnels d’une plante varient selon l’espèce (Nozzi et al., 2018), la variété, le stade du cycle de vie, la durée du jour et les conditions météorologiques et que récemment (Parent et al., 2013 ; Baxter, 2015), la loi de Liebig (la croissance des plantes est contrôlée par la ressource la plus rare) a ont été remplacés par des algorithmes complexes qui tiennent compte des interactions entre les éléments nutritifs individuels. Ces deux aspects ne permettent pas une évaluation simple des effets des changements dans les concentrations d’éléments nutritifs dans les systèmes hydroponiques ou AP.

La question se pose donc de savoir s’il est nécessaire et efficace d’ajouter des éléments nutritifs aux systèmes AP. Comme l’ont signalé Bittsanszky et al. (2016), les systèmes AP ne peuvent être exploités efficacement et donc avec succès que si une surveillance continue de la composition chimique de l’eau en recirculation pour déterminer les concentrations et les ratios adéquats des nutriments et du composant potentiellement toxique, l’ammonium. La nécessité d’ajouter des nutriments dépend des espèces végétales et du stade de croissance. Souvent, bien que la densité des poissons soit optimale pour l’approvisionnement en azote, l’ajout de P et de K avec des engrais minéraux, au moins, devrait être effectué (Nicoletto et al., 2018). Contrairement à, par exemple, la laitue, les tomates qui doivent porter des fruits, mûrir et mûrir, ont besoin de nutriments supplémentaires. Afin de calculer ces besoins, un logiciel peut être utilisé, tel que HydroBuddy qui est un logiciel libre (Fernandez 2016 ) qui est utilisé pour calculer la quantité de suppléments minéraux nutritifs nécessaires.