Biologie végétale de base

La présente section fait un bref commentaire sur les principales parties de la plante, puis traite de la nutrition des plantes (figure 6.3). D’autres discussions ne relèvent pas du cadre de la présente publication, mais de plus amples informations peuvent être trouvées dans la section « Autres lectures ».

Anatomie et fonction de base des plantes

Racines

Les racines absorbent l’eau et les minéraux du sol. De minuscules poils racinaires sortent de la racine, aidant ainsi le processus d’absorption. Les racines aident à ancrer la plante dans le sol, l’empêchant de tomber. Roots stockent également des aliments supplémentaires pour une utilisation future. Les racines en culture sans sol présentent des différences intéressantes par rapport aux plantes creusées standard. Dans la culture sans sol, l’eau et les nutriments sont constamment fournis aux plantes, qui sont facilitées dans leur recherche d’éléments nutritifs et peuvent croître plus rapidement. La croissance des racines en hydroponie peut être significative pour l’absorption intense et l’apport optimal de phosphore qui stimule leur croissance. Il est à noter que les racines conservent près de 90 pour cent des métaux absorbés par les plantes, qui comprennent le fer, le zinc et d’autres micronutriments utiles.

Tiges

Les tiges sont la principale structure de support de la plante. Ils agissent également comme le système de plomberie de la plante, conduisant l’eau et les nutriments des racines vers d’autres parties de la plante, tout en transportant la nourriture des feuilles vers d’autres régions. Les tiges peuvent être herbacées, comme la tige pliable d’une marguerite, ou ligneuses, comme le tronc d’un chêne.

Feuilles

La plupart de la nourriture dans une plante est produite dans les feuilles. Les feuilles sont conçues pour capturer la lumière du soleil, que la plante utilise ensuite pour faire de la nourriture par un processus appelé photosynthèse. Les feuilles sont également importantes pour la transpiration de l’eau.

Fleurs

Les fleurs sont la partie reproductrice de la plupart des plantes. Les fleurs contiennent du pollen et des œufs minuscules appelés ovules. Après la pollinisation de la fleur et la fécondation de l’ovule, l’ovule se développe en un fruit. Dans les techniques sans sol, la livraison rapide de potassium avant la floraison peut aider les plantes à avoir de meilleurs fruits.

Fruits/graines

Les fruits sont des parties développées des ovaires floraux qui contiennent des graines. Les fruits comprennent les pommes, les citrons et les grenades, mais aussi les tomates, les aubergines, les grains de maïs et les concombres. Ces derniers sont considérés comme des fruits au sens botanique parce qu’ils contiennent des graines, bien que dans une définition culinaire, ils soient souvent appelés légumes. Les graines sont les structures de reproduction des plantes, et les fruits servent à faciliter la diffusion de ces graines. Les plantes fruitières ont des besoins en nutriments différents de ceux des légumes verts à feuilles, en particulier ceux qui nécessitent plus de potassium et de phosphore.

Photosynthèse

Toutes les plantes vertes sont conçues pour produire leur propre nourriture en utilisant le processus de photosynthèse (Figure 6.4). La photosynthèse nécessite l’oxygène, le dioxyde de carbone, l’eau et la lumière. Dans la plante se trouvent de petits organites appelés chloroplastes qui contiennent de la chlorophylle, une enzyme qui utilise l’énergie de la lumière du soleil pour briser le dioxyde de carbone atmosphérique (CO₂) et créer des molécules de sucre à haute énergie comme le glucose. L’eau (H₂O) est essentielle à ce processus. Ce procédé libère de l’oxygène (O₂) et est historiquement responsable de tout l’oxygène dans l’atmosphère. Une fois créées, les molécules de sucre sont transportées dans toute la plante et utilisées plus tard pour tous les processus physiologiques tels que la croissance, la reproduction et le métabolisme. La nuit, les plantes utilisent ces mêmes sucres, ainsi que l’oxygène, pour générer l’énergie nécessaire à la croissance. Ce processus est appelé la respiration.

Il est essentiel de localiser une unité aquaponique dans un endroit où chaque plante aura accès à la lumière du soleil. Cela garantit une énergie suffisante pour la photosynthèse. L’eau doit toujours être disponible pour les racines à travers le système. Le dioxyde de carbone est disponible gratuitement dans l’atmosphère, bien que dans une culture intérieure très intensive, il est possible que les plantes utilisent tout le dioxyde de carbone dans la zone fermée et nécessitent une ventilation.

Besoins en éléments nutritifs

En plus de ces exigences de base pour la photosynthèse, les plantes ont besoin d’un certain nombre de nutriments, également appelés sels inorganiques. Ces nutriments sont nécessaires pour les enzymes qui facilitent la photosynthèse, pour la croissance et la reproduction. Ces nutriments peuvent provenir du sol. Cependant, en l’absence de sol, ces nutriments doivent être fournis d’une autre manière. En aquaponie, tous ces nutriments essentiels proviennent des déchets de poisson.

Il existe deux grandes catégories de nutriments : les macronutriments et les micronutriments. Les deux types d’éléments nutritifs sont essentiels pour les plantes, mais en quantités différentes. Des quantités beaucoup plus importantes des six macronutriments sont nécessaires par rapport aux micronutriments, qui ne sont nécessaires qu’en quantités traces. Bien que tous ces nutriments soient présents dans les déchets solides de poisson, certains nutriments peuvent être limités en quantité en aquaponie et entraîner des carences, par exemple le potassium, le calcium et le fer. Une compréhension de base de la fonction de chaque élément nutritif est importante pour comprendre comment ils affectent la croissance des plantes. En cas de carence en éléments nutritifs, il est important de déterminer quel élément est absent ou manquant dans le système et d’ajuster le système en conséquence en ajoutant de l’engrais supplémentaire ou en augmentant la minéralisation.

Macronutriments

Il y a six nutriments dont les plantes ont besoin en quantités relativement importantes. Ces nutriments sont l’azote, le phosphore, le potassium, le calcium, le magnésium et le soufre. La discussion qui suit décrit la fonction de ces macronutriments à l’intérieur de la plante. Les symptômes de carences sont également énumérés afin d’aider à identifier les problèmes.

**L’azote (N) ** est la base de toutes les protéines. Il est essentiel pour la construction de structures, la photosynthèse, la croissance cellulaire, les processus métaboliques et la production de chlorophylle. En tant que tel, l’azote est l’élément le plus commun dans une plante après le carbone et l’oxygène, qui sont tous deux obtenus à partir de l’air. L’azote est donc l’élément clé de la solution nutritive aquaponique et sert d’indicateur substitutif facile à mesurer pour d’autres nutriments. Habituellement, l’azote dissous est sous forme de nitrate, mais les plantes peuvent utiliser des quantités modérées d’ammoniac et même des acides aminés libres pour favoriser leur croissance. Les carences en azote sont évidentes et comprennent le jaunissement des feuilles plus âgées, des tiges minces et une faible vigueur (figure 6.5a). L’azote peut être réaffecté à l’intérieur des tissus végétaux et est donc mobilisé à partir des feuilles plus anciennes et livré à une nouvelle croissance, ce qui explique pourquoi des déficiences sont observées dans les vieilles cultures. Une surabondance d’azote peut provoquer une croissance végétative excessive, ce qui entraîne des plantes luxuriantes et douces sensibles aux maladies et aux dommages causés par les insectes, ainsi que des difficultés pour les fleurs et les fruits.

**Le phosphore (P) ** est utilisé par les plantes comme épine dorsale de l’ADN (acide désoxyribonucléique), comme composant structurel des membranes phospholipides, et comme adénosine triphosphate (composant servant à stocker l’énergie dans les cellules). Il est essentiel pour la photosynthèse, ainsi que pour la formation d’huiles et de sucres. Il favorise la germination et le développement des racines chez les semis. Les carences en phosphore causent généralement un mauvais développement des racines parce que l’énergie ne peut pas être transportée correctement à travers la plante ; les feuilles plus vieilles semblent vert terne ou même brun violacé, et les pointes des feuilles semblent brûlées.

**Potassium (K) ** est utilisé pour la signalisation cellulaire via un flux ionique contrôlé à travers les membranes. Le potassium contrôle également l’ouverture stomatique, et est impliqué dans la floraison et les fruits. Il est impliqué dans la production et le transport de sucres, l’absorption d’eau, la résistance aux maladies et la maturation des fruits. La carence en potassium se manifeste par des taches brûlées sur les feuilles plus âgées et une faible vigueur et turgescence des plantes (figure 6.5b). Sans potassium, les fleurs et les fruits ne se développeront pas correctement. Une chlorose interveineuse, ou un jaunissement entre les veines des feuilles, peut être observée sur les marges.

**Calcium (Ca) ** est utilisé comme composant structurel des parois cellulaires et des membranes cellulaires. Il est impliqué dans le renforcement des tiges et contribue au développement des racines. Les carences sont fréquentes en hydroponie et sont toujours apparentes dans la croissance la plus récente parce que le calcium est immobile à l’intérieur de la plante. La brûlure de la pointe des laitues et la pourriture de la fleur des tomates et des courgettes sont des exemples de carence. Souvent, les nouvelles feuilles sont déformées avec des pointes crochues et des formes irrégulières. Le calcium ne peut être transporté que par la transpiration active du xylème, de sorte que lorsque les conditions sont trop humides, le calcium peut être disponible mais bloqué parce que les plantes ne transpirent pas. Augmenter le débit d’air avec des évents ou des ventilateurs peut éviter ce problème. L’ajout de sable de corail ou de carbonate de calcium peut être utilisé pour compléter le calcium en aquaponie avec l’avantage supplémentaire de tamponner le pH.

**Le magnésium (Mg) ** est l’accepteur d’électrons central dans les molécules de chlorophylle et est un élément clé de la photosynthèse. Les carences peuvent être considérées comme un jaunissement des feuilles entre les veines, en particulier dans les parties plus anciennes de la plante. Bien que la concentration de magnésium soit parfois faible en aquaponique, elle ne semble pas être un nutriment limitant, et l’ajout de magnésium au système est généralement inutile.

**Le soufre (S) ** est essentiel à la production de certaines protéines, y compris la chlorophylle et d’autres enzymes photosynthétiques. Les acides aminés méthionine et cystéine contiennent tous deux du soufre, ce qui contribue à la structure tertiaire de certaines protéines. Les carences sont rares, mais comprennent le jaunissement général de l’ensemble du feuillage lors de la nouvelle croissance (figure 6.5c). Les feuilles peuvent devenir jaunes, raides et cassantes, et tomber.

Micronutriments

Vous trouverez ci-dessous une liste de nutriments qui ne sont nécessaires qu’en quantités de traces. La plupart des carences en micronutriments impliquent le jaunissement des feuilles (comme le fer, le manganèse, le molybdène et le zinc). Cependant, les carences en cuivre font assombrir la couleur verte des feuilles.

**Le fer (Fe) ** est utilisé dans les chloroplastes et la chaîne de transport des électrons, et il est essentiel pour une photosynthèse adéquate. Les carences sont considérées comme un jaunissement intervenu, suivi par le feuillage entier qui devient jaune pâle (chlorotique) et finalement blanc avec des taches nécrotiques et des marges foliaires déformées. Comme le fer est un élément non mobile, les carences en fer (figure 6.5d) sont facilement identifiées si de nouvelles feuilles semblent chlorotiques. Le fer doit être ajouté sous forme de fer chélaté, autrement connu sous le nom de fer séquestré ou FeiedTA, parce que le fer est susceptible de précipiter à un pH supérieur à 7. L’addition suggérée est de 5 millilitres par 1 m² de lit de culture chaque fois que l’on soupçonne des carences ; une plus grande quantité ne nuit pas au système, mais peut provoquer une décoloration des réservoirs et des tuyaux. Il a été suggéré que les pompes à entraînement magnétique submergé peuvent séquestrer le fer et fait actuellement l’objet de recherches.

**Manganèse (Mg) ** est utilisé pour catalyser le fractionnement de l’eau pendant la photosynthèse et, à ce titre, le manganèse est important pour l’ensemble du système de photosynthèse. Les carences se manifestent par une diminution des taux de croissance, un aspect gris terne et un jaunissement intervenu entre les veines qui restent vertes, suivi d’une nécrose. Les symptômes sont similaires aux carences en fer et comprennent la chlorose. L’absorption du manganèse est très faible à un pH supérieur à 8.

**Bore (B) ** est utilisé comme une sorte de catalyseur moléculaire, particulièrement impliqué dans les polysaccharides structuraux et les glycoprotéines, le transport des glucides et la régulation de certaines voies métaboliques chez les plantes. Il est également impliqué dans la reproduction et l’absorption d’eau par les cellules. Les carences peuvent être considérées comme un développement incomplet des bourgeons et des fleurs, une interruption de croissance et une nécrose des pointes, et une nécrose des tiges et des racines.

**Zinc (Zn) ** est utilisé par les enzymes et aussi dans la chlorophylle, affectant la taille globale de la plante, la croissance et la maturation. Les carences peuvent être remarquées comme une faible vigueur, un retard de croissance avec une réduction de la longueur internodale et de la taille des feuilles, et une chlorose intraveineuse qui peut être confondue avec d’autres déficiences.

**Cuivre (Cu) ** est utilisé par certaines enzymes, en particulier dans la reproduction. Il aide également à renforcer les tiges. Les carences peuvent inclure la chlorose et la pointe des feuilles brunes ou orange, la réduction de la croissance des fruits et la nécrose. Parfois, la carence en cuivre se manifeste comme une croissance anormalement vert foncé.

**Molybdène (Mo) ** est utilisé par les plantes pour catalyser les réactions redox avec différentes formes d’azote. Sans suffisamment de molybdène, les plantes peuvent présenter des symptômes de carence en azote bien que de l’azote soit présent. Le molybdène est biologiquement indisponible à un pH inférieur à 5.

La disponibilité d’un grand nombre de ces nutriments dépend du pH (voir la section 6.4 pour la disponibilité dépendante du pH), et même si les nutriments peuvent être présents, ils peuvent être inutilisables en raison de la qualité de l’eau. Pour obtenir de plus amples renseignements sur les carences en éléments nutritifs qui ne sont pas visées par la présente publication, veuillez consulter la section « Autres lectures » pour obtenir des guides d’identification illustrés.

Sources aquaponiques de nutriments

L’azote est fourni aux plantes aquaponiques principalement sous forme de nitrate, converti à partir de l’ammoniac des déchets de poisson par nitrification bactérienne. Certains des autres nutriments sont dissous dans l’eau à partir des déchets de poisson, mais la plupart restent dans un état solide qui n’est pas disponible pour les plantes. Les déchets solides de poisson sont décomposés par des bactéries hétérotrophes ; cette action libère les nutriments essentiels dans l’eau. La meilleure façon de s’assurer que les plantes ne souffrent pas de carences est de maintenir le pH optimal de l’eau (6-7) et de nourrir le poisson une alimentation équilibrée et complète, et d’utiliser le taux d’alimentation pour équilibrer la quantité d’aliments du poisson par les plantes. Cependant, au fil du temps, même un système aquaponique parfaitement équilibré peut devenir déficient en certains nutriments, le plus souvent le fer potassium ou le calcium.

Les carences dans ces nutriments résultent de la composition de l’aliment pour poissons. Les granulés d’aliments pour poissons (dont il est question au chapitre 7) sont un aliment complet pour les poissons, ce qui signifie qu’ils fournissent tout ce dont un poisson a besoin pour cultiver, mais pas nécessairement tout ce dont il a besoin pour la croissance des plantes. Les poissons n’ont tout simplement pas besoin des mêmes quantités de fer, de potassium et de calcium que les plantes ont besoin. Par conséquent, des carences dans ces éléments nutritifs peuvent survenir. Cela peut poser problème pour la production végétale, mais il existe des solutions pour garantir des quantités appropriées de ces trois éléments.

En général, le fer est régulièrement ajouté sous forme de fer chélaté dans le système aquaponique pour atteindre des concentrations d’environ 2 mg/litre. Le calcium et le potassium sont ajoutés lors de la tamponnage de l’eau au pH correct, car la nitrification est un processus acidifiant. Ils sont ajoutés sous forme d’hydroxyde de calcium ou d’hydroxyde de potassium, ou sous forme de carbonate de calcium et de carbonate de potassium (voir le chapitre 3 pour plus de détails). Le choix du tampon peut être choisi en fonction du type de plante cultivée, car les légumes à feuilles peuvent avoir besoin de plus de calcium et les plantes à fructification plus de potassium. De plus, le chapitre 9 traite de la façon de produire des engrais organiques simples à partir du compost à utiliser comme suppléments aux déchets de poisson, en veillant à ce que les plantes reçoivent toujours la bonne quantité de nutriments.

*Source : Organisation des Nations Unies pour l’alimentation et l’agriculture, 2014, Christopher Somerville, Moti Cohen, Edoardo Pantanella, Austin Stankus et Alessandro Lovatelli, production alimentaire aquaponique à petite échelle, http://www.fao.org/3/a-i4021e.pdf. Reproduit avec la permission. *