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Dynamique des éléments nutritifs des plantes
La plupart des plantes peuvent être décrites par cinq structures principales : les racines, la tige, les feuilles, les fleurs et les fruits. Les nutriments dissous et l'eau pénètrent dans la plante via les racines par le transport passif et actif (nécessitant de l'énergie). Le xylème, situé dans la tige, est un canal de transport unidirectionnel qui déplace l'eau et les minéraux des poils des racines vers le corps principal de la plante par action capillaire. La tige est généralement la principale structure de support pour les feuilles, les bourgeons et d'autres organes. Les feuilles sont la puissance de la centrale et utilisent l'énergie solaire pour convertir le dioxyde de carbone (CO2) et l'eau en glucose (énergie) et en oxygène (processus photosynthétique). Le glucose est transporté vers d'autres parties de la plante par le phloème. Les fleurs et les fruits sont les organes reproducteurs de la plante. Les fleurs ont besoin de fécondation pour se développer en fruits. Cela peut être accompli par le vent, les insectes, les oiseaux, les mammifères, etc. Dans une serre, les fleurs peuvent être pollinisées en secouant doucement la plante, provoquant la libération de grains de pollen, ou manuellement à l'aide d'un Q-tip ou d'un pinceau doux.
Comme dans le sol, les plantes cultivées en aquaponie tirent leurs nutriments et leur énergie pour leur croissance et leur reproduction à partir de la photosynthèse, des sels inorganiques dissous et des métabolites produits par les bactéries et les champignons. En aquaponie, les nutriments proviennent de l'alimentation des poissons. Les plantes ont une certaine capacité de sélectionner la vitesse à laquelle elles absorbent divers ions. Ce n'est pas parce que le nutriment est fourni en quantité suffisante que la plante l'absorbe. Les plantes ont 16 nutriments essentiels nécessaires pour une santé et une croissance optimales (tableau 8). Les nutriments essentiels sont ceux qui ne peuvent pas être synthétisés par l'organisme et sont classés par structure, macro- et micro-, délimitant la quantité requise par la plante. Les nutriments peuvent également être classés en fonction de leur mobilité. Les nutriments mobiles sont des éléments qui peuvent être transportés dans toute la plante (généralement jusqu'à une nouvelle croissance) selon les besoins. Une fois que les nutriments immobiles sont déposés dans les feuilles (généralement les feuilles plus anciennes ou primaires), ils sont fixés et ne peuvent être transportés vers d'autres parties de la plante. Cela peut être bénéfique pour les producteurs lorsque des signes de carence en éléments nutritifs sont apparents en réduisant les ions causaux. Des carences mobiles en éléments nutritifs se produisent chez les feuilles plus âgées, alors que des nutriments immobiles se produisent dans la nouvelle croissance de la plante. Trois nutriments ne sont pas fournis en quantité suffisante dans les aliments pour poissons pour soutenir la croissance des plantes. Ces nutriments sont le calcium (Ca), le potassium (K) et le fer (Fe). Comme nous l'avons vu plus haut, les CaCO3 et K2CO3 sont utilisés à la fois pour modifier le pH et fournir des nutriments essentiels. Le fer est complété sous forme chélatée, ce qui le maintient soluble dans l'eau et l'empêche de s'oxyder dans le système. Le Fe-DTPA est recommandé car il est plus stable au pH adapté à l'aquaponie (6,0-7,5) et plus rentable que les autres formes.
Tableau 8 : Seize nutriments essentiels dont les plantes ont besoin pour assurer une santé et une croissance optimales. Les éléments cerclés représentent des nutriments limitants dans l'aquaponie. Les nutriments mobiles sont représentés par (m) et les nutriments immobiles par (i).
- [7.1 Fournir et mesurer les éléments nutritifs des plantes] (./7.1-fournir et mesurer les éléments nutritifs des plantes.md)
- [7.2 Carences en nutriments courantes] (./7.2-carences en nutriments communes.md)
*Source : Janelle Hager, Leigh Ann Bright, Josh Dusci, James Tidwell. 2021. Université d'État du Kentucky. Manuel de production aquaponique : manuel pratique pour les producteurs. *
Kentucky State University — Janelle Hager, Leigh Anne Bright, Josh Dusci, and James Tidwell.
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7.1 Fournir et mesurer les éléments nutritifs des plantes
Original publication · Publié pour la première fois sur FarmHub Learn · Kentucky State University
Les nutriments pénètrent dans le système aquaponique dans les aliments pour poissons. La quantité d'azote disponible pour la plante est directement liée à la teneur en protéines de l'aliment. Plus la teneur en protéines est élevée, plus l'azote est disponible pour la croissance des plantes. Malheureusement, les aliments riches en protéines sont très chers, donc l'alimentation d'un aliment protéique plus élevé que celle dont votre espèce de culture a besoin est coûteuse. L'azote provient de la dégradation des protéines, dont les composants structuraux sont constitués d'acides aminés riches en azote. Environ 20 % de l'azote et 50 % du phosphore provenant de l'aliment sont utilisés par les poissons pour la croissance. Une grande partie de l'azote et du P (70 % et 30 %, respectivement) est excrétée sous forme de déchets par les branchies, et le reste (10 % et 20 % pour l'azote et le P, respectivement) est excrété sous forme de déchets particulaires. Les déchets particulaires, que nous appelons en aquaponie « solides », contiennent également des macro-nutriments et des micro-nutriments qui ne sont pas absorbés par les poissons. L'utilisation de ces déchets peut se faire par minéralisation.
Tableau 9 : Analyse des éléments nutritifs des effluents du système aquaponique minéralisé après 14 jours.
La minéralisation des effluents de poisson fonctionne de la même façon que les processus dans le sol. En aquaponie, les effluents concentrés de poisson sont rejetés dans un réservoir de rétention hors ligne. Les microbes dégradent les matières solides organiques de façon aérobique (ou anaérobique), libérant des nutriments inorganiques solubles dans l'eau, qui sont ensuite disponibles pour les plantes (Delaide et al. 2018, Goddek et al. 2018). L'eau riche en éléments nutritifs est accessible en déposant les particules et en siphonnant l'eau par le haut.
Il existe peu d'informations sur les conditions environnementales idéales nécessaires pour parvenir à une minéralisation aérobie efficace des effluents de poisson. Les résultats préliminaires des systèmes de recherche aquaponique sur place à KSU montrent que la minéralisation des effluents de poisson pendant 14 jours a entraîné une augmentation de 143 % du phosphate (PO
4), une augmentation de 47 % du nitrate (NO3-N) et une augmentation ≥ 20 % du calcium (Ca), du magnésium (Mg) et du potassium (K) par rapport à l'eau du système (tableau 9). Les particules solides ont un rapport NPK de 4:5:1, ainsi que des niveaux notables de Ca et de Mg.Les nutriments végétaux sont quantifiés au moyen d'analyses en laboratoire de l'eau et des tissus végétaux. Les tests peuvent être assez coûteux pour les agriculteurs (généralement entre \ $20- \ $75 USD par échantillon) et les résultats ne sont pas immédiats. Certaines universités peuvent fournir des tests gratuits qui peuvent accélérer le processus et réduire les coûts. La mesure de la conductivité électrique (CE) de l'eau est utile pour déterminer la concentration des sels nutritifs, mais elle ne quantifie pas les nutriments disponibles pour les plantes. La plage EC acceptable pour l'aquaponie est comprise entre 0,5 et 2,0 μS/cm.
*Source : Janelle Hager, Leigh Ann Bright, Josh Dusci, James Tidwell. 2021. Université d'État du Kentucky. Manuel de production de l'aquaponie : manuel pratique pour les cultivateurs. *
7.2 Carences en éléments nutritifs courantes
Original publication · Publié pour la première fois sur FarmHub Learn · Kentucky State University
Une compétence qui est bénéfique pour les producteurs d'aquaponie à conserver dans leur boîte à outils est la capacité de diagnostiquer visuellement les carences en nutriments. Une fois qu'une plante présente un symptôme d'une carence, un stress sévère se produit déjà. La détection et le diagnostic précoces sont importants.
Le processus d'élimination peut aider les producteurs à identifier avec succès une carence en éléments nutritifs. Les facteurs clés comprennent la reconnaissance de l'endroit où il se trouve dans la plante (élément nutritif mobile ou immobile) ; la prise en compte de l'apparence générale, comme le motif de couleur ou l'apparence générale ; et l'élimination d'autres facteurs qui peuvent être à l'origine du problème, comme la lumière ou les dommages causés par la chaleur. Ci-dessous sont les carences en nutriments courantes qui se produisent dans l'aquaponie.
Nitrogen : Bien que ce n'est pas très fréquent dans les systèmes aquaponiques, les carences en azote se produisent le plus souvent lorsque les unités de pisciculture sont sous-dimensionnées pour la quantité de plantes dans le système. La chlorose complète (jaunissement) des feuilles plus âgées est le premier signe et peut se propager à l'ensemble de la plante si elle n'est pas traitée (figure 18a). D'autres signes sont une croissance lente ou rabouchée et des plantes qui semblent étirées. La carence en azote n'est généralement pas un problème dans les systèmes aquaponiques bien conçus et bien conçus.
Phosphorous : La carence en phosphore chez les plantes est caractérisée par une coloration vert foncé et/ou pourpre chez les feuilles plus âgées (figure 18b). Il peut également se manifester sur les extrémités et les bords des feuilles, leur donnant un aspect brûlé. La disponibilité de P dans la plante est considérablement réduite lorsque le pH est hors de la plage de 6,0-7,5 et lorsque les températures sont ≤ 10^o^c (Islam et al. 2019). Les symptômes sont plus visibles chez les jeunes plants, qui ont une plus grande demande relative de P que les plantes matures.
Passium : La carence en potassium n'entraîne pas immédiatement de symptômes visibles. Les bords des feuilles apparaissent tannés, brûlés et/ou présentent de petites taches noires qui se regroupent plus tard dans la région nécrotique (figure 18c). Les marges des feuilles diminueront à la baisse et la croissance sera limitée. Le potassium est un nutriment clé pour le bon développement des fleurs et des fruits. Un approvisionnement insuffisant en K entraînera la chute des fleurs de la plante. Des concentrations élevées de K peuvent réduire l'absorption de Ca par la plante. K est un nutriment limitant en aquaponie et doit être complété pour maintenir les niveaux nécessaires à la croissance des plantes.
Calcium : Le calcium est un nutriment limitant en aquaponie. Des carences apparaîtront sur la croissance des nouvelles plantes, car c'est un nutriment mobile. Les signes sont de petites feuilles déformées qui peuvent présenter des marges brûlées (brûlures à la pointe) (figure 18d). La pourriture des fleurs d'extrémité sur les fruits de tomate est un signe caractéristique d'une carence en Ca (figure 18e). Même lorsqu'il est adéquat
Ca est présent, il est interdit d'entrer dans la plante dans des conditions humides et a des relations antagonistes avec le potassium (Somerville et al. 2014). En plus du CaCO
3, le corail broyé peut être utilisé pour maintenir les niveaux de Ca et augmenter l'alcalinité dans les systèmes aquaponiques. L'utilisation de corail écrasé est anecdotique, mais a été efficace dans les systèmes de petite et moyenne taille. Il est essentiel d'utiliser une source désinfectée pour ne pas introduire d'organismes étrangers ou de maladies dans le système
Iron : Le fer est l'une des lacunes les plus faciles à reconnaître. La carence en Fe est caractérisée par une chlorose (jaunissement) entre les veines de la feuille (Figure 18f). Les veines elles-mêmes resteront vertes. Comme le Fe est un nutriment immobile, les symptômes apparaîtront sur les nouvelles feuilles. Les signes semblent semblables à une carence en Mg, mais sont facilement différenciés, car les symptômes de Mg apparaissent sur les feuilles plus âgées (Mg est un nutriment mobile). Le Fe chélaté est ajouté au système pour maintenir les concentrations de Fe à 2 mg/L.
*Source : Janelle Hager, Leigh Ann Bright, Josh Dusci, James Tidwell. 2021. Université d'État du Kentucky. Manuel de production aquaponique : manuel pratique pour les producteurs. *