Chen Tongqiang, etc. Technologie du génie agricole pour les jardins sous serre. Publié à Pékin à 17h30 le 6 janvier 2023.

Un bon contrôle de la conductivité électrique (CE) et du pH de la rhizosphère est essentiel pour obtenir un rendement élevé de tomates cultivées hors-sol sous serre intelligente. Cet article prend la tomate comme exemple de culture et présente les valeurs optimales de CE et de pH de la rhizosphère à différents stades de développement, ainsi que les mesures techniques à mettre en œuvre en cas d'anomalie. Ces informations servent de référence pour la production en serres traditionnelles.

Selon des statistiques incomplètes, la superficie cultivée sous serres intelligentes à travées multiples en Chine a atteint 630 hm² et continue de croître. Ces serres intègrent divers équipements et installations, créant ainsi un environnement de croissance optimal pour les plantes. Un contrôle environnemental précis, une irrigation et une fertilisation adaptées, des pratiques agricoles appropriées et la protection des plantes sont les quatre principaux facteurs permettant d'obtenir des tomates de haute qualité et à haut rendement. L'irrigation de précision vise à maintenir une conductivité électrique (CE) et un pH optimaux, ainsi qu'une teneur en eau et une concentration ionique adéquates dans la rhizosphère. Une CE et un pH optimaux favorisent le développement racinaire et l'absorption d'eau et d'engrais, conditions essentielles à la croissance, à la photosynthèse, à la transpiration et aux autres fonctions métaboliques des plantes. Par conséquent, le maintien d'un environnement rhizosphérique optimal est une condition nécessaire à l'obtention de rendements élevés.

Un déséquilibre de la conductivité électrique (CE) et du pH dans la rhizosphère a des conséquences irréversibles sur l'équilibre hydrique, le développement racinaire, l'efficacité d'absorption des engrais par les racines et, par conséquent, les carences nutritionnelles des plantes. La concentration ionique dans les racines influence également l'absorption des engrais et, de ce fait, les carences nutritionnelles des plantes. La culture de tomates en serre se pratique hors-sol. Après mélange de l'eau et de l'engrais, leur apport est réalisé par irrigation goutte à goutte. La CE, le pH, la fréquence, la formulation et le volume de solution nutritive, ainsi que le moment du démarrage de l'irrigation, affectent directement la CE et le pH de la rhizosphère. Cet article résume les valeurs optimales de CE et de pH de la rhizosphère à chaque étape de la culture de la tomate, analyse les causes des anomalies de ces paramètres et propose des solutions. Ces résultats constituent une référence technique pour la production en serre traditionnelle.

EC et pH optimaux de la rhizosphère aux différents stades de croissance de la tomate

La conductivité électrique (CE) de la rhizosphère reflète principalement la concentration ionique des principaux éléments présents dans ce milieu. La formule de calcul empirique consiste à diviser la somme des charges des anions et des cations par 20 ; plus la valeur obtenue est élevée, plus la CE de la rhizosphère est importante. Une CE de la rhizosphère adéquate assure une concentration ionique appropriée et uniforme pour le système racinaire.

De manière générale, sa valeur est faible (conductivité électrique de la rhizosphère < 2,0 mS/cm). En raison de la pression de gonflement des cellules racinaires, cela entraîne une demande excessive d'absorption d'eau par les racines, ce qui se traduit par une plus grande quantité d'eau libre dans les plantes. Cet excédent d'eau est utilisé pour la multiplication foliaire, l'élongation cellulaire et la croissance des nervures. Sa valeur est également élevée (conductivité électrique de la rhizosphère en hiver > 8-10 mS/cm, conductivité électrique de la rhizosphère en été > 5-7 mS/cm). Avec l'augmentation de la conductivité électrique de la rhizosphère, la capacité d'absorption d'eau par les racines devient insuffisante, ce qui provoque un stress hydrique chez les plantes et, dans les cas les plus graves, leur dépérissement (Figure 1). Parallèlement, la compétition pour l'eau entre les feuilles et les fruits entraîne une diminution de la teneur en eau des fruits, ce qui affecte le rendement et la qualité des fruits. Une augmentation modérée de la conductivité électrique (CE) de la rhizosphère (0 à 2 mS/cm) exerce un effet régulateur positif sur l'augmentation de la concentration en sucres solubles et la teneur en matières sèches solubles des fruits, ainsi que sur l'équilibre entre la croissance végétative et reproductive de la plante. C'est pourquoi les producteurs de tomates cerises soucieux de la qualité optent souvent pour une CE rhizosphérique plus élevée. Il a été constaté que la teneur en sucres solubles des concombres greffés était significativement supérieure à celle des plants témoins sous irrigation à l'eau saumâtre (3 g/L d'eau saumâtre préparée sur place, avec un ratio NaCl:MgSO₄:CaSO₄ de 2:2:1, ajoutés à la solution nutritive). La tomate cerise « Honey » de Hollande se caractérise par le maintien d'une CE rhizosphérique élevée (8 à 10 mS/cm) tout au long de sa saison de production, ce qui confère aux fruits une teneur élevée en sucre. Cependant, son rendement final est relativement faible (5 kg/m²).

Le pH de la rhizosphère (sans unité) correspond au pH de la solution hydrique de la rhizosphère. Ce pH influence la précipitation et la dissolution des ions présents dans l'eau, et par conséquent l'efficacité de leur absorption par le système racinaire. Pour la plupart des ions, la plage de pH optimale se situe entre 5,5 et 6,5, garantissant ainsi une absorption normale par les racines. Par conséquent, lors de la culture de tomates, le pH de la rhizosphère doit être maintenu entre 5,5 et 6,5. Le tableau 1 présente les paramètres de contrôle de la conductivité électrique (CE) et du pH de la rhizosphère aux différents stades de croissance des tomates à gros fruits. Pour les tomates à petits fruits, comme les tomates cerises, la CE de la rhizosphère est supérieure de 0 à 1 mS/cm à celle des tomates à gros fruits, mais les paramètres sont ajustés selon la même tendance.

Causes anormales et mesures d'ajustement de la CE de la rhizosphère de la tomate

La conductivité électrique (CE) de la rhizosphère correspond à la CE de la solution nutritive autour du système racinaire. Aux Pays-Bas, lors de la culture de tomates sur laine de roche, les producteurs prélèvent la solution nutritive à l'aide de seringues, ce qui permet d'obtenir des résultats plus représentatifs. En général, la CE de retour est proche de celle de la rhizosphère ; c'est pourquoi, en Chine, la CE de retour au point de prélèvement est souvent utilisée comme référence. La variation diurne de la CE de la rhizosphère est généralement observée : elle augmente après le lever du soleil, diminue et se stabilise au pic d'irrigation, puis augmente lentement après l'irrigation, comme illustré sur la figure 2.

Les principales causes d'une conductivité électrique (CE) élevée au retour sont un faible débit de retour, une CE élevée à l'entrée et une irrigation tardive. La quantité d'eau irriguée ce jour-là étant faible, le débit de retour est également faible. Le retour d'eau a pour but de rincer abondamment le substrat et de garantir que la CE de la rhizosphère, sa teneur en eau et la concentration ionique de la rhizosphère restent dans les valeurs normales. Or, le faible débit de retour entraîne une absorption d'eau supérieure à celle des ions par le système racinaire, ce qui contribue à l'augmentation de la CE. Une CE élevée à l'entrée induit directement une CE élevée au retour. En règle générale, la CE au retour est supérieure de 0,5 à 1,5 mS/cm à la CE à l'entrée. La dernière irrigation s'étant terminée plus tôt ce jour-là, l'intensité lumineuse était encore élevée (300 à 450 W/m²) après l'irrigation. La transpiration des plantes, stimulée par le rayonnement, a entraîné une absorption d'eau continue par le système racinaire, une diminution de la teneur en eau du substrat, une augmentation de la concentration ionique et, par conséquent, une augmentation de la CE de la rhizosphère. Lorsque la CE de la rhizosphère est élevée, l'intensité du rayonnement est élevée et l'humidité est faible, les plantes sont confrontées à un stress hydrique, qui se manifeste sérieusement par un flétrissement (Figure 1, à droite).

La faible conductivité électrique (CE) de la rhizosphère est principalement due à un taux de retour d'eau élevé, à la fin tardive de l'irrigation et à une faible CE à l'entrée de la solution nutritive, ce qui aggrave le problème. Ce taux de retour d'eau élevé entraîne une quasi-proximité entre la CE à l'entrée et celle à la sortie. Lorsque l'irrigation se termine tard, surtout par temps nuageux, avec une faible luminosité et une forte humidité, la transpiration des plantes est faible, le taux d'absorption des ions est supérieur à celui de l'eau et la diminution de la teneur en eau de la matrice est inférieure à celle de la concentration ionique en solution, ce qui explique la faible CE de la solution de retour. La pression de gonflement des poils absorbants des racines étant inférieure au potentiel hydrique de la solution nutritive de la rhizosphère, le système racinaire absorbe davantage d'eau et l'équilibre hydrique est perturbé. En cas de faible transpiration, la plante expulse l'eau par ruissellement (figure 1, à gauche) et, si la température nocturne est élevée, sa croissance est compromise.

Mesures d'ajustement en cas d'anomalie de la conductivité électrique (CE) de la rhizosphère : ① Lorsque la CE de retour est élevée, la CE d'entrée doit se situer dans une plage raisonnable. Généralement, la CE d'entrée des tomates à gros fruits est de 2,5 à 3,5 mS/cm en été et de 3,5 à 4,0 mS/cm en hiver. Ensuite, il convient d'améliorer le taux de retour d'eau, qui est appliqué avant l'irrigation à haute fréquence de midi, et de s'assurer que le retour d'eau se produise à chaque irrigation. Le taux de retour d'eau est positivement corrélé à l'accumulation du rayonnement. En été, lorsque l'intensité du rayonnement dépasse 450 W/m² et que sa durée est supérieure à 30 minutes, une petite quantité d'eau (50 à 100 mL/goutteur) doit être ajoutée manuellement une seule fois, idéalement sans retour d'eau. ② Lorsque le taux de retour d'eau est faible, les principales causes sont un taux de retour d'eau élevé, une CE faible et une dernière irrigation tardive. Compte tenu de l'heure de la dernière irrigation, celle-ci se termine généralement 2 à 5 heures avant le coucher du soleil. Par temps nuageux et en hiver, elle s'achève plus tôt que prévu, tandis qu'en été et par temps ensoleillé, elle est retardée. Le débit de retour d'eau est ajusté en fonction du rayonnement solaire cumulé. Généralement, ce débit est inférieur à 10 % lorsque le rayonnement cumulé est inférieur à 500 J/(cm².j), et se situe entre 10 % et 20 % lorsqu'il est compris entre 500 et 1 000 J/(cm².j), et ainsi de suite.

Causes anormales et mesures d'ajustement du pH de la rhizosphère de la tomate

En général, le pH de l'influent est de 5,5 et celui du lixiviat se situe entre 5,5 et 6,5 dans des conditions idéales. Parmi les facteurs influençant le pH de la rhizosphère, on peut citer la formulation de la solution nutritive, le milieu de culture, le débit de lixiviat et la qualité de l'eau. Un pH trop bas dans la rhizosphère provoque la brûlure des racines et une importante dissolution de la matrice de laine de roche (voir figure 3). À l'inverse, un pH trop élevé réduit l'absorption des ions Mn²⁺, Fe³⁺, Mg²⁺ et PO₄³⁻, ce qui peut entraîner des carences en éléments nutritifs, comme une carence en manganèse (voir figure 4).

En ce qui concerne la qualité de l'eau, l'eau de pluie et l'eau filtrée par osmose inverse sont acides, et le pH de la solution mère est généralement de 3 à 4, ce qui entraîne un faible pH de la solution d'entrée. L'hydroxyde de potassium et le bicarbonate de potassium sont souvent utilisés pour ajuster le pH de la solution d'entrée. L'eau de puits et l'eau souterraine sont souvent traitées avec de l'acide nitrique et de l'acide phosphorique car elles contiennent des ions HCO3-, qui sont alcalins. Un pH d'entrée anormal affecte directement le pH de retour ; un pH d'entrée approprié est donc essentiel à la régulation. Concernant le substrat de culture, après la plantation, le pH du liquide de retour du substrat de son de coco est proche de celui du liquide d'entrée, et un pH anormal de ce dernier n'entraîne pas de fluctuations importantes du pH de la rhizosphère à court terme grâce aux bonnes propriétés tampon du substrat. En culture sur laine de roche, le pH du liquide de retour après colonisation est élevé et se maintient longtemps.

En termes de formule, selon la capacité d'absorption des ions par les plantes, on distingue les sels physiologiquement acides et les sels physiologiquement alcalins. Prenons l'exemple du NO₃⁻ : lorsqu'une plante absorbe 1 mole de NO₃⁻, son système racinaire libère 1 mole d'OH⁻, ce qui entraîne une augmentation du pH de la rhizosphère. À l'inverse, lorsqu'elle absorbe du NH₄⁺, elle libère la même quantité d'H⁺, ce qui provoque une diminution du pH de la rhizosphère. Ainsi, le nitrate est un sel physiologiquement basique, tandis que le nitrate d'ammonium est un sel physiologiquement acide. De manière générale, le sulfate de potassium, le nitrate d'ammonium calcique et le sulfate d'ammonium sont des engrais physiologiquement acides, le nitrate de potassium et le nitrate de calcium sont des sels physiologiquement alcalins, et le nitrate d'ammonium est un sel neutre. L'influence du taux de renouvellement de la solution nutritive sur le pH de la rhizosphère se manifeste principalement par le lessivage de cette solution, et un pH anormal est dû à une concentration ionique hétérogène dans la rhizosphère.

Mesures d'ajustement en cas de pH anormal de la rhizosphère : 1. Vérifier que le pH de l'eau d'irrigation se situe dans une plage acceptable. 2. Lors de l'utilisation d'eau riche en carbonates, comme l'eau de puits, il a été constaté que le pH de l'eau d'irrigation était initialement normal, mais qu'il avait augmenté après l'irrigation. L'analyse a suggéré que cette augmentation était due au pouvoir tampon des ions HCO3-. Il est donc recommandé d'utiliser de l'acide nitrique comme régulateur de pH lorsqu'on utilise de l'eau de puits pour l'irrigation. 3. Lorsque la laine de roche est utilisée comme substrat de culture, le pH de la solution de retour reste élevé pendant une période prolongée en début de culture. Dans ce cas, il convient de réduire le pH de la solution d'irrigation à une valeur comprise entre 5,2 et 5,5, d'augmenter la dose de sels acidifiants physiologiques, et d'utiliser du nitrate d'ammonium calcique à la place du nitrate de calcium et du sulfate de potassium à la place du nitrate de potassium. Il convient de noter que le dosage de NH4+ ne doit pas dépasser 1/10 de l'azote total indiqué dans la formule. Par exemple, lorsque la concentration totale d'azote (NO3- + NH4+) dans l'influent est de 20 mmol/L, la concentration de NH4+ est inférieure à 2 mmol/L et le sulfate de potassium peut être utilisé à la place du nitrate de potassium. Cependant, il faut tenir compte de la concentration de SO4.^2-Il n'est pas recommandé que la concentration dans l'effluent d'irrigation dépasse 6 à 8 mmol/L ; (4) En termes de taux de retour de liquide, la quantité d'irrigation doit être augmentée à chaque fois et le substrat doit être lavé, en particulier lorsque la laine de roche est utilisée pour la plantation, de sorte que le pH de la rhizosphère ne peut pas être ajusté rapidement en peu de temps en utilisant un sel acide physiologique, il faut donc augmenter la quantité d'irrigation pour ajuster le pH de la rhizosphère à une plage raisonnable dès que possible.

Résumé

Une conductivité électrique (CE) et un pH rhizosphériques appropriés sont essentiels pour garantir une absorption optimale d'eau et d'engrais par les racines de tomates. Des valeurs anormales peuvent entraîner des carences en nutriments, un déséquilibre hydrique (stress hydrique ou excès d'eau libre), des brûlures racinaires (CE élevée et pH faible) et d'autres problèmes. Comme les anomalies de la CE et du pH rhizosphériques peuvent apparaître tardivement, cela signifie que ces anomalies persistent depuis plusieurs jours. Le retour à la normale est donc un processus long, ce qui affecte directement le rendement et la qualité des plants. Il est par conséquent important de contrôler quotidiennement la CE et le pH des solutions nutritives entrantes et sortantes.

FIN

[Informations citées] Chen Tongqiang, Xu Fengjiao, Ma Tiemin, etc. Méthode de contrôle de la conductivité électrique et du pH de la rhizosphère de la culture hors-sol de tomates en serre [J]. Agricultural Engineering Technology, 2022,42(31):17-20.