Hydroponique

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La culture hydroponique [1] est un type d’ horticulture et un sous-ensemble de l’ hydroculture qui consiste à faire pousser des plantes , généralement des cultures , sans sol , en utilisant des solutions nutritives minérales à base d’eau dans des solvants aqueux . Les plantes terrestres ou aquatiques peuvent pousser avec leurs racines exposées au liquide nutritif ou, de plus, les racines peuvent être physiquement soutenues par un milieu inerte tel que la perlite , le gravier ou d’autres substrats. . [2] Malgré les milieux inertes, les racines peuvent provoquer des modifications du pH de la rhizosphère et les exsudats racinaires peuvent affecter la biologie de la rhizosphère et l’équilibre physiologique de la solution nutritive par des métabolites secondaires . [3] [4] [5]

Chercheur de la NASA vérifiant les oignons hydroponiques (au centre), les Laitues Bibb (à gauche) et les radis (à droite)

Les nutriments utilisés dans les systèmes hydroponiques peuvent provenir de nombreuses sources différentes, notamment les excréments de poisson , le fumier de canard , les engrais chimiques achetés ou les solutions nutritives artificielles . [6]

Les plantes couramment cultivées en culture hydroponique dans une serre , sur des milieux inertes , comprennent les Tomates , les poivrons , les Concombres , les fraises , les Laitues et le cannabis , généralement à des fins commerciales, et Arabidopsis thaliana , qui sert d’ organisme modèle en phytologie et en génétique . [7]

La culture hydroponique offre de nombreux avantages, notamment une diminution de la consommation d’eau en agriculture . Pour faire pousser 1 kilogramme (2,2 lb) de Tomates en utilisant des méthodes de culture intensive , il faut 400 litres (88 gal imp; 110 gal US) d’eau; [ citation nécessaire ] utilisant la culture hydroponique, 70 litres (15 gal imp; 18 gal US); et seulement 20 litres (4,4 gal imp; 5,3 gal US) en aéroponie . [8] Étant donné que la culture hydroponique nécessite beaucoup moins d’eau pour faire pousser des produits, il pourrait être possible à l’avenir pour les personnes vivant dans des environnements difficiles avec peu d’eau accessible de cultiver leur propre nourriture . [9]

Histoire

Le premier ouvrage publié sur la culture de plantes terrestres sans sol était le livre de 1627 Sylva Sylvarum ou « Une histoire naturelle » de Francis Bacon , imprimé un an après sa mort. Grâce à ses travaux, la culture de l’eau est devenue une technique de recherche populaire. En 1699, John Woodward a publié ses expériences de culture de l’eau avec de la menthe verte . Il a découvert que les plantes dans des sources d’eau moins pures poussaient mieux que les plantes dans de l’eau distillée. En 1842, une liste de neuf éléments considérés comme essentiels à la croissance des plantes avait été compilée, et les découvertes des botanistes allemands Julius von Sachs et Wilhelm Knop , dans les années 1859-1875, aboutirent à un développement de la technique de culture hors-sol.[10] Pour citer Sachs directement : “En 1860, j’ai publié les résultats d’expériences qui ont démontré que les plantes terrestres sont capables d’absorber leurs matières nutritives à partir de solutions aqueuses, sans l’aide du sol, et qu’il est possible dans ce manière non seulement de maintenir les plantes en vie et en croissance pendant longtemps, comme on le savait depuis longtemps, mais aussi de provoquer une augmentation vigoureuse de leur substance organique, et même la production de graines capables de germer. [11] La croissance de plantes terrestres sans sol dans des solutions nutritives minérales a été appelée plus tard “culture en solution”. [12] Il est rapidement devenu une technique de recherche et d’enseignement standard et est encore largement utilisé.pour stabiliser la croissance des plantes.

Vers les années 1930, les phytologues ont étudié les maladies de certaines plantes et ont ainsi observé des symptômes liés aux conditions du sol existantes telles que la salinité . Dans ce contexte, des expériences de culture en eau ont été entreprises dans l’espoir de produire des symptômes similaires dans des conditions contrôlées. [13] Cette approche forcée par Dennis Robert Hoagland a conduit à des systèmes modèles (par exemple, les algues vertes Nitella ) et à des recettes de nutriments standardisées jouant un rôle de plus en plus important dans la physiologie végétale moderne . [14] En 1929, William Frederick Gerickede l’Université de Californie à Berkeley a commencé à promouvoir publiquement l’utilisation de la culture en solution pour la production agricole . [15] [16] Il a d’abord appelé cette méthode de culture « l’aquaculture », mais a découvert plus tard que l’aquaculture était déjà appliquée à la culture d’ organismes aquatiques . Gericke a fait sensation en faisant pousser des vignes de Tomates de vingt-cinq pieds (7,6 mètres) de haut dans sa cour arrière dans des solutions nutritives minérales plutôt que de la terre. [17] Il introduit ensuite le terme hydroponique , culture de l’eau, en 1937, qui lui est proposé par WA Setchell , un phycologue avec une formation approfondie dans les classiques. [18]La culture hydroponique est dérivée du néologisme υδρωπονικά (dérivé du grec ύδωρ=eau et πονέω=cultiver), construit en analogie avec γεωπονικά (dérivé du grec γαία=terre et πονέω=cultiver), [ 19 ] -, terre, avec ὑδρο-, eau. [dix]

Gericke, cependant, a sous-estimé que le moment n’était pas encore venu pour l’ application technique générale et l’utilisation commerciale de la culture hydroponique pour la production de cultures, car le système qu’il employait était à l’époque trop sensible et nécessitait trop de surveillance pour être utilisé dans des applications commerciales. [20] Les rapports sur le travail de Gericke et ses affirmations selon lesquelles la culture hydroponique révolutionnerait l’agriculture végétale ont suscité un grand nombre de demandes d’informations supplémentaires. Gericke s’était vu refuser l’utilisation des serres de l’universitépour ses expériences en raison du scepticisme de l’administration, et lorsque l’université a tenté de le contraindre à publier ses recettes préliminaires de nutriments développées à la maison, il a demandé de l’espace et du temps en serre pour les améliorer en utilisant des installations de recherche appropriées. Alors qu’on lui a finalement fourni un espace de serre, l’université a chargé Hoagland et Arnon de réévaluer les affirmations de Gericke et de montrer que sa formule n’avait aucun avantage sur les rendements des plantes cultivées dans le sol, un point de vue partagé par Hoagland. En 1940, Gericke, dont le travail est considéré comme la base de toutes les formes de culture hydroponique, a publié le livre Complete Guide to Soilless Gardening,après avoir quitté son poste universitaire en 1937 dans un climat politiquement défavorable. Il y publia pour la première fois sa formule de base impliquant les sels de macro et micronutriments pour les plantes cultivées en hydroponie. [21]

À la suite de recherches sur les affirmations de Gericke sur ordre du directeur de la California Agricultural Experiment Station de l’ Université de Californie , Claude B. Hutchison , Dennis Robert Hoagland et Daniel Israel Arnon ont rédigé un bulletin agricole classique de 1938, The Water Culture Method for Growing Plants Without Soil, qui affirmait que les rendements des cultures hydroponiques n’étaient pas meilleurs que les rendements des cultures obtenus avec des sols de bonne qualité. [22] En fin de compte, les rendements des cultures seraient limités par des facteurs autres que les nutriments minéraux, en particulier la lumière. [23]Cependant, cette étude n’a pas suffisamment apprécié que la culture hydroponique présente d’autres avantages clés, notamment le fait que les racines de la plante ont un accès constant à l’oxygène et que les plantes ont accès à autant ou aussi peu d’eau qu’elles en ont besoin. [24] Ceci est important car l’une des erreurs les plus courantes lors de la culture de plantes est l’arrosage excessif et le sous-arrosage ; et la culture hydroponique empêche cela de se produire car de grandes quantités d’eau, qui peuvent noyer les systèmes racinaires dans le sol, peuvent être mises à la disposition de la plante en culture hydroponique, et toute eau non utilisée est évacuée, recyclée ou activement aérée, éliminant ainsi l’ anoxieconditions dans la zone racinaire. En terre, un cultivateur doit être très expérimenté pour savoir exactement avec quelle quantité d’eau nourrir la plante. Trop et la plante ne pourra pas accéder à l’oxygène car l’ air dans les pores du sol est déplacé ; trop peu et la plante perdra la capacité d’absorber les nutriments, qui sont généralement déplacés dans les racines lorsqu’ils sont dissous , entraînant des symptômes de carence en nutriments tels que la chlorose . Les opinions de Hoagland et le soutien utile de l’Université ont incité ces deux chercheurs à développer plusieurs nouvelles formules de solutions nutritives minérales, universellement connues sous le nom de solution Hoagland . [25]

L’un des premiers succès de la culture hydroponique s’est produit sur Wake Island , un atoll rocheux de l’océan Pacifique utilisé comme escale de ravitaillement pour Pan American Airlines . La culture hydroponique y était utilisée dans les années 1930 pour cultiver des légumes pour les passagers. La culture hydroponique était une nécessité sur l’île de Wake car il n’y avait pas de sol et il était extrêmement coûteux de transporter par avion des légumes frais. [26]

De 1943 à 1946, Daniel I. Arnon a servi comme major dans l’ armée américaine et a utilisé son expertise antérieure en matière de nutrition végétale pour nourrir les troupes stationnées sur l’île aride de Ponape dans l’ouest du Pacifique en cultivant des cultures dans du gravier et de l’eau riche en nutriments parce qu’il y a n’y avait pas de terres arables disponibles. [27]

Dans les années 1960, Allen Cooper d’Angleterre a développé la technique du film nutritif . [28] Le pavillon terrestre du centre EPCOT de Walt Disney World a ouvert ses portes en 1982 et met en évidence une variété de techniques hydroponiques.

Au cours des dernières décennies, la NASA a effectué des recherches hydroponiques approfondies pour son Système de support de vie écologique contrôlé (CELSS). La recherche hydroponique imitant un environnement martien utilise l’éclairage LED pour se développer dans un spectre de couleurs différent avec beaucoup moins de chaleur. Ray Wheeler, physiologiste des plantes au Space Life Science Lab du Kennedy Space Center, estime que la culture hydroponique créera des avancées dans les voyages spatiaux, en tant que système de support de vie biorégénératif . [29]

En 2007, Eurofresh Farms à Willcox, en Arizona, a vendu plus de 200 millions de livres de Tomates cultivées en culture hydroponique . [30] Eurofresh a 318 acres (1,3 km 2 ) sous verre et représente environ un tiers de la superficie des serres hydroponiques commerciales aux États-Unis [31] Les Tomates Eurofresh étaient sans pesticides, cultivées dans de la Laine de roche avec une irrigation par le haut. Eurofresh a déclaré faillite et les serres ont été acquises par NatureSweet Ltd. en 2013. [32]

En 2017, le Canada possédait des centaines d’acres de serres hydroponiques commerciales à grande échelle, produisant des Tomates, des poivrons et des Concombres. [33]

En raison des progrès technologiques au sein de l’industrie et de nombreux facteurs économiques , le marché mondial de la culture hydroponique devrait passer de 226,45 millions de dollars américains en 2016 à 724,87 millions de dollars américains d’ici 2023. [34]

Techniques

Il existe deux variantes principales pour chaque milieu : sous-irrigation et irrigation par le haut [ préciser ] . Pour toutes les techniques, la plupart des réservoirs hydroponiques sont maintenant construits en plastique, mais d’autres matériaux ont été utilisés, notamment le béton, le verre, le métal, les solides végétaux et le bois. Les récipients doivent exclure la lumière pour empêcher la croissance d’algues et de champignons dans la solution nutritive.

Culture de solution statique

Le réservoir de radeau en eau profonde de la serre South Aquaponics du Crop Diversification Centre (CDC) à Brooks, en Alberta

Dans la culture en solution statique, les plantes sont cultivées dans des conteneurs de solution nutritive, tels que des bocaux Mason en verre (généralement, des applications à domicile), des pots, des seaux, des bacs ou des réservoirs. La solution est généralement légèrement aérée mais peut ne pas être aérée. S’il n’est pas aéré, le niveau de la solution est maintenu suffisamment bas pour que suffisamment de racines soient au-dessus de la solution afin qu’elles reçoivent suffisamment d’oxygène. Un trou est découpé (ou percé) dans le haut du réservoir pour chaque plante ; s’il s’agit d’un bocal ou d’un pot, il peut s’agir de son couvercle, mais sinon, du carton, du papier d’aluminium, du papier, du bois ou du métal peuvent être placés dessus. Un même réservoir peut être dédié à une seule usine, ou à plusieurs usines. La taille du réservoir peut être augmentée à mesure que la taille de la plante augmente. Un système fait maison peut être construit à partir de récipients alimentaires ou de bocaux en verre avec aérationfourni par une pompe d’aquarium, un tuyau d’alimentation d’aquarium et des vannes d’aquarium. Les contenants transparents sont recouverts de papier d’aluminium, de papier de boucherie, de plastique noir ou d’un autre matériau pour exclure la lumière, aidant ainsi à éliminer la formation d’algues. La solution nutritive est changée soit selon un calendrier, par exemple une fois par semaine, soit lorsque la concentration tombe en dessous d’un certain niveau déterminé avec un conductimètre électrique . Chaque fois que la solution est épuisée en dessous d’un certain niveau, de l’eau ou une solution nutritive fraîche est ajoutée. Une bouteille de Mariotte, ou une vanne à flotteur, peut être utilisé pour maintenir automatiquement le niveau de la solution. Dans la culture en solution de radeau, les plantes sont placées dans une feuille de plastique flottant qui flotte à la surface de la solution nutritive. De cette façon, le niveau de la solution ne descend jamais en dessous des racines. [35]

Culture de solution en flux continu

La technique du film nutritif (NFT) utilisée pour cultiver diverses salades vertes

Dans la culture en solution à flux continu, la solution nutritive s’écoule constamment le long des racines. Il est beaucoup plus facile à automatiser que la culture en solution statique car l’échantillonnage et les ajustements de la température, du pH et des concentrations de nutriments peuvent être effectués dans un grand réservoir de stockage qui a le potentiel de desservir des milliers de plantes. Une variante populaire est la technique du film nutritifou NFT, par lequel un courant d’eau très peu profond contenant tous les nutriments dissous nécessaires à la croissance des plantes est recirculé en une couche mince au-delà d’un tapis de racines nues de plantes dans un canal étanche, avec une surface supérieure exposée à l’air. En conséquence, un apport abondant d’oxygène est fourni aux racines des plantes. Un système NFT correctement conçu est basé sur l’utilisation de la bonne pente de canal, du bon débit et de la bonne longueur de canal. Le principal avantage du système NFT par rapport aux autres formes de culture hydroponique est que les racines des plantes sont exposées à un approvisionnement adéquat en eau, en oxygène et en nutriments. Dans toutes les autres formes de production, il existe un conflit entre la fourniture de ces besoins, puisque des quantités excessives ou insuffisantes de l’un entraînent un déséquilibre de l’un ou des deux autres. NFT, de par sa conception, fournit un système où les trois exigences pour une croissance saine des plantes peuvent être satisfaites en même temps, à condition que le concept simple de NFT soit toujours rappelé et pratiqué. Le résultat de ces avantages est que des rendements plus élevés de produits de haute qualité sont obtenus sur une période de culture prolongée. Un inconvénient de NFT est qu’il a très peu de mémoire tampon contre les interruptions de flux (par exemple, les pannes de courant). Mais, dans l’ensemble, c’est probablement l’une des techniques les plus productives. des pannes de courant). Mais, dans l’ensemble, c’est probablement l’une des techniques les plus productives. des pannes de courant). Mais, dans l’ensemble, c’est probablement l’une des techniques les plus productives.[ citation nécessaire ]

Les mêmes caractéristiques de conception s’appliquent à tous les systèmes NFT conventionnels. Alors que des pentes le long des canaux de 1:100 ont été recommandées, dans la pratique, il est difficile de construire une base pour les canaux qui soit suffisamment vraie pour permettre aux films de nutriments de s’écouler sans s’accumuler dans les zones localement déprimées. En conséquence, il est recommandé d’utiliser des pentes de 1:30 à 1:40. [36] Ceci tient compte des irrégularités mineures dans la surface, mais, même avec ces pentes, l’accumulation et l’engorgement de l’eau peuvent se produire. La pente peut être fournie par le sol, des bancs ou des crémaillères peuvent contenir les canaux et fournir la pente requise. Les deux méthodes sont utilisées et dépendent des exigences locales, souvent déterminées par les exigences du site et des cultures.

En règle générale, les débits pour chaque ravin doivent être d’un litre par minute. [37] À la plantation, les débits peuvent être la moitié de ceux-ci et la limite supérieure de 2 L/min apparaît à peu près au maximum. Les débits au-delà de ces extrêmes sont souvent associés à des problèmes nutritionnels. Des taux de croissance déprimés de nombreuses cultures ont été observés lorsque les canaux dépassent 12 mètres de longueur. Sur les cultures à croissance rapide, des tests ont indiqué que, bien que les niveaux d’oxygène restent adéquats, l’azote peut être épuisé sur toute la longueur du ravin. Par conséquent, la longueur du canal ne doit pas dépasser 10 à 15 mètres. Dans les situations où cela n’est pas possible, les réductions de croissance peuvent être éliminées en plaçant un autre aliment nutritif à mi-chemin le long du ravin et en réduisant de moitié les débits à travers chaque sortie. [ citation nécessaire ][5]

Aéroponie

L’aéroponie est un système dans lequel les racines sont maintenues en continu ou en discontinu dans un environnement saturé de fines gouttes (un brouillard ou un aérosol ) de solution nutritive. La méthode ne nécessite aucun substrat et consiste à cultiver des plantes avec leurs racines suspendues dans un air profond ou une chambre de croissance avec les racines périodiquement humidifiées avec une fine brume de nutriments atomisés . Une excellente aération est le principal avantage de l’aéroponie.

Un schéma de la technique aéroponique

Les techniques aéroponiques se sont avérées commercialement efficaces pour la propagation, la germination des graines, la production de pommes de terre de semence, la production de Tomates, les cultures de feuilles et les micro-verts. [38] Depuis que l’inventeur Richard Stoner a commercialisé la technologie aéroponique en 1983, l’aéroponie a été mise en œuvre comme alternative aux systèmes hydroponiques à forte intensité d’eau dans le monde entier. [39] La limitation de la culture hydroponique est le fait que 1 kilogramme (2,2 lb) d’eau ne peut contenir que 8 milligrammes (0,12 gr) d’air, que des aérateurs soient utilisés ou non.

Un autre avantage distinct de l’aéroponie par rapport à l’hydroponie est que toutes les espèces de plantes peuvent être cultivées dans un véritable système aéroponique, car le microenvironnement d’un aéroponie peut être contrôlé avec précision. La limitation de la culture hydroponique est que certaines espèces de plantes ne peuvent survivre qu’un certain temps dans l’eau avant de devenir gorgées d’eau . L’avantage de l’aéroponie est que les plantes aéroponiques en suspension reçoivent 100% de l’oxygène et du dioxyde de carbone disponibles dans la zone des racines, des tiges et des feuilles, [40]accélérant ainsi la croissance de la biomasse et réduisant les temps d’enracinement. Les recherches de la NASA ont montré que les plantes cultivées en aéroponie ont une augmentation de 80% de la biomasse en poids sec (minéraux essentiels) par rapport aux plantes cultivées en hydroponie. L’aéroponie utilise 65 % moins d’eau que l’hydroponie. La NASA a également conclu que les plantes cultivées en aéroponie nécessitent 1⁄4 d’apport de nutriments par rapport à la culture hydroponique. [41] [42] Contrairement aux plantes cultivées en hydroponie, les plantes cultivées en aéroponie ne subiront pas de choc de transplantation lorsqu’elles sont transplantées dans le sol et offrent aux producteurs la capacité de réduire la propagation des maladies et des agents pathogènes. L’aéroponie est également largement utilisée dans les études de laboratoire sur la physiologie et la pathologie végétales. Les techniques aéroponiques ont fait l’objet d’une attention particulière de la NASApuisqu’un brouillard est plus facile à manipuler qu’un liquide dans un environnement d’apesanteur. [41] [5]

Fogponique

Fogponics est une dérivation de l’aéroponie dans laquelle la solution nutritive est aérosolisée par un diaphragme vibrant à des fréquences ultrasonores . Les gouttelettes de solution produites par cette méthode ont tendance à avoir un diamètre de 5 à 10 μm, plus petites que celles produites en forçant une solution nutritive à travers des buses sous pression, comme en aéroponie. La plus petite taille des gouttelettes leur permet de se diffuser plus facilement dans l’air et d’apporter des nutriments aux racines sans limiter leur accès à l’oxygène. [43] [44]

Sous-irrigation passive

Plante aquatique – Crocus cultivé

La sous-irrigation passive, également connue sous le nom de culture hydroponique passive, semi-hydroponique ou hydroculture , [45] est une méthode dans laquelle les plantes sont cultivées dans un milieu Poreux inerte qui transporte l’eau et l’engrais vers les racines par capillarité à partir d’un réservoir séparé si nécessaire. , réduisant le travail et fournissant un approvisionnement constant en eau aux racines. Dans la méthode la plus simple, le pot repose dans une solution peu profonde d’engrais et d’eau ou sur un tapis capillaire saturé de solution nutritive. Les différents supports hydroponiques disponibles, tels que l’argile expansée et la coque de noix de coco, contiennent plus d’espace d’air que les terreaux plus traditionnels, fournissant plus d’oxygène aux racines, ce qui est important dans les plantes épiphytes telles que les orchidées et les broméliacées , dont les racines sont exposées à l’air dans la nature. Les avantages supplémentaires de la culture hydroponique passive sont la réduction de la pourriture des racines et l’humidité ambiante supplémentaire fournie par les évaporations.

L’hydroculture par rapport à l’agriculture traditionnelle en termes de rendement des cultures par surface dans un environnement contrôlé était environ 10 fois plus efficace que l’agriculture traditionnelle, utilise 13 fois moins d’eau dans un cycle de culture que l’agriculture traditionnelle, mais utilise en moyenne 100 fois plus de kilojoules par kilogramme de énergétique que l’agriculture traditionnelle. [46]

Sous-irrigation en flux et reflux (inondation et drain)

Un flux et reflux , ou inondation et vidange , système hydroponique

Dans sa forme la plus simple, il y a un plateau au-dessus d’un réservoir de solution nutritive. Soit le bac est rempli de substrat de culture (les granulés d’argile étant les plus courants) puis planté directement, soit placez le pot sur le substrat, placez-le dans le bac. À intervalles réguliers, une simple minuterie amène une pompe à remplir le plateau supérieur de solution nutritive, après quoi la solution redescend dans le réservoir. Cela maintient le milieu régulièrement rincé avec des nutriments et de l’air. Une fois que le plateau supérieur se remplit au-delà de la butée de vidange, il commence à faire recirculer l’eau jusqu’à ce que la minuterie éteigne la pompe et que l’eau du plateau supérieur retourne dans les réservoirs. [47]

Run-to-waste

Dans un système d’évacuation, une solution de nutriments et d’eau est périodiquement appliquée à la surface du milieu. La méthode a été inventée au Bengale en 1946 ; pour cette raison, il est parfois appelé “le système du Bengale”. [48]

Un système hydroponique run-to-waste , appelé “The Bengal System” d’après la région de l’est de l’Inde où il a été inventé (vers 1946)

Cette méthode peut être mise en place dans diverses configurations. Dans sa forme la plus simple, une solution de nutriments et d’eau est appliquée manuellement une ou plusieurs fois par jour sur un contenant de substrat de culture inerte, comme la Laine de roche, la perlite, la vermiculite, la fibre de coco ou le sable. Dans un système légèrement plus complexe, il est automatisé avec une pompe de distribution, une minuterie et des tubes d’irrigation pour fournir une solution nutritive avec une fréquence de distribution régie par les paramètres clés de la taille de la plante, du stade de croissance de la plante, du climat, du substrat et de la conductivité du substrat. , le pH et la teneur en eau.

Dans un cadre commercial, la fréquence d’arrosage est multifactorielle et régie par des ordinateurs ou des automates .

La production hydroponique commerciale de grandes plantes comme les Tomates, les Concombres et les poivrons utilise une forme ou une autre de culture hydroponique à perte.

Dans des utilisations respectueuses de l’environnement, les déchets riches en nutriments sont collectés et traités par un système de filtration sur site pour être utilisés plusieurs fois, ce qui rend le système très productif. [49]

Certains bonsaïs sont également cultivés dans des substrats sans sol (généralement constitués d’ akadama , de gravier, de terre de diatomées et d’autres composants inorganiques) et leur eau et leurs nutriments sont fournis sous forme de déchets.

Culture en eau profonde

La technique de culture en eau profonde utilisée pour cultiver les poivrons de cire hongrois

La méthode hydroponique de production végétale consiste à suspendre les racines des plantes dans une solution d’eau oxygénée riche en nutriments. Les méthodes traditionnelles privilégient l’utilisation de seaux en plastique et de grands récipients avec la plante contenue dans un pot en filet suspendu au centre du couvercle et les racines suspendues dans la solution nutritive. La solution est saturée en oxygène par une pompe à air associée à des pierres poreuses . Avec cette méthode, les plantes poussent beaucoup plus vite en raison de la grande quantité d’oxygène que les racines reçoivent. [50] La Méthode Kratky est similaire à la culture en eau profonde, mais utilise un réservoir d’eau non circulant.

Culture en eau profonde alimentée par le haut

La culture en eau profonde alimentée par le haut est une technique consistant à fournir une solution nutritive hautement oxygénée directement à la zone racinaire des plantes. Alors que la culture en eau profonde implique que les racines des plantes pendent dans un réservoir de solution nutritive, dans la culture en eau profonde alimentée par le haut, la solution est pompée du réservoir jusqu’aux racines (alimentation par le haut). L’eau est libérée sur les racines de la plante et retourne ensuite dans le réservoir en dessous dans un système de recirculation constante. Comme pour la culture en eau profonde, il y a une pierre à air dans le réservoir qui pompe l’air dans l’eau via un tuyau depuis l’extérieur du réservoir. La pierre à air aide à ajouter de l’oxygène à l’eau. La pierre à air et la pompe à eau fonctionnent 24 heures sur 24.

Le plus grand avantage de la culture en eau profonde alimentée par le haut par rapport à la culture en eau profonde standard est une croissance accrue au cours des premières semaines. [ citation nécessaire ] Avec la culture en eau profonde, il y a un moment où les racines n’ont pas encore atteint l’eau. Avec la culture en eau profonde alimentée par le haut, les racines ont un accès facile à l’eau dès le début et se développeront dans le réservoir en dessous beaucoup plus rapidement qu’avec un système de culture en eau profonde. Une fois que les racines ont atteint le réservoir en dessous, il n’y a pas un énorme avantage avec la culture en eau profonde alimentée par le haut par rapport à la culture en eau profonde standard. Cependant, en raison de la croissance plus rapide au début, le temps de croissance peut être réduit de quelques semaines. [ citation nécessaire ]

Rotatif

Une démonstration de culture hydroponique rotative au Pavillon belge Expo en 2015

Un jardin hydroponique rotatif est un style de culture hydroponique commerciale créé dans un cadre circulaire qui tourne en continu pendant tout le cycle de croissance de la plante cultivée.

Bien que les spécificités du système varient, les systèmes tournent généralement une fois par heure, donnant à une usine 24 tours complets dans le cercle chaque période de 24 heures. Au centre de chaque jardin hydroponique rotatif peut se trouver une lumière de croissance à haute intensité, conçue pour simuler la lumière du soleil, souvent à l’aide d’une minuterie mécanisée.

Chaque jour, au fur et à mesure que les plantes tournent, elles sont périodiquement arrosées avec une solution de croissance hydroponique pour fournir tous les nutriments nécessaires à une croissance robuste. En raison de la lutte continue des plantes contre la gravité, les plantes mûrissent généralement beaucoup plus rapidement que lorsqu’elles sont cultivées dans le sol ou d’autres systèmes de culture hydroponiques traditionnels. [51] Parce que les systèmes hydroponiques rotatifs ont une petite taille, ils permettent de cultiver plus de matériel végétal par surface au sol que les autres systèmes hydroponiques traditionnels. [52]

Les systèmes hydroponiques rotatifs doivent être évités dans la plupart des cas, principalement en raison de leur nature expérimentale et de leurs coûts élevés pour les trouver, les acheter, les exploiter et les entretenir. [53]

Substrats (matériaux de support de culture)

L’une des décisions les plus évidentes que les agriculteurs hydroponiques doivent prendre est le milieu qu’ils doivent utiliser. Différents supports sont appropriés pour différentes techniques de culture.

Laine de roche

Laine de roche

La Laine de roche (laine minérale ) est le support le plus utilisé en hydroponie. La Laine de roche est un substrat inerte qui convient à la fois aux systèmes de récupération et de recirculation. La Laine de roche est fabriquée à partir de roche fondue, de basalte ou de «scorie» qui est filée en faisceaux de fibres à filament unique et liée dans un milieu capable d’action capillaire, et est, en effet, protégée de la dégradation microbiologique la plus courante. La Laine de roche est généralement utilisée uniquement pour le stade de semis, ou avec des clones nouvellement coupés, mais peut rester avec la base de la plante pendant toute sa durée de vie. La Laine de roche présente de nombreux avantages et quelques inconvénients. Ce dernier étant l’éventuelle irritation cutanée (mécanique) lors de la manipulation (1:1000). [ citation nécessaire ]Rincer à l’eau froide apporte généralement un soulagement. Les avantages incluent son efficacité et son efficacité éprouvées en tant que substrat hydroponique commercial. La plupart de la Laine de roche vendue à ce jour est un matériau non dangereux et non cancérigène, relevant de la note Q du règlement de l’Union européenne sur la classification, l’emballage et l’étiquetage (CLP). [ citation nécessaire ]

Les produits en laine minérale peuvent être conçus pour contenir de grandes quantités d’eau et d’air qui favorisent la croissance des racines et l’absorption des nutriments dans la culture hydroponique ; leur nature fibreuse fournit également une bonne structure mécanique pour maintenir la plante stable. Le pH naturellement élevé de la laine minérale la rend initialement inadaptée à la croissance des plantes et nécessite un “conditionnement” pour produire une laine avec un pH stable et approprié. [54]

Agrégat d’argile expansée

Agrégat d’argile expansée

Les granulés d’argile cuite conviennent aux systèmes hydroponiques dans lesquels tous les nutriments sont soigneusement contrôlés en solution aqueuse. Les boulettes d’argile sont inertes, au pH neutre et ne contiennent aucune valeur nutritive.

L’argile est façonnée en boulettes rondes et cuite dans des fours rotatifs à 1 200 ° C (2 190 ° F). Cela provoque l’expansion de l’argile, comme du pop-corn, et devient poreuse. Il est léger et ne se compacte pas avec le temps. La forme d’une pastille individuelle peut être irrégulière ou uniforme selon la marque et le processus de fabrication. Les fabricants considèrent l’argile expansée comme un milieu de culture écologiquement durable et réutilisable en raison de sa capacité à être nettoyée et stérilisée, généralement par lavage dans des solutions de vinaigre blanc, d’ eau de Javel ou de peroxyde d’hydrogène ( H2O2) et rincer complètement.

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Euphorbe

Culture III

Du gui

Un autre point de vue est qu’il vaut mieux ne pas réutiliser les galets d’argile même lorsqu’ils sont nettoyés, en raison de la croissance des racines qui peuvent pénétrer dans le milieu. Il a été démontré que casser un galet d’argile après une culture révèle cette croissance.

Pierres de croissance

Les pierres de croissance , fabriquées à partir de déchets de verre, ont à la fois plus d’espace de rétention d’air et d’eau que la perlite et la tourbe. Cet agrégat contient plus d’eau que les coques de riz étuvé. [55] Les Growstones en volume sont constitués de 0,5 à 5 % de carbonate de calcium [56] – pour un sac standard de 5,1 kg de Growstones, cela correspond à 25,8 à 258 grammes de carbonate de calcium . Le reste est du verre sodocalcique. [56]

Coco Coco

Indépendamment de la demande hydroponique, la fibre de coco est un sous-produit naturel dérivé des procédés de la noix de coco. L’enveloppe extérieure d’une noix de coco est constituée de fibres qui sont couramment utilisées pour fabriquer une myriade d’articles allant des tapis de sol aux brosses. Une fois les fibres longues utilisées pour ces applications, la poussière et les fibres courtes sont fusionnées pour créer du coco. Les noix de coco absorbent des niveaux élevés de nutriments tout au long de leur cycle de vie, de sorte que la fibre de coco doit subir un processus de maturation avant de devenir un milieu de croissance viable. [57] Ce processus élimine le sel, les tanins et les composés phénoliques par un lavage à l’eau substantiel. L’eau contaminée est un sous-produit de ce processus, car trois cents à six cents litres d’eau par mètre cube de fibre de coco sont nécessaires. [58]De plus, cette maturation peut prendre jusqu’à six mois et une étude a conclu que les conditions de travail pendant le processus de maturation sont dangereuses et seraient illégales en Amérique du Nord et en Europe. [59] Bien qu’il nécessite une attention particulière, pose des risques pour la santé et des impacts environnementaux, la fibre de coco possède des propriétés matérielles impressionnantes. Lorsqu’il est exposé à l’eau, le matériau brun, sec, épais et fibreux se dilate près de trois à quatre fois sa taille d’origine. Cette caractéristique combinée à la capacité de rétention d’eau de la fibre de coco et à sa résistance aux ravageurs et aux maladies en font un milieu de croissance efficace. Utilisée comme alternative à la Laine de roche, la fibre de coco, également connue sous le nom de tourbe de coco, offre des conditions de croissance optimisées. [60]

Balles de riz

Balles de riz

Les Balles de riz étuvées (PBH) sont un sous-produit agricole qui aurait autrement peu d’utilité. Ils se décomposent avec le temps et permettent le drainage, [61] et retiennent même moins d’eau que les growstones. [55] Une étude a montré que les Balles de riz n’affectaient pas les effets des régulateurs de croissance des plantes . [61] [ source non primaire nécessaire ]

Perlite

Perlite

La perlite est une roche volcanique qui a été surchauffée en galets de verre expansé très légers. Il s’utilise en vrac ou dans des manchons en plastique immergés dans l’eau. Il est également utilisé dans les mélanges de terreau pour diminuer la densité du sol. La perlite a des propriétés et des utilisations similaires à la vermiculite mais, en général, retient plus d’air et moins d’eau et est flottante.

Vermiculite

Vermiculite

Comme la perlite, la vermiculite est un minéral qui a été surchauffé jusqu’à ce qu’il se transforme en galets légers. La vermiculite retient plus d’eau que la perlite et possède une propriété naturelle de “mèche” qui peut puiser de l’eau et des nutriments dans un système hydroponique passif. Si trop d’eau et pas assez d’air entourent les racines des plantes, il est possible de diminuer progressivement la capacité de rétention d’eau du milieu en mélangeant des quantités croissantes de perlite.

Pierre ponce

Pierre ponce

Comme la perlite, la pierre ponce est une roche volcanique légère et extraite qui trouve une application dans la culture hydroponique.

Sable

Le sable est bon marché et facilement disponible. Cependant, il est lourd, ne retient pas très bien l’eau et doit être stérilisé entre les utilisations. [62]

Gravier

Le même type que celui utilisé dans les aquariums, bien que n’importe quel petit gravier puisse être utilisé, à condition qu’il soit d’abord lavé. En effet, les plantes qui poussent dans un lit de filtre à gravier traditionnel typique, avec de l’eau circulant à l’aide de pompes à tête motrice électrique, sont en fait cultivées en utilisant la culture hydroponique de gravier, également appelée « nutriculture ». Le gravier est peu coûteux, facile à nettoyer, se draine bien et ne sera pas gorgé d’eau. Cependant, il est également lourd et, si le système ne fournit pas d’eau en continu, les racines des plantes peuvent se dessécher.

Fibre de bois

Excelsior ou laine de bois

La fibre de bois , produite à partir de la friction vapeur du bois, est un substrat organique efficace pour la culture hydroponique. Il a l’avantage de conserver sa structure très longtemps. La laine de bois (c’est-à-dire les lamelles de bois) est utilisée depuis les premiers jours de la recherche hydroponique. [21] Cependant, des recherches plus récentes suggèrent que la fibre de bois peut avoir des effets néfastes sur les “régulateurs de croissance des plantes”. [61] [ source non primaire nécessaire ]

Laine de mouton

La laine de tonte des moutons est un support de culture renouvelable peu utilisé mais prometteur. Dans une étude comparant la laine avec des dalles de tourbe, des dalles de fibre de coco, de la perlite et des dalles de Laine de roche pour faire pousser des plants de concombre, la laine de mouton avait une plus grande capacité d’air de 70%, qui diminuait avec l’utilisation à un taux comparable de 43%, et une capacité d’eau qui passait de 23 % à 44 % à l’usage. [63] L’utilisation de laine de mouton a donné le plus grand rendement des substrats testés, tandis que l’application d’un biostimulateur composé d’acide humique, d’acide lactique et de Bacillus subtilis a amélioré les rendements dans tous les substrats. [63]

Éclats de brique

Les éclats de brique ont des propriétés similaires au gravier. Ils présentent les inconvénients supplémentaires de modifier éventuellement le pH et de nécessiter un nettoyage supplémentaire avant réutilisation. [64]

Cacahuètes d’emballage en polystyrène

Cacahuètes en mousse de polystyrène

Les cacahuètes d’emballage en polystyrène sont peu coûteuses, facilement disponibles et ont un excellent drainage. Cependant, ils peuvent être trop légers pour certaines utilisations. Ils sont principalement utilisés dans les systèmes à tube fermé. Notez que des cacahuètes en polystyrène non biodégradables doivent être utilisées ; les cacahuètes d’emballage biodégradables se décomposeront en une boue. Les plantes peuvent absorber le styrène et le transmettre à leurs consommateurs ; c’est un risque possible pour la santé. [64]

Solutions nutritives

Solutions hydroponiques inorganiques

La formulation de solutions hydroponiques est une application de la nutrition des plantes , avec des symptômes de carence en éléments nutritifs reflétant ceux que l’on trouve dans l’agriculture traditionnelle basée sur le sol . Cependant, la chimie sous-jacente des solutions hydroponiques peut différer de la chimie du sol à bien des égards. Les différences importantes incluent :

  • Contrairement au sol, les solutions nutritives hydroponiques n’ont pas de capacité d’échange de cations (CEC) à partir de particules d’argile ou de matière organique. L’absence de CEC et de pores du sol signifie que le pH , la saturation en oxygène et les concentrations de nutriments peuvent changer beaucoup plus rapidement dans les configurations hydroponiques que ce qui est possible dans le sol.
  • L’absorption sélective des nutriments par les plantes déséquilibre souvent la quantité de contre -ions en solution. [21] [65] [66] Ce déséquilibre peut rapidement affecter le pH de la solution et la capacité des plantes à absorber les nutriments de charge ionique similaire (voir l’article potentiel membranaire ). Par exemple, les anions nitrates sont souvent consommés rapidement par les plantes pour former des protéines , laissant un excès de cations en solution. [21] Ce déséquilibre cationique peut entraîner des symptômes de carence en d’autres nutriments à base de cations (par exemple Mg 2+ ) même lorsqu’une quantité idéale de ces nutriments est dissoute dans la solution. [65][66]
  • Selon le pH ou la présence de contaminants dans l’eau, des nutriments tels que le fer peuvent précipiter de la solution et devenir indisponibles pour les plantes. Des ajustements de routine du pH, un tamponnage de la solution ou l’utilisation d’ agents chélateurs sont souvent nécessaires. [67]
  • Contrairement aux types de sols , dont la composition peut varier considérablement , les solutions hydroponiques sont souvent standardisées et nécessitent un entretien de routine pour la culture des plantes. [68] Dans des conditions contrôlées, les solutions hydroponiques sont périodiquement ajustées au pH à un niveau proche de la neutralité (pH ≈ 6,0) et sont aérées avec de l’oxygène. De plus, les niveaux d’eau doivent être remplis pour tenir compte des pertes par transpiration et les solutions nutritives doivent être refortifiées pour corriger les déséquilibres en nutriments qui se produisent lorsque les plantes poussent et épuisent les réserves de nutriments. Parfois, la mesure régulière des ions nitrate est utilisée comme paramètre clé pour estimer les proportions et les concentrations restantes d’autres ions nutritifs essentiels dans une solution équilibrée.. [69]

Comme dans l’agriculture conventionnelle, les éléments nutritifs doivent être ajustés pour satisfaire la loi de Liebig du minimum pour chaque variété végétale spécifique . [65] Néanmoins, il existe des concentrations généralement acceptables pour les solutions nutritives, les plages de concentration minimale et maximale pour la plupart des plantes étant quelque peu similaires. [70] La plupart des solutions nutritives sont mélangées pour avoir des concentrations comprises entre 1 000 et 2 500 ppm . [21]Les concentrations acceptables pour les ions nutritifs individuels, qui comprennent ce nombre total de ppm, sont résumées dans le tableau suivant. Pour les nutriments essentiels, des concentrations inférieures à ces plages entraînent souvent des carences en nutriments, tandis que le dépassement de ces plages peut entraîner une toxicité des nutriments. Les concentrations nutritionnelles optimales pour les variétés végétales sont trouvées empiriquement par l’expérience ou par des tests de tissus végétaux . [65]

Élément Rôle Forme(s) ionique(s) Plage basse (ppm) Gamme haute (ppm) Sources communes Commenter
Azote Macronutriment essentiel NON
3ou NH+
4
100 [66] 1000 [65] KNO 3 , NH 4 NO 3 , Ca(NO 3 ) 2 , HNO 3 , (NH 4 ) 2 SO 4 et (NH 4 ) 2 HPO 4 NH+
4interfère avec l’absorption de Ca 2+ et peut être toxique pour les plantes s’il est utilisé comme principale source d’azote. Un rapport de 3:1 de NO
3-N à NH+
4-N ( % en poids ) est parfois recommandé pour équilibrer le pH lors de l’absorption d’azote. [66] Les plantes réagissent différemment selon la forme d’azote, par exemple, l’ammonium a une charge positive, et ainsi, la plante expulse un proton (H+
) pour chaque NH+
4absorbé entraînant une réduction du pH de la rhizosphère. Lorsqu’il est fourni avec NO
3, l’inverse peut se produire lorsque la plante libère du bicarbonate (HCO
3) qui augmente le pH de la rhizosphère. Ces changements de pH peuvent influencer la disponibilité d’autres éléments nutritifs des plantes (par exemple, Zn, Ca, Mg). [71]
Potassium Macronutriment essentiel K + 100 [65] 400 [65] KNO 3 , K 2 SO 4 , KCl , KOH , K 2 CO 3 , K 2 HPO 4 et K 2 SiO 3 Des concentrations élevées interfèrent avec la fonction de Fe, Mn et Zn. Les carences en zinc sont souvent les plus apparentes. [66]
Phosphore Macronutriment essentiel Bon de commande3−
4
30 [66] 100 [65] K 2 HPO 4 , KH 2 PO 4 , NH 4 H 2 PO 4 , H 3 PO 4 et Ca(H 2 PO 4 ) 2 Excès NON
3tend à inhiber la PO3−
4absorption. Le rapport fer/PO3−
4peut affecter les réactions de co-précipitation . [65]
Calcium Macronutriment essentiel Environ 2+ 200 [66] 500 [65] Ca(NO 3 ) 2 , Ca(H 2 PO 4 ) 2 , CaSO 4 , CaCl 2 Un excès de Ca 2+ inhibe l’ absorption de Mg 2+ . [66]
Magnésium Macronutriment essentiel Mg 2+ 50 [65] 100 [65] MgSO 4 et MgCl 2 Ne doit pas dépasser la concentration de Ca 2+ en raison de l’absorption compétitive. [66]
Soufre Macronutriment essentiel ALORS2−
4
50 [66] 1000 [65] MgSO 4 , K 2 SO 4 , CaSO 4 , H 2 SO 4 , (NH 4 ) 2 SO 4 , ZnSO 4 , CuSO 4 , FeSO 4 et MnSO 4 Contrairement à la plupart des nutriments, les plantes peuvent tolérer une forte concentration de SO2−
4, absorbant sélectivement le nutriment selon les besoins. [21] [65] [66] Les effets de contre-ion indésirables s’appliquent toujours cependant.
Fer Micronutriment essentiel Fe 3+ et Fe 2+ 2 [66] 5 [65] Fe DTPA , Fe EDTA , citrate de fer , tartrate de fer , FeCl 3 , EDTA ferrique et FeSO 4 Les valeurs de pH supérieures à 6,5 diminuent considérablement la solubilité du fer. Des agents chélateurs (par exemple DTPA , acide citrique ou EDTA) sont souvent ajoutés pour augmenter la solubilité du fer sur une plage de pH plus large. [66]
Zinc Micronutriment essentiel Zn 2+ 0,05 [66] 1 [65] ZnSO 4 L’excès de zinc est hautement toxique pour les plantes mais est essentiel pour les plantes à faible concentration. La teneur en zinc des aliments à base de plantes disponibles dans le commerce varie de 3 à 10 μg/g de poids frais. [72]
Cuivre Micronutriment essentiel Cu 2+ 0,01 [66] 1 [65] CuSO 4 La sensibilité des plantes au cuivre est très variable. 0,1 ppm peut être toxique pour certaines plantes [66] tandis qu’une concentration allant jusqu’à 0,5 ppm pour de nombreuses plantes est souvent considérée comme idéale. [65]
Manganèse Micronutriment essentiel Mn 2+ 0,5 [65] [66] 1 [65] MnSO 4 et MnCl 2 L’absorption est améliorée par un PO élevé3−
4concentrations. [66]
Bore Micronutriment essentiel B(OH)
4
0,3 [66] 10 [65] H3BO3 et Na2B4O7 _ _ _ _ _ _ _ _ Un élément nutritif essentiel, cependant, certaines plantes sont très sensibles au bore (par exemple, des effets toxiques sont apparents dans les agrumes à 0,5 ppm). [65]
Molybdène Micronutriment essentiel Meuglement
4
0,001 [65] 0,05 [66] (NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 et Na 2 MoO 4 Un composant de l’enzyme nitrate réductase et requis par les rhizobiums pour la fixation de l’azote . [66]
Chlore Micronutriment essentiel Cl− _ 0,65 [73] 9 [74] KCl, CaCl 2 , MgCl 2 et NaCl Peut interférer avec NO
3absorption dans certaines plantes, mais peut être bénéfique dans certaines plantes (par exemple dans l’asperge à 5 ppm). Absent chez les conifères , les fougères et la plupart des bryophytes . [65] Le chlorure est l’un des 16 éléments essentiels à la croissance des plantes. Parce qu’il est censé être nécessaire en petites quantités pour une croissance saine des plantes (< 50–100 μM dans le milieu nutritif), le chlorure est classé comme un micronutriment. [75]
Aluminium Micronutriments variables Al 3+ 0 10 [65] Al 2 (SO 4 ) 3 Indispensable pour certaines plantes (par exemple pois , maïs , tournesols et céréales ). Peut être toxique pour certaines plantes en dessous de 10 ppm. [65] Parfois utilisé pour produire des pigments de fleurs (par exemple par Hydrangeas ).
Silicium Micronutriments variables SiO2−
3
0 140 [66] K2SiO3 , Na2SiO3 et H2SiO3 _ _ _ _ _ _ _ _ _ Présent dans la plupart des plantes, abondant dans les cultures céréalières, les graminées et l’écorce des arbres. Preuve que SiO2−
3améliore la résistance des plantes aux maladies. [65]
Titane Micronutriments variables Ti 3+ 0 5 [65] H4TiO4 _ _ _ Peut-être essentiel, mais des traces de Ti 3+ sont si omniprésentes que son ajout est rarement justifié. [66] À 5 ppm, des effets favorables sur la croissance de certaines cultures sont notables (par exemple , ananas et pois). [65]
Cobalt Micronutriments variables Co 2+ 0 0,1 [65] CoSO 4 Requis par les rhizobiums, important pour la nodulation des racines des légumineuses . [66] Certaines algues ont besoin de cobalt pour la synthèse de la vitamine B12 . [76]
Nickel Micronutriments variables Ni 2+ 0,057 [66] 1,5 [65] NiSO 4 et NiCO 3 Essentiel à de nombreuses plantes (par exemple les légumineuses et certaines cultures céréalières). [66] Également utilisé dans l’enzyme uréase .
Sodium Micronutriment non essentiel Na + 0 31 [77] Na 2 SiO 3 , Na 2 SO 4 , NaCl, NaHCO 3 et NaOH Le Na + peut remplacer partiellement le K + dans certaines fonctions végétales mais le K + reste un nutriment essentiel. [65]
Vanadium Micronutriment non essentiel VO 2+ 0 Trace, indéterminé VOS 4 Bénéfique pour la fixation rhizobienne de N 2 . [66]
Lithium Micronutriment non essentiel Li + 0 Indéterminé Li 2 SO 4 , LiCl et LiOH Le Li + peut augmenter la teneur en chlorophylle de certaines plantes (par exemple les plants de pomme de terre et de poivron ). [66]

Solutions hydroponiques biologiques

Les engrais organiques peuvent être utilisés pour compléter ou remplacer entièrement les composés inorganiques utilisés dans les solutions hydroponiques conventionnelles. [65] [66] Cependant, l’utilisation d’engrais organiques présente un certain nombre de défis qui ne sont pas facilement résolus. Les exemples comprennent:

  • les engrais organiques sont très variables dans leurs compositions nutritionnelles en termes de minéraux et d’espèces chimiques différentes . Même des matériaux similaires peuvent différer considérablement en fonction de leur source (par exemple, la qualité du fumier varie en fonction du régime alimentaire d’un animal).
  • les engrais organiques proviennent souvent de sous-produits animaux, ce qui fait de la transmission de maladies une préoccupation sérieuse pour les plantes cultivées pour la consommation humaine ou le fourrage animal .
  • les engrais organiques sont souvent particulaires et peuvent obstruer les substrats ou d’autres équipements de culture. Le tamisage ou le broyage des matières organiques en fines poussières est souvent nécessaire.
  • certaines matières organiques (notamment le fumier et les abats ) peuvent se dégrader davantage et émettre des odeurs nauséabondes dans des conditions anaérobies .
  • de nombreuses molécules organiques (c’est-à-dire les sucres ) demandent de l’oxygène supplémentaire lors de la dégradation aérobie, ce qui est essentiel pour la respiration cellulaire dans les racines des plantes.
  • les composés organiques ne sont pas nécessaires à la nutrition normale des plantes. [78]

Néanmoins, si des précautions sont prises, les engrais organiques peuvent être utilisés avec succès en culture hydroponique. [65] [66]

Macronutriments d’origine biologique

Des exemples de matériaux appropriés, avec leurs contenus nutritionnels moyens tabulés en termes de pourcentage de masse sèche, sont énumérés dans le tableau suivant. [65]

Matériau organique N P2O5 _ _ _ K 2 O CaO MgO SO 2 Commenter
Repas de sang 13,0 % 2,0 % 1,0 % 0,5 %
Cendres d’os 35,0 % 46,0 % 1,0 % 0,5 %
Farine d’os 4,0 % 22,5 % 33,0 % 0,5 % 0,5 %
Farine de sabot / corne 14,0 % 1,0 % 2,5 % 2,0 %
Farine de poisson 9,5 % 7,0 % 0,5 %
Déchets de laine 3,5 % 0,5 % 2,0 % 0,5 %
Cendres de bois 2,0 % 5,0 % 33,0 % 3,5 % 1,0 %
Cendres de graines de coton 5,5 % 27,0 % 9,5 % 5,0 % 2,5 %
Tourteau de coton 7,0 % 3,0 % 2,0 % 0,5 % 0,5 %
Sauterelle ou sauterelle séchée 10,0 % 1,5 % 0,5 % 0,5 %
Déchets de cuir 5,5% à 22% Broyé en une fine poussière. [66]
Farine de varech, algue liquide 1% 12% Produits commerciaux disponibles.
Fumier de volaille 2% à 5% 2,5% à 3% 1,3 % à 3 % 4,0 % 1,0 % 2,0 % Un compost liquide qui est tamisé pour éliminer les solides et contrôlé pour les agents pathogènes . [65]
Fumier de mouton 2,0 % 1,5 % 3,0 % 4,0 % 2,0 % 1,5 % Identique au fumier de volaille.
Fumier de chèvre 1,5 % 1,5 % 3,0 % 2,0 % Identique au fumier de volaille.
Fumier de cheval 3% à 6% 1,5 % 2% à 5% 1,5 % 1,0 % 0,5 % Identique au fumier de volaille.
Fumier de vache 2,0 % 1,5 % 2,0 % 4,0 % 1,1 % 0,5 % Identique au fumier de volaille.
Guano de chauve -souris 8,0 % 40% 29% Trace Trace Trace Riche en micronutriments. [66] Disponible dans le commerce.
Guano des oiseaux 13% 8% 20% Trace Trace Trace Riche en micronutriments. Disponible dans le commerce.

Micronutriments d’origine biologique

Les micronutriments peuvent également provenir d’engrais organiques. Par exemple, l’écorce de pin compostée est riche en manganèse et est parfois utilisée pour répondre à ces besoins en minéraux dans les solutions hydroponiques. [66] Pour satisfaire aux exigences des programmes biologiques nationaux , des minéraux pulvérisés et non raffinés (par exemple du gypse , de la calcite et de la glauconite ) peuvent également être ajoutés pour satisfaire les besoins nutritionnels d’une plante.

Additifs

Des composés peuvent être ajoutés dans les systèmes hydroponiques organiques et conventionnels pour améliorer l’acquisition et l’absorption de la nutrition par la plante . Il a été démontré que les agents chélateurs et l’acide humique augmentent l’absorption des nutriments. [79] [66] De plus, il a été démontré que les rhizobactéries favorisant la croissance des plantes (PGPR), qui sont régulièrement utilisées dans l’agriculture de plein champ et en serre, profitent au développement de la croissance des plantes hydroponiques et à l’acquisition de nutriments. [80] Certains PGPR sont connus pour augmenter la fixation de l’azote. Alors que l’azote est généralement abondant dans les systèmes hydroponiques avec des régimes d’engrais correctement entretenus, Azospirillum et Azotobactergenres peuvent aider à maintenir les formes mobilisées d’azote dans les systèmes à croissance microbienne plus élevée dans la rhizosphère. [81] Les méthodes d’engrais traditionnelles conduisent souvent à de fortes concentrations accumulées de nitrate dans les tissus végétaux à la récolte. Il a été démontré que Rhodopseudo-monas palustris augmente l’efficacité de l’utilisation de l’azote, augmente le rendement et diminue la concentration de nitrate de 88 % à la récolte par rapport aux méthodes traditionnelles d’engrais hydroponiques dans les légumes-feuilles. [82] De nombreux Bacillus spp., Pseudomonas spp. et Streptomycesspp. convertir les formes de phosphore dans le sol qui ne sont pas disponibles pour la plante en anions solubles en diminuant le pH du sol, en libérant du phosphore lié sous forme chélatée qui est disponible dans une plage de pH plus large et en minéralisant le phosphore organique. [81]

Certaines études ont montré que les inoculants Bacillus permettent à la laitue frisée hydroponique de surmonter un stress salin élevé qui, autrement, réduirait la croissance. [83] Cela peut être particulièrement avantageux dans les régions où la conductivité électrique ou la teneur en sel de leur source d’eau sont élevées. Cela pourrait potentiellement éviter des systèmes de filtration par osmose inverse coûteux tout en maintenant un rendement élevé des cultures.

Outils

Équipement commun

La gestion des concentrations de nutriments, de la saturation en oxygène et des valeurs de pH dans des plages acceptables est essentielle pour une horticulture hydroponique réussie . Les outils courants utilisés pour gérer les solutions hydroponiques comprennent :

  • Conductimètres électriques , un outil qui estime les ppm de nutriments en mesurant dans quelle mesure une solution transmet un courant électrique .
  • pH-mètre , un outil qui utilise un courant électrique pour déterminer la concentration d’ions hydrogène en solution.
  • Électrode à oxygène , un capteur électrochimique pour déterminer la concentration en oxygène en solution.
  • Papier de tournesol , bandelettes indicatrices de pH jetables qui déterminent les concentrations d’ ions hydrogène par réaction chimique changeante de couleur .
  • Cylindres gradués ou cuillères à mesurer pour mesurer les solutions hydroponiques commerciales prémélangées.

Équipement

L’équipement chimique peut également être utilisé pour effectuer des analyses chimiques précises des solutions nutritives. Les exemples incluent : [65]

  • Balances pour mesurer avec précision les matériaux.
  • Verrerie de laboratoire , telle que burettes et pipettes , pour effectuer des titrages .
  • Colorimètres pour tests en solution appliquant la loi de Beer-Lambert .
  • Spectrophotomètre pour mesurer les concentrations du paramètre clé nitrate et d’autres nutriments, tels que le phosphate, le sulfate ou le fer.

L’utilisation d’équipements chimiques pour les solutions hydroponiques peut être bénéfique pour les cultivateurs de tous horizons, car les solutions nutritives sont souvent réutilisables. [84] Étant donné que les solutions nutritives ne sont pratiquement jamais complètement épuisées et ne devraient jamais être dues à la pression osmotique inacceptablement basse qui en résulterait, la re-fortification des anciennes solutions avec de nouveaux nutriments peut permettre aux producteurs d’économiser de l’argent et de contrôler la pollution ponctuelle , une source courante. pour l’ eutrophisation des lacs et cours d’eau avoisinants. [84]

Logiciel

Bien que les solutions nutritives concentrées pré-mélangées soient généralement achetées auprès de fabricants commerciaux de nutriments par des amateurs de culture hydroponique et de petits producteurs commerciaux, plusieurs outils existent pour aider quiconque à préparer ses propres solutions sans connaissances approfondies en chimie. Les outils gratuits et open source HydroBuddy [85] et HydroCal [86] ont été créés par des chimistes professionnels pour aider tout cultivateur hydroponique à préparer ses propres solutions nutritives. Le premier programme est disponible pour Windows, Mac et Linux tandis que le second peut être utilisé via une simple interface JavaScript. Les deux programmes permettent la préparation de solutions nutritives de base, bien qu’HydroBuddy offre des fonctionnalités supplémentaires pour utiliser et enregistrer des substances personnalisées, enregistrer des formulations et prédire les valeurs de conductivité électrique.

Solutions de mélange

Souvent, le mélange de solutions hydroponiques à l’aide de sels individuels n’est pas pratique pour les amateurs ou les petits producteurs commerciaux car les produits commerciaux sont disponibles à des prix raisonnables. Cependant, même lors de l’achat de produits commerciaux, les engrais multi-composants sont populaires. Souvent, ces produits sont achetés sous forme de formules en trois parties qui mettent l’accent sur certains rôles nutritionnels. Par exemple, les solutions pour la croissance végétative (c’est-à-dire riches en azote), la floraison (c’est-à-dire riches en potassium et en phosphore) et les solutions de micronutriments (c’est-à-dire avec des oligo-éléments) sont populaires. Le moment et l’application de ces engrais en plusieurs parties doivent coïncider avec le stade de croissance d’une plante. Par exemple, à la fin du cycle de vie annuel d’une plante, une plante doit être limitée aux engrais riches en azote. Chez la plupart des plantes, la restriction en azote inhibe la croissance végétative et aide à induire la floraison . [66]

Améliorations supplémentaires

Salles de culture

Avec des problèmes de ravageurs réduits et des nutriments constamment apportés aux racines, la productivité en culture hydroponique est élevée ; cependant, les producteurs peuvent encore augmenter le rendement en manipulant l’environnement d’une plante en construisant des salles de culture sophistiquées . [87]

Enrichissement en CO2

Pour augmenter encore le rendement, certaines serres étanches injectent du CO 2 dans leur environnement pour aider à améliorer la croissance et la fertilité des plantes.

Voir également

  • icon iconPortail agricole
  • icon iconPortail de jardinage
  • Aéroponie
  • Anthroponique
  • Aquaponie
  • Fogponique
  • Folkewall
  • Boîte de culture
  • Chambre de culture
  • Organoponique
  • Culture hydroponique passive
  • Usine de plantes
  • Nutrition des plantes
  • Pathologie végétale
  • Pourriture des racines
  • Agriculture verticale
  • Xériscaping

Références

  1. ^ Gericke, William F. (1937). “Hydroponique – production végétale dans des milieux de culture liquides”. Sciences . 85 (2198): 177–178. Bibcode : 1937Sci….85..177G . doi : 10.1126/science.85.2198.177 . PMID 17732930 .
  2. ^ Gericke, William F. (1945). “La signification de la culture hydroponique”. Sciences . 101 (2615): 142–143. Bibcode : 1945Sci…101..142G . doi : 10.1126/science.101.2615.142 . PMID 17800488 .
  3. ^ Nye, PH (1981). “Les changements de pH à travers la rhizosphère induits par les racines”. Plante et sol . 61 (1–2): 7–26. doi : 10.1007/BF02277359 . S2CID 24813211 .
  4. ^ Walker, TS; Bais, HP; Grotewold, E.; Vivanco, JM (2003). “Exsudation racinaire et biologie de la rhizosphère” . Physiologie végétale . 132 (1): 44-51. doi : 10.1104/pp.102.019661 . PMC 1540314 . PMID 12746510 .
  5. ^ un bc Suryawanshi , Yogesh (2021). “Approches de culture hydroponique pour améliorer le contenu des métabolites secondaires dans les plantes” . Approches biotechnologiques pour améliorer les métabolites secondaires des plantes . CRC Press. : 71–88.
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