Les Besoins de la Plante PDF

LES BESOINS DE LA PLANTE : Les plantes contiennent beaucoup d’eau (matière fraîche) qui constitue la majorité de la masse végétale, surtout dans les feuilles (70 à plus de 90 % du poids). Dans la matière sèche, on va trouver les éléments minéraux nécessaires pour la croissance : on parle de...

LES BESOINS DE LA PLANTE : Les plantes contiennent beaucoup d’eau (matière fraîche) qui constitue la majorité de la masse végétale, surtout dans les feuilles (70 à plus de 90 % du poids). Dans la matière sèche, on va trouver les éléments minéraux nécessaires pour la croissance : on parle de composition élémentaire. Il y a beaucoup de carbone (42 %) et d’oxygène (44 %) ainsi que pas mal d’hydrogène (7 %) : 93 % du poids sec des plantes est composé de carbone (C), oxygène (O) et hydrogène (H). Ces composés proviennent pour une bonne part du CO2 absorbé au niveau de l’atmosphère, et également de l’eau présente dans le sol. On a également d’autres composés qui proviennent principalement du sol, ce sont les nutriments minéraux. Les nutriments minéraux sont composés d’azote N et de potassium K principalement, ainsi que d’autres éléments comme le phosphore, calcium, magnésium, soufre, silicium, chlore et autres... I- L’eau : A) Rôles de l’eau : L’eau est nécessaire pour un grand nombre de fonctions :  Permet de solubiliser les substances organiques et donc le transport des éléments minéraux et organiques entre organes.  Croissance cellulaire exige également de l’eau, pression interne de la cellule sur la paroi = pression de turgescence permettant la croissance de la cellule  Maintien de la forme des parties non ligneuses de la plante (pression de turgescence)  Mouvement d’organe et de cellules (variation de pression de turgescence) : par exemple, les pétales qui se referment la nuit.  Tolérance à la chaleur par vaporisation de l’eau, permet de se rafraîchir. Une turgescence est l'état d'une cellule sous pression en raison de son contenu en eau. Pour les cellules végétales, la pression de turgescence est la pression du contenu de la cellule contre la paroi (membrane) de la cellule. 1  B) Les besoins d’eau : Une plante possède une teneur en eau de 70 à 90 % (50 % dans le bois). Les plantes subissent pas mal de pertes d’eau pendant leur développement donc il faut que l’alimentation en eau couvre également ces pertes :  Pertes par transpiration lors de l’ouverture des stomates pour l’absorption de CO2.  On perd beaucoup plus d’eau qu’on absorbe de CO2. La photosynthèse de 1 gramme de matière organique entraîne la perte d’environ 500 g d’eau transpirée.  Il faut 300 à 800 L d’eau par kg de masse sèche élaborée (dépend de l’efficacité du végétal) : on a donc une perte par élaboration de masse sèche. → Il y a un risque de dessiccation (dessèchement interne), il y a donc une adaptation par la régulation de l’émission et de l’absorption de l’eau (on arrête la photosynthèse s’il y a un manque d’eau par exemple). → L’alimentation en eau est un facteur important pour la productivité des cultures et la distribution géographique des espèces. Les hydrophytes ou plantes hydrophiles vivent dans l’eau, ce sont des plantes aquatiques ou subaquatiques. Elles ont un besoin élevé et constant en eau. Besoin élevé en eau. Les mésophytes ont des besoins intermédiaires en eau. Besoin intermédiaire en eau. Les tropophytes sont adaptées à des alternances de saisons humide et sèche (elles ont souvent un cycle de vie très court). Les xérophytes supportent une sécheresse plus ou moins prononcée. Besoin en eau faible. Les halophytes sont capables de supporter un excès de chlorure de sodium dans l’eau (néfaste pour la plupart des plantes mésophytes). Une halophyte est une plante halophile qui pousse naturellement dans les zones touchées par la salinité. L’eau est une ressource indispensable pour l’agriculture, qui en consomme une part importante. Dans certaines régions, les précipitations compensent cette utilisation, mais ce n’est pas toujours le cas. → Quantité d’eau nécessaire pour la production d’aliments végétaux et animaux : Aliments Quantité d’eau nécessaire 1 kg de pomme de terre 100 L 1 kg de blé 1500 L 1 kg de riz 4 500 L 1 L de lait 1 000 L 1 kg d’oeuf 2 700 L 1 kg de bœuf 13 000 L L’agriculture exige une part importante des ressources en eau : 68 % de la consommation nette d’eau en france (24 % pour l’eau potable, 5 % pour l’industrie, et 3 % pour l’énergie). Donc, 70 % des prélèvements d’eau sont pour l’irrigation agricole. Consommation nette = eau non restituée au milieu naturel. 2 La croissance des végétaux est souvent limité par le manque d’eau : on remarque une faible concentration en eau en Europe, Amérique du sud et du nord, en Australie principalement. A contrario, une forte concentration au centre de l’Afrique. Voir le diapo page 10. C) Les nutriments minéraux : 1) Teneur en nutriments minéraux dans les végétaux : Les macronutriments ou macroéléments : leur teneur est supérieure à 0,1 % de la masse sèche (M.S.). Les micronutriments ou microéléments : leur teneur est inférieure à 0,1 % de la masse sèche (M.S). 2) Éléments essentiels aux végétaux : Liste des éléments considérés essentiels pour les plantes avec la forme sous laquelle ils leur sont disponibles. → Composition élémentaire. L’oxygène, le carbone et l’hydrogène ne proviennent pas du sol. Les 6 autres macronutriments sont le Soufre, le Phosphore, le Magnésium, le Calcium, le Potassium, et enfin l’Azote. 3  3) Rôles des minéraux :  Les minéraux du groupe 1 : forment des composés organiques = N, S, P, Mg (et C, O, H).  Groupe 2 : existent sous forme d’ions = K, Mg, Ca, Mn, Cl.  Groupe 3 : interviennent comme constituant d’enzymes dans les transferts d’électrons (cofacteurs des enzymes) = Fe, Cu, Zn, Mo, Ni.  Groupe 4 : interviennent dans la structure de la paroi des végétaux = B (Si chez certains végétaux, par exemple les graminées). Rôles des macronutriments :  L’azote : l'azote est le principal constituant des molécules essentielles à la construction des cellules végétales. Les acides nucléiques (ARN, ADN), les acides aminés, les nucléotides, et la chlorophylle ont besoin d'azote pour se former. Une carence en azote se traduit par un jaunissement résultant d'une faible synthèse de chlorophylle. On assiste à une fructification précoce et à une chute brutale du rendement. Un excès d'azote, quant à lui, conduit à une forte croissance végétative.  Le phosphore : le phosphore est présent dans de nombreuses molécules indispensables à la vie. On le retrouve dans les acides nucléiques (ADN/ARN), les chloroplastes et les protéines du noyau. Il est présent dans les molécules énergétiques que sont l'ATP (adénosine triphosphate) et l'ADP (adénosine diphosphate). Le phosphore a donc un rôle énergétique, plastique et génétique au niveau des cellules végétales. En association avec l'azote, il contribue à la croissance des végétaux. Phytate : stockage de phosphore, contient 6 groupements phosphate.  Le soufre : le soufre est un élément constitutif des acides aminés que sont la cystine et la méthionine. Chez les légumineuses, le soufre intervient dans la formation des nodules nécessaire à la fixation de l'azote atmosphérique.  Le potassium : il n’entre pas dans la composition de la MO. Il est présent sous forme d’ion et peut s’accumuler par exemple dans la vacuole pour jouer un rôle osmotique. Le potassium est un cation majeure des cellules végétales. Il possède parfois rôle structural dans certaines molécules organiques.  Le calcium : le calcium a un rôle dans la signalisation intracellulaire (variations de concentration entraînent une réponse, stockage dans la vacuole et dans le RE), rôle structural dans les pectines de la paroi par exemple.  Le magnésium : il est néccessaire par exemple à la composition de la chlorophylle (magnésium est l’atome central de la chlorophylle → rôle dans la photosynthèse), peut aussi jouer un rôle analogue du potassium pour neutraliser les charges négatives dans différentes molécules (acides nucléiques...). Rôle des micronutriments : Cf.diapo 18/19. 4) Nutrition minérale : Les minéraux sont absorbés sous forme d’ions (forme ionique) par les racines. Les formes élémentaires (ex : Fe) et les particules minérales ne sont pas absorbées. Les racines absorbent les formes ioniques les plus abondantes : pour l’azote, il s’agit du nitrate. Cf. tableau, forme soulignée. → L’assimilation des nutriments minéraux est principalement faîte sous forme de cations et d’anions. 4 La solubilité des minéraux et leur disponibilité sous forme assimilable (ion) dépendent largement du pH du sol. Les minéraux n’ont pas tous la même solubilité selon le pH. Le pH est optimal entre 6 et 7 pour la plupart des minéraux (c’est donc le pH optimal pour la croissance des végétaux).  On trouve dans certaines régions des pH trop acides, ce qui peut avoir des conséquences néfastes : toxicité (Al ; Mn ; Fe), carence pour plusieurs minéraux.  Pour les pH trop alcalins : carence (P, Fe ; Zn, Mn, B), excès (Ca (compétition : peut empêcher l’absorption d’autres minéraux), Mo, S)  Solution : on peut utiliser un amendement correcteur du pH (ex : chaux). La croissance des végétaux dépend de la concentration en nutriments minéraux. La zone de déficience est la zone où l’apport est non suffisant pour la croissance. Au-delà de la concentration critique, on est dans la zone adéquate, et on peut atteindre la zone de consommation de luxe (l’augmentation n’a pas d’impact sur la croissance, minéraux en excès sont stockés). A des concentrations particulièrement élevées, on peut atteindre une zone de toxicité, effets délétères sur la croissance. Pour un macronutriment, écart important entre la concentration critique et la zone de toxicité : on parle de gamme large des macronutriments. 5 Pour les micronutriment, gamme beaucoup plus étroite. On atteint assez rapidement la zone de toxicité. Une déficience en minéraux, carence modérée : Elle entraîne une croissance lente, un nanisme et des feuilles très vertes (car les cellules sont plus petites donc la teneur en chlorophylle par cellule est plus grande). Une déficience en minéraux, carence aigue :  Éléments mobiles : symptôme primaire dans les feuilles âgées et matures (remobilisation).  Éléments peu mobiles : symptômes primaires dans les feuilles jeunes.  Éléments modérément mobiles : symptôme dans tous les feuilles. Il peut y avoir des interactions pour l’absorption entre les minéraux.  Interaction positive (entre cations et anions, équilibre)  Interaction négative (compétition) - Exemple : Ca vs Mg et K ; - Excès Mg → carence K ; - Excès de certains métaux lours (Cu, Zn, Cr, Ni) → carence en Fer. 5) Fertilisation minérale : C’est une action humaine. Dans les écosystèmes naturels, il y a peu de pertes des éléments minéraux (cycles biologiques). Dans les agrosystèmes en revanche, il y a des prélèvements important d’élèvements minéraux dans la biomasse récoltée. 6 La fertilisation concerne principalement les macronutriments que sont l’azote, le phosphate, le potassium ainsi que le calcium, magnésium et le soufre. → Fertilisation en nutriments majeurs : « N, P, K » ; Cu, S, Mg. Et plus rarement, les micronutriments B, Mn, Fe, Zn, Cu, Mo. → Fertilisation en nutriments mineurs : B, Mn, Fe, Zn, Cu, Mo. Il existe deux formes de fertilisant : - Fertilisants minéraux - Fertilisants organiques 1. Fertilisants minéraux : Ex : KNO3 ; NH4NO3, K2SO4 ; CaHPO4 ; NH4H2PO4 Les fertilisants minéraux sont des produits industriels. Ils sont rapidement disponible si le pH est favorable. Il peut, cependant, y avoir des pertes par lessivage → fractionnement des amendements pour éviter les pertes. Le potassium est extrait de réserve souterraine minière de « potasse ». La potasse correspond à plusieurs formes de potassium : KCl (aka sylvite), K2SO4, K2CO3, K2Ca2Mg(SO4)4, 2H2O (polyhalite), etc... La potasse est peu abondant dans le monde, mais près de la moitié des réserves mondiales de potasse est en Saskatchewan au Canada. → La potasse fournit le potassium K+ pour les fertilisants, en complément des sources naturelles. Le phosphate est une ressources minière limitées : 90 % des réserves mondiales de minerai de phosphate sont concentrées dans 5 pays. - USA : 8 % - Maroc : 38 % - Jordanie : 6 % - Chine : 27 % - Afrique du Sud : 10 % 2. Fertilisants organiques : Les fertilisants organiques sont la plupart du temps des sources naturelles : purin, engrais vert (culture enfouie), algues, guano, tourbe.. Mais peuvent également être des issus de sources industrielles comme le compost, le sang séché, les extraits d’algues.. Ces fertilisants sont beaucoup moins concentrés en nutriments minéraux que les fertilisants minéraux, mais ce sont des formes de réserve à long terme. Ce sont des éléments disponibles uniquement suite à la minéralisation (décomposition par la microflore du sol), donc fonction de l’activité de la microflore et du climat contribuant à l’amélioration de la structure du sol.  Moins concentrés  Formes de réserve à long terme  Éléments disponibles suite à la minéralisation – Fonction de l’activité de la microflore et du climat  Améliore la structure du sol. 7 Les nutriments prélevés du sol peuvent être restaurés par les fertilisants. Les fertilisants contiennent habituellement : (N) azote, (P) phosphore, (K) potassium. Certains apportent d’autres éléments. 3. Quelle est la quantité optimale de fertilisant à appliquer au champ ?  Espèces / variété de plante : besoins variables selon les plantes.  Caractéristiques du sol : les nutriments résiduels, le taux de lessivage, le pH, la taille particules, la présence de microorganisme influence les besoins.  Le stade développemental influence les besoins.  Facteurs économiques : coût des fertilisants versus le gain et la valeur de récolte.  Interactions entre nutriments : interactions positive et négative entre les divers nutriments.  Facteurs abiotique et biotique : température, pluie, stress, ravageurs et pathogènes altèrent les besoins.  Pratiques culturales : apport des résidus de cultures, de rotation … 4. Aspect commercial et environnemental : → Principaux pays utilisateurs de fertilisants minéraux en millions de tonnes (moy. 2002-2005) : → Les ressources globales de nutriments minéraux ne sont pas distribués uniformément : → Le commerce mondial des fertilisants représente des milliards d’euros par année. → La fertilisation peut mener à des problématiques environnementales et sanitaires : la synthèse d’azote minéral consomme de l’énergie, l’exploitation minière de phosphate et de potasse est destructeur, les déchets organiques peuvent transmettre des maladies, le lessivage des nutriments pollue les courants d’eau et amène l’eutrophication, l’oxyde nitreux (N2O) volatilisé des sols fertilisés est un gaz à effet de serre majeur, transport énergivore (bateau)... = Les plantes exigent des nutriments mais la fertilisation n’est pas toujours optimales ou soutenables. 8  5. Fertilisants raisonnée : La fertilisation raisonnée permet d’améliorer l’efficacité d’utilisation des nutriments :  Ajuster les apports d’engrais minéraux ou organiques aux besoins de la culture.  Pour un objectif de production donné.  Prise en compte des autres fournitures d’azote par le sol.  Maîtrise technico-économique de la production.  Limitation des transferts d’azote dans l’environnement. → Fertilisation raisonnée : balance entre les besoins et la fourniture.  Efficacité d’utilisation de l’azote : – EUA : quantité d’azote récoltée / quantité d’azote apportée. – Indicateur d’évaluation des progrès pour atteindre les objectifs de développement durable fixés par 193 pays (ONU, 2015)  Surplus d’azote (indicateur de pollution) : – Apports azotés (fertilisant minéraux et organique, fixation biologique, déposition) moins azote des récoltes (Intrants – Exportation). – Unité de kg N par ha par année. – Surplus = pollution environnementale (en majorité) et recyclage dans le sol (mineur). Suite, lire diapo 53 à 61. 9