AMÉLIORATION DE L'EFFICACITÉ DE L'UTILISATION DES NUTRIMENTS GRÂCE AUX BIOSTIMULANTS VÉGÉTAUX

Le changement global dans la façon de produire en agriculture qui a eu lieu dans la seconde moitié du siècle dernier et connu sous le nom de "révolution verte" a obtenu de grands résultats, ayant satisfait les besoins alimentaires de nombreuses personnes dans le monde entier également grâce à l'utilisation massive d'engrais chimiques.

Bien que la productivité agricole ait augmenté, cette approche à fort apport de produits chimiques a entraîné de nombreux dommages environnementaux et contribué au changement climatique. Le secteur agricole n'a d'autre choix que de s'engager dans une révolution plus verte, ce qui signifie augmenter la productivité et la qualité des cultures en appliquant des pratiques durables et en réduisant l'empreinte écologique.

Dans le monde entier, nous connaissons une pénurie de matières premières et des difficultés logistiques qui retardent et augmentent le prix des produits de base.

Dans ce scénario, la gestion durable de la fertilisation est essentielle pour augmenter la performance globale des systèmes de culture en fournissant une alimentation économiquement optimale à la culture tout en minimisant les pertes de nutriments du champ et en soutenant la durabilité du système agricole en augmentant l'efficacité de l'utilisation des nutriments (NUE).

L'EFFICACITÉ DE L'UTILISATION DES NUTRIMENTS

Le terme NUE semble simple. Cependant, une définition significative et opérationnelle est d'une complexité considérable en raison du nombre de sources potentielles d'éléments nutritifs (sol, engrais, fumier, atmosphère (dépôt aérien), etc.), et de la multitude de facteurs influençant la demande en éléments nutritifs des cultures (gestion des cultures, génétique, météo).

Six mesures communes du NUE (d'après Dobermann, 2007) :

1. La productivité partielle des facteurs (PFP) est une expression simple de l'efficacité de la production, calculée en unités de rendement des cultures par unité de nutriment appliquée.

PFP= Y/F

Y= rendement de la partie récoltée de la culture avec l'élément nutritif appliqué
F= quantité d'élément nutritif appliqué

2. L'efficacité agronomique (AE) est calculée en unités d'augmentation du rendement par unité d'élément nutritif appliqué. Elle reflète plus fidèlement l'impact direct sur la production d'un engrais appliqué et est directement liée au rendement économique. Le calcul de l'efficacité agronomique nécessite la connaissance du rendement sans apport d'éléments nutritifs, et n'est donc connu que lorsque des parcelles de recherche sans apport d'éléments nutritifs ont été mises en place sur l'exploitation.

AE= (_Y-Y0) / F

Y= rendement de la partie récoltée de la culture avec application de nutriments
_Y0= rendement sans application de nutriments
F= quantité de nutriments appliquée

3. Le bilan partiel des éléments nutritifs (PNB) est la forme la plus simple de l'efficacité de la récupération des éléments nutritifs, généralement exprimée comme la production d'éléments nutritifs par unité d'entrée d'éléments nutritifs (un rapport entre "prélèvement et utilisation"). Moins fréquemment, il est rapporté comme "sortie moins entrée".

PNB= _UH/F

UH= teneur en éléments nutritifs de la partie récoltée de la culture
F= quantité d'éléments nutritifs appliquée

4. L'efficacité de récupération apparente (ER) est l'une des formes les plus complexes d'expression du NUE et est le plus souvent définie comme la différence d'absorption des nutriments dans les parties aériennes de la plante entre la culture fertilisée et non fertilisée par rapport à la quantité de nutriments appliquée. C'est souvent l'expression du NUE préférée des scientifiques qui étudient la réponse de la culture aux éléments nutritifs. Comme l'EA, il ne peut être mesuré que lorsqu'une parcelle sans nutriment a été mise en place sur le site, mais il nécessite en plus la mesure des concentrations de nutriments dans la culture.

RE= (_U-U0) / F

U = absorption totale d'éléments nutritifs dans la biomasse végétale de surface avec application d'éléments nutritifs
_U0 = absorption d'éléments nutritifs dans la biomasse végétale de surface sans application d'éléments nutritifs
F = quantité d'éléments nutritifs appliquée

5. L'efficacité d'utilisation interne (IE) est définie comme le rendement par rapport à l'absorption totale de nutriments. Elle varie en fonction du génotype, de l'environnement et de la gestion. Un IE très élevé suggère une carence en cet élément nutritif. Un IE faible indique une mauvaise conversion interne des nutriments due à d'autres stress (carences en d'autres nutriments, stress de sécheresse, stress de chaleur, toxicités minérales, parasites, etc.)

IE= Y/U

Y= rendement de la partie récoltée de la culture avec application d'éléments nutritifs
U= absorption totale d'éléments nutritifs dans la biomasse végétale de la culture avec application d'éléments nutritifs.

6. L'efficacité physiologique (EP) est définie comme l'augmentation du rendement par rapport à l'augmentation de l'absorption de l'élément nutritif par la culture dans les parties aériennes de la plante. Comme l'EA et l'ER, elle nécessite une parcelle sans application de l'élément nutritif d'intérêt à mettre en œuvre sur le site. Elle nécessite également la mesure des concentrations d'éléments nutritifs dans la culture.

PE= (_Y-Y0) / (_U-U0)

Y= rendement de la partie récoltée de la culture avec application d'éléments nutritifs
_Y0= rendement sans application d'éléments nutritifs
U= absorption totale d'éléments nutritifs dans la biomasse de la culture aérienne avec application d'éléments nutritifs.
_U0 = absorption d'éléments nutritifs dans la biomasse de la culture aérienne sans application d'éléments nutritifs.

SIX COMMON MEASURES OF NUE

NUE DU POINT DE VUE DES AGRICULTEURS

Du point de vue des agriculteurs, sans négliger l'importance des implications environnementales d'un faible NUE, il est particulièrement intéressant de lier cet indicateur au rendement des cultures. Dans ce cas, le NUE est généralement défini comme le rendement du produit récoltable par unité de nutriments disponibles dans le sol et les engrais. Il est le produit de deux facteurs physiologiques :

I. L'efficacité de l'absorption des nutriments, définie comme la quantité de nutriments absorbés par la culture par unité de nutriments disponibles pour la culture.

II. L'efficacité d'utilisation des nutriments, définie comme la quantité de nutriments absorbés par la culture par unité de nutriments disponibles pour la culture.

NUE = Rendement/Nutriment fourni ou disponible

NUE = Efficacité d'absorption de N x Efficacité d'utilisation de N

Efficacité de l'absorption de l'azote = teneur en azote de la plante/approvisionnement ou disponibilité.

Efficacité de l'utilisation de l'azote = Rendement/N contenu dans la plante

Cette subdivision permet d'évaluer quel phénomène réduit le NUE, et donc de comprendre s'il y a des limitations dans l'absorption ou l'utilisation des nutriments.

COMMENT LES BIOSTIMULANTS AMÉLIORENT-ILS LA NUE ?

Les biostimulants végétaux améliorent la NUE en renforçant l'efficacité de l'absorption et de l'utilisation des nutriments.

DISPONIBILITÉ DES NUTRIMENTS

Par exemple, dans un sol traité avec des hydrolisats de protéines (PHs), la biodisponibilité des nutriments pour l'absorption par les plantes est augmentée :

(1) la formation d'acides aminés/peptides métalliques qui empêchent l'insolubilisation des nutriments (Fe, Zn, Mn, Cu) ;
(2) la réduction des micronutriments sous des formes plus disponibles pour l'absorption par les plantes (par exemple, Cu2+ en Cu+ ou Fe3+ en Fe2+), grâce à l'activité réductrice de certains acides aminés ;
(3) la stimulation de micro-organismes bénéfiques comme les bactéries fixatrices d'azote, les bactéries/champignons solubilisant les nutriments.

En outre, les micro-organismes bénéfiques ont la capacité d'améliorer la disponibilité des nutriments pour l'absorption par les plantes de différentes manières :

(1) Augmentation du volume du sol accessible aux racines des plantes
(2) Fourniture d'azote aux plantes
(3) Solubilisation des nutriments des plantes

ABSORPTION DE NUTRIMENTS

Les PH peuvent améliorer l'absorption des nutriments par :

(1) en favorisant la croissance des racines fines et donc la capacité des racines à absorber les nutriments ;
(2) en stimulant les enzymes racinaires impliquées dans l'absorption des nutriments (par exemple, l'activité de la ferrico-chélate-réductase) ;
(3) en régulant à la hausse les gènes codant pour les transporteurs de nutriments (par exemple, les transporteurs de nitrate). En outre, les PH peuvent augmenter la translocation des micronutriments dans la plante en raison de la formation de complexes métal-acides aminés/peptides.

ASSIMILATION DES NUTRIMENTS

De nombreuses recherches ont démontré que les biostimulants microbiens et non microbiens régulaient les gènes codant pour les enzymes impliquées dans l'assimilation par les plantes des nutriments inorganiques tels que les nitrates.

LES BIOSTIMULANTS AUGMENTENT LA NUE : DONNÉES EXPÉRIMENTALES

Les biostimulants végétaux microbiens et non microbiens peuvent influencer positivement l'efficacité de l'utilisation des nutriments (NUE), en particulier l'azote (N) qui est l'un des macronutriments les plus importants limitant la croissance des plantes ainsi que l'un des principaux coûts pour les agriculteurs. Plusieurs expériences ont été menées pour mesurer l'augmentation de la NUE après l'application de biostimulants végétaux.

Carrillo et al.3 ont démontré que des applications foliaires hebdomadaires d'un hydrolisat de protéines dérivé de légumineuses augmentaient le rendement commercialisable (+33% et +24%) de plants d'épinards de serre, même à des niveaux de fertilisation azotée sous-optimaux (0 et 15 kg/ha de N sous forme de nitrate d'ammonium) par rapport aux plants non traités. Ces résultats ont été associés à la présence de petits peptides qui agissent comme des molécules de signalisation provoquant des activités de type auxine et/ou gibbérelline sur les feuilles et les racines, induisant ainsi une "réponse d'acquisition des nutriments" qui améliore l'acquisition et l'assimilation des nutriments. Dans cette expérience, les applications foliaires d'hydrolysat de protéines ont augmenté le NUE à tous les taux d'engrais azotés, avec la valeur la plus élevée +25% avec le taux d'azote le plus bas (15 kg/ha) où le NUE était de 0,56 dans le contrôle et 0,70 dans le traitement biostimulant.

Rouphael et al^.4 ont démontré l'action synergique de l'application d'un biostimulant microbien (Trichoderma virens) et non microbien (biopolymère végétal contenant des acides aminés, des peptides et des vitamines) sur des laitues de serre cultivées dans trois conditions d'azote : sous-optimale, optimale et supra-optimale (0, 70 et 140 kg/ha). La laitue cultivée dans des conditions non fertilisées a montré une augmentation du rendement commercialisable lorsqu'elle était inoculée avec T. virens seul (45 %) et une augmentation plus importante avec le biostimulant microbien et non microbien (67 %). L'effet bénéfique du biostimulant végétal était moins prononcé dans des conditions optimales d'azote et absent dans des conditions luxueuses d'azote. Les auteurs ont conclu que, sur la base de l'amélioration du rendement frais et du NUE des laitues de serre, le traitement avec des biostimulants végétaux a amélioré non seulement la synthèse de la chlorophylle et le statut minéral, mais aussi la synthèse et l'accumulation de métabolites antioxydants qui ont été responsables de la réactivation de l'activité photosynthétique et par conséquent de la performance agronomique.

Le besoin urgent de réduire l'utilisation des engrais synthétiques tout en augmentant le NUE et en maximisant la productivité des cultures est un grand défi pour l'agriculture moderne. En outre, l'augmentation des prix des produits de base, qui se produit à l'échelle mondiale, rend nécessaire la mise en œuvre de stratégies agronomiques visant à réduire la dose d'application des engrais tout en préservant la productivité des cultures et la rentabilité des agriculteurs. Les biostimulants végétaux représentent une stratégie prometteuse pour stimuler la production agricole durable grâce à leur capacité à améliorer directement ou indirectement l'efficacité de l'utilisation des nutriments par les cultures, notamment en cas de faible disponibilité des nutriments.