De nos jours, le secteur agricole doit faire face à des défis majeurs tels que le changement climatique, la sécurité alimentaire, l'utilisation plus efficace des ressources ainsi que les incertitudes logistiques du marché. La culture hydroponique répond à ces problèmes grâce à un large éventail d'avantages tels que l'augmentation des rendements, l'utilisation de sols inadaptés et l'expansion de la zone de culture (serre, production verticale, PFAL's, agriculture urbaine), les produits biofortifiés, la planification de la production, l'efficacité accrue de l'utilisation des nutriments, ainsi que l'amélioration de la gestion de l'eau. Une demande croissante de systèmes hydroponiques est enregistrée dans de nombreux secteurs, notamment dans la production de légumes. En conséquence, on s'attend à ce que le secteur hydroponique connaisse une croissance de 11,3 % et atteigne une valeur de 17,9 milliards de dollars jusqu'en 2026, contre 9,5 milliards de dollars en 2020 [1]. Les perspectives susmentionnées reposent également sur la demande croissante de technologies modernes telles que les usines de plantes avec éclairage artificiel (PFAL), les systèmes flottants, l'aquaponie, l'aéroponie, etc.
Les systèmes hydroponiques peuvent être classés en fonction de l'utilisation ou de la non-utilisation d'un substrat ou en fonction de la gestion de la solution nutritive. Quel que soit le type de système hydroponique, l'absence de sol entraîne le besoin critique d'un approvisionnement exclusivement externe en nutriments. Cependant, le coût et l'impact environnemental de leur utilisation nécessitent des pratiques de gestion optimales pour augmenter l'efficacité de l'utilisation des nutriments par les cultures. Les biostimulants végétaux pourraient constituer un outil précieux pour améliorer la production végétale en hydroponie.
Figure 1. Culture hydroponique avec de la laine de roche
Puisque les systèmes hydroponiques sont principalement établis dans des environnements protégés (c.-à-d. serre, PFAL), l'application foliaire de biostimulants peut être appliquée indépendamment des conditions environnementales extérieures, tandis que les cultures présentent une grande uniformité de taille. De plus, dans les systèmes hydroponiques liquides, les biostimulants peuvent être ajoutés directement dans la solution nutritive.
Différentes catégories de biostimulants peuvent être utilisées avec des résultats positifs dans les systèmes hydroponiques. L'utilisation de digestat comme biostimulant prometteur a été récemment rapportée [2, 3], car il est riche à la fois en matière organique et en nutriments et peut être facilement appliqué dans un système flottant. Les résultats ont démontré qu'en ajoutant des biostimulants, il est possible de réduire les besoins en engrais inorganiques sans imposer un effet négatif sur le rendement et la qualité de la laitue. De plus, les résultats préliminaires ont démontré un niveau de nitrate plus faible dans les feuilles avec l'utilisation de digestat, ce qui est encourageant pour les producteurs pour satisfaire le règlement CE 1258/2011 pour la limite acceptable de nitrates dans la laitue. Il faut tenir compte de l'ajustement du pH, dont la plage optimale est de 6-7,2 pour la disponibilité des nutriments, ainsi que des caractéristiques physico-chimiques du digestat.
Figure 2. Système racinaire de la roquette cultivée en système flottant
Les hydrolysats de protéines constituent une catégorie majeure de biostimulants végétaux basés sur des sources de protéines dérivées par hydrolyse partielle [4]. Un avantage important est la possibilité de les appliquer soit en pulvérisation foliaire, soit dans la solution nutritive. Dans une étude sur la laitue verte butterhead et la laitue rouge crisphead cultivées en système flottant, l'application d'un biostimulant à base d'hydrolysats de protéines dérivées de légumineuses, appliqué à la fois sur le feuillage et dans la solution nutritive, a permis d'augmenter leur rendement tout en ayant un impact positif sur la physiologie des plantes et les paramètres de qualité [5]. De même, l'utilisation d'acides aminés dans la solution nutritive, même à une concentration réduite en minéraux, a permis d'augmenter le rendement et d'améliorer la qualité et la sécurité nutritionnelles, notamment en réduisant l'accumulation de nitrates dans les tissus [6, 7].
En outre, l'effet bénéfique des biostimulants végétaux a été établi également dans des systèmes hydroponiques classiques avec un substrat principalement destiné à la production de légumes-fruits. En particulier, deux poivrons jaunes cultivés dans un substrat de laine de roche avec une concentration réduite de nutriments (30% de la solution standard), avec l'ajout de quatre biostimulants, ont permis d'augmenter le rendement et d'améliorer leur qualité nutritionnelle en termes d'activité antioxydante, de vitamine C et de contenu phénolique dans les fruits [8]. Dans une autre étude portant sur des tomates cultivées en hydroponie et soumises à un stress salin, une combinaison d'acides aminés a inhibé les effets négatifs de la salinité grâce à une accumulation accrue de sucres solubles totaux [9].
En outre, les rhizobactéries favorisant la croissance des plantes (PGPR) constituent une catégorie très intéressante de biostimulants microbiens, qui améliorent l'absorption des nutriments et augmentent d'importants paramètres quantitatifs et qualitatifs des cultures (rendement, qualité), tout en améliorant leur tolérance aux facteurs de stress abiotiques [10]. Bien que l'étude de l'application des PGPR soit principalement axée sur les conditions du sol, quelques essais dans des systèmes hydroponiques ont montré une augmentation du rendement pour un certain nombre de légumes (tomate, concombre, poivron) avec l'utilisation de bactéries du genre Pseudomonas et Bacillus [11-13].
Une préoccupation majeure dans l'UE est la consommation réduite de fruits et de légumes, inférieure aux quantités suggérées par l'Organisation mondiale de la santé, même si plusieurs projets visent à encourager les jeunes à améliorer leurs habitudes alimentaires. C'est pourquoi les programmes de biofortification des cultures ont été proposés comme un outil permettant d'augmenter l'apport quotidien de substances bénéfiques pour la santé. Une revue récente [14] a rapporté de nombreux exemples de biofortification réussie dans des systèmes hydroponiques, et un point clé est l'application simultanée de biostimulants sur la disponibilité et les interactions des nutriments dans la solution nutritive.
Dans l'ensemble, les systèmes hydroponiques devraient occuper le devant de la scène dans le secteur agricole, notamment pour la production de légumes, en tant que technologie respectueuse de l'environnement et outil précieux en termes de sécurité alimentaire. L'un des principaux avantages de l'application de biostimulants végétaux dans les systèmes hydroponiques est la flexibilité de l'application, soit dans la solution nutritive, soit en pulvérisation foliaire, ce qui minimise le coût ; il s'agit d'une procédure simple qui permet de réduire la concentration de nutriments dans la solution et d'augmenter le rendement avec des caractéristiques de qualité améliorées. Cependant, des études supplémentaires sont nécessaires pour clarifier la manière optimale d'utiliser les biostimulants dans les systèmes hydroponiques (type, dose, forme d'application, etc.) pour améliorer les performances des cultures dans différentes conditions de croissance.
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