La nutrition des plantes et l’amendement du sol

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La nutrition des plantes et l’amendement du sol
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La nutrition des plantes et l’amendement du sol

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1- l’eau dans la plante

La plante renferme dans ses cellules une grande quantité d’eau. Elle représente ainsi de 75 à 95% du poids d’une plante. Il faut noter que la teneur en eau est varie selon le type d’organe.

Ex :

80 à 95% dans les feuilles

18 à 25% dans les graines

1.1 Les différents rôles de l’eau dans la plante :

  • un rôle fonctionnel :

– Métabolisme cellulaire : indispensable à de nombreuses réactions chimiques

– Véhicule de nombreuses substances en solution

  • un rôle structurel :

-État turgescent et plasmolysé des cellules.

2 Absorption de l’eau et des minéraux

2.1 Absorption par la feuille :

Si la cuticule protège le végétal, certaines substances peuvent parfois pénétrer dans la plante par les feuilles. Elles sont capables d’absorber directement des substances organiques. Cette propriété est exploitée pour de la fertilisation foliaire. Il s’agit de faire absorber à la plante, par pulvérisation foliaire, des acides aminés (comme la glycine bétaïne), des liaisons acides aminés-lipides (comme la lipotonine), des oligosaccharides, des vitamines, des cytokinines,…

Ces bio stimulants sont généralement issus d’algues (laminaires rouges ou brunes) et agissent sur la croissance, le développement et la résistance aux maladies des plantes.

Des surfactants permettent l’amélioration de l’efficacité de la pulvérisation.

2.2 Absorption par la racine :

C’est la principale voie d’entrée de l’eau et des sels minéraux.

Cette absorption dépend du type de racine :

  • les racines séminales ou primaires issues de la semence
  • des racines adventives ou secondaires issues de la tige (maïs)
  • racines latérales de ≠ ordres

schéma

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La racine principale grandit et des racines secondaires se développent latéralement.

Racines adventives du maïs

 Cette absorption dépend du type d’enracinement :

  • racines fasciculées comme les poacées (graminées)
  • racines pivotantes comme la luzerne, le colza, le tournesol
  • racines branchues comme pour les arbres fruitiers
  • racines tuberculeuses comme la betterave ou la carotte

2.3 Importance et répartition :

Les racines représentent entre 15 et 30 % de la masse de la plante.

La longueur des racines est très importante (plusieurs dizaines à plusieurs centaines de mètres par plant. Ex : pour le blé : 320 m).

Le système racinaire représente donc une surface d’échange très important avec le milieu extérieur (1m2 pour le blé soit 50 fois la surface foliaire).

Cette surface de contact est encore augmentée par la présence de poils absorbant (on en compte près d’un milliard sur un plant d’avoine de 4 mois).

Le volume de sol exploré dépend entre autre de la profondeur d’enracinement. Cette profondeur varie de l’espèce (blé : 70-90 cm, seigle : 90-120 cm).

Plusieurs facteurs interviennent sur le développement radiculaire :

  • des facteurs internes :
    • des hormones
    • substances émises par les racines d’autres végétaux qui limitent l’installation d’autres espèces.
    • Composés organiques issus des parties aériennes
  • des facteurs externes :
    • la rhizosphère
    • la richesse chimique du sol
    • les obstacles au développement (même si une jeune racine peut exercée une poussée importante : 5 à 10 bars suivant l’axe et 6 à 7 bars radialement) de la racine.

2.4 Le rôle de la racine :

La fixation des ions ce fait par l’ensemble des racines mais les plus subérisées perdent leur facultés d’absorption.

Les racines sont le siège de l’activité métabolique (réduction des nitrates, synthèse d’acides aminés,…).

Les racines permettent parfois le stockage (tubercules).

Les racines  assurent le transfert d’eau important en cas de demande intense de la plante (forte ETP).

Mais la fonction principale reste l’absorption de l’eau et des sels minéraux.

2.5 L’absorption radiculaire :

Les éléments nutritifs sont absorbés sous forme d’ions, de molécules en solution. Les éléments nutritifs sont absorbés en même temps que l’eau en deux étapes :

  • les ions sont d’abord adsorbés à la surface de la racine
  • ils sont ensuite incorporés à l’intérieur par des transporteurs.

Les ions sont entraînés vers la racine par le courant hydrique de transpiration. Ce flux est suffisant pour Mg2+ et Ca2+ mais insuffisant pour K+ et PO43-.

Ils sont également transportés par un flux de diffusion du à l’appauvrissement de la zone proche de la racine. La distance de « captage » varie selon l’élément :

Ex :

-Phosphore → 1 mm

-Ca2+ et Mg2+ → 5 mm

-NO3- → 20 à 50 mm

Les racines possèdent comme les colloïdes une capacité d’échange cationique (CEC). Il faut noter que les monocotylédones ont une CEC 2 à 3 fois inférieure à celle des dicotylédones.

Ex :

Mono    avoine : 23 meq/100g de MS            Dicot    haricot : 53 meq/100g de MS

Orge : 12 meq/100g de MS                           tomate : 35 meq/100g de MS

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Les cations sont en équilibres entre la solution du sol et la racine.

L’absorption est sélective (selon le métabolisme de la plante). Il y a donc un appauvrissement en certains ions (K+ par exemple) et une concentration en d’autres (Ca2+ par exemple).

La capacité d’absorption des racines est très supérieure (10 à 20 fois) à celle nécessaire à la satisfaction complète des besoins nutritifs. C’est donc l’offre du sol qui est le facteur limitant.

Si le niveau du sol est suffisant, la production est donc limitée par la capacité des plantes à métaboliser les éléments absorbés. En période de croissance, les besoins importants sont comblés par l’allongement des racines vers les zones moins appauvries. (d’où l’importance du développement racinaire).

2.6 Le transport des assimilats :

Les assimilats (eau + minéraux) circulent dans les vaisseaux à l’intérieur des plantes. Ils transitent donc de l’épiderme vers les conducteurs.

La sève brute transporte les éléments minéraux et certains organiques (régulateur de croissance, acides aminés, acides organiques,…) des racines vers les feuilles. La sève brute circule sous l’effet de la transpiration alors que la sève élaborée enrichie en glucide (après photosynthèse) circule en courant descendant ou latéral. (par transport actif du glucose qui permet avec le phénomène d’osmose à l’eau de circuler)

Il existe des échanges de minéraux entre les organes :

  • les feuilles jeunes sont des « puits »
  • les feuilles âgées sont des « sources » de substances nutritives
  • stockage sur les entres nœuds (blé par exemple) : réservoir d’azote

3 Les besoins nutritifs :

Les besoins de la plante dépendent :

  • du stade de développement
  • des conditions climatiques
  • des conditions de sol

Si on considère un seul élément, on peut représenter la réponse d’un peuplement à cet élément par une courbe.

Si on considère un seul élément, on peut représenter la réponse d’un peuplement à cet élément par une courbe.

On définit par :

  • carence : un désordre nutritionnel et symptômes visibles
  • déficience : une croissance ralentie
  • consommation de luxe : l’augmentation de la teneur de l’élément considéré n’augment pas le rendement
  • toxicité : accumulation trop importante de certains éléments.

4 Caractéristiques de différents éléments minéraux :

4.1 L’azote :

La matière sèche végétale renferme de 1 à 5% d’azote, les tissus jeunes sont plus riches.

L’azote est le constituant principal du cytoplasme et de ses inclusions.

Il est utilisé dans les acides aminés, les acides nucléiques, les bases azotés (purique et pyrimidique).

L’azote favorise la multiplication cellulaire donc la croissance de la plante.

L’absorption de l’azote se fait aussi bien sous forme NO3 (nitrique) que sous forme NH4+ (forme ammoniacal) mais en condition normale, l’azote est principalement absorbé sous forme de NO3.

l’azote est principalement absorbé sous forme de NO3-.

Lors de l’absorption, il doit y avoir équilibre entre anions et cations absorbés.

En cas d’alimentation nitrique, (NO3 à NH3), il y a alcalinisation (rejet de OH) du sol autour des racines.

Il y a compétition entre NO3, PO43-, SO42-

En cas de d’alimentation ammoniacal,(NH4+ à NH3) il y a acidification (formation de H+) autour des racines.

Il y a compétition avec K+, Ca2+, Mg2+

Remarque : une absorption massive sous forme ammoniacale peut entraîner une toxicité pour la plante ; et aussi pour les animaux qui vont consommer cette plante.

4.2 Le phosphore :

La matière sèche du végétal en contient de 0.1 à 0.5 %. Cet élément est plus abondant dans les jeunes organes et les graines.

Le phosphore joue un rôle plastique et métabolique :

  • constituant des acides nucléique (ADN, ARN)
  • présent dans certaines molécules (ATP, NADPH)
  • dans les phosphoprotéines
  • dans les phospholipides (lécithine des membranes végétales)

Le phosphore est absorbé sous forme de H2PO4, HPO42- mais rarement sous forme de PO43-.

Les quantités de phosphore sont importante par hectare mais peu sous forme libre (- d’un kilo par hectare de couche arable).

4.3 Le potassium :

Sa teneur dans la plante est variable : de 0.1 à 5 %. Le potassium est un élément qui possède une grande mobilité dans la plante. Il n’intervient dans aucune fonction essentielle mais possède cependant de multiples rôles dans la plante :

  • activation de nombreuses enzymes
  • échanges intercellulaires
  • activation de la photosynthèse
  • dynamique de l’eau (rôle dans l’ouverture et la fermeture des stomates)
  • élaboration des lipides et des glucides
  • pression osmotique
  • résistance contre le gel

Le potassium est absorbé sous forme de K+.

4.4 Le calcium :

Le teneur en calcium de la plante varie de 0.5 à 3.5 %. Sa teneur évolue de manière inverse à celle du potassium (si [K+] augmente, [Ca2+] diminue).

La mobilité du calcium dans la plante est faible. Il présente plusieurs rôles :

  • antitoxique (en insolubilisant certains anions et en diminuant la toxicité de l’aluminium)
  • plastique (en insolubilisant les acides pectiques dans la paroi pectocellulosique). Il est présent dans la lamelle moyenne des cellules.

Lorsqu’il est présent en excès, il provoque des déficiences en K+, Mg2+, Fe, Mn, Zn.

L’absorption calcique est passive mais les plantes calcicoles peuvent s’opposer à l’envahissement calcique de la plante, contrairement aux calcifuges.

4.5 Le magnésium :

Sa teneur varie de 0.03 à 0.8 % (dont 5 à 15 % dans la chlorophylle).

Ses rôles sont divers :

  • neutralisation des anions
  • catalyseur de réactions enzymatiques (phosphorylation)
  • stimule la nutrition phosphatée

4.6 Le soufre :

Sa teneur varie de 0.1 à 1 % et ses rôles sont plastiques et métaboliques :

  • présent dans certains acides aminés (cystéine, méthionine,…)
  • intervient dans les systèmes d’oxydoréduction
  • cofacteur de la vitamine A

4.7 Les oligoéléments :

Ils sont indispensables même en teneur très faible (ppm). Ils ont surtout un rôle métabolique :

  • catalyseur de nombreuses réactions enzymatiques
  • donneurs ou accepteurs d’électrons dans les réactions d’oxydo reduction.

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