Prévention de la perte de fer chélaté DTPA par adjonction de manganèse, de zinc ou de cuivre chélaté dans la solution nutritive

Sans chélates de fer, obtenir de hauts rendements en culture hydroponique ou faisant appel à d’autres systèmes d’apport en eau serait difficile. La molécule de DTPA est le chélate habituel des engrais au fer utilisés dans les systèmes hydroponiques modernes. Cependant, d’autres cations métalliques non chélatés, dissous dans une solution nutritive, peuvent concurrencer le Fe pour la molécule de DTPA.

La biodisponibilité en Fe pour la plante peut s’en trouver réduite. Au cours d’un essai expérimental sur des tomates cultivées sur cubes de laine de roche en serre, l’apport de fer sous forme de Fe-DTPA (Ultrasol® micro Rexene® FeD12) à raison de 7 ou 10 µmol de Fe/L a produit une plus forte concentration de Fe dans la zone racinaire moyennant l’application de Zn, Cu et Mn chélatés EDTA, par rapport à l’application de leurs sels de sulfate combinée à de l’Ultrasol® micro Rexene® FeD12.

La perte de fer chélaté due à l’application combinée de sulfate de zinc, de cuivre ou de manganèse est désormais confirmée par une publication scientifique qui traite des cultures sur des milieux inertes tels que la laine de roche.

Référence : Bin, L.M., Moerkens, R., Noordam, A., van Aert, R. et Bugter, M.H.J. (2020). The effect of chelating Zn, Cu and Mn on plant Fe nutritional status of hydroponically grown tomato plants. Acta Hortic. 1273, 199-206. https://doi.org/10.17660/ActaHortic.2020.1273.27

Les cultures ont besoin de fer (Fe) pour produire la chlorophylle, le pigment vert essentiel à la photosynthèse.

C’est pourquoi une carence en fer chez les plantes peut se manifester de manière visible par une chlorose, un jaunissement des feuilles. Même une diminution moins visible de la teneur des feuilles en chlorophylle réduit la fixation du carbone et, en définitive, le rendement commercialisable des cultures.

Concernant les cultures sur substrat, il est difficile de garantir un apport suffisant en Fe disponible sous une forme assimilable par la plante. Dans les conditions de pH effectives, le fer ajouté dans la solution nutritive précipite inévitablement. Cela se produit dès que le pH des sols dépasse une valeur de 7 et peut déjà se produire à un pH supérieur à 4 dans les solutions nutritives ou le milieu hydroponique.

La raison à cela est que dans les conditions d’un pH neutre à basique, l’eau contient de l’élément Fe sous forme d’hydroxyde, en grande partie insoluble. Dans les solutions nutritives complètes, la solubilité du fer est encore plus compromise par la précipitation avec les phosphates ou les carbonates. Par conséquent, l’apport de Fe sous forme de sel simple (par exemple du sulfate de fer) dans ces systèmes entraîne rapidement une précipitation, rendant le fer indisponible pour une assimilation par la plante.

Depuis l’introduction de l’utilisation des chélates EDTA comme moyen stable et efficace de fournir du Fe aux cultures en hydroponie, cette pratique est vite devenue courante parmi les cultivateurs, et a été remplacée depuis par un chélate de fer amélioré, au DTPA. Le succès du Fe-DTPA est dû à sa stabilité dans un plus large intervalle de pH par rapport au Fe-EDTA (pH compris entre 1,5 et 6,5 environ pour le Fe-EDTA, contre 1,5 à 7,5 pour le Fe-DTPA), assurant un apport en Fe plus fiable et stable aux cultures hydroponiques.

Cette expérience démontre que l’application de Mn, de Zn et de Cu non chélatés combinée au Fe-DTPA réduit la performance des plantes ainsi que le rendement. Cela rappelle l’importance d’établir l’apport approprié en micronutriments pour les cultures sur des substrats inertes, comme la laine de roche ou les sols sableux à faible capacité d’échange cationique (CEC). Sans un apport suffisant en micronutriments, ou sans un apport en micronutriments spécifiques sous la forme chélatée appropriée, les rendements peuvent être sous-optimaux.

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Figure 1. Évolution de l’indice SPAD au cours du temps. Les lettres indiquent des différences statistiquement significatives (test des étendues de Tukey avec α ≤ 0,05). a : solution nutritive au Fe-DTPA à 7 μmol/L ; b : solution nutritive au Fe-DTPA à 10 μmol/L. Sulfate : apport de Cu, Mn et Zn sous forme de sels de sulfate. Chélate : apport de Cu, Mn et Zn sous forme chélatée EDTA.

Il est cependant possible de remplacer le fer du chélate DTPA par d’autres cations métalliques essentiels à la croissance de la plante, tels que le cuivre (Cu), le manganèse (Mn) ou le zinc (Zn), s’ils sont ajoutés dans la même solution nutritive sous la forme de sels de sulfate (CuSO₄, MnSO₄, ZnSO₄). Comme ces cations se substituent à Fe, ce dernier précipite et devient indisponible pour la plante. Il est recommandé d’appliquer ces cations entièrement chélatés à l’EDTA pour prévenir la perte de production associée à la disponibilité moindre en micronutriments.

Dans cet essai, la perte de Fe et la diminution de la production associée ont été comparées à une solution nutritive contenant tous ces micronutriments sous leur forme chélatée et à une solution nutritive où seul du fer était appliqué sous forme chélatée DTPA. De plus, deux teneurs en Fe dans la solution nutritive ont été incluses.

L’essai, mis en place dans une serre moderne du Centre de recherches de Hoogstraten (Belgique), a porté sur le cultivar de tomate en grappe Merlice, de grand intérêt commercial, durant son cycle de production entier (de janvier à novembre).

Les plants ont été greffés à des porte-greffe Maxifort et plantés dans des cubes de laine de roche, et une densité de peuplement de 3,3 pieds/m² a été maintenue.

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Figure 2. Mesure de l’indice SPAD des tomates au cours de l’essai.

Détails de l’essai

Les traitements ont été mis en œuvre selon un plan factoriel à 2 niveaux avec deux compositions de solution nutritive (« Chélate » : tous les micronutriments chélatés ; « Sulfate »: Fe chélaté uniquement), et deux teneurs en Fe (7 μmol/L (7Fe) contre 10 μmol/L (10Fe)). Tous les autres nutriments ont été fournis selon les recommandations d’un conseiller agricole (Tableau 1). Le pH de la solution nutritive mesuré au cours du temps est passé de 4,8 à 5,1 au niveau du goutte-à-goutte, et de 5,8 à 6,2 en sortie. Les traitements ont été appliqués au moyen de deux systèmes hydriques séparés pour les facteurs « Chélate » et « Sulfate », et de gouttières séparées pour les facteurs 7Fe et 10Fe. L’analyse des résultats des traitements a porté sur un total de 64 pieds, répartis en quatre parcelles de production.

La production de chlorophylle par les feuilles a été surveillée sur la plus jeune feuille complètement développée, avec une mesure hebdomadaire de l’indice SPAD selon un protocole standardisé. Il est fréquent de procéder à des mesures de l’indice SPAD en guise de moyen rapide et non destructif d’estimation de la teneur des feuilles en chlorophylle sur la base de l’absorbance de longueurs d’onde lumineuses spécifiques par la surface de la feuille (Figure 2). En général, les différences observées concernant ce paramètre correspondent bien aux différences de teneur des feuilles en chlorophylle induites par les différents apports en Fe aux plantes. De plus, la concentration en Fe de l’eau d’irrigation et en sortie a été analysée deux fois par mois. Également, l’effet sur le rendement total en fruits, le poids des fruits, la pourriture apicale (PA) et la teneur des fruits en calcium a été évalué.

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Figure 3. Rendement moyen total en tomates fraîches et poids des fruits ; détermination sur la durée complète de l’essai. Les lettres indiquent des différences statistiquement significatives (test des étendues de Tukey avec α ≤ 0,05).

Résultats notables

Tout au long du cycle de culture, il n’a pas été observé de chlorose ferrique des plantes. Cependant, les traitements du groupe « Chélate » ont produit un indice SPAD supérieur à celui des traitements du groupe « Sulfate » pour chaque analyse qui a suivi le repiquage (Figures 1a. (7Fe) et b. (10Fe)). De même, les traitements du groupe « Chélate » ont affiché une concentration en Fe dans l’eau d’irrigation et l’eau de sortie supérieure à celle du groupe « Sulfate » (Tableau 2). Cela montre que même si les plantes ne présentent pas de symptômes visuels d’une carence, il se peut qu’un nutriment fasse défaut, empêchant une croissance optimale.

Le rendement en fruits a été supérieur de 4 à 6 % pour le groupe de traitement « Chélate » par rapport au groupe « Sulfate », avec la plus forte différence atteinte pour la concentration 7Fe. Cette différence s’explique principalement par un poids des fruits en moyenne plus élevé dans le groupe de traitement « Chélate » (Figure 3). Le pH de la solution nutritive utilisée dans cette expérience a été contrôlé avec attention ; une valeur maximale de 6,2 a été mesurée dans l’eau de sortie. Avec des systèmes de culture dans lesquels la qualité de l’eau, les unités de fertirrigation ou les réactions physiologiques des plantes au niveau des racines peuvent susciter une augmentation plus marquée du pH au niveau des racines, la perte de Fe et la perte de rendement qui en résulte peuvent être encore plus notables.

L’incidence de la pourriture apicale a été inférieure à 1 % sur tout l’essai, mais il est intéressant d’observer que le groupe « Chélate » ont affiché une incidence de pourriture apicale statistiquement inférieure par rapport au groupe « Sulfate » à la dose sous-optimale de 7Fe, soit une concentration en Ca légèrement inférieure dans la matière sèche des fruits (Figure 4). Une activité photosynthétique moindre chez les plantes du traitement 7Fe/Sulphate, et une transpiration par conséquent moins importante, pourraient avoir réduit la translocation de Ca vers les fruits, ce qui expliquerait cette observation.

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Figure 4. Incidence moyenne de la pourriture apicale (% PA) tout au long de la période de récolte (les lettres indiquent des différences statistiquement significatives (test des étendues de Tukey avec α ≤ 0,05)), et analyse de la teneur en calcium de la matière sèche des fruits (ppm Ca) pour un dosage de 7 μmol de Fe-DTPA, avec adjonction de Cu, Mn et Zn sous forme de sels de sulfate ou sous forme chélatée EDTA.

Tableau 1. Dosage des macronutriments et micronutriments au cours du temps. Les teneurs en nutriments sont fournies en mmol/L sauf concernant Fe, Mn, Zn, B, Cu et Mo, en μmol/L. Après le 7 juin, les teneurs sont restées constantes jusqu’à la fin de la période de l’essai. *Valeur corrigée de la carence en Mg à partir de début juillet. Ajouter ce qui suit au titre du tableau : Les valeurs de ce tableau sont arrondies ; veuillez consulter les publications originales pour une précision à 2 décimales près.