Approche à la fertilisation et à la fertigation

Fertigation

Introduction : Approche

A la fertilisation et à la fertigation

(Pr. Ahmed Skiredj)

(Département d'Horticulture/IAV Hassan II/ Rabat/ Maroc)

Le maintien de l'eau et des éléments minéraux à des niveaux optima dans la rhizosphère des plantes est le principal facteur responsable des rendements élevés des cultures, meilleures qualités des produits et hautes efficiences de l'utilisation de l'eau et des éléments minéraux. L'apport des engrais dans l'eau d'irrigation, appelé « fertigation » ou « ferti-irrigation » ou « irrigation fertilisante » est devenu, depuis longtemps, une pratique commune en maraîchage et en arboriculture fruitière marocaine, permettant d'atteindre un équilibre ionique optimal au niveau de la rhizosphère.

Afin de minimiser les pertes de fumures par lessivage et dans le but d'augmenter l'efficience de l'utilisation des engrais, le système optimal de distribution de la solution nutritive est le système localisé. L'aspersion n'est pas toujours valable puisqu'elle limite l'utilisation des fortes doses de fumures (toxicité du feuillage) et favorise le développement des mauvaises herbes entre les rangs de la culture. Elle présente aussi le risque d'augmenter les chances d'attaque des maladies cryptogamiques, particulièrement pour les cucurbitacées.

La fertigation est un cas particulier de la chimigation qui consiste à apporter un produit chimique dans l'eau d'irrigation (pesticide ou engrais). Les principaux avantages de la fertigation sont les suivants:

•  une grande efficience de l'utilisation de l'eau et des engrais (diminution du lessivage).

•  un bon contrôle de l'état ionique de la rhizosphère.

•  un bon contrôle de la forme et de l'équilibre ionique des fumures apportées.

•  une grande flexibilité des moments d'apport des fumures en relation avec les besoins de la plante (stades de développement).

•  et une économie de main d'oeuvre pour l'application des engrais.

Les principaux inconvénients de la fertigation sont les suivants:

•  difficulté d'apporter des engrais en cas de sol saturé en eau (pluie, arrêt de l'irrigation). Ce cas est rencontré avec les tunnels nantais (fraisier ou melon) et avec les serres canariennes peu étanches et sans gouttières d'évacuation des excès d'eau.

•  Obturation des orifices des distributeurs. Il est recommandé de les nettoyer et d'utiliser une solution acide (0,5 % d'HNO3) afin d'enlever le colmatage.

En fertigation, à la fois l'irrigation et la fertilisation doivent être satisfaites dans les normes. Lorsque les règles de l'une ou de l'autre de ces techniques ne sont pas respectées, des anomalies apparaissent: élévation du taux de salinité, sur fertilisation ou sous alimentation hydrique et minérale, pertes des éléments nutritifs par lessivage...etc. Ces anomalies sont à l'origine de l'apparition de facteurs limitant une production de bonne qualité. Par conséquent, il faut piloter l'irrigation correctement (utilisation d'outils adaptés d'avertissement à l'irrigation: tensiomètres, bac classe A, lysimètres, formules empiriques...etc). Il faut aussi raisonner la fertilisation en fonction du niveau de rendement recherché et selon la fertilité du sol. La pratique de la fertigation aide à l'application correcte et économe de l'eau et des éléments minéraux au sol pour une meilleure utilisation par la plante. Elle permet de corriger les carences ioniques par des interventions à tout moment et présente l'avantage d'être automatisable.

Pour le calcul des solutions nutritives, il y a deux principaux cas :

1- Cas de culture sans sol (en hors sol, sur substrat, en hydroponique ou en aéroponique) : il faut respecter les normes suivantes :

* Norme (solution Coic-Lesaint): NO3- (12,2 méq/l)= 170,8 mg/l de N; NH4+ (2,2 méq/l)= 30,8 mg/l de N; H2PO4- (2,2 méq/l)= 34,1 ppm de P = 78,1 ppm de P2O5; K+ (5,2 méq/l)= 202,8 ppm K= 244,4 ppm K2O; Ca++ (6,2 méq/l)= 124 ppm Ca= 173,6 ppm CaO; Mg++ (1,5 méq/l)= 18 ppm Mg = 30 ppm MgO et SO4-- (1,5 méq/l)= 24 ppm S. Pour la solution Coic Lesaint le rapport K/N doit être de 1,2 et le rapport K2O/(CaO+MgO) de 1,1 à 1,2.

* La méthode CoÏc Lesaint est basée sur la mise à la disposition des plantes d'une solution nutritive équilibrée ioniquement et calculée à partir de la composition des végétaux. En maraîchage, on utilise la solution neutrophile. Cette solution s'applique en hors sol ou aux sols considérés comme un simple substrat de culture. En fertigation sur sol, on utilise des solutions non complètes (à base surtout de NPK, parfois avec un supplément de Mg et Ca).

* Correspondances entre méq/l d'un ion, mg/l d'un ion et mg/l d'un élément:

* Lors des mélanges: Il ne faut jamais mélanger de nitrate de chaux avec un sulfate (de NH4 ou de potasse ou de magnésie) ou un phosphate ; jamais de phosphate avec un engrais Calcique. Le nitrate de potasse et l'acide nitrique peuvent être mélangés à tous les engrais. Les caractéristiques des engrais sont les suivantes:

La composition de la Solution Coïc & Lesaint est la suivante:

NO3- (12,2 méq/l)= 12,2 x 14 = 170,8 mg/l de N;

NH4+ (2,2 méq/l)= 2,2 x 14= 30,8 mg/l de N;

Soit un total de 201,6 ppm N ;

H2PO4- (2,2 méq/l)= 34,1 ppm de P = 78,1 ppm de P2O5;

K+ (5,4 méq/l)= 210,6 ppm K= 252,7 ppm K2O;

Ca++ (6,2 méq/l)= 124 ppm Ca= 173,6 ppm CaO;

Mg++ (1,5 méq/l)= 18 ppm Mg = 30 ppm MgO

SO4-- (1,5 méq/l)= 72 ppm SO4= 24 ppm S.

Les engrais à solubiliser dans un litre d'eau pour obtenir une solution Coïc & Lesaint sont les suivants:

++ MAP: 253 mg (soit 2,53 kg/10 m3 ou 1 mm d'eau d'irrigation)

++ KNO3: 545,4 mg (soit 5,454 kg/10 m3 ou 1 mm d'eau d'irrigation)

++ Ca(NO3)2: 768,8 mg (soit 7,688 kg/10 m3 ou 1 mm d'eau d'irrigation)

++ Mg (NO3)2: 44,4 mg (soit 4,440 kg/10 m3 ou 1 mm d'eau d'irrigation)

++ MgSO4: 54 mg (soit 0,54 kg/10 m3 ou 1 mm d'eau d'irrigation)

2- Culture sur sol :

Contrairement à la solution nutritive complète utilisée en hors sol et nécessitant des précisions de calcul de doses d'engrais, les solutions nutritives utilisées en fertigation sur sol sont beaucoup moins précises puisque le sol joue le rôle tampon en cas d'erreur de calcul et d'apport de fumures. Ces solutions nutritives se basent sur l'estimation des besoins des plantes en éléments nutritifs en fonction de leurs stades physiologiques, du sol et des conditions climatiques. Les éléments sont exprimés en N, P2O5, K2O, CaO et MgO et les quantités en kg/ha. L'analyse de l'eau est utilisée en général pour corriger son pH. En cas de fortes teneurs de l'eau en Ca et Mg, une majoration des apports potassiques s'avère nécessaire. La rectification du pH est intéressante afin d'éviter des précipités de phosphate de calcium, de sulfate de calcium, de carbonate de calcium et de magnésium qui obstruent les orifices et rendent non disponibles les éléments insolubilisés pour la plante. En général, il faut 606 ml d'acide nitrique 38° Baumé pour neutraliser l'effet alcalinisant de 1 kg de phosphate biammonique (20 % N et 53 % P2O5). La rectification de la teneur en eau en bicarbonate nécessite une analyse et une détermination au laboratoire.

La confection de la solution nutritive doit être réalisée de la manière suivante:

* Pour la solution prête à l'emploi (solution fille), directement utilisable par les plantes: Cette solution est fabriquée pour de petites superficies puisque sa quantité nécessaire pour irriguer la culture doit être contenue dans un bac. Un bac d'1 m3 (qui est un grand bac coûte relativement cher) , par exemple, ne peut suffire pour une superficie qui dépasse 200 - 300 m² .

* Pour le cas général, on est obligé de confectionner une solution mère: Cette solution est concentrée et nécessite une dilution à 5 pour mille, généralement, pour être utilisée par les plantes.

* La procédure est la suivante: Après détermination des quantités d'engrais à apporter et considérant leurs solubilités, on détermine les quantités d'eau nécessaire à leur solubilisation. Selon le matériel disponible (volume du ou des bacs) et la superficie à arroser, on détermine la fréquence de fabrication de la solution nutritive (1 à plusieurs fois par jour; parfois, une fois par 10 jours...). En cas d'apport de NPK uniquement, un seul bac peut être suffisant (si la superficie ne dépasse pas quelques hectares). Si l'apport concerne aussi Ca et Mg, il vaut mieux utiliser un 2ème bac. L'engrais qui pose beaucoup de problèmes (à cause de sa faible solubilité et ses fortes doses d'apport) est le sulfate de potasse. Souvent, on lui consacre un bac spécial indépendamment des autres engrais. Mais, à certains stades donnés de la culture (grossissement des fruits, par exemple), on a intérêt à apporter les engrais selon un équilibre défini, par exemple (1 N- 0,2 P2O5- 2 à 2,5 K2O). Dans ce cas, la potasse n'est pas injectée seule, on mélange les engrais potassiques avec les autres engrais. La procédure de préparation des bacs est la suivante:

+ 1er bac (en cas de fabrication d'une solution mère SM): Dans le bac de la SM ,

* Mettre de l'eau (en préférence à 20 °C - 25 °C ), remplir le bac au tiers.

* Ajouter de l'acide nitrique (en cas de nécessité de réduire le pH).

* Ajouter les engrais, un par un, dans l'ordre suivant, en brassant et après une pré solubilisation: phosphates (puis ajouter de l'eau au bac (10- 20 litres ), nitrate de potasse, puis ajouter de l'eau au bac (10- 20 litres ), nitrate de magnésie puis ajouter de l'eau au bac (10- 20 litres ), sulfate de magnésie (+ eau) , sulfate d'ammoniaque (+ eau), sulfate de potasse (+ eau), puis oligoéléments s'il y a lieu. Jamais de calcium dans ce bac qui contient des sulfates et des phosphates. On complète ensuite le bac avec de l'eau. Plus il y a de l'eau tiède, plus les engrais ont tendance à être bien solubilisés.

+ 2ème bac de la solution mère:

* Mettre de l'eau (1/3 du volume du bac).

* Ajouter de l'acide nitrique.

* Pré solubiliser le nitrate de magnésie et l'apporter.

* Ajouter de l'eau au bac (10- 20 litres ).

* Ajouter le nitrate de calcium pré solubilisé.

* Ajouter de l'eau au bac (20- 30 litres ), puis le nitrate de potasse puis les oligoéléments (le chélate de fer doit être apporté en dernier lieu).

* Compléter le bac avec de l'eau.

* Jamais de sulfate ni de phosphates dans ce bac.

  Considérations liées à la culture: La connaissance de la dynamique des éléments minéraux dans le sol et des différences d'absorption de leurs formes par les plantes (NO3- et NH4+ pour N, H2PO4- ou HPO42- pour P) renseigne sur le choix des engrais. Un engrais à base de soufre réduit le pH du sol. La pomme de terre préfère cette réduction de pH, par contre, le melon redoute l'acidité. Un excès d'un élément risque de bloquer un autre élément qui devient peu disponible à la plante (cas de l'antagonisme K/Mg et K/Ca). Si l'eau d'irrigation est riche en sulfates, il est préférable d'apporter Mg sous forme de nitrate de magnésie. Si P est apporté sous forme de MAP, une grande partie de N doit être fournie sous forme nitrique afin de ne pas dépasser la norme d'apport de N ammoniacal (puisque le MAP apporte NH4+N)... etc.

Par ailleurs, les exigences des cultures diffèrent selon les espèces, variétés et stades physiologiques. Pour chaque stade et chaque variété, il est possible d'avoir une solution nutritive adaptée (cette solution peut être trouvée suite à une recherche adaptative). Il n'y a pas de solution nutritive passe par tout. Il faut raisonner la composition des solutions nutritives en fonction des données du milieu, culture et contraintes. La première phase d'une culture (phase végétative) nécessite plus de N et de P que de K. La phase reproductive et de grossissement du produit à récolter nécessite plus de K que de N ou P. Pour une meilleure qualité des produits et lors d'un stress, il faut majorer les apports en potasse (élément de stress). La fertigation doit être complétée par des pulvérisations d'engrais foliaire à base d'oligoéléments et par un apport de fumier pour les cultures qui le nécessitent... Souvent, la fertigation est pilotée par la conductivité électrique (EC) de la solution nutritive (SN) adaptée au stade de la culture: les faibles EC sont réservées à la croissance végétative; les fortes EC sont adaptées au grossissement des fruits et tubercules. En général, lorsque EC de la SN est élevée, le bac se vide rapidement alors que les besoins en eau de la culture ne sont pas encore satisfaits. En agissant sur le débit de l'eau et le taux d'injection des engrais, on peut ajuster EC selon le besoin. On recommande alors d'irriguer d'abord à l'eau claire pendant une certaine durée et de terminer l'arrosage par fertigation. Il vaut mieux laisser l'apport des fumures à la fin de l'irrigation afin d'éviter leur lessivage (on ne commence pas par la fertigation pour passer ensuite à l'eau claire qui provoque le lessivage). En général, la fréquence de fertigation sur sol ne dépasse pas une fois par jour, le temps est largement suffisant pour permettre aux éléments d'être absorbés par la plante. Les contrôles doivent être quotidiens: il faut suivre le pH de la solution fille (à mesurer au niveau des goutteurs; on collecte quelques millilitres de la solution et on trempe le pH mètre; si le pH est correct: 6,5-7, c'est bon, sinon, il faut revoir la composition de la solution et la corriger). Il faut également suivre l'EC au niveau de la solution collectée. Si l'on retrouve EC souhaité (1,5 à 1,8 mS/cm en cours de végétation et 2 à 2,5 mS/cm en phase de remplissage des produits à récolter) c'est bon, sinon, il faut diluer ou concentrer la solution et revoir les pesées des engrais ou s'il n'y a pas d'erreur de choix d'engrais ou de leurs dosages de la part du responsable de la fertigation. Le contrôle concerne aussi la vérification de l'état du matériel d'injection ou de distribution, l'état des filtres par mesure de la pression (utilisation des manomètres). Le nettoyage des filtres est important à la fin de chaque campagne ou après une erreur de mélange d'engrais incompatibles (laissant des précipités dans le bac).

Considération économique : Pour confectionner une solution nutritive fille Coïc & Lesaint (C&L) d'un volume de 20 m3 (soit pour un apport de 2 mm ), et supposons que les prix des engrais sont les suivants (MAP : 2 DH/kg ; KNO3 : 5 DH/kg ; nitrate de calcium : 8 DH/kg ; nitrate de Mg : 8 DH/kg ; MgSO4 : 5 DH/kg, alors le coût global des engrais d'une fertigation est de (2,53 x 2 x 2)+ (5,454 x 2 x 5)+(7,688 x 2 x 8)+(4,44 x2 x 8)+(0,54 x 2 x 5)= 10,12 + 54,54 + 123,008 + 71,04 + 5,4 = 264,408 DH. Pour des irrigations quotidiennes, au nombre de 100/cycle, le coût sera donc de 26.440 DH/ha (en n'apportant que 2 mm/irrigation). Avec la progression de la saison, l'apport pourrait être de 2 mm/j (pour les 40 premières irrigations ; 4 mm/j pour les 40 secondes irrigations et 6 mm/j pour les 20 dernières, soit un coût de 95.133 DH/ha, ce qui est trop élevé et ne pouvant pas être facilement valorisé ! La solution nutritive C&L coûte très cher et ne semble pas être adaptée au Maroc. On ne l'utilise qu'en hydroponie sur des cultures très valorisantes (selon le marché).