Ecophysiology of soursop seedlings fertilized with calcium silicate under different irrigation frequencies

Résumé technique : Écophysiologie de plants de corossol fertilisés au silicate de calcium sous différentes fréquences d'irrigation

Énoncé du problème
Le corossolier (Annona muricata L.) est une culture fruitière tropicale d'une grande valeur économique et nutritionnelle, particulièrement dans les régions semi-arides du Brésil. Cependant, sa culture est sévèrement contrainte par la rareté de l'eau et les régimes de précipitations irréguliers, qui induisent un stress par déficit hydrique. Ce stress impacte négativement le développement morphologique, les processus physiologiques (tels que la photosynthèse et les échanges gazeux) ainsi que la stabilité biochimique, réduisant ainsi la biomasse et la qualité des plants. Bien que l'irrigation déficitaire soit une stratégie de gestion nécessaire dans les régions où l'eau est rare, elle compromet souvent la productivité des plantes. Il est nécessaire d'identifier des stratégies d'atténuation complémentaires, telles que l'application de silicate de calcium (CaSiO₃), qui contient à la fois du silicium (Si) et du calcium (Ca) — des éléments connus pour améliorer la tolérance au stress chez diverses espèces, mais dont l'interaction spécifique dans les plants de corossol sous différents régimes d'irrigation reste peu explorée.

Méthodologie
L'étude a été menée dans une serre à l'Université Fédérale Rurale du Semi-Aride (UFERSA) à Mossoró, au Brésil, de septembre à décembre 2023. L'expérience a utilisé un dispositif en blocs aléatoires avec un schéma factoriel 4 × 2 et quatre répétitions.

• Facteurs :
  1. Fréquences d'irrigation : Quatre calendriers ont été testés : TR1 (quotidien), TR2 (tous les deux jours), TR3 (tous les quatre jours) et TR4 (tous les six jours).
  2. Fertilisation : Présence ou absence de silicate de calcium (CaSiO₃) appliqué au sol à une dose de 3,5 g par plante.
• Conditions expérimentales : Les plants de corossol (cultivar Morada) ont été transplantés dans des pots de 5 L contenant un mélange de sable et de substrat commercial. L'irrigation a été gérée de manière gravimétrique pour maintenir des capacités de rétention d'eau spécifiques. Le CaSiO₃ a été appliqué 30 jours après la transplantation.
• Mesures : À 120 jours après l'application du traitement, l'étude a évalué les paramètres de croissance (hauteur, diamètre de la tige, surface foliaire, volume racinaire), l'accumulation de biomasse, les échanges gazeux foliaires (transpiration, conductance stomatique, taux d'assimilation du CO₂), la fluorescence de la chlorophylle a, les pigments photosynthétiques, les marqueurs d'ajustement osmotique (proline et sucres solubles totaux) et la teneur en nutriments foliaires (K, Ca, Si). La qualité des plants a été évaluée à l'aide de l'indice de qualité de Dickson (DQI), et la tolérance à la sécheresse a été calculée via l'efficacité de la tolérance à la sécheresse (DTE) et l'indice de sensibilité à la sécheresse (DSI).

Résultats clés

• Impact de la fréquence d'irrigation : Un déficit hydrique sévère (TR4, irrigation tous les six jours) a significativement réduit la hauteur des plantes, le nombre de feuilles, la surface foliaire, le volume racinaire et la masse sèche totale par rapport à l'irrigation quotidienne (TR1). TR4 a également entraîné une réduction de la teneur en chlorophylle et une augmentation de la fluorescence initiale (F₀), indiquant des dommages au photosystème II. Inversement, les intervalles d'irrigation allant jusqu'à quatre jours (TR3) ont maintenu la croissance et la performance physiologique de manière comparable à l'irrigation quotidienne (TR1) en l'absence de CaSiO₃.
• Effet du silicate de calcium (CaSiO₃) :
  • Échanges gazeux : Une interaction significative a été observée. Sous un stress modéré (TR3), l'application de CaSiO₃ a augmenté significativement la transpiration (E), la conductance stomatique (gs) et le taux d'assimilation du CO₂ (AN) par rapport aux plants non fertilisés. Plus précisément, le traitement TR3 avec CaSiO₃ a présenté les valeurs d'échanges gazeux les plus élevées de tous les traitements, représentant des augmentations de 142,25 %, 122,31 % et 68,44 %, respectivement, par rapport à la performance la plus faible observée (TR1 sans CaSiO₃).
  • Biomasse et nutriments : L'application de CaSiO₃ a augmenté la masse sèche foliaire d'environ 15 % à travers les fréquences d'irrigation. Elle a significativement augmenté la teneur en silicium et en calcium dans les tissus foliaires, particulièrement sous TR3 et TR4.
  • Ajustement osmotique : L'application de CaSiO₃ a régulé la synthèse de la proline. Sous un stress modéré (TR3), les plants sans CaSiO₃ ont présenté une accumulation massive de proline (192,30 % plus élevée que les plants fertilisés), tandis que les plants fertilisés maintenaient des niveaux de proline nettement inférieurs. Cela suggère que le CaSiO₃ a atténué l'intensité du stress dans le cas de TR3, réduisant le besoin de la plante pour un ajustement osmotique excessif via la synthèse de proline.
  • Tolérance au stress : La présence de CaSiO₃ a amélioré l'efficacité de la tolérance à la sécheresse (DTE) et réduit l'indice de sensibilité à la sécheresse (DSI), particulièrement sous TR3 et TR4.

Contributions clés et importance
L'article démontre que le silicate de calcium agit comme un atténuateur efficace du stress dû au déficit hydrique chez les plants de corossol, spécifiquement sous des régimes d'irrigation modérés.

• Mécanisme physiologique : L'étude postule que le CaSiO₃ améliore la tolérance à la sécheresse en maintenant la fonction stomatique et l'équilibre osmotique. Le dépôt de silicium dans les parois cellulaires renforce probablement la rigidité structurelle et réduit la perte d'eau excessive, tandis que le calcium agit comme une molécule de signalisation pour réguler l'ouverture des stomates et les mécanismes antioxydants.
• Viabilité agronomique : Les résultats indiquent que l'irrigation tous les quatre jours (TR3) combinée à la fertilisation au CaSiO₃ permet des économies d'eau significatives sans compromettre le développement des plants, les échanges gazeux ou l'accumulation de biomasse. Cette combinaison a surpassé l'irrigation par déficit sévère (TR4) et a montré une efficacité physiologique supérieure aux plants non fertilisés sous le même stress.
• Gestion durable : Les conclusions suggèrent que pour la production de corossol dans les régions semi-arides, l'intégration de la fertilisation au silicate de calcium avec une irrigation déficitaire modérée (intervalles allant jusqu'à quatre jours) est une stratégie viable pour optimiser l'efficacité de l'utilisation de l'eau et maintenir la qualité des plants.

Conclusion
L'application de CaSiO₃ augmente la tolérance des plants de corossol aux régimes d'irrigation déficitaire, principalement sous des conditions de stress modéré (intervalles d'irrigation de quatre jours). Ce traitement maintient la régulation stomatique, améliore l'efficacité photosynthétique et améliore l'absorption des nutriments (Si et Ca), réduisant ainsi l'impact physiologique de la rareté de l'eau. Bien que l'irrigation tous les six jours supprime sévèrement la croissance quel que soit le traitement, la combinaison d'un calendrier d'irrigation de quatre jours et de la fertilisation au CaSiO₃ offre une approche durable pour la production de plants dans les environnements limités en eau. Les auteurs concluent que des recherches supplémentaires sont nécessaires pour évaluer différentes doses de CaSiO₃ afin d'étendre pleinement son potentiel agronomique pour cette espèce.