Calcium silicate effects on wheat phosphorus nutrition depend on phosphorus-source chemistry
Cette étude démontre que l'efficacité des amendements de silicate de calcium pour améliorer la nutrition phosphorée du blé dépend fortement de la forme chimique de la source de phosphore, l'amendement stimulant de manière significative la croissance et l'absorption principalement lorsque le phosphore est fourni sous forme d'hydroxyapatite ou de KH2PO4 soluble par des mécanismes médiés par la plante et la rhizosphère plutôt que par une libération de phosphate globale.
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Les plantes ont besoin de phosphore pour croître, un nutriment qu'elles puisent généralement dans le sol sous forme de produit chimique dissous. Mais dans de nombreux champs, cet élément vital est emprisonné, coincé aux particules du sol sous des formes que les racines ne peuvent pas atteindre facilement. Les agriculteurs ajoutent souvent de l'engrais pour remédier à cela, pourtant une grande partie de ce phosphore ajouté finit par se retrouver piégée à nouveau, laissant les cultures affamées malgré le coût supplémentaire. Les scientifiques cherchent depuis longtemps des moyens d'aider les plantes à accéder à ces réserves tenaces et verrouillées sans dépendre de quantités massives de nouvel engrais. Un auxiliaire prometteur est le silicium, un élément commun présent dans le sable et les roches, que de nombreuses graminées et céréales comme le blé absorbent activement. Bien que le silicium soit connu pour renforcer les tiges des plantes et les aider à résister au stress, sa capacité à améliorer la nutrition phosphorée a été mitigée dans les études précédentes, aidant parfois ou n'ayant aucun effet du tout.
Une équipe de chercheurs de l'Organisation de la Recherche Agricole en Israël s'est donné pour mission de comprendre pourquoi l'aide du silicium varie autant. Ils soupçonnaient que la réponse résidait dans la forme chimique spécifique du phosphore que les plantes tentaient de consommer. Pour tester cela, ils ont cultivé du blé dans des pots remplis de sable propre, un milieu neutre qui permettait de contrôler exactement les nutriments reçus par les plantes. Ils ont fourni au blé quatre types différents de phosphore : une forme hautement soluble qui se dissout instantanément, une forme liée au fer, une forme liée au calcium, et aucune dose de phosphore ajoutée. Pour chacun de ces quatre scénarios, ils ont ajouté un amendement de silicate de calcium à la moitié des pots, tandis que l'autre moitié recevait un traitement au calcium seul afin de s'assurer que les effets provenaient bien du silicium et non seulement du calcium.
Les résultats ont révélé que le silicium n'agit pas comme un booster unique et universel. Au contraire, son impact dépend entièrement de la nature chimique de la source de phosphore. Lorsque le blé était nourri avec le phosphore lié au calcium, qui est typiquement très difficile d'accès pour les racines, l'ajout de silicium a transformé la performance de la plante. Sans silicium, le blé peinait, produisant très peu de masse foliaire et racinaire. Avec le silicium, les plantes ont bondi, affichant une croissance de 85 % de la biomasse aérienne et de 86 % de la masse racinaire. Ces plantes ont également accumulé 56 % de phosphore en plus dans leurs pousses. Le silicium semblait aider le blé à déverrouiller une source de nourriture qui était auparavant hors de portée.
En revanche, lorsque le blé était nourri avec le phosphore soluble, qui est déjà facile à saisir, le silicium aidait toujours les plantes à croître davantage, augmentant la biomasse aérienne de 65 %. Cependant, la façon dont les racines réagissaient était différente ; les plantes développaient des systèmes racinaires plus longs mais n'ajoutaient pas nécessairement plus de poids racinaire. Lorsque le blé était nourri avec le phosphore lié au fer, les plantes étaient déjà vigoureuses et se développaient bien même sans silicium. L'ajout de silicium à ce groupe n'a pas augmenté de manière significative leur taille, mais il a provoqué une hausse brutale de la quantité de fer et de manganèse accumulée dans les feuilles. Sur les pots sans ajout de phosphore, le silicium n'a eu presque aucun effet sur la croissance.
Pour comprendre ce qui se passait dans le sol, les chercheurs ont mené une expérience distincte sans aucune plante, mélangeant le sable et les minéraux phosphorés avec l'amendement de silicium pour voir si la chimie seule libérait plus de nutriments. Ils ont découvert le contraire de ce que l'on pourrait attendre. L'amendement de silicium a en fait augmenté le pH de l'eau et a provoqué une chute dramatique de la quantité de phosphore dissous, jusqu'à 98 % dans certains cas. Cela signifiait que le silicium ne dissolvait pas simplement les minéraux pour libérer un flot de nutriments dans l'eau pour que les racines puissent les boire. Au lieu de cela, le silicium verrouillait encore plus étroitement le phosphore dans la solution du sol.
Cette découverte pointe vers un rôle plus actif de la plante elle-même. Puisque le silicium n'a pas libéré le phosphore dans l'eau globale, la croissance spectaculaire observée dans le groupe du phosphore lié au calcium devait provenir de changements à la surface des racines. Les chercheurs ont observé que le blé traité au silicium développait un système racinaire plus grand et plus grossier, avec des racines plus épaisses capables d'explorer davantage de sol. Il semble que le silicium ait aidé le blé à modifier sa propre structure racinaire et peut-être l'environnement immédiat autour de ses racines, lui permettant d'accéder au phosphore lié au calcium, une source tenace, par des moyens biologiques plutôt que par dissolution chimique. L'étude montre que le silicium n'est pas une solution miracle qui fonctionne de la même manière dans toutes les situations ; il agit plutôt comme un outil spécifique qui modifie la façon dont le blé interagit avec différents types de phosphore, transformant une source de nutriments verrouillée en un approvisionnement alimentaire viable uniquement lorsque la biologie de la plante et la chimie du sol s'alignent.
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