L’efficacité de la production agricole d’un végétal, qu’elle soit mesurée en termes de productivité (accroissement total de la biomasse végétale par superficie et unité de temps) ou de rendement (biomasse récoltée par hectare pour une culture donnée) , est conditionnée par le programme génétique du végétal cultivé, mais aussi par certains facteurs du milieu dans lequel il se trouve.

Ces facteurs sont multiples :

• les facteurs qui entrent en jeu dans la photosynthèse : éclairement, teneur en CO₂ de l’air, approvisionnement en eau et en sels minéraux
• les conditions climatiques : température, pluviométrie…
• les facteurs qui déterminent la qualité du sol : présence d’ions, circulation d’eau, oxygénation des racines…
• enfin des facteurs biotiques (c'est à dire liés à la présence d'autres êtres vivants) : présence de parasites, d'insectes, de plantes entrant en compétition avec le végétal concerné, mais aussi champignons des mycorhizes (= associations racine-champignons), bactéries fixant l'azote atmosphérique et développant des nodosités sur les racines…

Le facteur limitant est le facteur du milieu qui est situé le plus loin de l’optimum et qui donc limite la production du végétal, et ce quel que soit la variation des autres facteurs. Ainsi, on n’atteindra jamais des conditions de culture idéales pour un végétal donné, et le défaut d’un seul facteur limite alors la production, parfois à un niveau bien inférieur à cet idéal.

Il faut donc en priorité améliorer le facteur limitant, qui limite la productivité. Ceci nous amène à des réflexions sur la possibilité de contrôle des facteurs d'un milieu. Peut-on assurer un développement idéal de la production du végétal par ce moyen ?

Le contrôle des facteurs du milieu est limité, car on ne peut par exemple influer sur les facteurs climatiques, sauf à limiter l’impact de certains phénomènes comme le gel ou le vent (plantations assurant la couverture du champ en amont), et encore moins des facteurs comme l’éclairement ou la teneur en CO₂ de l’air. Cependant, l’agriculteur peut améliorer le sol et l’environnement biologique de la plante :

• le sol peut être amélioré physiquement (labourage, sarclage) et chimiquement (apport d’engrais, notamment K, N , P et irrigation)
• lutte contre les " mauvaises herbes ", les parasites, les maladies pouvant affecter le végétal (herbicides, insecticides)

Ces techniques permettent une amélioration du rendement agricole, qui est cependant limitée par d’autres facteurs.

Grâce à des serres, parfois équipées de matériel complexe, ou de simples tunnels, en fait une feuille de plastique placée sur des arceaux, on améliore notre maîtrise de certains facteurs du milieu :

• Augmentation de la température grâce à l’effet de serre, produit par le piégeage dans l’abri de la chaleur due aux rayons du soleil mais aussi celle dégagée par le sol. En effet, les plantes en activité rejettent de la vapeur d’eau par le mécanisme de transpiration, vapeur qui se condense sur les parois de la serre, et qui retient une partie importante de la chaleur piégée dans la serre, notamment la chaleur stockée par le sol et rendue sous forme de rayonnement infrarouge terrestre même pendant la nuit. La température est ensuite réglable par l’utilisation de ventilateurs et de chauffages d’appoint, pour la maintenir à une valeur satisfaisante pour les plantes, plus élevée que dans l’atmosphère pour améliorer la productivité et pour avancer les récoltes dans le temps.

• Le facteur limitant étant souvent la teneur en dioxyde de carbone de l’air, on a intérêt à enrichir l’air de ce composant, car les plantes en consomment beaucoup pendant la journée, alors que l’approvisionnement en air est limité. On peut alors ventiler la serre, ou enrichir artificiellement l’air en dioxyde de carbone (fumure carbonique).

• Les facteurs que l’on peut améliorer en cultures plein champs sont toujours valables…

Dans ce type de culture, on n’apporte au végétal que les éléments du sol dont il a besoin, en les contrôlant comme autant de facteurs de productivité : par rapport au mode de culture précédent, si on ajoute le contrôle en eau et en sels minéraux, on a un contrôle maximal sur les facteurs du milieu.

On a deux possibilités pour réaliser une culture hors sol :

• utilisation de support ou de substrat imbibé d’une substance nutritive adaptée aux besoins particuliers du végétal
• utilisation directe de la solution nutritive, dans laquelle sont plongées les racines de la plante

On règle ainsi le problème de la fatigue du sol (mauvais drainage des sols après l’apport massif d’engrais), on a un contrôle sanitaire plus efficace et on obtient souvent des produits de meilleure qualité. Cependant, ce type de culture nécessite des investissements lourds, et demande une haute technicité dans les diverses manipulations à mettre en œuvre, ceci augmentant le prix de revient des produits.

• Molécules :
  • Ions minéraux, dioxyde de carbone.
  • Nitrate, phosphate, potassium.

   

• Fonctions :
  • Photosynthèse, transpiration, production primaire.
  • Fixation d’azote atmosphérique.

   

• Techniques agricoles :
  • Culture en plein champ, sous abri, hors sol.
  • Irrigation, fertilisation, engrais.
  • Effet de serre.