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Contrôle de la qualité de l'eau d'irrigation agricole : comment un analyseur de qualité de l'eau détecte-t-il la dureté et la conductivité pour assurer la croissance des cultures ?
Introduction
Connaissez-vous la « sécheresse invisible » des cultures ? L'eau à forte salinité, caractérisée par une conductivité élevée, est inaccessible aux plantes par osmose. Même avec un sol visiblement humide, la plante ne peut pas utiliser cette eau pour sa croissance. De même, une eau très dure, c'est-à-dire avec une teneur en magnésium (Mg) supérieure à la normale, peut également être néfaste pour les cultures.2+ ) et le calcium (Ca2+ En irrigation goutte à goutte, les dépôts calcaires peuvent former des dépôts blanchâtres sur le sol, provoquant un arrosage irrégulier. En arrosage par aspersion, ces dépôts sur les feuilles et les fruits peuvent réduire leur capacité photosynthétique, entraînant une baisse des rendements et une diminution de la croissance des cultures.
Le suivi de la qualité de l'eau et le contrôle de ses paramètres sont essentiels à la bonne croissance des cultures. Les capteurs modernes permettent aux petites exploitations agricoles de maintenir une eau de qualité sans recourir à des analyses de laboratoire sophistiquées. Cet article explique comment comprendre la dureté et la conductivité de l'eau et leur impact sur la croissance des cultures. Il présente également des méthodes pour contrôler la qualité de l'eau d'irrigation agricole grâce à des analyseurs en ligne .
Comprendre la dureté de l'eau en irrigation
Définition de la dureté de l'eau
La dureté de l'eau est une mesure de la concentration en cations divalents, principalement le magnésium (Mg2+) et le calcium (Ca2+). Ces cations sont des macronutriments essentiels à la croissance des plantes, intervenant dans la structure de la paroi cellulaire et la production de chlorophylle.
Sources qui augmentent la dureté de l'eau
Le territoire est riche en pierres naturelles. En particulier, le calcaire (carbonate de calcium) et la dolomie (carbonate de calcium et de magnésium) contribuent à l'augmentation de la concentration en cations divalents dans les eaux souterraines. L'eau de pluie est moins dure, mais sa concentration peut augmenter avec l'évaporation.
Plages idéales pour les activités d'irrigation
En pratique, les activités d'irrigation agricole nécessitent une surveillance attentive de la qualité de l'eau et le maintien de paramètres tels que la dureté et la conductivité. Une eau contenant de 0 à 150 ppm de CaCO₃ permet une croissance optimale des cultures. Elle fournit suffisamment de magnésium (Mg²⁺).2+ ) et le calcium (Ca2+ ) sans risque d'entartrage ou d'obstruction des équipements.
L' impact de la dureté de l'eau sur la croissance des cultures
La dureté élevée et son impact sur la croissance des cultures
Le problème majeur est la dégradation du système d'irrigation. L'entartrage peut obstruer les goutteurs dans les systèmes d'irrigation goutte à goutte. La pulvérisation d'eau très dure sur les cultures peut provoquer des dépôts foliaires, ce qui peut réduire l'efficacité photosynthétique. Des concentrations élevées de calcium2+ Cela peut perturber l'absorption d'autres cations essentiels, comme le magnésium et le phosphore. Un manque de magnésium peut entraîner un retard de croissance et un jaunissement des feuilles. Le stress osmotique peut réduire le rendement des cultures de 20 à 30 %.
La faible dureté et ses risques
Si la concentration en micronutriments est inférieure à 50 ppm, cela peut entraîner des troubles chez les plantes, comme la nécrose apicale des tomates, due à une faible concentration en ions calcium dans l'eau. Les cultures sensibles aux concentrations en micronutriments peuvent être arrosées avec de l'eau douce (0 à 60 ppm), mais nécessitent une fertilisation adaptée.
Gestion et interaction sol
Pour contrôler une dureté temporaire élevée de l'eau, on peut recourir à une injection contrôlée d'acide sulfurique ou phosphorique. Cet acide réagit avec les bicarbonates présents dans l'eau pour former des composés solubles. Cependant, son utilisation doit être modérée afin d'éviter les effets néfastes de l'acidification. Une dureté/salinité élevée (2250-3150 ppm) réduit le rendement du maïs de 50 % en raison du stress racinaire. Une dureté élevée est également corrélée à une concentration élevée de manganèse, pouvant entraîner une toxicité latente chez les légumes.
Comprendre la conductivité électrique en irrigation
Définition de la conductivité électrique (CE)
Il s'agit de la capacité de l'eau à conduire l'électricité. Généralement, elle est proportionnelle à la concentration d'ions présents dans l'eau, tels que Na + et Cl- ., NO3-, K+ , et Ca2+ Ces valeurs sont exprimées en µS/cm (microsiemens par centimètre) pour l'eau potable et en dS/cm pour l'irrigation. Généralement, toutes les mesures sont normalisées à 25 °C afin de garantir la pertinence des résultats.
Sources et plage optimale
Il peut exister plusieurs raisons pour lesquelles la conductivité électrique peut augmenter au-delà de sa valeur normale ou diminuer en dessous. Examinons-les :
- Sources de conductivité électrique élevée : le ruissellement des engrais, l’évaporation dans les zones arides et les eaux souterraines contaminées peuvent augmenter la conductivité électrique en ajoutant des ions.
- Sources de faible CE : l'eau purifiée par osmose inverse (OI), l'eau distillée et l'eau de pluie, sans contact avec des dépôts minéraux, peuvent avoir une faible CE.
- Plage idéale pour la CE : Pour garantir un rendement élevé des cultures, contrôlez la CE en fonction des éléments suivants :
○ Cultures générales : Inférieur à 1,5 dS/m .
○ Plants/semis sensibles : Moins de 1,0 dS/m .
○ Risque : Des valeurs supérieures à celles indiquées augmentent le risque de stress osmotique.
La conductivité électrique (CE) est liée à la teneur totale en solides dissous (TDS). Voici une règle simple pour faciliter la conversion :
TDS (mg/L) ≅ 640 x EC (dS/m)
L' impact de la conductivité électrique sur la croissance des cultures
Conséquences d'une conductivité électrique élevée en irrigation
La physiologie et la croissance des plantes dépendent directement de la conductivité électrique. Généralement, une valeur de 3 mS/cm ou 3 dS/cm est considérée comme trop élevée et peut perturber l'irrigation. Elle peut entraîner un stress osmotique, rendant difficile l'absorption d'eau par les plantes. Une salinité excessive peut provoquer une toxicité et entraîner le flétrissement, une réduction de la transpiration et des baisses importantes de rendement chez les cultures sensibles comme la laitue.
Impact de la faible conductivité électrique
Trouver le juste équilibre est essentiel. Même avec une faible conductivité électrique (CE), la croissance de la plante est affectée. En dessous de 0,6 mS/cm, la photosynthèse peut être ralentie et la biomasse réduite, notamment en hydroponie où l'apport en nutriments repose uniquement sur l'eau.
Gestion et cartographie
Pour réduire la conductivité électrique (CE), utilisez la technique de dilution en mélangeant de l'eau à faible CE avec de l'eau à CE élevée afin d'obtenir le niveau de CE optimal. Certains utilisent même la technique de l'excès d'eau pour déplacer les sels de surface sous les racines et ainsi assurer de bonnes conditions de sol pour les plantes.
Des techniques modernes comme l'imagerie par résistivité électrique (ERI) offrent une méthode unique et non destructive pour surveiller la conductivité électrique d'une parcelle. Elles permettent aux agriculteurs d'utiliser des stratégies d'irrigation et de lessivage de précision.
Comment les analyseurs de qualité de l'eau détectent la dureté
Certaines méthodes reposent sur l'isolement et la quantification du calcium spécifique (Ca).2+ ) et le magnésium (Mg2+ ) ions dans l'échantillon.
Électrodes sélectives aux ions (ISE)
Une membrane entoure l'électrode. Cette membrane permet la détection sélective des ions et leur acheminement jusqu'aux électrodes. Généralement, elle est constituée de matrices polymères contenant des ionophores spécifiques, notamment pour le calcium (Ca²⁺).2+ ) et le magnésium (Mg2+ ) ions.
● L’électrode sélective aux ions (ISE) possède une membrane sélective et une électrode de référence interne, généralement Ag/AgCl.
● Électrode de référence externe (RE) : Une électrode stable (comme Ag/AgCl) qui fournit une ligne de base de potentiel électrique constante et connue.
Lorsqu'un ion atteint l'électrode sélective aux ions (ESI), il crée une différence de potentiel. La mesure de cette différence de potentiel permet de déterminer la concentration des ions présents dans l'eau. Pour cela, on utilise la relation de Nerst :
Où:
E : Le potentiel mesuré (tension).
E 0 : Le potentiel standard de la cellule (une constante).
R : La constante universelle des gaz.
T : La température en kelvins.
z : Le nombre de charge de l'ion +2 pour Ca2+ .
F : Constante de Faraday.
a : L'activité (concentration effective) de l'ion dans la solution échantillon.
Remarque : La tension varie de façon logarithmique en fonction de la concentration ionique.
Méthodes chimiques (titrage à l'EDTA)
L'acide éthylènediaminetétraacétique (EDTA) est le titrant. Il est utilisé dans la méthode classique de détection des ions dans l'eau. On ajoute un agent complexant, tel que l'EDTA, et on le laisse former des complexes stables avec le calcium (Ca²⁺).2+ ) et le magnésium (Mg2+ ) ions. Nous continuons ainsi jusqu'à ce que tous les ions soient liés.
M2++EDTA4- → [M-EDTA]2-
Ici M2+ représente soit Ca2+ ou Mg2+
Un colorant spécial, appelé indicateur métallochromique, permet de visualiser le moment où tous les ions sont liés. Lorsque tous les ions libres sont liés, l'ajout d'EDTA provoque le déplacement de l'indicateur, qui retrouve sa couleur initiale, signalant ainsi la fin de la réaction. Le changement de couleur, du rouge bordeaux au bleu, est très net et rend l'indication bien visible.
Estimations indirectes et sur le terrain
Une autre méthode pour détecter la dureté consiste à l'estimer indirectement par la conductivité électrique (CE). Les ions responsables de la dureté de l'eau contribuant à la CE, on peut établir une corrélation générale.
CE de 1,4-2 µS/cm ≅ 1 ppm de CaCO3
La plupart des appareils de mesure portables permettent une mesure directe sur le terrain, ce qui en fait la méthode la plus pratique pour détecter la dureté de l'eau.
Comment les analyseurs de qualité de l'eau détectent la conductivité
En pratique, la sonde électrochimique est immergée dans l'échantillon d'eau pour analyse. Une fois la sonde dans l'eau, une tension est appliquée entre ses électrodes. Le courant circule alors à travers les ions présents dans l'eau. L'intensité du courant est directement proportionnelle à la concentration des ions dissous.
L'eau chaude conduit mieux l'électricité que l'eau froide, d'où la nécessité d'une normalisation. Les sondes de conductivité électrique (CE) sont équipées de processeurs calibrés pour différentes températures. Le module de compensation de température fournit en temps réel les conditions de température et ajuste avec précision la valeur de CE. Il est cependant essentiel de maintenir la sonde propre et de procéder à un étalonnage périodique.
Applications pratiques en milieu agricole et en serres
- Ajustement en temps réel de la conductivité électrique (CE) en milieu agricole : En milieu agricole, les analyseurs constituent un outil de contrôle essentiel pour la gestion de l’eau. Ils permettent de diluer les eaux souterraines à CE élevée avec de l’eau de pluie à CE faible afin d’optimiser la qualité de l’eau et de la rendre adaptée aux grandes cultures.
- Intégration aux systèmes d'irrigation goutte à goutte : Ces systèmes favorisent l'agriculture de précision en s'intégrant aux systèmes d'irrigation goutte à goutte. Ils détectent la conductivité électrique (CE) et la dureté de l'eau et ajustent la vitesse de la pompe ou émettent des commandes de démarrage/arrêt en fonction des seuils de CE.
- Gestion du drainage : EC confirme que le lessivage du sel fonctionne correctement, repoussant les concentrations nocives de sel sous les racines pour rétablir la santé des cultures.
- Réglage spécifique à la culture : L’utilisation de seuils EC plus bas pendant les stades sensibles, tels que les semis ou les plants, minimise le stress osmotique et améliore considérablement la survie et les taux de croissance précoces.
- Recherche et adaptation : des analyseurs révèlent des pics saisonniers de conductivité électrique dans les sources d'eau, permettant d'élaborer des plans d'irrigation adaptatifs pour gérer les périodes de forte salinité dans les systèmes agricoles alimentés par les rivières.
Conclusion
La gestion de la conductivité électrique (CE) et de la dureté de l'eau est essentielle à la croissance des cultures. Un suivi rigoureux de la qualité de l'eau est indispensable pour garantir un apport optimal en nutriments et prévenir le stress osmotique et la toxicité des nutriments. Par exemple, en conditions salines (CE de 4,5 à 6,5 dS/m), le maïs subit un net ralentissement de sa croissance, avec des réductions de 50 à 75 % de sa hauteur, du poids de ses graines et de son rendement global.
Les analyseurs de qualité de l'eau permettent de surveiller et de contrôler les niveaux de nutriments grâce à un système de pompes, vannes, etc. Ces analyseurs utilisent des capteurs de précision, tels que des électrodes sélectives d'ions (ESI) et des sondes de conductivité, qui transmettent des données en temps réel aux contrôleurs pour un ajustement automatisé et précis des nutriments. Si vous recherchez des analyseurs de qualité de l'eau haut de gamme, précis et adaptés à l'agriculture , pensez à Shanghai BOQU Instrument Co., Ltd. Leur gamme comprend notamment l'AH-800 pour la dureté, l'ECG-2090Pro, le DDG-2080Pro, le SJG-2083CS et le DDG-2080X pour la conductivité. Consultez le site web suivant : https://www.boquinstrument.com/ .
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