Les balcons étant caractérisés par une circulation d'air rapide, une forte évaporation et une capacité de charge au sol limitée, l'épaississement de la couche de sol n'est pas envisageable pour répondre aux besoins en eau des cultures. Par conséquent, le développement de techniques agronomiques simples et accessibles, adaptées au climat des balcons, pour garantir les besoins en eau des cultures et la perméabilité du sol au niveau des racines, est essentiel au succès et à l'expansion à grande échelle de la culture en balcon. Cet article se concentre sur l'exploration de solutions agronomiques économiques pour la culture en balcon (Figure 1).

Le balcon du quatrième étage de la cour 8, communauté horticole, canton de Guoxu, comté de Chongren, a une hauteur de plancher de 9,5 m, une longitude de 116,077807°, une latitude de 27,727549° et une altitude de 79,6 m.

Une boîte en mousse (diamètre extérieur, longueur, largeur et hauteur sont respectivement de 44,5, 29,5 et 24 cm, et diamètre intérieur, longueur, largeur et hauteur sont respectivement de 40, 25,5 et 21 cm) remplie d'eau a été utilisée comme source d'eau d'observation, et des points d'observation ont été installés à l'intérieur et à l'extérieur du pavillon du toit.

L'intensité d'évaporation quotidienne de la surface de l'eau a été enregistrée quotidiennement au début, tandis que l'intensité de transpiration des cultures a été enregistrée tous les deux jours.

Afin de minimiser l'impact de la pluie sur les données, des mesures quotidiennes de l'intensité de l'évaporation ont été effectuées dans le pavillon, sur le toit. Un boîtier de contrôle a également été installé sur la terrasse, à l'extérieur du pavillon, pour enregistrer les conditions météorologiques quotidiennes, la température du site, le niveau de l'eau et la température de l'eau. En raison de la pluie, le niveau d'eau dans le boîtier de contrôle à l'extérieur du pavillon a fluctué de manière irrégulière. En raison du manque d'expertise professionnelle et d'une écriture incomplète, la valeur moyenne a été utilisée comme base d'observation (tableau 1).

Tableau 1 Enregistrement de l'intensité d'évaporation de la surface de l'eau à l'intérieur et à l'extérieur du pavillon

Les observations ont montré que du 30 avril 2021 (température de 31 °C/16 °C, en utilisant des boîtes en mousse ouvertes isolées remplies d'eau) au 27 juin (température de 34 °C/26 °C), soit un total de 59 jours, le niveau d'eau dans les boîtes en mousse est tombé de 90 mm à 16 mm, avec une hauteur d'évaporation totale de 74 mm. L'intensité d'évaporation quotidienne moyenne calculée à partir de la surface de l'eau était d'environ (74/59) ≈ 1,254 mm/jour. Cela indique que le paillage est une mesure efficace pour les plantations de balcon afin de lutter contre les températures élevées et la sécheresse.

Pour estimer la consommation maximale d'eau des cultures de balcon, du riz de mi-saison (variété « Ye Xiang You Li Si ») a été cultivé en caisses sur le balcon du 3 au 21 septembre 2021, avec deux souches par caisse et trois plants par souche. Pendant les stades d'épiaison et de floraison, les plants de riz ont atteint 80 cm de hauteur, 100 cm au sommet de la feuille étendard et 70 cm de largeur. De l'eau a été ajoutée et l'intensité de la transpiration pendant cette période a été enregistrée (tableau 2). Lorsque la caisse en mousse a été remplie de 7,5 kg d'eau, aucune eau ne s'est accumulée au fond de la chambre de stockage d'eau après 2 à 3 jours, mais le sol est resté humide. (Le diamètre extérieur, la longueur, la largeur et la hauteur de la boîte en mousse étaient respectivement de 44,5, 29,5 et 24 cm ; le diamètre intérieur, la longueur, la largeur et la hauteur étaient respectivement de 40, 25,5 et 21 cm.) Sur la base d'un taux d'ajout d'eau de 3,5 kg/jour et d'une longueur et d'une largeur de la surface intérieure de la boîte de 40 et 25,5 cm, le taux de transpiration était d'environ 3,5 mm/jour.

Tableau 2 Enregistrement de l'intensité de la transpiration du riz

Afin de déterminer la quantité d'eau nécessaire à l'enracinement des légumes de balcon, une analyse de sol a été réalisée à l'aide de bidons d'huile de cuisson usagés. Lorsque le sol est sec et blanchâtre, une pluviométrie de 3 mm par unité de surface est recommandée pour humidifier la couche de 19 à 20 cm. Si le sol est sec mais non blanchâtre, une pluviométrie de 2 mm par unité de surface suffit à humidifier la couche de 19 à 20 cm. L'excédent d'eau appliqué au-delà de la teneur en eau saturée du sol sera perdu (figure 2).

Figure 2 Test d'arrosage du sol

Après avoir arrosé les fûts d'huile de cuisson usagée et les avoir exposés au soleil pendant trois jours, du 2 au 5 mai 2022, sous un soleil constant, un testeur de sol électronique a été utilisé pour mesurer l'humidité du sol à une profondeur de 5 cm. Le niveau d'humidité a été déclaré NOR (normal). Les tests effectués à une profondeur de 10 cm et moins ont indiqué WET (humide) ou WET+ (très humide). Cela indique que l'évaporation à la surface de l'eau est bien supérieure à celle du sol (figure 3).

Figure 3 Test d'intensité d'évaporation du sol

Le 12 janvier 2022 , des mesures de la motte de brocoli, un légume de plein champ à haut rendement, ont révélé un rayon de motte de 15 à 20 cm et une épaisseur de 10 à 15 cm (figure 4 ). En résumé, l'épaisseur de la couche de sol pour la plantation sur balcon devrait être de 15 à 20 cm . La consommation d'eau devrait être de 1,25 à 3,5 mm/jour. Cependant, une capacité de rétention d'eau du sol inférieure à 2 mm ne peut couvrir la consommation d'eau de la culture que pendant une demi-journée pendant sa période de croissance maximale. Pour éviter le gaspillage de main-d'œuvre, de ressources matérielles et de ressources en eau associé à un arrosage seulement une ou deux fois par jour , une nouvelle technologie d'ingénierie agronomique doit être adoptée pour remplacer les méthodes de plantation en pot et sous châssis qui nécessitent un arrosage quotidien.

Figure 4 La motte de terre à la racine de Datian Huatangcai

Le bac de plantation se compose de deux parties : une salle de culture et un réservoir d'eau à l'intérieur. Ce réservoir est placé contre le fond et les parois latérales du bac pour former un bac de stockage d'eau interne (figure 5).

D'après les données d'observation, lorsque la chambre de stockage d'eau représente 1/5 de la surface au sol de la jardinière, chaque centimètre supplémentaire de sa hauteur permet de stocker environ une journée d'eau de culture. En laissant la conduite de drainage (trou d'observation de l'injection d'eau) de la jardinière à une hauteur de 5 cm, on peut théoriquement assurer le taux de transpiration de 3 à 5 jours pendant la période de croissance vigoureuse des légumes en caisses. Faute de jardinières spécialisées avec stockage d'eau interne, des caisses en mousse recyclée et des cadres en plastique recyclé sont souvent découpés et achetés dans le commerce (tableau 3).

Figure 5. Coupe de la boîte de plantation et plantation de poivrons

Tableau 3 Structure des coûts des boîtes de plantation (yuan/boîte)

Le lit de stockage d'eau combiné en film plastique se compose d'une couche de coussin, de colonnes, de rails de liaison et d'un film plastique (figure 6). D'après les mesures, lors de la plantation du riz, 7,5 kg d'eau (équivalent à 7,5 mm de pluie sur la surface intérieure du bac de plantation en mousse) ne suffisent à nourrir le riz que pendant deux jours, pendant la période de remplissage et de nouaison. Par conséquent, la combinaison d'un lit de stockage d'eau et de bacs de plantation permet de répondre aux besoins en eau des cultures gourmandes en eau comme le riz. En période d'alternance soleil-pluie, l'arrosage peut être supprimé ou réduit. En période de soleil et de chaleur continus, l'approvisionnement en eau peut être assuré pendant environ sept jours.

Le lit à eau est construit à partir de bidons d'huile de cuisson recyclés, de feutre, de tubes métalliques et de film plastique. Prenons l'exemple d'un lit à eau dont la longueur, la largeur et la hauteur de la clôture sont de 3 m × 1,5 m × 0,15 m. La structure des coûts est présentée dans le tableau 4.

Figure 6 Support de lit de stockage d'eau en film plastique et effet de stockage d'eau

Tableau 4 Composition des coûts du lit à eau (4,5 m2 ^{) /yuan}

Sur le lit d'eau, un coulis composé de garde-boue, de bâches en polyester et de colle à ciment instantanée est utilisé pour protéger le film. Une fois le coulis durci, un terreau nutritif est appliqué pour créer un petit potager sur le toit. Ce petit jardin répond mieux aux exigences de perméabilité du sol pour l'expansion racinaire des cultures. Pour gérer l'humidité du sol dans un petit jardin : pendant la saison des pluies, le film plastique discret peut être déployé pour drainer l'eau et réduire l'érosion du sol. Par temps sec, le film peut être rétracté pour retenir l'humidité, offrant une solution simple et efficace aux effets de la pluie et de la sécheresse (figure 7).

Étant donné que les garde-boue utilisaient des bandes de plancher composite de 80 cm × 13 cm, la hauteur de la couche de sol nutritif était de 12 cm pour calculer le volume de sol nutritif. Le prix d'usine du sol nutritif était de 25 yuans/60 L (tableau 5).

Figure 7 Petit potager sur le balcon

Tableau 5 Structure des coûts du potager (4,5 m2)/^yuan

Le palissage, les filets anti-insectes et anti-oiseaux, les films isolants double couche, les couvertures thermiques et les régulateurs de température intelligents sont essentiels à la croissance des cultures sur les toits tout au long de l'année. Comparés au sol, les toits sont soumis à des vents plus forts, à des variations de température plus importantes entre le jour et la nuit, emmagasinent moins de chaleur dans la zone de plantation et sont moins résistants au froid. Par conséquent, les treillis doivent être conçus avec des couches extérieures et intérieures. Le treillis extérieur doit être équipé d'un ruban de maintien du film pour éviter qu'il ne soit renversé par le vent. Les petits treillis domestiques doivent être maintenus à moins de 2 mètres de hauteur. Le treillis intérieur assure principalement l'isolation et la chaleur en hiver et peut être construit avec des supports en plastique légers, d'une hauteur comprise entre 1,30 et 1,60 mètre. Le treillis extérieur doit être recouvert d'un filet anti-insectes toute l'année pour éloigner les insectes et les oiseaux, réduisant ainsi directement le besoin de pesticides. À mesure que les températures augmentent, retirez progressivement les films isolants intérieurs et extérieurs. Inversement, ajoutez progressivement les films isolants intérieurs et extérieurs, les couvertures thermiques et installez un régulateur de température intelligent. Des observations préliminaires montrent qu'après avoir recouvert une serre intérieure (1,5 m de haut, 4,5 m² ⁾ d'une couverture, le chauffage par nuit de neige avec une température réglée de 16 à 22 °C et un câble de 50 m, à l'aide d'un thermostat intelligent de 480 W, prend 22 minutes. Après environ 33 minutes, le thermostat redémarre, la consommation électrique représentant environ 40 % du temps. Sur la base d'une période de chauffage nocturne hivernale de 12 heures, la consommation électrique par serre est d'environ 3 kW/h (consommation en veille comprise). Si le chauffage est maintenu tout au long de la journée par temps froid, nuageux et pluvieux, la consommation électrique est estimée à 6 kW/h par jour (Figure 8). Ceci constitue une base pour l'application de l'énergie solaire sur les toits.

Figure 8 Isolation à double hangar et chauffage par thermostat

En août 2021, la première expérience de plantation de riz (variété « Ye Xiang You ») a été menée en utilisant une combinaison « bac de plantation + lit d'eau ». Chaque « bac de plantation avec stockage d'eau » (longueur × largeur × hauteur = 45 cm × 29,5 cm × 24 cm) abritait deux mottes de riz, chacune contenant trois plants. Le rendement était élevé, avec un rendement moyen en grains humides de 148 g et un rendement en grains secs de 120 g par motte (240 g par boîte de plantation).

Les 15 mars et 15 avril 2022, six combinaisons de plantation de riz ont été conçues pour deux périodes de semis direct différentes sur une même ^parcelle de 4,5 m² (boîte + planche) . La gestion du repiquage du riz de mi-saison 2021 et des essais de semis direct précoce de riz de ce printemps a démontré que le système simple de toit « boîte + planche », combiné à des techniques d'ingénierie agronomique, a nettement surpassé la plantation au champ en termes de mise en place et de déploiement de la combinaison témoin, d'observation et d'enregistrement tout au long de la saison, de contrôle précis de l'eau et des engrais, de lutte contre les ravageurs et les maladies, de rendement par plant, d'utilisation du site et de réduction de l'intensité du travail (Figure 9).

Figure 9 : Semis de riz de mi-saison (2021) et semis de riz de début de saison (2022)

Du 26 avril au 15 mai 2022, une comparaison a été effectuée entre la plantation par marcottage d'épinards d'eau dans un petit potager sur toit et en plein champ. Dans les mêmes conditions de gestion, malgré un réensemencement en plein champ, la croissance des épinards d'eau dans le petit potager était encore significativement meilleure qu'en plein champ (figure 10).

Figure 10 (Plantée le même jour) Croissance de l'épinard d'eau en plein champ et sur le balcon

Selon les relevés du 11 septembre 2021, alors que la température de surface du sol exposé était de 40 °C, la température de l'eau dans le lit d'eau sous les plants de riz était de 31 °C. Le 26 décembre, sous une légère chute de neige, la température de surface était de -1 °C. La plage de température intelligente du hangar de culture était réglée entre 16 et 22 °C, permettant au salon du dernier étage d'être chaud en hiver et frais en été (figure 11).

Figure 11 (balcon en même temps) Différence de température entre la zone de plantation et la zone de non-plantation

La technologie de plantation sur toits peut être utilisée dans des domaines tels que les services techniques de plantation, la sélection variétale, le traitement des substrats de culture, le recyclage des déchets, les services de main-d'œuvre et la réutilisation de sites industriels et miniers abandonnés. Elle peut également intégrer des domaines émergents tels que l'énergie solaire, la collecte et le stockage des eaux de pluie sur les toits, le développement d'équipements d'isolation mécanisés et le contrôle intelligent de l'eau, des engrais, de la lumière et de la température. Les bacs de plantation avec stockage d'eau intégré peuvent être miniaturisés, personnalisés ou conçus et fabriqués pour être biodégradables. Ils peuvent être utilisés sur les balcons, les bars et les salles d'étude, ou pour cultiver des plants de précieuses plantes médicinales chinoises et les transplanter sous les forêts. Cela favorisera l'entrepreneuriat et l'emploi, et favorisera l'intégration et le développement approfondis de l'économie réelle dans de nombreux secteurs (Figure 12).

Figure 12 : Levage du sol nutritif en terrasse et plantation de légumes en jardinière de terrasse

Informations sur la citation

Zou Mingsen. Exploration de solutions technologiques d'ingénierie agricole à faible coût pour les balcons [J]. Agricultural Engineering Technology, 2022, 42(25) : 44-48.