Nature : Compréhension du sol (L’état biologique du sol)

L’état biologique du sol 

La matière organique 

La terre fine est dans la plupart du temps constituait de 95 à 98 % de matière minérale et 2 à 5 % de matière organique qui et composer de 58 % de carbone organique.

Cette matière organique est constituée d’élément vivant ou mort, la micro et macro-organismes et la matière végétale qui libère lors de sa décomposition du CO2 et des éléments organiques. 

Le sol et le plus grand réservoir de carbone et est un équilibre entre les matières organiques aux sol et leur minéralisation. Il va permettre avec l’influence des autres organismes de stoker les gaz à effet de serre. Ces différentes fonctions, vont être fortement influencé par les différentes conditions climatiques des saisons

Cette matière peut être répartie en trois parties :  

• Les matières organiques vivantes (MOV) : Ce sont la totalité des différents organismes vivants et présent dans le sol (micro et macro phone, micro-flore). 
• Les matières organiques libre, active ou labile (MOL) (facilement décomposable MOF) : ce sont des débris (sup à 0,05 mm) végétale et animaux (excréments, morts, végétaux, …). Qui se dégrade facilement par une action physique des différents organismes qui crée du gaz carbonique, de l’eau et la minéralisation d’éléments (en période transitoire) qui représente 10 à 20 % de la masse de la matière organique. On va retrouver des substances comme des sels minéraux, protéines, des sucres, de la cellulose, de la lignite, de l’amidon, résine….
• Les matières organiques liées à la fraction minérale : C’est la matière associée aux minéraux (inf à 0,05 mm) et se lit aux complexes argilo-humiques. Appeler « humus » ou « matière organique du sol ou stable (MOS) ». On va retrouver des substances humiques (des acides fulviques, humines et humiques) qui représente 70 à 90 % de la masse de la matière organique et des composées inertes (charbon).

Compositions des matières organiques du sol 

Le sol est un mélange complexe de matières minérales et organiques. Il est composé de 85 % de matières minérales telles que les roches, la pierre et les minéraux, et de 15 % de matière organique appelée humus. L’humus est composé à 98 % de matière non décomposée telle que les feuilles, les branches et les racines, et à 2 % de matière décomposée qui se compose d’humines insolubles (40 %), d’acides fulviques (20 %) et d’acides humiques (40 %). Les différents composants du sol jouent un rôle important dans la santé et la productivité des plantes qui y poussent, ainsi que dans la santé environnementale globale. 

Fonctionnement des matières organiques 

Les matières organiques présentes dans le sol jouent un rôle clé dans plusieurs aspects importants pour l’agriculture et l’environnement. Elles assurent la fourniture d’éléments nutritifs pour les plantes, stimulent l’activité biologique dans le sol, participent à la stabilité du sol en limitant l’érosion hydrique. Améliorent la perméabilité et la capacité de rétention en eau du sol, ainsi qu’à la qualité de l’eau en retenant les polluants organiques et minéraux. 

Cependant, elles peuvent aussi être sources de polluants potentiels tels que les nitrates et les phosphates, et influencer la qualité de l’air en stockant ou en émettant des gaz à effet de serre. La conversion de cultures en prairies peut favoriser le stockage de carbone dans les sols, tandis que la mise en culture de ces prairies peut entraîner une diminution de ce stock.

Temps de résidences des matières organiques 

Le temps de résidence des matières organiques dans le sol dépend d’un certain nombre de facteurs, tels que la température, la composition du sol, l’environnement, les pratiques culturales, etc.

Le temps de résidence de la matière organique est influencé par la température : en général, plus la température est élevée, plus le temps de résidence de la matière est long. Une bonne quantité d’argile dans le sol peut également augmenter le temps de résidence de la matière en formant une barrière qui empêche sa décomposition rapide. 

Les sols acides et humides en permanence peuvent également prolonger le temps de résidence des matières organiques, tandis que le travail du sol peut supprimer la protection naturelle du sol et réduire le temps de résidence.

Enfin, un bon niveau d’oxygène, d’azote et de phosphore peut stimuler la croissance de populations d’organismes du sol, ce qui peut à son tour accélérer la décomposition des matières organiques et donc réduire leur temps de résidence.

En conclusion, le temps de résidence des matières organiques dans le sol est influencé par une variété de facteurs, tels que les conditions climatiques, la composition du sol, les pratiques culturales, etc., et peut être modifié en fonction de ces facteurs.

Évolution des matières organiques  

Ensuite, les détritivores consomment les débris et les fragments. Les champignons et les bactéries se nourrissent de ces fragments et participent au processus d’humidification (ou recombinaison) et de minéralisation en dégradant la matière organique (processus chimique et biologique). 

Le résultat de ce processus est la disponibilité de la matière minéralisée pour les plantes. L’excédent de matière organique sera utilisé pour structurer et alimenter le sol et ses habitants sous forme d’humus. Des prédateurs peuvent également réguler les populations de champignons et de bactéries. Certaines substances carbonées peuvent être lavées dans le sol. En résumé, le cycle du sol est un processus en boucle continu qui implique la transformation de la matière organique en matière minérale disponible pour les plantes et la vie du sol.

Le processus d’humidification 

L’humidification est un processus important dans le cycle du sol, qui permet de transformer la matière organique facilement décomposable (MOF) en matière humifère (MH). Ce processus se produit grâce à des conditions favorables, telles qu’un milieu aéré, un pH neutre et la présence d’éléments cationiques. Si les conditions sont anaérobies, la purification ou la tourbification peut se produire. L’humidification du sol aide également à transformer et à stocker la matière azotée organique.

Transformations des acides 

L’humine insoluble est une fraction de la matière décomposée présente dans le sol, formée à partir de la décomposition de la matière organique. Au cours du temps, ce composé est soumis à des processus de minéralisation et de complexation qui peuvent changer sa structure et sa composition.

Le processus de minéralisation implique la conversion de la matière organique en minéraux simples, comme les ions, nitrates, phosphates et carbonates. Les bactéries et les champignons sont les principaux acteurs de ce processus, en produisant des enzymes qui décomposent la matière organique en ses composants élémentaires.

La complexation implique la formation de liaison chimique entre la matière organique et les minéraux présents dans le sol. Cela peut conduire à la formation de nouveaux composés organo-minéraux, tels que l’humus, qui sont plus stables et moins susceptibles d’être dégradés par les agents biologiques et chimiques du sol.

En conclusion, la transformation de l’humine insoluble dans le sol est un processus complexe qui dépend de la présence de différents facteurs environnementaux. Tels que la température, la disponibilité d’eau, le pH et la présence d’enzymes et de bactéries dans le sol. Cette transformation peut avoir un impact significatif sur la qualité et la fertilité du sol, en favorisant la production de composés organo-minéraux importants pour les plantes.

Les acides fulviques et humiques sont des composants clés de la matière organique décomposée dans le sol. Les acides fulviques sont considérés comme étant plus réactifs que les acides humiques, ce qui les rend plus facilement disponibles pour les plantes et les micro-organismes dans le sol. Les acides fulviques ont un impact positif sur la croissance des plantes en augmentant la disponibilité des éléments nutritifs et en régulant la circulation de l’eau et des ions dans les racines des plantes.

Les acides humiques, quant à eux, jouent un rôle important en ce qui concerne la stabilité du sol, la rétention d’eau et la nutrition des plantes. Les acides humiques peuvent aider à équilibrer le pH du sol, ce qui peut favoriser la croissance des plantes en rendant les éléments nutritifs plus disponibles pour elles. Les acides humiques sont également considérés comme des agents antioxydants pour les plantes, ce qui peut les aider à faire face aux stress environnementaux tels que les variations de température et les maladies.

En résumé, la transformation des acides fulviques et humiques dans le sol peut jouer un rôle important dans le développement des plantes et la qualité du sol.

Transformations de la lignine  

La transformation de la lignine dans le sol est un processus complexe qui dépend de différents facteurs environnementaux tels que la température, l’acidité, l’oxygénation et la présence de micro-organismes tels que des champignons et des bactéries. La lignine est une molécule complexe et peu dégradable qui est principalement produite par les plantes pour renforcer les cellules végétales.

Lorsque la lignine est déposée dans le sol, elle est soumise à la décomposition microbienne par des enzymes produites par les champignons et les bactéries. Cependant, la décomposition de la lignine est plus lente que celle des autres composants de la matière organique tels que les carbohydrates, les protéines et les acides gras.

Le processus de décomposition de la lignine débute par l’hydrolyse des ponts hydrogène qui relient les unités monomères de la molécule. Cette étape est suivie par la décomposition chimique des unités monomères en composés plus simples par des enzymes produits par les micro-organismes.

En fin de compte, la transformation de la lignine en substances nutritives utilisables par les plantes et les micro-organismes prend plusieurs années, car elle dépend de nombreux facteurs environnementaux et de la présence de micro-organismes spécifiques. La transformation complète de la lignine en matière organique décomposée dépend de l’équilibre entre la production de lignine par les plantes, la décomposition par les micro-organismes et les pertes par lixiviation et érosion.

Transformations de la cellulose 

La cellulose est une substance organique présente dans les parois des cellules végétales, notamment dans les feuilles, les tiges et les racines. Dans le sol, la cellulose est transformée par des micro-organismes tels que les bactéries et les champignons, qui la dégradent grâce à des enzymes appelées cellulases. Ce processus de décomposition de la cellulose est un élément clé du cycle de la matière organique dans le sol, car il contribue à la formation de nutriments tels que l’azote, le phosphore et le carbone disponibles pour les plantes. La décomposition de la cellulose peut également aider à enrichir la structure du sol et à favoriser la formation d’humus.

Le processus de minéralisation 

Explication de l’humus 

L’humus ou matière humifère (MH), est un composant du sol qui est formé à partir de la décomposition totale de la matière organique. Il est caractérisé par une stabilité chimique et physique, avec une structure du sol stable et une très bonne capacité d’échange cationique (C.E.C) ainsi qu’une très bonne rétention en eau. La présence d’humus dans le sol stimule l’activité biologique et la minéralisation des matières organiques, libérant ainsi des éléments nutritifs. Cela facilite également la croissance des racines, qui peuvent explorer le sol plus facilement, et peut également bloquer ou limiter les cations métalliques.

Les organismes présents dans le sol 

Le sol est un écosystème complexe et vital qui abrite une multitude d’organismes, allant des plus petits (protozoaires) aux plus grands (mammifères) tels que les bactéries, les champignons, les algues, les lombrics, etc.

L’ensemble de ces organismes jouent un rôle important dans la synergie et l’évolution du sol, en modifiant son état physique (structure), chimique (pH) et biologique ainsi que sa fertilisation (niveau d’élément).

Ils participent à la décomposition et la minéralisation des matières organiques, remuent le sol en créant des galeries qui permettent une bonne circulation de l’eau et de l’air, et déplacent les éléments qui se fixent aux complexes argilo-humiques. Ils participent aux différents cycles bio-géo-chimique.

Le sol stable appelé « humus » contient 58 % de carbone et 6 % d’azote, ce qui est un indicateur de sa fertilité. Les facteurs biotiques tels que les microbes bénéfiques et pathogènes, les animaux pollinisateurs et ravageurs, influencent également sur la qualité du sol.

Les lombrics, qui sont en moyenne présents en quantité de 4 tonnes par hectare, sont très utiles pour mélanger et fragmenter les matières organiques. Ils peuvent mélanger prix de 10 tonnes de terre par hectare et par ans. Le pH joue également un rôle important sur leur abondance et leur présence peut indiquer si un sol est fertile ou non. En moyenne, sur un hectare de terre, on peut trouver environ une tonne de ver de terre. Les tubercules des anémiques permettent également de remonter l’argile à la surface, ce qui peut contribuer à la formation du complexe argilo-humique. (voir test, pour constater la quantité de lombric) 

L’observatoire participatif des verres de terre (OPVT)

https://ecobiosoil.univ-rennes1.fr/OPVT_accueil.php

Estimation des espèces présente dans le sol

La majorité des organismes présents dans le sol reste à identifier. On estime qu’un quart de la  biodiversité vie dans le sol 

• Bactérie : Nombres d’espèces connues 4 000 ; estimation des espèces inconnue entre 400 000 à 3 000 000.
• Champignon : Nombres d’espèces connues 70 000 ; estimation des espèces inconnue entre 1 000 000 à 1 500 000.
• Protozoaires : Nombres d’espèces connues 40 000 ; estimation des espèces inconnue entre 100 000 à 200 000 .
• Lombric : Nombres d’espèces connues 4 000 ; estimation des espèces inconnue environ 8 000.
• Vertébrés : Nombres d’espèces connues 45 000 ; estimation des espèces inconnue environ 50 000.

Répartition des organismes du sol :

Dans un sol normalement constitué, on retrouve 95 % de matière minérale et 5 % de matière organique. Dans cette matière organique, on retrouve 85 % de matière organique, 10 % de racine et 5 % d’organismes vivants et dans ces organismes vivent, on retrouve : 

Nombre d’individus dans le sol

Les micro-organismes malgré qu’il soit microscopique sont présents en quantité astronomique dans le sol. Ces valeurs peuvent varier en fonction des différents paramètres du sol (texture, PH, hydromorphie, perméabilité…) ou de sa profondeur. 

On estime le nombre total de bactéries sur terre entre 10 puissance 30 et 10 puissance 32. 

Sur la surface d’une prairie, on peut conter une faune avec des centaines d’espèces et des milliers d’individus (entre 0,5 à 2t/ha), des micro-organismes par million d’espèces et des milliards d’individus (entre 1 à 4t/ha). Un homme de 80 kg transportent 1,5 kg de bactérie

• Bactéries : 10 millions à 10 milliards dans 1 g de sol ; 2 à 200g/m2
• Actinomycètes : 10000 à 100 millions dans 1 g de sol ;
• Champignons : 10000 à 1 million dans 1 g de sol (1 à 3 mètre d’hyphes) ; 100 à 150g/m2
• Algues : 1 000 à 100 000 dans 1g de sol ; 5 à 20g/m2
• Nématodes : 10 millions à 1 milliard/m2 ; 1 à 30g/m2
• Protozoaires : 1000 à 1 million dans 1g de sol ; 6 à 30/m2
• Méso-faune : 20 000 à 400 000/m2 ; 0,2 à 400g/m2
• Lombric : 10 à 10000/m2 ; 20 à 400g/m2
• Myriapode : 20 à 700/m2 ; 0,5 à 12,5 g/m2

Les fonctions biologiques des différents organismes 

• Ingénieur chimique : Recycle les nutriments pour les rendre disponible.
• Ingénieur chimique : Transformation du carbone pour la première étape de la décomposition. 
• Ingénieur physique : Maintien de la structure du sol pour l’aération, la rétention d’eau, habitat… 
• Les régulateurs : régule la population pour éviter une surpopulation. 

Rôles et l’alimentation des micro-organismes 

Microflore du sol 

• Bactérie : Primordiale pour le fonctionnement du cycle du carbone, de l’azote, du phosphore et du soufre. Ils se nourrissent de matière organique et de l’azote atmosphérique et la minéralisent. 
• Champignon : Dégrade chimiquement la matière sèche, se nourrie de végétaux mort, parasite d’autres organismes ou et en symbiote mycorhizien avec eux. Les longs filaments créent une substance qui stabilise les agrégats.
• Algues : Crée de la matière organique à partir d’élément minéral et sans photosynthèse, se nourrie d’arthropodes. 

Faune du sol 

Micro-faune

Nématodes et Protozoaires : Microphages, consommes et renouvelles les colonies bactériennes , se nourrie de champignon, bactérie, algues, matière sèche. 

Mésofaune

Arthropodes inférieurs et Enchytraéides: Concasse la matière sèche, se nourrie de matière sèche, algue, bactérie et champignon. 

Macrofaune

Lombric, araignée, myriapode, topes, hérisson… : retourne et concasse la matière organique et primordiale dans l’écosystème biologique, se nourrie d’insecte, matière organique, champignon, bactérie….

Ordre de grandeur et de l’alimentation de la faune et flore du sol 

Les micro-organismes 

Peut-être observer à la loupe et au microscope, dans la première couche du sol.

Micro-flores : Bactéries (0,01 à 0,05 mm), Champignons (1 micron), Algues (O,2 mm) et Actinomycètes. Taille inférieure à 10 ym. Peut-être observer au microscope. 

Micro-faune : Nématodes (Petit verre de 0,1 à 5 mm) et Protozoaires (hêtre microscopique unicellulaire de 0,2 mm). Taille entre 10 ym et 200 ym. Peut-être observer avec un microscope. 

Méso-faune : Collemboles et acariens. Taille entre 200 ym et 2 mm. Peut-être observer à la loupe.

Les macro-organismes 

Peut-être observer à l’œil nue, se trouve en surface et dans la première couche de terre 

Macro-faune : (0,2 mm à 8 cm) Arthropodes (Insectes), Oligochètes, Lombric (grand verre), Annélides (verre de terre), Myriapodes (mille-pattes), carabes, fourmis, mollusque… . 

Méga-faune : (>8 cm) : vertébrée (lézard, serpent, taupe,…), Rongeur (campagnols, mulot,… )

La symbiose  

La symbiose entre les micro-organismes et les plantes est un système de collaboration mutuelle qui permet aux deux parties de bénéficier les uns des autres. Cela se produit principalement dans la rhizosphère, où les racines des plantes rencontrent des millions d’espèces de bactéries, de levures, de champignons, etc. Les plantes redistribuent les excédents de sucres et d’autres nutriments pour nourrir les micro-organismes, tandis que les micro-organismes aident les plantes en modifiant le pH du sol, en les protégeant contre les maladies et les parasites, et en facilitant la récupération des éléments minéraux et de l’eau nécessaires à leur développement.

Il existe également une symbiose entre les bactéries et les plantes, où les bactéries aident à fixer l’azote de l’air et à le transformer en azote ammoniacal et en azote protéique, ce qui se produit surtout chez les  légumineuses.

En conclusion, la symbiose entre les micro-organismes et les plantes aide les deux parties à se développer de manière mutuellement bénéfique, en échangeant des éléments nutritifs et en se protégeant les uns les autres.

Les végétaux peuvent percevoir et envoyer des informations à leur environnement, y compris les hommes, qui peuvent en bénéficier en utilisant les végétaux pour nourrir et soigner leurs besoins. Les végétaux peuvent également interagir entre eux, en échangeant des nutriments et en créant un environnement favorable pour leur développement. Enfin, les végétaux peuvent établir une symbiose avec les insectes, en leur fournissant de la nourriture en échange de la pollinisation. Cette interaction peut être très bénéfique pour les deux parties, en renforçant la biodiversité et en permettant la survie de différentes espèces dans un écosystème équilibré.

En conclusion, la vie du sol est un élément clé pour une agriculture durable et productive. Les micro-organismes qui y vivent jouent un rôle crucial dans la décomposition des matières organiques, la reminéralisation des éléments nutritifs et la structure physique et chimique du sol. Pour maintenir une vie du sol dynamique et en bonne santé, il est important réduire le travail du sol, de fournir une nourriture adéquate en matière organique, de maintenir un pH neutre (augmentation de la population), de contrôler la température (activité diminuer a basse température 5 à 15°) et de maintenir une structure de sol adéquate pour retenir l’eau et l’air. En prenant en compte ces éléments, nous pouvons assurer une agriculture durable et respectueuse de l’environnement pour les générations futures.