Partie 3 : Matière Organique : Quels rôles dans le sol ?

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🧐 La vidéo en détails

• 00:00 Introduction
• 01:24 Le rôle physique
• 01:24 L'effet structuration du sol
• 04:14 Les micro agrégats
• 04:53 Les macro agrégats
• 06:05 L'agrégation des particules
• 09:51 Le rôle chimique
• 09:51 Contribution à la capacité d'échange d'ions
• 11:47 Amélioration de l'effet tampon Eh/pH
• 15:32 Chélate les ions dans le sol
• 19:56 Le rôle biologique
• 21:30 Lien pratique avec le terrain
• 23:40 Les 3 points clés à retenir
• 24:06 Conclusion

Le rôle physique

L'effet structurant

La matière organique stabilise et structure les agrégats du sol

Les agrégats protègent la matière organique de la décomposition. Les agrégats se décomposent en micro agrégats et macro agrégats, chaque classe présentant des avantages spécifiques pour la santé du sol.

Le schéma ci-dessous montre l'organisation des particules micro et macro qui forment la structure du sol, avec une différence entre des conditions sèches (à gauche) et humides (à droite). Il est important est que les agrégats soient connectés et forment des tubes capillaires qui laissent un espace poreux entre les agrégats. Idéalement, une bonne structure de sol voit la moitié de son volume occupé par des pores, qui servent à la circulation de l’air et de l’eau et facilitent l’enracinement des plantes.

Représentation des macro et micro agrégats en conditions sèches (gauche) et humides (droite) (source : WILPISZESKI et al., 2019)

Dans un sol labouré, cette structure disparaît. La travail du sol crée des macropores peu connectés les uns aux autres qui résistent mal aux évènements climatiques, contrairement à la microporosité engendrée par une bonne structure de sol. Les sols travaillés ont des discontinuités hydrauliques correspondant à la profondeur du travail du sol qui ne contribuent pas à alimenter le profil de sol et limitent le développement racinaire.

L'agrégation des particules minérales

Les micro agrégats

Les micro agrégats sont des particules de limons et d'argiles étroitement liées par des matières organiques.

- Ils fournissent une partie de la matière organique à long terme (voir formation sur la composition et formation de la matière organique);

- 70% des bactéries et virus y habitent;

- Délai de décomposition : décennies/siècles.

Les macro agrégats

Les macro agrégats sont un ensemble de particules de limon/argile, de micro agrégats et de matières organiques. Les racines des plantes, les mycorhizes et les vers de terre contribuent largement à la formation des macro agrégats.

- Ces grands agrégats ont un temps de décomposition plus court, fournissant une source de matière organique pour les racines, les bactéries et les champignons;

- 90% des bactéries du sol s'associent aux macro agrégats;

- Délai de décomposition : 1 à 10 ans.

Représentation schématique de l’horizon du sol et des micro et macro agrégats (source : WILPISZESKI et al., 2019)

Cette structure améliore :

- L'échange des gaz (expirés pendant le jour et inspirés pendant la nuit);

- La pénétration des racines;

- L'infiltration de l'eau;

- Les échanges d'information génétique;

- Favorise une germination régulière et rapide grâce à une meilleure répartition de la vapeur d'eau;

- Moins de fluctuation de la température dans le sol (la vapeur d'eau et les racines contrôlent la température).

Le travail du sol défavorise la connectivité des tubes capillaires et l'activité des micro organismes qui créent cette structure.

Le rôle chimique

La capacité d'échange de cations (CEC)

La MO, chargée négativement, peut chélater un grand nombre de cations (ions chargés positivement) donc  augmente la CEC du sol.

La CEC est un élément important pour la fertilité des sols. Celle-ci conditionne le potentiel de rétention des éléments par le sol et donc son potentiel de fertilité.

La capacité d'échange d'anions (AEC)

Moins connu mais aussi importante que la CEC, l'AEC est la capacité d'échange d'anions (ions chargés négativement). La MO se lie au fer et calcium, qui avec leur double liaison, peuvent se lier avec un ion chargé négativement (ex : N, P, S). La MO augmente donc aussi l’AEC et limite le lessivage de ces éléments.

La figure ci-dessous illustre la liaison d'un groupement phosphate humique à une particule organique via un ion Fe ou Ca.

Schéma des complexes phosphate humique (fe) (ca) dans la structure humique (source : OLAETXEA et al., 2017)

Potentiel d’oxydoréduction (Eh)

Une augmentation de la matière organique du sol entraîne une diminution de l'Eh du sol. La MO est un accepteur d'électrons et joue un rôle de transporteur d'électrons dans le sol. Elle est donc en mesure de fournir ou d'accepter des électrons :

- Dans un environnement réduit : la MO peut prendre des électrons et oxyder le milieu.

- Dans un environnement oxydé : la MO peut fournir des électrons et réduire le milieu.

Ce rôle de tampon de la MO permet d'éviter à la plante de dépenser de l'énergie pour réguler son niveau d'oxydation et tendre vers son équilibre.

Potentiel acido-basique (pH)

La matière organique est également l'un des principaux facteurs tamponnant le pH du sol. Elle contribue au développement d'un pH de sol neutre à légèrement acide :

- À pH faible : la MO forme des complexes avec l'aluminium, ce qui constitue un important processus tampon du pH dans le sol.

- À pH élevé : la MO contribue à l'acidification par la formation de complexes solubles avec des cations comme le calcium ou le magnésium, qui sont facilement perdus par lixiviation.

La matière organique est un chélatant

La chélation est un processus physico-chimique au cours duquel est formé un complexe, le chélate, entre un chélateur (ou chélatant), et un cation (ou atome) métallique. Ce processus permet de stabiliser les éléments nutritifs tout en les rendant accessibles pour la plante. Ce pouvoir de chélation de la MO dépend de son type, donc des plantes qui ont fourni la matière organique fraîche à la base. Plus il y a de diversité végétale sur la parcelle, plus le pouvoir stabilisant est important.

La force de liaison des ions dépend de leur charge électrostatique :

- Les ions Ca2+, Mg2+, K+ ont une chélation relativement faible, il sont donc facilement absorbés par la plante.

- Les ions métalliques Cu2+, Zn2+, Co+ ont un chélation plus forte, ils sont plus difficile à absorber par la plante. Cependant, le besoin en ces éléments reste faible pour la nutrition des cultures.

- Certains éléments toxiques comme le plomb sont liés de manière tellement forte avec la soufre et la MO qu’ils sont difficilement absorbés par la plante. La MO joue donc dans ce cas un effet de détoxication qui peut être intéressant dans les sols chargés en éléments toxiques pour la plante.

80 % des micro nutriments métalliques sont liés à la matière organique soluble (source : WILPISZESKI et al., 2019)

Le Rôle Biologique

La MO nourrit la vie du sol

10 à 20% de la MO dans le sol est labile, donc directement accessible pour pour la dégradation de la vie microbienne.

La MO fraîche est la source de cette MO labile, et participe à la formation de la MO stable (voir formation précédente sur la composition et la formation de la MO). Plus il y a de MO fraîche, plus il y a de vie microbienne, plus le potentiel de stabilisation de la MO est élevé.  

La MO protège la vie microbienne

La formation des micro agrégats fournit un habitats pour les micro organismes. Plus la structure du sol est connectée, plus la diversité potentielle de micro organismes est importante.

Un sol travaillé possède des macropores peu connectés les uns aux autres et ne peut abriter q’un certain type de vie microbienne, limitant ainsi le potentiel de diversité des micro organismes du sol.

Régulation physique du milieu

Un gain en matière organique améliore la structure du sol, ce qui entraîne :

- Une levée plus homogène des cultures grâce à une meilleure distribution de l’eau dans le sol;

- Une meilleure rétention de l’eau : les systèmes d'agriculture de conservation voient la taille de leur réservoir utilisable augmenter de 10 à 15% en surface comparés à des systèmes conventionnels.

Autonomie du système

La charge de travail de l’agriculteur est réduite car le système est fait pour fonctionner sans l’Homme. Améliorer son taux de MO laisse entrevoir des perspectives de réduction des interventions liées à la santé de la plante.

Lien pratique avec le terrain :

Aspect économique

Augmenter son taux de MO permet d'aller vers une réduction de la dépendance des intrants exogènes grâce à l'amélioration des CEC et AEC (augmentation de la taille du frigo). Elle rend les éléments nutritifs disponibles et limite les pertes par lessivage.

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