Partie 1 : La matière organique : composition et formation

🚀 Ce que tu vas voir dans ce module :

• De quoi est composée la matière organique;
• Comment se forme la matière organique;
• Quelles pratiques implémenter pour augmenter ses taux de matière organique.

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🧐 La vidéo en détails

• 00:00 Introduction
• 02:24 De quoi est composée la matière organique ?
• 02:24 MO labile et stable
• 06:41 La composition de l'humus
• 08:42 Comment se forme la MO ?
• 08:42 La plus grande partie de la MO stable ne vient pas des lignines
• 10:52 Des tendances différentes de minéralisation entre la partie récalcitrante et labile
• 11:30 La biomasse racinaire et les exsudats forment la plus grande partie de la MO stable
• 12:20 L'importance des mycorhizes
• 15:25 La place des lignines
• 17:32 La minéralisation
• 20:09 Lien pratique avec le terrain
• 21:07 Les 3 points clés à retenir
• 21:52 Conclusion

De quoi est composée la matière organique ?

Les différentes catégories de MO

La MO est composée de la biomasse vivante (micro-organismes) et morte (résidus, organismes morts, etc.)

La matière organique du sol se divise en 3 catégories classées par leurs temps de dégradation dans le sol :

- La partie labile ou active de la MO, qui est constituée de matière à haute valeur nutritive ou énergétique, non protégée et facilement dégradable par les microorganismes (exsudats racinaires, litière à faible C/N, …).

- La partie lente ou intermédiaire de la MO, qui se compose de molécules plus complexes comme les acides aminés, protéines, glycoprotéines (dont la glomaline : "colle du sol" produite par les mycorhizes) qui sont déjà protégées par le sol (enfermées dans des agrégats, ou non accessibles à la dégradation microbienne). Cette partie de la MO peut être considérée comme une part de la MO récalcitrante.

- La partie Récalcitrante (donc non-dégradable), passive, stable et inerte de la MO, qui se compose principalement de substances humiques, des lipides, protéines, et une petite partie de lignine protégée par les minéraux argileux et limoneux.

En termes de proportion, la matière organique labile et semi-labile forme 10 à 20% de la MO. La matière organique stable (l'humus) forme 60 à 90% de la matière organique. Les 1 à 5% restants sont des organismes vivants (micro-organismes).

La MO stabilise les agrégats du sol (source : AgroLeague, 2021)

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Composition de l'humus

L'humus est la partie stable de la MO

Plus de 50% des composés de la MO stable sont d’origine microbienne. Pour stabiliser la MO, sont nécessaire à la fois une vie microbienne active et un ratio C/N/P/S correct (qui vient essentiellement de l'activité microbienne).

Le ratio C/N/P/S est important pour la fertilité du sol car un déséquilibre des teneurs en ces éléments impacte directement le bon fonctionnement de la vie microbienne et donc, in fine, la formation d'un humus stable. Pour un bon fonctionnement de l'activité biologique, le ratio à viser est un C/N/P/S de 100/8/2/1,5.

Il est également intéressant d'envisager que pour chaque tonne de carbone stockée dans le sol, il est possible d'augmenter la teneur en azote de 80 kg, phosphore de 20 kg et soufre de 15 kg.

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Comment se forme la matière organique ?

Comment se forme la MO stable ?

L'essentiel de la MO stable est issu de la MO facilement dégradable

Il a longtemps été supposé que la MO stable était essentiellement composée de lignines qui, en résistant à la dégradation, s'accumulaient dans le sol. Il s'avère que ce sont les parties les plus rapidement dégradables qui forment la MO stable.

La litière labile facilement dégradable stimule la vie microbienne qui, en se développant, produit des molécules organiques (enzymes, lipides, etc) qui s'accumulent dans le sol. En mourant, la vie biologique du sol se stabilise également dans le sol. Ce sont les produits issus de la décomposition qui vont rester dans le sol.

Ces éléments interagissent avec la fraction minérale du sol (des oxydes Fe/Al/Mn en sols acides et des cations Ca, Mg dans les sols alcalins) pour former de la MO stable. Cette MO se lie ensuite aux argiles et limons pour former le complexe organo-minéral et une MO stable contenue dans ces agrégats, donc non dégradable.

Le schéma ci-dessous reprend le processus de formation de la MO stable à partir des particules

Source: Cotrufo MF, Wallenstein MD, Boot CM, Denef K, Paul E. 2013. The microbial efficiency-matrix stabilization(MEMS) framework integrates plant litter decomposition with soil organic matter stabilization: Do labile plant inputs form stable soil organic matter? Glob. Change Biol. 19:988–95

Des tendances de minéralisation différentes entre la MO labile et la MO récalcitrante

Le graphique ci-dessous illustre les tendances différentes de la litière labile et de que la litière récalcitrante lors de la minéralisation. On peut voir que MO labile se minéralise rapidement dans un premier temps pour atteindre rapidement une stabilité, tandis que la MO récalcitrante se minéralise plus lentement au départ mais continue à se minéraliser plus longtemps que la MO labile et une partie plus faible reste dans le sol.

Source: Cotrufo MF, Wallenstein MD, Boot CM, Denef K, Paul E. 2013. The microbial efficiency-matrix stabilization(MEMS) framework integrates plant litter decomposition with soil organic matter stabilization: Do labile plant inputs form stable soil organic matter? Glob. Change Biol. 19:988–95

La majorité de la MO stable vient des racines vivantes

Dans une plante, ce n’est pas la biomasse aérienne qui forme le plus de MO stable mais bien l'ensemble biomasse racinaire + exsudats racinaires. Cela démontre que le principal levier pour augmenter son taux de MO est de faire de la photosynthèse pour stimuler la vie microbienne et stocker du carbone.

Source : intervention de Claire Chenu aux rencontres internationales de l'agriculture du vivant, 2019

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Précisions sur les mycorhizes et les lignines

L'importance des mycorhizes

Les mycorhizes sont le résultat de l'association symbiotique entre des champignons du sol et les racines des plantes :

- Les champignons mycorhiziens constituent un conduit majeur des sucres dans le sol. Leurs hyphes colonisent la rhizosphère et permettent une meilleure répartition des composants organiques (enzymes, exsudats racinaires etc) dans les interstices du sol que les bactéries qui sont plutôt statiques.

- Les hyphes mycorhiziens sécrètent des quantités importantes d'exsudats de la rhizosphère.

- Les mycorhizes forment également des symbioses avec les bactéries pour l'azote, le phosphore et le soufre. Ils sécrètent des exsudats venant de la plante pour stimuler ces bactéries autour des hyphes, ce qui améliore la formation de l'humus.

- Elle augmente la stabilité des agrégats qui aide à protéger des molécules de la dégradation. Les hyphes "colle" les particules minérales du sol (argiles, limons, sables) et intègrent les composants organiques dans les agrégats pour les stabiliser et les protéger de la dégradation.

La places des lignines

- Elle nourrissent les champignons, ce qui favorise la stabilisation de la MO. Sans lignine, le ratio champignons/bactéries diminue, ce qui ralentit la formation de la MO.

- Elle est importante dans le sol à forte teneur en sable pour aider à stabiliser la MO.

- Elle minéralise dans le temps est donc peut fournir des minéraux pour la vie microbienne et la plante pendant une plus longue période.

- La minéralisation des lignines relargue du CO2 qui peut être capté par les feuilles de la plante pour la photosynthèse.

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Lien pratique avec le terrain

Comment remonter son taux de matière organique ?

Certaines pratiques agricoles augmentent les dépenses et diminuent les rentrées de MO :

- Le travail du sol augmente la minéralisation par destruction des agrégats et libération des molécules organiques.

- L'oxygénation du sol diminue le ratio bactéries/champignons, ce qui a tendance à défavoriser la stabilisation de la MO.

- Les applications d'azote inorganique augmentent la minéralisation par oxydation.

Donc comment favoriser l'augmentation de la MO ?

- Réduire le travail du sol.

- Avoir une couverture végétale permanente.

- Augmenter la photosynthèse en travaillant sur la nutrition et la santé de la plante.

- Favoriser les amendements organiques.

3 points clés de la formation

- Point 1 : Les molécules simples augmentent la matière organique stable.

- Point 2 : La plus grande partie de la MO stable vient des racines et exsudats.

- Point 3 : Les plantes vivantes augmentent la matière organique stable.

Sources bibliographiques

- Grandy AS, Neff JC. 2008. Molecular C dynamics downstream: the biochemical decomposition sequence and its impact on soil organic matter structure and function. Sci. Tot. Environ. 404:297–307

- Schmidt MW, Torn MS, Abiven S, Dittmar T, Guggenberger G, et al. 2011. Persistence of soil organic matter as an ecosystem property. Nature 478:49–56

- Cotrufo MF, Wallenstein MD, Boot CM, Denef K, Paul E. 2013. The microbial efficiency-matrix stabilization(MEMS) framework integrates plant litter decomposition with soil organic matter stabilization: Do labile plant inputs form stable soil organic matter? Glob. Change Biol. 19:988–95

- Simpson AJ, Simpson MJ, Smith E, Kelleher BP. 2007. Microbially derived inputs to soil organic matter: Arecurrent estimates too low? Environ. Sci. Technol. 41:8070–76

- Mycorrhizal Fungi as Mediators of Soil Organic Matter DynamicsSerita D. Frey

- Liquid carbon pathway Christine Jones, PhD

- Bacterial and Fungal Cell-Wall Residues in Conventionaland No-Tillage Agroecosystems Georg Guggenberger, Serita D. Frey, Johan Six, Keith Paustian, and Edward T. Elliott

- Stable soil organic matter: A comparison of C:N:P:S ratios in Australian and otherworld soils C.A. Kirkby , J.A. Kirkegaard, A.E. Richardson, L.J. Wade, C. Blanchard, G. Batten