Le cycle de la fertilité des sols

Fiches techniques - Sol et fertilisation

Autonomie en matière organique en maraîchage Résilience climatique Couverture des sols Biodiversité Régénération des sols

La plante doit au sol son existence et le couvert végétal contribue à la formation des sols et à leur évolution.

Sous l’action du climat, des microorganismes et des plantes, la roche-mère se dégrade et libère des argiles et des sels minéraux. Au même moment, la matière organique, qu’elle soit végétale ou animale, est restituée au sol sous la forme d’humus et vient se combiner aux produits de la roche-mère pour former ce qu’on appelle le complexe argilo-humique, ce qui va former les couches fertiles du sol.

Le cycle des matières organiques

La matière organique est la matière fabriquée par les êtres vivants. Elle compose la biomasse vivante et morte.

Lorsque les matières organiques sont intégrées au sol, dans la litière, elles sont soumises à l’action des organismes vivants du sol. Ces derniers vont intervenir de deux façons : une partie de la MO va être travaillée et humifiée, donc être ajoutée au stock d’humus existant, tandis qu’une seconde partie va être utilisée par la pédofaune pour se nourrir, donc être minéralisée et constituer une source de nourriture pour les plantes. On parle de minéralisation primaire lorsqu’elle a lieu directement sur la matière organique déposée, de minéralisation secondaire lorsque les microorganismes s’attaquent à l’humus.

Le travail de minéralisation est le moment où sont mis à disposition des nutriments pour les plantes. Celles-ci vont alors grandir et produire à leur tour de la MO : on a donc un système qui s’entretient par lui-même, et qui est d'ailleurs largement excédentaire car les nutriments sont stockés dans le sol.

De plus, le système est intéressant aussi pour la faune et la flore du sol qui participent à la biotransformation de la matière organique : l’humus qui s’accumule dans la litière leur offre le gîte et le couvert. Le cycle des matières organiques est donc une véritable symbiose écologique reposant sur un cercle vertueux et aggradant.

Le rôle pluriel de la vie biologique du sol

C’est la vie biologique du sol qui réalise le travail d’humification et de minéralisation. L’activité biologique d’un sol est inversement proportionnelle à la vitesse de minéralisation de l’humus. Plus la vie du sol est intense, plus la minéralisation est lente. Plus l’activité biologique d’un sol est intense, plus elle mobilise la matière organique et la stocke sous forme stable. D’où l’antagonisme : l’humification naturelle empêche une minéralisation trop rapide. Sans la vie du sol, il n’y a pas d’humification donc pas de minéralisation naturelle. Au contraire, va arriver une fossilisation de la matière organique qui ne se décompose plus. Toute minéralisation trop importante de l’humus entraîne une dégradation biologique rapide des sols donc une perte de fertilité. L’humification et la minéralisation sont donc deux phénomènes biologiques complémentaires.

Mais la vie biologique du sol fait bien plus !

Dans une poignée de terre fertile, on trouve jusqu’à 5 à 6 milliards d'êtres vivants, constituants d’une flore et d’une faune riche, à toutes les échelles. La vie biologique du sol renforce la biodiversité globale de la ferme et rend de nombreux autres services agronomiques.

Alimentation

La vie biologique du sol fait le lien entre le minéral et le végétal. Elle permet d’abord une exploitation rationnelle et durable de la matière organique, notamment parce qu’elle la restitue lentement aux végétaux. De plus, les plantes bénéficient des services des bactéries fixatrices d’azote qui, présentes dans le sol ou dans la plante (par exemple pour les légumineuses) leur fournissent cet élément. De même, les champignons mycorhiziens, grâce à leur réseau de fin filaments jouent le rôle d’extension des racines des plantes et facilitent de ce fait l’accès aux nutriments et minéraux essentiels tel que le phosphore.

Protection

La vie biologique du sol améliore aussi la santé des cultures. Les champignons mycorhiziens stimulent les défenses naturelles de plantes tandis que les micro-organismes, qui consomment les aliments disponibles dans la rhizosphère, limitent le développement de pathogènes.

Santé du sol

L’activité biologique construit la structure du sol et aménage le sol, en participant à la formation des strates humifères, par le travail des vers de terre évidemment mais aussi par celui des bactéries, qui assemblent les particules du sol grâce à leur biofilm, sorte de colle protectrice. Certains champignons font la même chose avec la glomaline. Les racines des plantes peuvent alors se développer à leur aise, ce qui permet l’existence d’un couvert végétal protecteur, facilite la circulation de l’air et le stockage du carbone. Enfin, le sol étant rendu meuble, la gestion de l’eau est quasi-irréprochable.

Les champignons mycorhiziens ? Ce sont des champignons, qui vivent grâce au processus de la symbiose qu’ils effectuent avec une plante. L’association a lieu au niveau des racines. Les champignons bénéficient du gîte et du couvert que leur offre la plante, en échange de quoi celle-ci multiplie sa surface d'échange avec son environnement immédiat. Les champignons prospectent ainsi l’eau et les nutriments présents dans le sol. Ils protègent également les racines des pathogènes par leur manchon mycélien qui enveloppe les racines. Il existe deux groupes de champignons mycorhiziens. Les ectomycorhizes qui se développent autour des radicelles des végétaux herbacés et ligneux, et les endomycorhizes qui se développent en partie à l’extérieur des racines, mais aussi à l’intérieur des radicelles sans attaquer les cellules.

La matière organique dans son sol

Matières organiques fraîches ou matières sèches ?

Etant donné que les matières organiques fraîches ont une capacité à se gorger d’eau et à perdre de l’eau en fonction des conditions climatiques, les agronomes ont pris l’habitude de compter la matière organique sans eau (sèche) afin de mieux pouvoir la quantifier.

Taux de MO et ration du sol

Le taux de matières organiques représente la proportion de MO dans le sol. On parle généralement du taux moyen sur un horizon 0-30cm de sol. (Il faut d’ailleurs prendre garde à bien mélanger les différents premiers horizons du sol pour faire un prélèvement de sol en vue d’une analyse en laboratoire).

Carbone et taux de MO dans les sols français
Données sur 0-30cm	Quantité de carbone (t/ha)	Quantité de MO (t MS /ha) (MO = 1,72 x C)	Taux de MO (% MO = MO / 3500t de sol /ha)
Moyenne française	43	73	2,1%
Forêt et prairie	80 ± 35	137	3,9%
Vigne et vergers	35	60	1,5%
Grandes cultures	43	73	2,1%
Moyenne 10 fermes MSV Normandie	100	175	5,0%

L’étude de la prairie ou de la forêt montrent que ces systèmes restituent au sol 20 t/ha de matières organiques sèches par an. Ce chiffre exclut les exportations de foin de la prairie et la production de bois stockée dans le tronc.

Pour atteindre ce chiffre de 20t/ha de matières organiques sèches par an sur notre système agricole, il est intéressant de savoir quelle épaisseur de matières organiques il est nécessaire d’apporter. Par exemple cela correspond à 1cm de BRF.

Les apports sont en effet nécessaires pour la fertilité des légumes qui ne sont pas autonomes. En effet, si on essayait d’apporter la matière sèche à partir des légumes laissés sur place, sous forme de racines ou de fanes, on obtiendrait seulement 2 t/ha de matières sèches.

En apportant des matières organiques comme le BRF ou la paille, on maintient ou on accélère le cycle de l’auto fertilité des sols, surtout dans le cas de la production légumière qui ne laisse que trop peu de résidus au sol (1 à 5 t/ha de matières sèches alors qu’une prairie en consomme chaque année 20t/ha).

La mise en culture de prairies implique le déstockage d’une tonne de carbone par hectare chaque année, alors qu’il faudra beaucoup plus de temps pour mettre en place le phénomène inverse : les techniques de non-labour génèrent un stockage de 0,2 tonne par hectare et par an.

Cycle du carbone à mettre avant le cycle de la MO

Le carbone est un atome. Il est un constituant de base des matières organiques. En agriculture, on considère d’ailleurs que matières organiques et carbone sont proportionnels : MO sèches = 1,72 x C

Les biomolécules (sucres dont la cellulose, lipides, acides aminés et protéines, lignines, tanins, huiles essentielles, charbons...) sont donc des chaînes de carbone qui apportent à tout organisme vivant, l’énergie chimique dont il a besoin pour fonctionner: c’est le combustible de la vie.

Présent dans l’air sous forme de C02 (carbone inorganique), le carbone atmosphérique est capté par les plantes pour constituer des chaînes de carbone sous forme de glucides grâce à la photosynthèse. Ce sont en effet les seuls organismes capables de convertir l’énergie lumineuse en énergie chimique à travers la création de chaînes carbonées simples (sucres). C’est ce qu’on appelle l’autotrophie.

Cependant, la photosynthèse n’est pas le seul moyen pour la plante de se procurer du carbone. La plante est en effet capable d’absorber directement des sucres et des acides aminés issus de la décomposition de la litière. Les plantes sont donc aussi capables d’hétérotrophie, c’est-à-dire de se nourrir à partir de constituants organiques préexistants, à l’instar des animaux et de tous les organismes non photosynthétiques.

Cycle de l’azote

L’azote est un élément primordial des protéines et acides aminés qui font fonctionner les cellules. Il représente 78,08% de l’air mais la plante ne peut pas l’assimiler au niveau aérien. L’azote est absorbé par les racines à partir de l’azote dissout dans l’eau des précipitations, surtout les pluies d’orage et la neige, à hauteur de 10%. En effet 90% de l’azote utilisé par les plantes provient de la matière organique du sol.

Sur ces 90% : 1/3 provient de l’activité de recyclage de la matière organique par la pédofaune, qui récupère l'azote dans les déchets et les organismes morts pour se nourrir, et qui le redistribue au sol par ses excréments ou à sa mort. C’est la minéralisation.

Les 2/3 restants entrent dans l’écosystème grâce au travail de certaines bactéries, libres mais surtout fonctionnant par symbiose, qui sont capables d’utiliser l’azote de l’air et lui donner une forme assimilable par les plantes : c’est la fixation biologique de l’azote.

Il est également possible d’assimiler de l’azote aux plantes en utilisant des nitrates de synthèses mais ceux-ci ont souvent un impact négatif sur la vie du sol, qu’ils détruisent. De plus le dopage en azote a de nombreux effets pervers tels que l’obésité des végétaux, la perte des capacités immunitaires, l’augmentation des besoins en eau et la perte d’autonomie, l'incapacité de la plante à se débrouiller pour trouver naturellement un approvisionnement en azote.

En agriculture, les sources d’azote d’origine naturelle sont variées : fumier animaux, compost, urée, guano, engrais verts fixateurs d’azote,… Dans ce cas, ce sont à nouveau les micro-organismes du sol qui transforment l’azote disponible en nitrate assimilable.