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L'agriculture, la biomasse végétale et les sols
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Introduction :
Depuis l’apparition de la première forme de vie sur Terre, le sol a facilité l’extension de la vie et le développement des végétaux à la surface des continents.
Le sol vient des roches altérées par des processus liés à l’eau, à l’air et aux organismes vivants. Pourtant, malgré son incroyable diversité, il reste fragile et est menacé.
C’est un milieu vivant où évoluent de nombreux organismes : de toute la biodiversité est concentrée dans ses trente premiers centimètres. Cette profusion en fait un étonnant réservoir de vie, dont il faut prendre soin. Nous allons étudier comment se forme et s’organise le sol, qui l’habite également, avant d’approfondir les évolutions qu’il subit en fonction des actions de l’humain et combien il est urgent de réagir.
Le sol et la matière organique
La formation du sol
Sol :
Le sol est la partie de la croûte terrestre, à l’état naturel ou aménagée par l’Homme, sur laquelle on se tient et on se déplace.
Le sol est formé grâce à la décomposition et l’altération des roches par l’action de l’eau, de l’air et des êtres vivants. Avec le temps qui passe, il s’épaissit et se transforme, il s’enrichit de constituants comme les matières organiques ou des argiles, il acquiert des structures et des couleurs spécifiques à chaque lieu.
Un sol évolue lentement. Mais ses caractéristiques et ses propriétés, telles la porosité, la teneur en certains éléments nutritifs, ou son activité biologique, changent en fonction des roches, des reliefs, des climats et de la végétation.
Le sol résulte des interactions entre la biosphère, la lithosphère, l’atmosphère et l’hydrosphère.
La formation du sol, ou pédogenèse, est la résultante de plusieurs processus qui interviennent depuis des milliers d’années.
Pédogenèse :
La pédogenèse est l'ensemble des processus (qu’ils soient physiques chimiques ou biologiques) responsables de la transformation au cours du temps d'une roche-mère en sol, puis de l'évolution de ce sol.
En fonction des caractéristiques de la roche-mère, du climat et de la végétation, les sols se formeront différemment.
L’organisation du sol
De la surface jusqu’à la profondeur, le sol s’organise en couches appelées « horizons ».
On les différencie par leur couleur, leur structure, leur teneur en matières organiques, ou encore leur texture.
Chaque horizon est caractérisé par des processus dominants.
Organisation du sol en horizons
La matière organique et le stockage du carbone
Dans le sol, la matière organique est contenue dans l’ensemble des microorganismes et organismes (végétaux ou animaux) présents. Ainsi, on la retrouve également dans les résidus organiques et autres débris végétaux présents dans l’humus.
La matière organique est composée de carbone, d’eau, mais aussi d’azote, d’hydrogène, d’oxygène, de phosphate, et de soufre.
La biomasse désigne la masse de matière vivante qui se trouve à un moment précis dans un milieu donné.
La matière organique est une source d’énergie qui ne risque pas de s’épuiser. Elle ne dégage pas de gaz à effet de serre, n’émet pas de , au contraire elle stocke du carbone.
Ce processus permet aux plantes de grandir et de lutter quotidiennement contre le réchauffement en fixant le carbone et en produisant de l’oxygène.
La photosynthèse est l’ensemble des réactions biochimiques par lesquelles les plantes vertes synthétisent les matières organiques grâce à l’énergie lumineuse en absorbant le de l’air et en rejetant l’.
La photosynthèse
Or, avec la biomasse végétale, le sol est un des principaux lieux de stockage du carbone.
La matière organique est une composante importante de la fertilité des sols et de leur résistance à la dégradation ou à l’érosion. Si la quantité de matière organique diminue, la qualité des sols est affectée.
En outre, le sol influence la composition de l’atmosphère, notamment les gaz à effet de serre : en retenant le carbone, bénéfique pour la fertilité agricole, il empêche son relâchement dans l’athmosphère ().
Il est également un réservoir de biodiversité : il contient une faune et une flore qui jouent un rôle dans les échanges globaux d’énergie et de matière dans le sol mais qui sont très sensibles à certaines variations, comme le pH, l’humidité, la température… Étudions cette faune et cette flore.
L’action de la faune et de la flore sur les sols
Le sol et les plantes
Les plantes prélèvent dans le sol l’eau et les éléments indispensables à leur croissance (comme l’azote, le phosphore ou le potassium) grâce à leurs racines.
Dans les écosystèmes naturels, l’azote, le potassium et le phosphore sont assimilés par les végétaux puis retournent au sol par les déchets ou les carcasses. Cela équilibre alors leur perte.
Le cycle de l’azote : la minéralisation de l’azote par les microorganismes est indispensable pour qu’il soit utilisable par les plantes durant leur croissance.
Les sols contiennent une certaine quantité d’éléments. Certains sont d’origine naturelle, d’autres, en quantité très variable selon les sols, sont dus aux activités humaines telles que les industries, les extractions minières, des pratiques agricoles, les épandages de déchets urbains ou même le trafic automobile.
Il arrive que cette contamination du sol passe dans les végétaux (feuilles, racines ou fruits) et affecte les chaînes alimentaires des animaux et de l’Homme, impliquant de possibles problèmes de sécurité sanitaire des aliments. Ces chaînes alimentaires forment ce qu’on appelle le réseau trophique.
Un réseau trophique est l’ensemble des relations alimentaires entre espèces au sein d'une communauté et par lesquelles l'énergie et la matière circulent.
Organismes et microorganismes
Dans le sol cohabitent les racines des végétaux, les animaux et les microorganismes. Ils sont un assemblage complexe de substances minérales et organiques à l'intérieur duquel se déroulent des phénomènes de dégradation et de synthèse.
Parmi les microorganismes du sol, on trouve les microbes et la microfaune.
L’activité de ces microorganismes a un impact sur la fertilité des sols et donc sur la qualité de notre alimentation. En participant à la formation des sols et à la croissance des plantes, ils forment un réservoir de biodiversité.
Protozoaire du sol
Cette microfaune du sol est aussi appelée pédofaune microscopique car elle est composée de tout-petits animaux peu visibles à l’œil nu comme les protozoaires ou les nématodes.
Parmi ces milliards de microbe, certains participent à la libération et à la transformation des métaux dans le sol. Ils contribuent ainsi à augmenter ou réduire la toxicité des métaux lourds comme le nickel ou cobalt.
La microfaune participe à la formation des sols et des sédiments, à la décomposition du bois mort et des cadavres d’animaux, ainsi qu’à la minéralisation de la matière organique.
Dans le sol, on trouve également de nombreuses espèces animales de plus grande taille, regroupées sous le terme pédofaune (tels les acariens, les collemboles, les mollusques, les lombrics, les taupes, les campagnols etc.) Certains font partie intégrante de l’activité du sol.
Les vers de terre (aussi appelés « lombrics ») ont une importance particulière par leur biomasse prédominante et leur rôle dans la dégradation de la matière organique. Ils enfouissent la matière organique, créent des réseaux de galeries, produisent des déjections qui sont déposées dans le sol ou à sa surface : on les appelle des turricules.
Turricules :
Les turricules sont les rejets des vers de terre à la surface du sol.
Turricules de vers de terre ©Hege-solssportifs
Ces déjections sont particulièrement riches en matières organiques et favorisent l'enrichissement du sol. Riches en azote également, elles permettent aux racines des plantes de mieux assimiler celui-ci. Elles contiennent aussi les bactéries ingérées par les vers de terre et participent ainsi à la fertilisation des sols.
L’utilisation des produits phytosanitaires sur les vers de terre produit leur disparition ou leur multiplication :
Le sol et l’élevage
L’agriculture et l’élevage
Dans les régions où agriculture et élevage sont liés, les fumiers des animaux sont utilisés pour enrichir les sols en matière organique et en éléments fertilisants.
Pourtant, l’intensification des exploitations conduit progressivement à leur spécialisation.
Ainsi, comme nous le verrons dans le cours suivant sur les agrosystèmes, le manque de matière organique dans les cultures est compensé par l’emploi d’amendements organiques (boues de station d’épuration, déchets verts, compost, fumier…) et d’engrais chimiques.
Avec l’augmentation de la population, il devient nécessaire de conjuguer production agricole accrue, fertilité des sols et développement durable.
Le rôle de l’élevage dans le recyclage des éléments et la fertilité des sols
Parce que la population mondiale augmente, ainsi que la part des produits animaux dans les régimes alimentaires, la demande alimentaire et de production agricole est de plus en plus importante.
Une des pistes est de limiter la spécialisation extrême des exploitations agricoles. C’est pourquoi de nouveaux systèmes agricoles associant cultures et productions animales sont déjà mis en œuvre avec un recyclage total des effluents d’élevage ou encore une production d’énergie renouvelable par la méthanisation.
Méthanisation :
La méthanisation est une technologie basée sur la dégradation par des microorganismes de la matière organique, en conditions contrôlées et en l’absence d’oxygène.
Méthanisation : procédé très utilisé dans l’agriculture, mais également dans le traitement des biodéchets, celui des boues d’épuration urbaines et de certains effluents industriels. La méthanisation est parfois appelée digestion anaérobie.
Digestat :
Le digestat désigne les résidus issu de la méthanisation. Il est constitué de matières organiques non-dégradées et de matière minéralisées qui, après traitement, peuvent être utilisées comme compost.
Conclusion :
Aujourd’hui plus que jamais, le sol joue un rôle déterminant dans la production des aliments, la régulation du cycle et de la qualité de l’eau, l’accumulation de carbone, la limitation de l’effet de serre, et dans le recyclage des matières organiques. Ainsi, le sol est essentiel pour l’entretien et la sauvegarde de la biodiversité, tout en étant une source indispensable de matériaux utiles pour la construction et l’industrie et une participation à la valeur esthétique des paysages.
Cette ressource essentielle qu’est le sol doit donc être préservée, urgemment.