Cours : L'agriculture, la biomasse végétale et les sols

Le sol et la matière organique

La formation du sol

Définition

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.

Rappel

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.

À retenir

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.

Définition

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

À retenir

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.

• La première couche est l’horizon organique : la végétation qui pousse sur le sol va mourir et se décomposer en litière. Dans cette litière se nichent des êtres vivants, responsables de la transformation de la matière organique en éléments minéraux. On appelle ces organismes des « décomposeurs ».
• En dessous, l’horizon humifère est riche en humus.
• Sous l’horizon humifère on retrouve l’horizon organo-minéral…
• …et l’horizon d’altération : ces deux horizons regroupent les éléments minéraux lessivés par les eaux de pluie et des éléments d’altération de la roche-mère, située à la base du sol.
• Cette roche-mère est responsable de certaines propriétés physico-chimiques du sol et donc de la nature de la végétation qui y pousse.

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.

À retenir

La matière organique est composée de carbone, d’eau, mais aussi d’azote, d’hydrogène, d’oxygène, de phosphate, et de soufre.

• Elle compose la biomasse.

Rappel

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 $\text{CO}_2$, au contraire elle stocke du carbone.

• Les plantes sont en effet capables de transformer le $\text{CO}$2CO2​ en $\text{O}$2 grâce à une réaction chimique : la photosynthèse.

Ce processus permet aux plantes de grandir et de lutter quotidiennement contre le réchauffement en fixant le carbone et en produisant de l’oxygène.

Rappel

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 $\text{CO}$2CO2​ de l’air et en rejetant l’$\text{O}$2.

À retenir

Or, avec la biomasse végétale, le sol est un des principaux lieux de stockage du carbone.

Astuce

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 ($\text{CO}_2$).

• Le sol est donc un acteur important des changements climatiques.

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.

À retenir

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.

• Parmi ces éléments, certains sont essentiels au métabolisme des végétaux et des animaux alors que d’autres sont des contaminants redoutés.

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.

Rappel

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.

• La microfaune

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

Astuce

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.

À retenir

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.

• La pédofaune

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.

Exemple

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.

Définition

Turricules :

Les turricules sont les rejets des vers de terre à la surface du sol.

• Les lombrics sont des indicateurs de l’impact des pratiques agricoles : ils sont très sensibles aux modifications de la structure du sol. Le travail du sol, notamment le type de labour, a un effet négatif sur l’abondance des lombrics car un ver de terre coupé en deux ne donne jamais deux vers de terre !

L’utilisation des produits phytosanitaires sur les vers de terre produit leur disparition ou leur multiplication :

• si le sol contient des pesticides, il devient toxique pour les lombrics, ceux-ci ne produisant en outre qu’une seule génération par année ;
• cependant, en accroissant le rendement de production végétale, les produits phytosanitaires peuvent entraîner une augmentation de la quantité de résidus de culture retournant au sol, et donc de nourriture pour les lombrics.

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.

À retenir

Avec l’augmentation de la population, il devient nécessaire de conjuguer production agricole accrue, fertilité des sols et développement durable.

• À ce titre, des recherches sont menées sur de nouvelles formes d’élevage. Cela permettrait de limiter pour l’environnement les risques liés à la contamination des sols.

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.

• Comment accompagner cette évolution tout en préservant les ressources et en respectant l’environnement ?

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.

Définition

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.

Définition

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.