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Les interactions sol-plante et la disponibilité des éléments nutritifs
Compétence 4 :
Les interactions sol-plante et la disponibilité des éléments nutritifs
Le sol est une ressource fondamentale dans les systèmes terrestres. Les plantes affectent et
contrôlent à des degrés différents les mécanismes de base de la structure du sol et la
dynamique des éléments nutritifs et ce, par des interactions complexes avec les organismes du
sol. Les plantes ont besoin des éléments nutritifs provenant du sol pour croître mais la
disponibilité de ces éléments nutritifs est contrôlée étroitement par les activités des
microorganismes du sol.
Les cycles des éléments nutritifs et leur disponibilité sont grandement affectés par les
interactions entre le sol et les plantes. Ce chapitre discutera de ces interactions et des
mécanismes de prélèvement des éléments nutritifs. Les effets de la texture du sol, du pH, de la
capacité d’échange cationique, de la saturation en bases, de la matière organique et de
l’influence de la compaction du sol sur la disponibilité des éléments nutritifs seront aussi
examinés.
La Compétence 4 vise principalement à réviser les concepts de base de la science du sol en ce
qui à trait à la gestion des éléments nutritifs. Pour plus d’information ou un
approfondissement sur ce sujet, vous pouvez consultez Havlin et al., 1999.
Objectif de performance 4.1 :
Faire la liste des formes chimiques sous lesquelles les
éléments nutritifs sont disponibles aux plantes.
Les processus biologiques et chimiques transforment constamment les éléments nutritifs
plantes dans le sol. Les éléments nutritifs changent d’une forme à une autre dans un cycle
chimique continu. Dans certains cas, ces transformations peuvent résulter en un gain ou une
perte d’éléments nutritifs dans le sol. Dans d’autres situations, les éléments nutritifs sont
simplement transformés en une forme qui est plus ou moins disponible pour la plante. Donc,
ces processus biologiques permettent l’addition ou le retrait du système ou bien, ils donnent
lieu à une transformation de la forme des éléments nutritifs dans le sol. Ainsi, ces processus
sont importants dans la compréhension de l’approvisionnement des éléments nutritifs aux
plantes.
Ce cycle biogéochimique comprend des transformations chimiques, biologiques et minérales
qui peuvent rendre les éléments nutritifs plus disponibles ou moins disponibles à la plante. Le
cycle fondamental biogéochimique des éléments nutritifs est décrit à la Figure 4.1.
Les éléments nutritifs peuvent être trouvés sous une des trois principales formes ou pools dans
le sol :
lLa biomasse représente les éléments nutritifs trouvés dans les tissus vivants.
lLe pool organique contient les éléments nutritifs trouvés dans les composés
organiques dans les tissus morts ou en décomposition (indiqué en gris dans la Figure
4.1), et
lLe pool inorganique contient les différentes formes minérales des éléments nutritifs
(pools sans ombre dans la Figure 4.1).

Les interactions sol-plante et la disponibilité des éléments nutritifs
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Figure 4.1 : Cycle biogéochimique des éléments nutritifs du sol. Les rectangles représentent les pools
majeurs du sol, les ovales représentent les entrées et les sorties du système. Les pools organiques sont
ceux ombragés en gris.
Les éléments nutritifs ne sont pas liés dans aucun pool mais ils sont transformés de l’un à
l’autre en réponse aux processus chimiques et biologiques. La mort, les excrétions et les
exsudations accidentelles libèrent des composés organiques de la biomasse microbienne. Dans
le processus appelé minéralisation, la décomposition microbienne des composés organiques
brise les composés organiques en composés minéraux simples et libère des ions d’éléments
nutritifs qui se dissolvent dans l’eau du sol. Les ions des éléments nutritifs peuvent être
absorbés par les racines des plantes et les autres organismes du sol et ainsi, être assimilés dans
leurs tissus.
Dans les systèmes naturels, on peut assister à un cycle continu avec des pertes par lessivage,
ruissellement et volatilisation en équilibre avec la désagrégation minérale et les entrées
provenant de l’atmosphère.
Les racines des plantes peuvent seulement absorber les formes inorganiques des éléments. Les
plantes ne peuvent pas utiliser directement d’autres formes d’éléments. Ils doivent être
transformés en formes inorganiques simples pour être absorbés. Les formes communes sous
lesquelles les plantes absorbent les éléments nutritifs sont :
lazote – nitrate (NO3-) ou ammonium (NH4+) ;
lphosphore – phosphate (HPO42-, H2PO4-) ;
lpotassium – cation (K+) ;
lsoufre – anion sulfate (SO42-) ;
lcalcium – cation (Ca2+) ;
lmagnésium – cation (Mg2+) ;
lfer – ion ferreux (Fe2+), ferrique (Fe3+) ou chélate1;
lzinc – cation (Zn2+) ou chélate ;
lcuivre – cation (Cu2+) ou chélate ;
lmanganèse – cation (Mn2+) ou chélate ;
lbore – acide borique (H3BO3), tétraborate (B4O72-) et borate
l(H2BO3-, HBO32-, BO33-) ;
lchlore – anion chlore (Cl-) ;
lmolybdène – molybdate (MoO42-, HMoO4-).
1 Chélates résultent de l’association entre les molécules organiques et des métaux peu solubles qui permet
d’augmenter la solubilité du métal et améliorer sa disponibilité à la plante.

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Les interactions sol-plante et la disponibilité des éléments nutritifs
Objectif de performance 4.2 :
Décrire le mécanisme de l’absorption des
éléments nutritifs par les plantes.
Il y a trois mécanismes par lesquels les racines des plantes viennent en contact avec les plantes
(Figure 4.2) :
lécoulement massique (mouvement de l’eau dans la racine de la plante en réponse à
l’absorption de l’eau par les racines) ;
ldiffusion (mouvement des ions dans la solution du sol en réponse à l’appauvrissement
d’éléments nutritifs près des racines) ; et
linterception par les racines (croissance des racines et/ou extérieur des mycorhizes
dans la solution du sol).
Eau Écoulement
massique
Diffusion
Interception par la racine
Racine de la plante
Figure 4.2 : Modes de contact des éléments nutritifs avec les racines des plantes.
L’importance relative de chacun de ces mécanismes dépend de la nature de l’ion, des propriétés
du sol et des habitudes de croissance du système racinaire de la plante. Les éléments nutritifs
qui atteignent la racine par l’écoulement massique sont habituellement ceux qui sont présents
dans la solution du sol en concentrations relativement élevées. L’absorption des éléments
nutritifs par l’écoulement massique sera augmentée dans certaines situations où les racines
prendront de grandes quantités d’eau. Les plantes prennent la plupart des ions NO3-, Ca2+,
Mg2+, SO42 et Cl- par écoulement massique. La diffusion est le mécanisme principal qui déplace
les éléments nutritifs à la surface des racines pour ceux qui sont modérément solubles et /ou
relativement immobiles dans le sol. Quand la plante absorbe ces éléments, il y a un
appauvrissement de ces composés à la surface de la racine. Par exemple, NH4+, K+ et le
phosphate. Le taux d’humidité dans le sol influence beaucoup l’écoulement massique et la
diffusion des éléments nutritifs dans les racines des plantes.
En plus de prélever des ions de la solution du sol, les racines des plantes se procurent des
cations (NH4+, K+, Ca2+,Mg2+, Fe3+, etc.) par des échanges directs avec les colloïdes (particules
d’argile et d’humus). Les cations sont adsorbés sur les colloïdes par une attraction
électrostatique entre les charges négatives sur la surface des colloïdes et les charges positives
des cations. Les cellules des racines des plantes qui sont en contact avec les surfaces des
colloïdes adsorbent les cations échangeables et ensuite, transportent les cations dans la cellule.
Les racines des plantes absorbent certains éléments nutritifs passivement (sans dépenses
d’énergie) quand il absorbe de l’eau. Cependant, les parois et les membranes cellulaires des
cellules des racines offrent une barrière au passage de la plupart des ions; ainsi, dans plusieurs
cas, la plante doit dépenser de l’énergie pour transporter les ions à travers la membrane

Les interactions sol-plante et la disponibilité des éléments nutritifs
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cellulaire. Par ailleurs, le prélèvement des éléments nutritifs est limité lorsque la respiration
racinaire (processus par lequel les racines des plantes génèrent de l’énergie) est diminuée par
un excès d’eau.
Objectif de performance 4.3 :
Décrire comment le pH du sol influence le comportement
des éléments nutritifs dans le sol.
En Atlantique, le pH du sol est peut être l’indicateur le plus important de l’aptitude d’un sol
pour la production végétale. La plupart des plantes ont une meilleure croissance dans un sol de
pH 6 à 7 (légèrement acide à neutre). La croissance des plantes et la production peuvent
devenir progressivement plus difficiles quand le pH est au-dessus de 7 et en bas de 6. Les pH
de base au-dessus de 7 sont rares en Atlantique; la plupart des sols sont naturellement acide,
pH inférieur à 6. Ainsi, le contrôle de l’acidité du sol est une préoccupation majeure dans la
gestion des sols. Plusieurs changements importants dans la chimie des sols se produisent
quand le pH descend en bas de 6. Certains éléments tels les cations métalliques aluminium(Al),
fer (Fe) et manganèse (Mn), deviennent plus solubles, tandis que certains anions, tels
phosphore (P) et molybdène (Mo), deviennent moins solubles.
lAl et Mn sont des métaux abondants dans le sol, spécialement en Atlantique mais ils
demeurent insolubles et ne réagissent plus à des pH neutres. Quand le pH du sol
descend en bas de 6, ces deux éléments deviennent graduellement plus solubles et plus
réactifs. Dans les sols acides, ils peuvent augmenter jusqu’à des niveaux toxiques et
ainsi, diminuer la croissance des racines aussi bien que la santé et la vigueur du
plant.
L’activité de l’Al et du Fe dans les sols acides peut influencer la chimie des sols et affecter la
production de la culture. En conditions acides, l’Al et le Fe réagissent avec les engrais
chimiques et le phosphore pour produire des composées phosphatés insolubles : ce processus
se nomme fixation de phosphore. Dans cette situation, le phosphore devient non disponible
pour les plantes. La plupart du P contenu dans les engrais chimiques appliqués en des sols
acides subissent ce sort.
lLes concentrations de Ca et de Mg dans le sol diminue quand le pH baisse ; donc,
l’addition de ces deux éléments nutritifs est habituellement nécessaire pour la
production végétale.
lLes microorganismes qui libèrent des éléments nutritifs solubles de la matière
organique sont aussi affectés défavorablement par l’acidité du sol; alors,
l’approvisionnement naturel d’éléments nutritifs pour la croissance des plantes est
interrompu.
Lorsque le pH du sol baisse, la santé générale et la vigueur des plantes diminuent. Les plantes
sont moins aptes à prélever d’autres éléments nutritifs et aussi, les engrais chimiques sont
moins bien utilisés.

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Les interactions sol-plante et la disponibilité des éléments nutritifs
Un regard holistique :
Une augmentation de l’acidité du sol et ses effets peuvent créer une spirale négative. Lorsque
la vigueur des plantes est. réduite, elles produisent moins de biomasse. Cette situation ne
réduit pas seulement le rendement (et tous les profits s’y rattachant), mais aussi, ceci réduit
la quantité de biomasse retournée au sol. Cette biomasse est un approvisionnement de valeur
lors de sa décomposition. À cause des conditions acides du sol, les microorganismes sont dans
des conditions difficiles pour s’activer à la décomposition du matériel retourné au sol. La
carence nutritive qui s’en suivra devra être compensée par des augmentations d’applications
d’engrais chimiques, élevant ainsi les coûts pour l’agriculteur.
L’application périodique de chaux agricole dolomitique empêchera les effets négatifs de l’acidité
des sols et rendre disponible les quantités nécessaires de Ca et Mg pour la croissance des
plantes. Lorsque le pH descend en bas de 6, une quantité de chaux suffisante devrait être
appliquée pour monter le pH à 6,5. Garder le pH entre 6 et 7 assure une solubilité maximum
et le prélèvement adéquat des engrais chimiques phosphatés tout en réduisant la solubilité du
Al et Mn, potentiellement phytotoxiques. Maintenir le pH du sol dans l’intervalle optimum
pour accroître l’efficacité des engrais chimiques améliore la vigueur de la culture et la qualité
ainsi que le rendement.
Quelques cultures de cette région, comme les bleuets et les pommes de terre, sont bien adaptées
aux conditions acides du sol.
lLes bleuets demandent une concentration plus élevée en Fe que la plupart des
cultures. Comme indiqué plus haut, le Fe du sol devient progressivement plus soluble
quand le pH descend; ainsi, la production de bleuets est limitée à des sols
naturellement acides.
lPar ailleurs, les pommes de terre sont cultivées dans des sols acides pour combattre la
gale commune de la pomme de terre. Elle est une infection du tubercule qui affecte
son apparence visuelle et la rend moins attirante pour le consommateur.
Historiquement, dans la production de pommes de terre, l’application de la chaux se
fait après la culture de pommes de terre dans la rotation; alors, le pH du sol est en-
dessous de 5,5 environ lorsque les pommes de terre sont produites à nouveau.
En Atlantique, la plupart des cultures demandent l’application de 2 à 5 tonnes de chaux à
l’hectare chaque 3 à 5 années. Les sols contenant beaucoup d’argile et/ou de matière organique
ont besoin de plus grandes quantités de chaux mais de moins fréquentes applications ;
comparativement aux sols sableux avec moins de matière organique. L’analyse de sol demeure
la meilleure méthode pour déterminer les quantités précises et la fréquence des applications de
chaux.
Objectif de performance 4.4 :
Discuter du rôle de l’échange cationique et de la saturation
des bases dans la rétention des éléments nutritifs dans le sol
et de la disponibilité des éléments nutritifs aux plantes.
L’échange cationique est l’adsorption-désorption des ions positifs à la surface des colloïdes du
sol. Les colloïdes sont de très petites (~ 1 mm) particules d’argile et d’humus qui ont des
charges nettes négatives à leur surface. Ces charges négatives attirent et gardent les ions
positifs (cations) et repoussent les ions négatifs (anions). Puisque la majorité des éléments
nutritifs essentiels sont des cations, l’échange cationique a des effets importants sur la fertilité
du sol.