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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 :
l La biomasse représente les éléments nutritifs trouvés dans les tissus vivants.
l Le 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
l Le pool inorganique contient les différentes formes minérales des éléments nutritifs
(pools sans ombre dans la Figure 4.1).
4-1
Les interactions sol-plante et la disponibilité des éléments nutritifs
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 :
l
l
l
l
l
l
l
l
l
l
l
l
l
l
azote – nitrate (NO3-) ou ammonium (NH4+) ;
phosphore – phosphate (HPO 42-, H2PO 4-) ;
potassium – cation (K+) ;
soufre – anion sulfate (SO42-) ;
calcium – cation (Ca2+) ;
magnésium – cation (Mg2+) ;
fer – ion ferreux (Fe2+), ferrique (Fe3+) ou chélate1;
zinc – cation (Zn2+) ou chélate ;
cuivre – cation (Cu2+) ou chélate ;
manganèse – cation (Mn2+) ou chélate ;
bore – acide borique (H3BO3), tétraborate (B4O72-) et borate
(H2BO3-, HBO32-, BO33-) ;
chlore – anion chlore (Cl -) ;
molybdène – molybdate (MoO 42-, HMoO 4-).
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.
1
4-2
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) :
l
l
l
écoulement massique (mouvement de l’eau dans la racine de la plante en réponse à
l’absorption de l’eau par les racines) ;
diffusion (mouvement des ions dans la solution du sol en réponse à l’appauvrissement
d’éléments nutritifs près des racines) ; et
interception par les racines (croissance des racines et/ou extérieur des mycorhizes
dans la solution du sol).
Racine de la plante
Eau
Écoulement
massique
Diffusion
Interception par la racine
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
4-3
Les interactions sol-plante et la disponibilité des éléments nutritifs
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.
l
Al 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.
l
l
Les 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.
Les 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.
4-4
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.
l
l
Les 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.
Par 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 endessous 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.
4-5
Les interactions sol-plante et la disponibilité des éléments nutritifs
Les liens électrostatiques entre les colloïdes du sol et les cations aident à retenir les cations
dans le sol et ainsi, ils sont moins aptes à être perdus par lessivage. Les cations adsorbés ne
sont pas liés de façon permanente aux colloïdes; cependant, ils sont en équilibre dynamique
avec les cations dissous. Si un type de cation dissout est épuisé par le prélèvement des plantes,
le système répond en désorbant des cations dans le but de refaire l’équilibre entre la phase
dissoute et la phase adsorbée. Les cations K+, Ca2+ et Mg2+ adsorbés représentent le plus grand
pool d’éléments disponibles dans un sol en santé.
Exemple :
Pour illustrer l’échange de cation, regardons le potassium (K+ ) qui est requis en grande
quantité par les plantes. Les racines des plantes absorbent le K + du sol à partir de la solution
créant un débalancement entre le K+ en solution et le K + adsorbé. La distribution du K+ entre
la solution et la phase d’adsorption s’ajuste pour restaurer la balance initiale, tel que le K+
enlevé de la solution du sol est replacé par la désorption de K+ de la surface des colloïdes du
sol.
L’échange cationique a aussi un effet tampon sur le pH du sol. Des sols avec une CEC élevée ont
la capacité d’adsorber la plupart des H+ produit ou additionné au sol. Lorsque les H+ sont
adsorbés au lieu d’être en solution, ils n’affectent pas le pH du sol. Alors, une CEC élevée
diminue les changements dans le pH du sol. Ces sols auront besoin moins de chaux que les sols
avec une faible CEC. Par ailleurs, un sol très tamponné devient acide et il demande beaucoup
d’application de chaux pour neutraliser la grande quantité de cations H+adsorbés et gardés en
réserve à la surface des colloïdes.
La rétention des cations par l’échange cationique construit la réserve de cations. Cette réserve
peut agir comme une importante provision pour les cations qui sont des éléments nutritifs
pour les plantes. Ainsi, un sol avec une CEC élevée est généralement plus fertile qu’un sol avec
une faible CEC.
Objectif de performance 4.5 :
Expliquer comment la matière organique et les
propriétés biologiques du sol influencent la
disponibilité des éléments nutritifs.
Il y a différents « pools » de matière organique dans le sol. Une partie du pool de matière
organique du sol (MOS) est active ; c’est-à-dire, qu’elle est rapidement formée par la
croissance des organismes du sol, dégradée lors des la décomposition des résidus et minéralisée
dans la même saison de croissance. Une autre partie est plus passive; elle peut résister à la
dégradation pour une grande période de temps, cent à milles années telles que l’humus du sol.
La résistance à la dégradation est due à la complexité chimique de la matière organique (Figure
4.3). La proportion relative de ces pools comprenant la fraction organique d’un sol typique est
illustré à la Figure 4.4.
4-6
Les interactions sol-plante et la disponibilité des éléments nutritifs
Figure 4.3 : Modèle de la structure d’un acide humique (de Schulten and Schnitzer, 1997).
Figure 4.4 : Composition de la matière organique.
4-7
Les interactions sol-plante et la disponibilité des éléments nutritifs
La matière organique est une bonne provision d’éléments nutritifs. Lorsque la fraction active
de la matière organique se décompose, les éléments nutritifs sont relâchés dans le sol et ils
deviennent disponibles pour les plantes. La matière organique active et la biomasse
microbienne peuvent compter pour 50% des éléments nutritifs disponibles aux plantes dans
une saison de croissance.
Les organismes du sol réalisent la décomposition de la matière organique. La composition de la
population du sol influencera le taux de décomposition et la mesure à laquelle le relâchement
des éléments nutritifs se fera. Pour comprendre cet effet, il faut étudier l’écologie des
organismes du sol.
Écologie du sol
Il y a une grande diversité et une multitude d’organismes dans les sols en santé tel que montré
au Tableau 4.1 et à la Figure 4.5. Il a été évalué que 50% des espèces qui existent sur la terre
se trouvent dans le sol. La population bactérienne dans une cuillère à thé dépasse 10 milliards,
ce qui représente plus que la population humaine de la terre. Cette diversité est due en partie à
l’extrême diversité de l’environnement du sol (Figure 4.6). La variété de substrats et
d’environnement présente permet une grande variété d’espèces de coexister.
Ces organismes recherchent de l’énergie (composés organiques) et utilisent ces sources
d’énergie dans le but de survivre. Dans ce processus de vie, ils décomposent la MOS et
relâchent différents éléments contenu dans les protéines, les acide aminés, etc. Ces éléments
dont plusieurs sont essentiels pour les plantes, se déplacent dans la solution du sol ou sont
adsorbés par les particules de sol et elles peuvent ainsi être utilisées par les plantes.
Tableau 4.1 : Indication de la taille, de la biomasse, de l’activité et du taux de retour de certains
organismes du sol.
4-8
Organismes
Diamètre
Biomasse
Bactérie
Champignon
(cm)
1-2 µm
2.5 µm
Amibe
Nématodes
Collembole
Mites
Vers de terre
30 µm
40 µm
5000 µm
1000 µm
5000 µm
(kg ha-1)
500-750
7002700
50
1.5-4
0.2-0.5
2-8
25-50
Pourcentage
d’activité
(%)
15-30
2-10
0-100
0-100
80-100
80-100
0-100
Taux de retour
(saison-1)
0.5
4-8
2-4
2-4
2-3
2-3
3
Les interactions sol-plante et la disponibilité des éléments nutritifs
Figure 4.5 : La représentation de la diversité des organismes dans une pile de compost, démontrant
la grande variété de fonctions de la décomposition primaire aux consommateurs secondaires et
tertiaires d’organismes (de Dindal, 1989). Les sols ont encore une plus grande diversité de vie.
4-9
Les interactions sol-plante et la disponibilité des éléments nutritifs
Figure 4.6 : En scannant aux micrographes électroniques un agrégat de sol, on peut démontrer la
distribution de particules de sol, de matière organique et microorganismes.
Un sol en santé est la résultante de la diversité de ses composés organiques (types et
persistance relative) et la diversité des organismes du sol. Un sol en santé réalise ses fonctions
de support de la croissance des plantes à travers un relâchement naturel d’éléments nutritifs et
de recyclage.
Objectif de performance 4.6 :
Décrire comment la texture et la structure du sol
influence le comportement des éléments nutritifs.
La plupart des éléments nutritifs essentiels à la croissance des plantes sont des cations. Ceux-ci
sont retenus dans le sol par le processus d’échange cationique. La capacité du sol de maintenir
les éléments nutritifs dans le sol est déterminée en grande mesure par sa CEC laquelle est
presque exclusivement déterminée par le pourcentage d’argile et de matière organique dans le
sol.
4-10
Les interactions sol-plante et la disponibilité des éléments nutritifs
Méthode empirique pour l’Atlantique :
0.4 cmol[+]/kg sol pour chaque 1% d’argile + 2.0 cmol[+]/kg soil
pour chaque 1 % de MO.
Dans ce contexte, la texture du sol est importante. Les sables et les loams sont chimiquement
inertes. Alors, la dynamique de la chimie du sol est presque exclusivement dirigée par le
contenu en argile (< 0.001 mm en diamètre) et la matière organique colloïdale (spécialement
l’humus). La texture et la structure influencent aussi le taux auquel l’eau coule à travers le
sol. Les textures grossières (sables) ou les sols avec une structure bien développée permettra à
l’eau de couler à une vitesse plus rapide. La vitesse à laquelle l’eau coule influence le lessivage
des éléments nutritifs de la zone des racines. Dans les régions humides du monde, où les
précipitations excèdent l’évapotranspiration pendant plusieurs périodes de l’année comme en
Atlantique, il y a un mouvement net vers le bas de l’eau à travers le profil du sol.
Dans les sols qui laissent passer l’eau rapidement, il y a un plus grand potentiel pour que ce
mouvement d’eau vers le bas transporte avec elle des éléments nutritifs. Cette situation est
aggravée par la faible CEC de ces sols à texture grossière. Alors, ces sols sont ordinairement
moins fertiles que les sols de texture moyenne à fine et il y a un plus grand risque d’avoir un
impact sur l’eau souterraine. Il faut prendre certaines précautions dans la gestion des éléments
nutritifs de ces sols pour assurer un impact minimum sur l’eau souterraine. En particulier, des
stratégies doivent être considérées pour minimiser les éléments nutritifs mobiles durant les
périodes de risques élevés de lessivage (printemps et automne).
Objectif de performance 4.7 :
Décrire comment les conditions dans un sol
détrempé influencent le comportement des
éléments nutritifs.
Les sols saturés en eau ou détrempés sont généralement en manque d’oxygène. La croissance
des racines des plantes et leur fonctionnement sont dépendantes d’un approvisionnement
constant en oxygène provenant du sol ; alors, elles souffrent considérablement d’un manque
d’aération du sol. Des plantes en sol détrempé souffriront du manque d’oxygène ou de
l’accumulation des rejets toxiques de la fermentation dans un période de temps relativement
courte, de quelques heures à quelques jours. Les racines des plantes peuvent pousser dans des
zones dépourvues d’oxygène alors que les racines existantes peuvent mourir en quelques
heures seulement si elles manquent d’oxygène.
Puisque la respiration des racines dépend de l’apport d’oxygène, les sols détrempés limiteront
l’absorption par les racines d’éléments nutritifs par transport actif. Des carences en K+
peuvent apparaître dans les sols détrempés même quand ils ont apparemment une
concentration suffisante de K+ pour la croissance normale des plantes. Les autres éléments
nutritifs sont affectés à des moindres degrés.
La plupart des organismes du sol sont aérobies (utilisent l’oxygène pour leur métabolisme) ;
cependant, quelques bactéries sont anaérobies (utilisent des substances autres que l’oxygène
pour leur respiration, telles NO2- et SO42- ). Par la dénitrification, l’activité des
microorganismes aérobies convertit le NO3- -N disponible à la plante en azote gazeux qui est
non disponible à la plante ; ce processus peut faire perdre des quantités significatives d’azote
au sol.
4-11
Les interactions sol-plante et la disponibilité des éléments nutritifs
On doit reconnaître qu’il y a une grande variété d’opportunités dans le sol ; cependant, les
conditions qui sont intéressantes particulièrement sont celles qui peuvent bénéficier à la
croissance de la plante.
Ce qui comprend :
l
l
l
sol en santé avec une aération acceptable ( structure de sol et formation de
macroporosité) ;
absence de compaction ; et
communauté d’organismes diverse et active dans le sol.
Sous ces conditions, la décomposition de la MOS est maximisée et on assiste au relâchement
d’éléments nutritifs qui seront disponibles aux plantes.
Objectif de performance 4.8 :
Expliquer l’influence de la compaction du sol sur
la disponibilité des éléments nutritifs, le
prélèvement des plantes et le ruissellement.
Disponibilité des éléments nutritifs
La compaction du sol n’influence pas directement la disponibilité des éléments nutritifs ; car,
les éléments nutritifs sont disponibles toujours dans la solution du sol même si le sol est
compacté. Cependant, la compaction du sol réduit l’espace qu’occupent les pores en
augmentant la proportion relative des micropores par rapport aux macropores et ainsi,
diminue l’aération adéquate du sol. Cette situation à elle seule dégrade la santé des plantes et
de la rhizosphère car elle diminue l’activité microbienne. Dans des sols compactés, la
dominance des pores plus petits peut réduire aussi la disponibilité de l’eau pour la plante.
L’eau est maintenue dans des pores trop petits ou trop serrées pour que la plante puisse
l’extraire. La compaction des sols a plusieurs effets indirects sur les propriétés physiques,
hydrologiques, chimiques et biologiques du sol. Ceux-ci interagissent pour réduire la santé
générale du sol.
Prélèvements par la plante
La compaction diminue la porosité totale et la disponibilité de l’eau; tous les deux étant
importants pour la rétention et le prélèvement des éléments nutritifs. La compaction influence
indirectement le prélèvement des éléments nutritifs en ayant un effet sur les propriétés
physiques, hydrologiques, biologiques et chimiques de l’environnement du sol. Les racines des
plantes peuvent avoir de la difficulté à pénétrer des sols très compactés et réduisant encore
plus le prélèvement de l’eau et des éléments nutritifs.
Ruissellement
La compaction augmente le ruissellement due à la dégradation de la structure du sol associée
au développement des macropores. Les macropores (> 0.08 mm en diamètre) permettent une
infiltration de l’eau et un drainage par gravité des sols. La compaction ne réduit pas seulement
la porosité totale mais aussi, elle réduit la proportion des macropores et augmentent la
proportion des micropores dans le sol. Ces plus petits pores ne permettent pas l’infiltration
rapide de l’eau; cependant, l’eau à la surface (pluie ou irrigation) s’accumulera et générera un
écoulement et du ruissellement ayant comme conséquence de l’érosion.
4-12
Les interactions sol-plante et la disponibilité des éléments nutritifs
Objectif de performance 4.9 :
Discuter comment les propriétés chimiques,
physiques et biologiques varient avec le paysage.
Il est important de réaliser que les sols varient dans leurs propriétés physiques, chimiques et
biologiques dans l’espace (espace horizontal) aussi bien qu’en profondeur. Quelques relations
entre le paysage du sol sont évidentes à une grande distance (Ex. : les prairies versus les forêts
de conifères) mais des différences similaires peuvent apparaître dans l’espace de l’échelle du
champ.
Les sols varient dans l’espace en réponse aux influences des facteurs de formations du sol
(climat ; organismes/ végétations ; topographie/relief ; matériel parental ; temps). Les
interactions entre ces variables causent des changements dans l’hydrologie interne du sol, le
contenu en matière organique, le matériel parental (spécialement les caractéristiques
particule-taille). Ceci, en retour, influence le relâchement des éléments nutritifs de la
décomposition SOM par l’activité microbienne, le statut de l’eau (environnement d’oxydation
versus réduction) et la capacité de maintenir les éléments nutritifs (CEC : argile et matière
organique).
Une relation commune observée est le modèle trouvé le long d’une pente (Figure 4.7). Les sols
au bas de la pente ont fréquemment des profils plus épais avec plus de matière organique.
L’association des sols faisant partie de la pente se nomme une catena.
4-13
Les interactions sol-plante et la disponibilité des éléments nutritifs
Figure 4.7 : Diagramme montrant la distribution des sols dans un paysage (Michalyna et al.,
1976).
Il est important de comprendre cette distribution des sols et de l’eau dans un paysage car elle
peut être très importante dans la compréhension du potentiel de productivité du sol et leur
impact possible sur l’environnement. C’est un concept fondamental qui est la base de
l’agriculture de « précision » ou la technologie de taux variables. Ces approches visent à
ajuster l’application des éléments nutritifs basés sur la variation de la fertilité et la
productivité potentielle du site. Ces approches commencent à être adoptées en Atlantique. Ce
concept sera discuté à nouveau lors du calcul de l’index phosphore.
4-14
Les interactions sol-plante et la disponibilité des éléments nutritifs
Références :
Dindal, D. 1989. Yard Waste Composting Guide. Michigan Department of Natural Resources.
Havlin, J.L., Beaton, J.D., Tisdale, S.L. and Nelson, W.L. 1999. Soil Fertility and Fertilizers: An Introduction to
Nutrient Management. Sixth Edition. Prentice Hall Canada, Toronto, ON. Pp. 499.
Michalyna, W., Podolsky, G.P. and Gardiner, W. 1976. Soils of the Brandon Region Study Area. Manitoba
Department of Municipal Affairs, Municipal Planning Branch, Winnipeg, MB. 251 pp.
Schulten, H. R. and Schnitzer, M. 1997. Chemical Model Structures for Soil Organic Matter in February issue
of Soil Science.
Contribution
:
Figure 4.6 : de David Burton.
Exemple de questions :
1. Les transformations des éléments nutritifs peuvent avoir pour conséquence sur
les éléments nutritifs :
a. Deviennent moins disponibles pour le prélèvement par la plante
b. Deviennent plus disponibles pour le prélèvement par la plante
c. Soient perdus du sol
d. Soient remis au sol
e. Toutes ces réponses
f. Aucune de ces réponses
2. Une raison pour laquelle l’acidité est un problème pour la production de la
plupart des cultures est que :
a. Il faut que l’aluminium et le manganèse dans le sol soient moins disponibles
b. Il faut que le phosphore soit plus disponible
c. Il réduit généralement l’efficacité des engrais chimiques ajoutés
d. Il faut que les microéléments métalliques soient moins disponibles
e. Il augmente l’activité microbienne
3.
Il y a
a.
b.
c.
d.
e.
une capacité d’échange cationique dans le sol à cause de :
La répulsion électrique entre les colloïdes du sol et les cations
L’attraction électrique entre les colloïdes du sol et les cations
L’hydrolyse causée par certains cations
L’augmentation de la quantité de sels dans le sol
Le fait que la majorité des éléments nutritifs essentiels sont des cations.
4. La fraction active de la matière organique compte largement pour quel bénéfice
de l’ajout de matière organique au sol ?
a. Augmente la CEC
b. Augmente la capacité de rétention de l’eau
c. Augmente l’activité microbiologique
d. Augmente la stabilité des agrégats
e. La c) et la d).
4-15
Les interactions sol-plante et la disponibilité des éléments nutritifs
5. Quel est la CEC du sol qui a 10 % d’argile et 2 % de matière organique ?
a. 24 cmol [+] /kg de sol
b. 16 cmol [+] /kg de sol
c. 14 cmol [+] /kg de sol
d. 12 cmol [+] /kg de sol
e. 8 cmol [+] /kg de sol
6. Un sol
a.
b.
c.
d.
e.
4-16
compacté aura vraisemblablement :
Un échange gazeux élevé
Un contenu élevé en O2 dans la zone des racines
Des macropores connectés
Des micropores non-connectés
La b) et la d).