Fiche de révision : Fonctionnement et écologie des sols

📋 Plan du Cours

1. Matière organique et humification
2. Granulométrie et propriétés des particules
3. Argiles et complexe argilo-humique
4. Eau du sol et disponibilité végétale
5. Air du sol et échanges gazeux
6. Texture, structure et porosité
7. Réserve utile et perméabilité
8. pH et transformations du sol
9. Biodiversité et organismes du sol
10. Mycètes et réseaux trophiques
11. Régimes alimentaires et faune du sol
12. Racines et interactions biologiques

📖 1. Matière organique et humification

🔑 Notions clés & Définitions

• Substances humiques : Substances chimiques stables comprenant les acides fulviques, les acides humiques et les humines, constituant l’humus.

★ À maîtriser

• Les substances humiques contribuent à :
  • la stabilité structurale du sol
  • la rétention des cations
  • la réserve d’éléments minéraux
  • la vie microbienne
  • la détoxication de substances polluantes

📌 La matière organique fraîche (MOF) comprend des produits transformés comme l’amidon, la cellulose, la lignine, les protéines, les graisses et les huiles, tandis que la matière humique (MH) correspond aux produits évolués.

• L’humification est la transformation aérobie de la matière organique fraîche en matière humique.

• La minéralisation transforme complètement la matière organique en matière minérale et libère notamment de l’eau, du CO₂ et de l’ammoniaque.

Compléments

• Les groupements carboxyliques et phénoliques des molécules humiques leur confèrent des propriétés d’échangeurs de cations et d’agents complexants des métaux.

💡 Astuce mémo

MOF transformée en matière humique, puis minéralisée

📖 2. Granulométrie et propriétés des particules

★ À maîtriser

• Les classes de terre fine et leurs diamètres sont :

  • argiles : < 2 µm
  • limons : 2 à 20 µm
  • limons grossiers : 20 à 50 µm
  • sables fins : 50 à 200 µm
  • sables grossiers : 200 µm à 2 mm

• La roche-mère fournit les principaux minéraux hérités du sol, tandis que les processus pédogénétiques détruisent ou modifient certains minéraux et peuvent en former de nouveaux.

Compléments

• Les éléments grossiers comprennent les graviers de 2 à 20 mm, les cailloux de 2 à 7,5 cm, les pierres de 7,5 à 20 cm et les blocs de plus de 20 cm.

• Les minéraux résistants à l’altération peuvent s’accumuler comme minéraux résiduels, alors que les particules de moins de 2 µm peuvent être mobilisées, lessivées ou transloquées vers certains horizons.

• L’intervention de la vie accentue d’un facteur 10 les processus pédogénétiques décrits dans le cours.

• Les éléments grossiers : réduisent la surface d’altération du sol, libèrent des éléments minéraux lors de leur altération, augmentent la perméabilité du sol à l’air et à l’eau, peuvent retenir un peu d’eau

📖 3. Argiles et complexe argilo-humique

🔑 Notions clés & Définitions

• Complexe argilo-humique : Association de l’argile et de l’humus, qui retient les cations et participe à la structure du sol.
• Capacité d’échange en cations : Quantité maximale de cations qu’une masse déterminée de sol d’un horizon donné peut retenir, principalement grâce au complexe argilo-humique.

★ À maîtriser

• L’argile hydrophile fixe l’eau, gonfle et se rétracte selon l’humidité, et contribue à la fertilité en fixant notamment les cations K, Mg et Ca.

Compléments

• Les ions Ca²⁺, Mg²⁺ et Al³⁺ floculent bien les argiles, tandis que les bases libérées des OH⁻ provoquent leur dispersion ou peptisation.

• Le chaulage apporte des ions Ca²⁺ qui favorisent la stabilité structurale du sol et la formation du complexe argilo-humique, sans constituer un fertilisant.

• La formation du complexe argilo-humique est favorisée par :

  • le chaulage
  • les lombrics
  • les sécrétions de la faune du sol
  • la nature de la roche-mère

📖 4. Eau du sol et disponibilité végétale

★ À maîtriser

📌 L’eau gravitaire s’écoule par les macropores vers les horizons profonds après saturation du sol et n’est disponible pour les plantes que pendant quelques heures après une pluie.

📌 L’eau liée aux micropores est retenue par tension superficielle et peut être disponible pour les plantes, tandis que l’eau de constitution des particules hydrophiles et l’eau fortement adsorbée sont non disponibles.

Compléments

• La rétention de l’eau dans les micropores par capillarité est d’autant plus forte que les pores sont petits.

📌 L’adsorption est l’interaction entre une surface et une molécule, tandis que l’absorption est le passage d’une molécule vers l’intérieur d’un compartiment.

• Les forces qui déterminent les mouvements de l’eau du sol sont la gravité, la rétention par adsorption, la rétention capillaire et la succion exercée par les racines.

💡 Astuce mémo

Eau gravitaire : elle s’écoule ; eau capillaire : la plante peut la prélever

📖 5. Air du sol et échanges gazeux

★ À maîtriser

• La phase gazeuse du sol est principalement constituée de diazote et de dioxygène, mais sa composition varie avec la profondeur et les échanges avec les êtres vivants du sol.

Compléments

• Le CO₂ du sol est produit par la respiration et la fermentation des bactéries, des eumycètes et des racines.

• Les bactéries dénitrifiantes, notamment Pseudomonas sp., produisent du N₂O, tandis que les archées méthanogènes produisent du CH₄.

📖 6. Texture, structure et porosité

🔑 Notions clés & Définitions

• Texture du sol : Proportion relative d’argiles, de limons et de sables.
• Structure du sol : Façon dont les particules terreuses sont disposées les unes par rapport aux autres et agrégées.
• Porosité totale : Volume des espaces du sol remplis d’air ou d’eau, exprimé en pourcentage du volume de terre.

★ À maîtriser

📌 Les macropores, de diamètre moyen supérieur à 80 µm, se drainent rapidement et sont souvent colonisés par les vers de terre, tandis que les micropores de 8 à 30 µm retiennent une grande partie de l’eau utilisable par les plantes.

Compléments

• La structure du sol peut évoluer rapidement sous l’effet des pratiques culturales, des contraintes mécaniques, du climat, de la faune et des racines.

• Une structure riche en matière organique et en faune favorise la microporosité, la rétention d’eau et la progression des racines, tandis qu’un sol compact et saturé risque de réduire la phase gazeuse et d’asphyxier les racines.

💡 Astuce mémo

La texture décrit les fractions ; la structure décrit leur agencement

📖 7. Réserve utile et perméabilité

🔑 Notions clés & Définitions

• Capacité au champ : Quantité d’eau restant dans le sol après égouttement de l’eau gravitaire, mobilisable par la plante sous forme d’eau capillaire.
• Point de flétrissement : Teneur en eau à laquelle l’eau du sol n’est plus mobilisable par la plante, qui perd alors sa turgescence et se fane.
• Réserve utile en eau : Quantité d’eau utilisable par la plante, égale à la teneur en eau à la capacité au champ moins celle au point de flétrissement permanent.

★ À maîtriser

📐 Formule - La loi de Darcy présentée dans le cours exprime le débit par $Q = \frac{KSH}{h}$, où Q est le débit, K la perméabilité, S la section de la colonne de sol, H la hauteur de la colonne d’eau et h la hauteur de la colonne de sol.

Compléments

• Pour des sols saturés, la perméabilité K est de 5 à 10 cm/heure dans les sols sableux, de 2 à 5 cm/heure dans les horizons A limoneux et d’environ 1 mm/heure dans les horizons B enrichis en argiles.

📖 8. pH et transformations du sol

★ À maîtriser

📐 Formule - L’oxydation de l’ammonium en nitrate acidifie le sol selon $\mathrm{NH_4^+ + 2 O_2 \rightarrow NO_3^- + H_2O + 2 H^+}$.

• Les carbonates tamponnent l’acidification en fixant les protons, et les espèces végétales présentes ainsi que la disponibilité des nutriments dépendent du pH du sol.

• À pH acide, la disponibilité du phosphore, du calcium et du magnésium diminue, tandis que le fer et l’aluminium deviennent plus disponibles et peuvent être toxiques.

Compléments

• La majorité des sols des milieux tempérés ont un pH compris entre 4,5 et 7,5.

📐 Formule - La respiration des micro-organismes et des racines contribue à l’acidification par la réaction $\mathrm{CO_2 + H_2O \leftrightarrow H^+ + HCO_3^-}$.

• L’apport régulier d’engrais azotés enrichis en NH₄⁺ contribue à l’acidification des sols cultivés.

💡 Astuce mémo

Respiration et nitrification libèrent des H⁺ → acidification du sol

📖 9. Biodiversité et organismes du sol

★ À maîtriser

• Les organismes du sol sont plus abondants dans les horizons supérieurs, plus riches en matière organique.

• La microfaune mesure moins de 0,2 mm, la mésofaune de 0,2 à 4 mm, la macrofaune de 4 à 100 mm et la mégafaune plus de 100 mm.

Compléments

• Le cours cite parmi les organismes du sol :

  • macrofaune : lombrics, cloportes, myriapodes, escargots et limaces
  • mésofaune : acariens et collemboles
  • microfaune : bactéries, mycètes, amibes et ciliés

• La biodiversité du sol dépend de ses caractéristiques physiques et des interactions entre organismes, notamment la compétition, la symbiose et la prédation.

• Selon Labius, 1977, la densité et la biomasse par m² sont de 10⁶ à 10⁹ individus et 0,2 à 2,0 g pour la microfaune, de 10⁴ à 10⁶ et 0,2 à 1 g pour la mésofaune, de 10² à 10⁴ et 0,5 à 2,0 g pour la macrofaune, et de 1 à 10 et 0,02 à 0,2 g pour la mégafaune.

📖 10. Mycètes et réseaux trophiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Mycélium : Appareil végétatif filamenteux des mycètes, constitué d’hyphes.
• Producteur primaire : Organisme autotrophe qui convertit la matière minérale en matière organique et permet l’entrée de matière et d’énergie dans la biosphère.
• Producteur secondaire : Organisme hétérotrophe qui se nourrit de producteurs primaires ou d’autres producteurs secondaires.
• Plectenchyme : Ensemble de filaments mycéliens soudés ou étroitement enchevêtrés.

★ À maîtriser

• Les mycètes saprotrophes se nourrissent de matière organique morte par exodigestion et absorption, et sont les seuls organismes du cours capables d’hydrolyser la lignine.

• Les mycètes ont trois modes de vie cités :

  • saprotrophe
  • symbiotique, comme les mycorhizes
  • parasite, notamment des racines des plantes

Compléments

• Les mycètes dégradent notamment la cellulose, les protéines et les tanins associés aux feuilles mortes et contribuent au recyclage du carbone et de l’azote par minéralisation.

📖 11. Régimes alimentaires et faune du sol

🔑 Notions clés & Définitions

• Décomposeur : Organisme qui se nourrit de déchets issus d’autres organismes et contribue à fragmenter, minéraliser et recycler la matière organique.
• Nécromasse : Masse de l’ensemble des matières organiques mortes en décomposition.

★ À maîtriser

• Les détritivores fragmentent généralement la matière biologique morte en décomposition, notamment les excréments, les cadavres et les feuilles mortes.

• Les catégories de détritivores citées sont :

  • xylosaprophages : consommateurs de bois mort
  • phytosaprophages : consommateurs de feuilles mortes
  • nécrophages : consommateurs de cadavres
  • coprophages : consommateurs d’excréments

Compléments

• Les organismes phytophages consomment des végétaux, les carnassiers prédatent d’autres animaux du sol et les polyphages ont un régime alimentaire varié dépendant des circonstances ou des ressources disponibles.

• Les carabes se nourrissent de pseudoscorpions, de collemboles et de lombrics, tandis que les pseudoscorpions prédatent les collemboles.

📖 12. Racines et interactions biologiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Nodosité : Structure racinaire formée à la suite de l’infection des cellules des racines de Fabacées par des bactéries du genre Rhizobium.

★ À maîtriser

• Une plante adulte fixée exploite l’atmosphère pour prélever ou rejeter O₂ et CO₂, et le sol pour prélever l’eau et les ions minéraux.

Compléments

• La compétition entre végétaux pour l’eau ou les minéraux peut prendre la forme d’interférences négatives, notamment par émission de substances relevant de l’antibiose ou de l’allélopathie.

• La proximité d’un arbre peut réduire l’installation de jeunes arbres de la même espèce, notamment parce que parasites et phytophages spécifiques y sont plus abondants.

📊 Tableaux de synthèse

Texture et propriétés du sol