La mise en place d’une démarche de progrès pour améliorer la fertilité du sol est essentielle pour augmenter la rentabilité des systèmes agricoles et obtenir des récoltes plus abondantes et de meilleure qualité. En ce sens, une attention particulière doit être portée au développement de la matière organique, véritable clé de voûte de la fertilité. Mais au juste, de quoi se compose la matière organique du sol ? Quels sont ses rôles ? Comment évolue-t-elle dans le sol ? Quels sont les indicateurs de suivi ? Quelles techniques culturales contribuent à augmenter son stock ? Autant de questions auxquelles cet article apporte une réponse.
I. NATURE ET COMPARTIMENTS DE LA MATIÈRE ORGANIQUE DANS LE SOL
La matière organique du sol est un mélange complexe de matières carbonées d’origine animale ou végétale, vivantes ou mortes en cours de décomposition, transformées ou non.
Dans le sol, elle représente, en règle générale, de 1 à 10 % des constituants. La figure ci-après montre comment se construisent les grands ensembles.
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La matière organique du sol se répartit en 4 grands compartiments :
a. La matière organique vivante
Elle englobe les racines des plantes, les vers de terres, les bactéries, les champignons,... : plus globalement, la faune, la flore et la micro-flore du sol.
Sa fonction est la transformation des éléments du sol.
b. La matière organique fraîche
Elle est constituée, entre autres, de débris végétaux, d’exsudats racinaires, de déjections animales, de biomasse animale en décomposition. Elle est une ressource énergétique importante pour la vie du sol et sa décomposition permet de libérer une quantité importante de minéraux.
En ce sens, la matière organique fraîche contribue à soutenir la fertilité minérale et la fertilité biologique du sol.
c. La matière organique transitoire
Elle est constituée de matière organique en cours d’évolution. L’ensemble de ces composés agit sur tous les compartiments de la fertilité du sol :
1. La fertilité physique, dans la mesure où ils contribuent à améliorer la structure du sol,
2. La fertilité minérale, car la minéralisation de la matière organique transitoire remet en circulation des éléments minéraux,
3. La fertilité biologique, puisque cette partie de la matière organique constitue une ressource énergétique pour la vie du sol.
d. La matière organique humifiée ou humus brut
Elle est constituée de molécules très stables formées suite à des transformations complexes de résidus organiques. En conséquence, elle joue un rôle très important sur la fertilité physique du sol.
Sa minéralisation sous l’action de la microflore du sol se traduit par la libération importante d’éléments minéraux. En ce sens, la matière organique humifiée contribue aussi à soutenir la fertilité minérale du sol.
Les infographies suivantes montre l’importance relative de chaque ensemble de la matière organique du sol et donne aussi quelques ordres de grandeur moyens pour un sol maraîcher.
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II. RÔLES DE LA MATIÈRE ORGANIQUE DU SOL
Le schéma ci-contre montre dans quelle mesure la matière organique du sol est la clé de voûte de sa fertilité.
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En conséquence, les rôles de la matière organique sont multiples sur l’ensemble des trois volets (physique, minéral et biologique).
A. Matière organique et fertilité physique du sol
Une fois au sol, la matière organique s’encapsule avec les argiles, ce phénomène permet une meilleure protection réciproque des deux composantes. Cette « solidification » du complexe argile-humique engendre de nombreux effets positifs sur le sol et sur la plante :
1. Amélioration de la structure du sol
Il en découle :
Une facilité d’enracinement des plantes,
Une meilleure portance et une moindre compaction du sol,
Une diminution de la battance du sol,
Une meilleure stabilité des agrégats du sol. Cette stabilité est aussi améliorée sous l’effet de l’activité des micro-organismes du sol qui engendre la production de composés organiques qui contribuent à coller les particules de sol entre elles.
2. Amélioration de la porosité du sol
Les conséquences positives sont multiples :
Une meilleure infiltration de l’eau dans le sol,
Une meilleure circulation de l’eau et de l’air dans le sol (idéalement eau et air se partagent le volume laissé libre par les agrégats du sol),
Une diminution du ruissellement et de l’érosion,
Une meilleure germination des graines et levée des cultures grâce à une meilleure répartition de l’humidité dans le sol,
Un meilleur fonctionnement de la vie du sol.
3. Réchauffement du sol grâce à une coloration plus sombre.
B. Matière organique et fertilité minérale du sol
Là encore, du point de vue de la fertilité du sol, les rôles de la matière organique sont multiples :
1. Rétention de l’eau et des nutriments du sol
2. Échange d’éléments nutritifs avec la plante
3. Amélioration de la CEC
La matière organique du sol a une grande capacité de fixation : 1500 à 2500 meq/kg soit plus de 10 fois celle de la kaolinite, 150 meq/kg.
4. Effet tampon sur le pH
5. Effet améliorant du potentiel électrique du sol
L’apport d’une grande quantité d’électrons portés par la matière organique contribue à limiter les phénomènes d’oxydation du sol. Le fonctionnement du sol s’en trouve amélioré, les éléments minéraux sont plus disponibles et le fonctionnement physiologique de la plante est meilleur !
6. Rétention des polluants organiques et métaux lourds
Cette capacité permet une amélioration de la qualité de l’eau et de la qualité des produits de récolte.
C. Matière organique et fertilité biologique du sol
La matière organique est un important réservoir d’éléments nutritifs (C, N, P, S,…) pour les organismes du sol (plante et autre organismes). Ses rôles vis à vis de la biologie du sol se déclinent de différentes façons :
1. Stimulation de l’activité des organismes du sol
La quasi totalité des organismes du sol sont hétérotrophes du point de vue du carbone.
2. Croissance soutenue de la plante
3. Entretien d’une plus grande diversité de micro-organismes
4. Protection des micro-organismes grâce à la formation de micro-habitats dans le sol
5. Stockage de carbone dans le sol
III. CYCLE DE LA MATIÈRE ORGANIQUE ET PROCESSUS DE TRANSFORMATION
Le schéma suivant montre les voies de transformation de la matière organique du sol dans leur ensemble.
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1. À l’origine, la matière organique du sol est issue du CO2 capté par les plantes dans l’atmosphère et transformé grâce au mécanisme de la photosynthèse.
Cette matière organique est ensuite « restituée » au sol en deux temps :
a. D’abord, lors du processus de rhizodéposition, sous forme d’exsudats racinaires, b. Ensuite, à la fin du cycle du végétal, lors de la restitution de l’appareil végétatif de la plante au sol.
À cette matière organique fraîche, s’ajoutent les organismes du sol intégralement restitués au sol à la fin de leur cycle de vie ou les apports organiques (fumiers,…)
2. Une fois au sol, la matière organique est décomposée physiquement en fragments plus petit sous l’action des organismes du sol : c’est la décomposition.
3. Les particules réduites constituent une ressource énergétique pour les organismes du sol. Ils les consomment en partie pour continuer leur croissance : c’est la réorganisation.
M1. Les composés les plus solubles sont minéralisés sous l’action des organismes du sol : c’est la minéralisation primaire. Ce processus est rapide.
Le pool d’ions ainsi créé (CO2, H+, NH4+, Ca++,…) suit plusieurs voies :
a. Une partie retourne dans l’atmosphère : c’est notamment le cas du CO2,
b. Une autre est absorbée par la plante,
c. Une autre est fixée par le complexe argilo-humique,
d. Une partie est perdue par lessivage,
e. Enfin, une dernière partie est fixée par les micro-organismes du sol.
4. À la mort des micro-organismes, une partie de leur organisme reste fortement liée aux matières minérales préalablement fixées et devient insoluble : c’est l’humification par néo-synthèse microbienne.
5. Certaines composés organiques sont difficiles à dégrader et évoluent peu. Ils sont mélangés à la partie minérale du sol sous l’action des organismes du sol comme les vers de terre : c’est l’humification par héritage.
6. Après l’étape initiale de décomposition, certain composés organiques subissent tout une série de transformation (notamment polymérisation) pour donner de très grosses molécules : c’est l’humification par insolubilisation.
M2. L’humus brut subit l’action de micro-organismes tels que les champignons ou les bactéries. Ce processus aboutit à libération de quantités importantes de minéraux : c’est la minéralisation secondaire.
À noter que la minéralisation secondaire comme primaire reste sous l’influence de plusieurs paramètres :
a. Facteurs favorables à la minéralisation :
Température du sol,
Travail du sol.
b. Facteurs défavorables à la minéralisation :
PH bas du sol,
Engorgement du sol,
Concentration élevée en aluminium,
Teneur et nature des argiles,
Teneur élevée en calcium et en magnésium,
Teneur en calcaire actif,
Tassement du sol,
Carence en azote et en phosphore.
IV. LA VIE DU SOL, GRANDE ARTISANE DE LA TRANSFORMATION DE LA MATIÈRE ORGANIQUE DU SOL
La vie du sol est composée d’un très grand nombre d’organismes vivants. Ils sont répartis en 4 grandes catégories en fonction de leur taille comme le montre le schéma suivant.
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Tous les organismes ont une action directe sur la transformation de la matière organique du sol comme le synthétise le tableau ci-après.
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En reprenant les différents processus de transformation de la matière organique, l’infographie suivante montre quels organismes interviennent à chaque étape.
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V. INDICATEURS ET MESURE DE LA MATIÈRE ORGANIQUE DU SOL
Le suivi de la matière organique du sol est essentiel pour permettre la mise en place de démarche de progrès afin d’augmenter progressivement la fertilité du sol. Voyons dès à présent quels sont les indicateurs de suivi et comment les mesurer.
A. Le taux de matière organique
Les chapitres précédents ont permis de voir combien la matière organique est importante pour le fonctionnement global du sol.
Techniquement, la quantité de matière organique d'un échantillon de sol est déterminée en mesurant la masse de carbone présent. Le chiffre obtenu est ensuite multiplié par 1,72 pour estimer le taux de matière organique global.
Il est difficile de dire quel est le taux de matière organique idéal tant les situations sont variées. Il est vrai malgré tout que plus le sol est argileux, plus le taux minimum doit être élevé. Le calcul d'un taux seuil sera d'autant plus précis que le taux d'argile est communiqué dans l'analyse de sol.
1. En l'absence d'indication du taux d'argile
Dans cette situation, les bonnes zones de valeur sont déterminées au regard de la texture dominante.
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Si les seuils indiqués pour les sables ou les limons sont assez proches de la réalité à obtenir, celui pour les argiles sera certainement trop faible dès lors que le taux d'argile sera bien au-dessus de 20%.
2. Une réponse plus précise grâce au rapport MO/argile
Les travaux de Pascal BOIVIN, agronome suisse, et de son équipe ont permis d'établir une relation assez bonne entre l'état structural du sol (évalué à partir du test bêche) et l'équilibre entre argile et matière organique.
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En ce sens, la structure du sol devient intéressante dès lors que le rapport MO%/Argiles% est supérieur à 0,17.
B. La teneur en azote total
L’azote du sol est essentiellement sous forme organique comme le schématise l’infographie ci-contre. La détermination de sa teneur permet de calculer le rapport C/N.
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La partie soluble, sous forme ammonium et nitrate, correspond au reliquat azoté. Cette information est utile pour ajuster les pratiques de fertilisation. Le reliquat azoté varie dans l'année en fonction de plusieurs facteurs : l'importance de la pluviométrie, le type de sol, les pratiques d'apport d'amendements organiques et minéraux, ou encore, la présence de couverts intermédiaires (qui ont la capacité de retenir les éléments dans l'horizon de culture). En conséquence, sa valeur sera variable en fonction du moment où le prélèvement de l'échantillon de terre est effectué.
C. Le rapport C/N
Cet indicateur permet de mieux connaître le comportement du sol vis à vis de la matière organique. Idéalement, ce rapport doit être compris entre 9 et 11 dans un intervalle de pH entre 6,2 et 6,8. Une valeur supérieure traduit une accumulation de carbone dans le sol, et une valeur inférieur, une consommation.
Cet indicateur n’est toutefois pas suffisamment pour décider d’une politique de gestion des matières organiques pour une parcelle.
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À noter qu’un rapport C/N élevé peut s'expliquer de 2 façons :
1. Des apports de matière organique fraîche avec un C/N élevé ont été réalisés récemment,
2. Plusieurs conditions du milieu sont défavorables à un bon fonctionnement de la vie du sol et à une dégradation du carbone (température basse, sol engorgé, compaction du sol, pH bas < 5,5,….).
D. Le coefficient de minéralisation de la matière organique K2
Le sol contient un stock plus ou moins important de matière organique. Chaque année, ce stock est consommé peu à peu par les organismes du sol, qui se nourrissent essentiellement de carbone. Le calcul du coefficient de minéralisation K2 permet justement d’évaluer ce niveau de consommation.
À l'échelle du territoire français, deux formules de calcul existent : le choix entre l'une ou l'autre dépend de la localisation géographique de la parcelle. Les facteurs sont variables de l'une à l'autre.
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L'infographie ci-contre présente la zone optimale pour cet indicateur.
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Si son calcul est absent de l'analyse de sol, il peut être directement réalisé en cliquant ici.
E. Le bilan humique pour mesurer évolution de la matière organique dans le sol
Le bilan humique est une démarche importante pour vérifier si les apports de carbone au sol sous différentes formes (résidus de culture, couvert végétaux ou effluents organiques) suffisent à compenser les pertes. Si le bilan humique est négatif, le taux de matière organique baisse peu à peu, la vie du sol est affectée négativement, la nutrition de la plante est moins bonne, la structure du sol est plus compacte. Dans le cas contraire, c'est un cycle vertueux qui se met en place.
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Le résultat du bilan humique est exprimé en T ou kg de carbone/ha.
Si cet indicateur est absent de l'analyse de sol, son calcul peut être effectué en cliquant ici.
F. La fraction granulométrique de la matière organique
Le projet Microbioterre a apporté un éclairage intéressant sur les indicateurs pertinents de la matière organique du sol. Les indicateurs physico-chimiques liés à la transformation de la matière organique sont les suivants :
Carbone organique total
Carbone organique stable (fraction 0-50 microns)
Carbone organique particulaire (fraction 50-200 microns, 200-2000 microns, 50-2000 microns, carbone labile facilement minéralisable)
Azote total
Azote stable (fraction 0-50 microns)
Azote labile (fraction 50-200 microns, 50-2000 microns)
Le tableau ci-contre explicite la signification de chacun.
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Le tableau suivant montre les ordres de grandeurs pour les sols.
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G. La biomasse du sol
1. Quantification de la microflore et de la micro faune du sol
Pour caractériser la micro faune et la microflore du sol, le projet Microbioterre a identifié les indicateurs pertinents suivants :
Mesure du carbone microbien
Celle de l’ARN 18 S
La quantification du carbone microbien permet d’évaluer la quantité de carbone contenu dans les bactéries, les champignons et les protozoaires du sol : il est le reflet de carbone "vivant" du sol.
Quant à la détermination du nombre d’ARN 18S, elle est utile pour mesurer la quantité de champignons dans le sol.
Il est aussi possible d’évaluer la quantité d’ARN 16S pour estimer la population de bactéries.
2. Quantification de la mésofaune et de la mégafaune du sol
Pour la mésofaune et la mégafaune, le comptage direct est la meilleure méthode pour quantifier les populations d’organisme. Plusieurs techniques existent. Voici quelques techniques importantes.
a. Comptage direct des vers de terre et des nématodes
Les vers de terre sont de grand artisans de la fertilité du sol tant leurs rôles sont nombreux. Il existe 3 grandes catégories de vers de terre : les épigés, les endogés et les anéciques .
La vidéo ci-contre montre comment réaliser le comptage des vers de terre.
Les nématodes sont aussi des organismes importants de la vie du sol tant elles interviennent à plusieurs niveaux de la chaîne trophique (nématodes phytophages, bactérivores, fongivores, prédateurs). La méthode la plus efficace pour une quantification précise reste l’analyse biologique du sol.
b. La planche à invertébrés
La planche à invertébrés permet d’évaluer les populations d’organismes tels que les carabes, les staphylins, les araignées,…
La vidéo suivante montre comment procéder.
c. Pot Barber
Cette méthode consiste à mesurer les populations d’invertébrés (notamment carabes) au moyen d’un pot placé dans un trou effectué dans le sol.
La vidéo suivante explique comment mettre en place la méthode étape par étape.
L’infographie suivante résume les différents indicateurs de la matière organique du sol et leur méthode de détermination.
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IV. LES PRATIQUES FAVORABLES POUR AUGMENTER LA MATIÈRE ORGANIQUE DANS LE SOL
Trois solutions sont possibles pour augmenter le stock de matière organique dans le sol :
a. Diminuer les pertes par minéralisation,
b. Augmenter les apports,
c. Jouer sur les deux volets en même temps.
Voici un éventail de techniques intéressantes dans chacun des cas :
a. Pratiques d’atténuation des pertes par minéralisation
Semis direct.
b. Pratiques d’augmentation des apports de matière organique
Apport direct d’amendements organiques (fumiers, compost, lisiers, BRF,…),
Obtenir des cultures saines et productives pour intensification le processus de photosynthèse,
Mise en place de cultures intermédiaires,
Intensification des prairies.
c. Pratiques d’atténuation des pertes et d’augmentation des apports
Rallongement de la durée des prairies,
Introduction de haies sur des champs cultivés,
Introduction de haies sur des prairies,
Agroforesterie,
Enherbement des cultures pérennes (vignes, vergers),
Mise en place de bandes enherbées.
L’infographie suivante montre l’efficacité comparée de la plupart de ces pratiques vis à vis du stockage de carbone dans le sol.
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Concernant les effets positifs de l’augmentation de matière organique dans le sol, ils seront perceptibles assez rapidement sur la battance, dès que la concentration augmentera dans les premiers centimètres du sol. Pour les autres effets, leur constat s’inscrit surtout dans la durée dans la mesure où ils deviendront vraiment perceptibles seulement à partir du moment où le taux de MO aura augmenté d’au moins 0,5 point dans les 25-30 premiers centimètres, soit à un horizon de 5 à 10 ans dans la plupart des cas.
La considération de la matière organique est indispensable pour améliorer la fertilité du sol. Si vous souhaitez aller plus loin sur ce sujet, vous pouvez découvrir le programme complet de notre formation en cliquant sur le bouton ci-contre :
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Au plaisir de vous retrouver pour nos prochains articles !
A bientôt !
Raphaël de TERREOM
Liens utiles :
Chambre d’Agriculture d’Occitane - Les matières organiques du sol - https://occitanie.chambre-agriculture.fr/fileadmin/user_upload/National/FAL_commun/publications/Occitanie/GuidePO_Tome1_chapitre_2.pdf
Xavier SALDUCCI - Rencontres MSV 2017 - Matières organiques - https://www.youtube.com/watch?v=2paPPbDQJAI
Pascal BOIVIN - Le rôle du carbone en agriculture - https://www.youtube.com/watch?v=917z47-UgzA&list=PL-rKfI2fHaALyyq0aEwET1D9Kg69qw5sm&index=1&t=1552s
Chambre d’Agriculture d’Occitanie - Les matières organiques du sol - https://occitanie.chambre-agriculture.fr/fileadmin/user_upload/National/FAL_commun/publications/Occitanie/GuidePO_Tome1_chapitre_2.pdf
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