Les nombreux mystères de la matière organique du sol

La matière organique est probablement la plus importante composante du sol. Dans le cas de n'importe quel problème associé au sol, la matière organique semble être la solution. La structure du sol est dégradée? Il faut de la matière organique. L'eau s'infiltre mal, la capacité de rétention d'eau est faible? Ajouter de la matière organique. Le sol est pauvre en éléments nutritifs? Ajouter de la matière organique. Changements climatiques? Il faut remettre du carbone (c.-à-d. de la matière organique) dans le sol, là où il appartient ! Alors, voyons d'un peu plus près comment tout cela fonctionne.

On en encore beaucoup à apprendre sur la dynamique du carbone dans le sol. Il serait beaucoup trop long d'examiner en profondeur tous les facteurs qui jouent un rôle dans le processus. Cet article et ceux qui suivront visent plutôt à traiter de certaines idées fausses qui circulent à ce sujet, ainsi que de récentes recherches susceptibles d'intéresser ceux qui se préoccupent du carbone du sol.

On a longtemps cru que la teneur en carbone organique du sol correspondait à l'humus, soit le résultat d'une synthèse secondaire de la matière végétale en décomposition en structures chimiques tellement complexes qu'elles étaient difficilement dégradables, ou que les scientifiques qualifiaient de « récalcitrantes ». Toutefois, depuis les 20 dernières années, des percées dans les techniques analytiques ont permis de montrer que l'humus, selon sa définition traditionnelle en science du sol, n'existe pas dans le sol comme tel, mais qu'il est le résultat d'un processus d'extraction chimique réalisé en laboratoire (Lehmann et al., 2008; Lehmann et Kleber, 2015; Schmidt et al., 2011). Cette découverte a ébranlé la communauté scientifique, ce qui a incité les chercheurs en sol à se mettre en quête d'un nouveau cadre pour expliquer les mécanismes de stabilisation du carbone du sol qui sont en jeu dans le phénomène.

Vous vous dites peut-être : « Oui, tout cela est fascinant, mais en quoi est-ce que ça me concerne, moi et ma ferme? »

L'un des mécanismes les plus reconnus associés à l'accumulation du carbone organique dans le sol est la protection physique procurée par ce qu'on appelle l'occlusion. En fait, c'est une manière scientifique de dire que la matière organique est rendue inaccessible à des microorganismes affamés qui seraient autrement pleinement en mesure de la décomposer. Ce phénomène se produit en raison du processus d'agrégation du sol (figure 1). C'est ici qu'on arrive à la question de la gestion du sol à la ferme, car l'agrégation dépend en grande partie des pratiques culturales (figure 2).Figure 1. Agrégats du sol et durée correspondante du stockage de carbone organique du sol (Tivet et al., 2013)

Figure 1. Agrégats du sol et durée correspondante du stockage de carbone organique du sol (Tivet et al., 2013)Effets des pratiques culturales sur l'agrégation du sol et les stocks de carbone organique du sol. (Tivet et al., 2013)

Figure 2. Effets des pratiques culturales sur l'agrégation du sol et les stocks de carbone organique du sol. (Tivet et al., 2013)

L'occlusion et la protection à long terme (décennies ou siècles) de la matière organique du sol se produisent presque uniquement avec les microagrégats. Les macroagrégats y contribuent aussi, mais ils conservent le carbone organique du sol pendant quelques décennies tout au plus (von Lutzow et al., 2006). On reconnait généralement que les microagrégats sont retenus ensemble par l'action et les sous-produits des hyphes fongiques et des racines de végétaux et forment ainsi des macroagrégats, mais on savait moins qu'au sein des macroagrégats stabilisés, de nouveaux microagrégats se forment et protègent physiquement la matière organique à l'intérieur de leur structure (Six et al., 2000). Le fait de remanier le sol (par le travail du sol, par exemple) détruit les macroagrégats, ce qui altère ce processus majeur. Réduire au minimum les perturbations du sol constitue la première étape pour augmenter la teneur du sol en matière organique.

Cependant, comme bon nombre de producteurs qui pratiquent le semis direct depuis longtemps le savent, le fait de ne plus travailler le sol ne suffit pas en soi pour augmenter la teneur en matière organique d'un sol. Il faut en ajouter. En effet, la formation d'agrégats et la matière organique qu'ils contiennent dépendent grandement des microorganismes du sol et de leurs sous-produits et ces derniers ont besoin de se nourrir.

On ne peut pas concevoir la dynamique des sols sans tenir compte des végétaux. Les plantes sont la voie d'entrée principale du carbone dans le sol, et une grande partie de ce carbone circule à travers les exsudats racinaires. Ces derniers sont des composés relativement simples qui sont utilisés par les microorganismes autour des racines des plantes dans la zone appelée rhizosphère. Des travaux récents ont montré que les racines des végétaux riches en composés solubles exercent un effet positif sur les macroagrégats qui sont stables dans l'eau, probablement surtout par la stimulation des microorganismes du sol (Poirier et al, 2017). Les microorganismes peuvent transformer ces composés simples en carbone, dont de nombreuses formes se retrouvent dans le sol (Kallenbach et al., 2016). C'est l'une des raisons pourquoi on s'intéresse beaucoup ces derniers temps à favoriser la présence de racines vivantes dans le sol.

La question devient alors :« Quelles sont les cultures à produire pour améliorer l'agrégation du sol? » Cette question nous oriente vers un domaine de recherche fascinant et en plein essor qui est celui des caractéristiques fonctionnelles des racines, concernant la texture, la physiologie, les réactions chimiques et les processus de symbiose des racines de même que tout ce qui touche les mécanismes qui ont un effet sur le complexe plantes/racines. Tout comme la dynamique du carbone, on en a encore beaucoup à apprendre, et dans le cas de bon nombre d'espèces, les caractéristiques des racines n'ont pas encore été établies. À cela il faut ajouter les différences qui peuvent exister entre les cultivars; nous sommes donc loin d'avoir un portrait complet du phénomène, mais voici quand même certains points utiles à connaître.

Les microorganismes associés aux racines jouent un rôle primordial dans le processus d'agrégation. Les mycorhizes favorisent la formation de microagrégats en produisant des substances adhésives et liantes et leur réseau d'hyphes permet de regrouper les microagrégats et les plus grosses particules de sol en macroagrégats.

Les légumineuses (et surtout leurs partenaires rhizobiens) favorisent l'agrégation par la production d'agents liants. Ce phénomène est plus prononcé dans les sols pauvres en matière organique (Tisdall et Oades, 1982), ce qui explique pourquoi la formation de macroagrégats est davantage améliorée dans le sous-sol que dans la couche supérieure du sol dans les cultures fourragères constituées de légumineuses (Sainju et al., 2003).

Habituellement, toutefois, la texture des racines de légumineuses est moins fibreuse que celle des graminées, lesquelles sont associées à une plus grande agrégation dans la couche supérieure du sol (Angers et Caron, 1998). Ainsi, la densité des racines (longueur des racines par volume de sol) de ray-grass est élevée et Materechera et al. (1992) ont observé que les microagrégats du sol enrichis de carbone organique sont plus vigoureux, plus denses et plus stables que dans le cas des pois et du blé. La densité des racines de phacélie est très élevée près de la surface, ce qui pourrait expliquer pourquoi elle est très bénéfique pour la structure de la couche supérieure du sol. La densité des racines de seigle est également élevée, presque le double de celle de la vesce, et celle des moutardes se situe entre les deux (Bodner et al., 2009). La densité des racines est liée au diamètre des racines; d'autres essais ont permis de constater que l'effet positif de bon nombre de radicelles est plus marqué dans les sols pauvres en matière organique.

Il reste encore beaucoup de mystères à élucider en ce qui a trait à la matière organique du sol. Les comportements des racines des cultures utilisées dans les systèmes culturaux représentent une pièce importante du casse-tête. À mesure que la recherche dans ce domaine progresse, nous devrions être en mesure d'utiliser ce type d'information pour prendre de meilleures décisions concernant les cultures commerciales ou les cultures de couverture à inclure dans les rotations et nous permettre d'atteindre nos objectifs en matière de gestion du sol. L'avenir s'annonce prometteur. Restez à l'affût !

Pour une liste complète des références, consulter le présent article sur le site de FieldCropNews.com.


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