L'augmentation de l'efficacité de la fertilité du sol est d'une importance capitale pour toute exploitation agricole. Les sols renferment une quantité considérable de nutriments essentiels, stockés dans l'humus, les résidus organiques d'origine végétale, et sous forme de composés minéraux. Comprendre le comportement des engrais organiques dans cet écosystème complexe est fondamental pour optimiser les rendements et assurer la durabilité des pratiques agricoles.
Les Réserves Naturelles de Nutriments dans les Sols
Les sols sont des réservoirs naturels de nutriments. L'humus, produit de la décomposition de la matière organique, est particulièrement riche en azote. En moyenne, l'azote représente 5 à 6 % de la composition de l'humus, tandis qu'une petite fraction est présente sous forme de composés minéraux. Le phosphore, quant à lui, se retrouve en partie sous forme organique. Par exemple, dans les sols podzoliques, le phosphore organique constitue 20 à 25 % de la quantité totale, et dans les chernozems, ce chiffre atteint environ 50 %. Le potassium, principalement sous forme minérale, est présent en quantités substantielles, avec des réserves brutes pouvant atteindre 60 à 80 tonnes par hectare de K₂O.
Pour illustrer l'importance de ces réserves, une récolte de blé de 20 quintaux par hectare consomme environ 40 à 60 kg d'azote, 20 à 25 kg de phosphore et 28 à 30 kg de potassium. Les réserves d'une couche de 20 cm de chernozems suffiraient ainsi à soutenir un tel rendement pendant 170 à 230 ans. Les podzols et sols gris offrent des durées de 60 à 75 ans pour cette même couche. En considérant une couche d'un mètre, les podzols et sols gris pourraient fournir de l'azote pour 130 à 150 ans, tandis que les chernozems pourraient le faire pendant 500 à 700 ans, et les terres drainées jusqu'à 2500 à 2800 ans. Les réserves de phosphore et de potassium minéral se chiffrent sur des périodes encore plus longues.
Outre les réserves intrinsèques du sol, les résidus végétaux, tels que les racines et les résidus de culture, contiennent également de l'azote, du phosphore, du potassium et d'autres éléments nutritifs. Bien que leur concentration soit relativement faible, leur décomposition rapide en composés assimilables par les plantes est un atout majeur. L'activation de la transformation de l'humus et des résidus végétaux par un travail du sol et des technologies agricoles appropriées est donc un facteur clé pour l'augmentation des rendements.
La Matière Organique du Sol : Composition et Transformation
La matière organique du sol provient de diverses sources : résidus végétaux, micro-organismes, fumier et composts. Chimiquement, ces matériaux sont composés de glucides, de lignine, de composés azotés (protéines, acides aminés), de graisses, de résines, de cires, et de substances minérales provenant des cendres végétales.
Au sein du sol, ces résidus subissent des processus de transformation complexes. Ils peuvent être décomposés en composés simples (eau, CO₂, ammoniac, acide nitrique) ou se transformer en formes de matière organique plus stables et inertes. L'étude de la composition et de la nature de l'humus, initiée par des pionniers comme Sprengel, Berzelius et Mulder, a révélé la complexité de ces composés organiques de haut poids moléculaire.
V. R. Williams a distingué trois groupes d'acides organiques de l'humus, basés sur leur origine biologique :
- Acides humiques (noirs) : formés par des bactéries aérobies.
- Acides ulmiques (bruns) : formés par des bactéries anaérobies.
- Acides créniques ou fulviques (incolores) : synthétisés par des champignons, pouvant se transformer en acides apocréniques.
Le processus de formation de l'humus est un équilibre dynamique entre la décomposition de la matière organique et la synthèse de nouveaux composés, largement sous l'action enzymatique des micro-organismes du sol. La matière organique du sol est aujourd'hui comprise comme un complexe très diversifié, incluant :
- Les substances organiques de restes non décomposés.
- Les substances organiques de micro-organismes vivants et morts.
- Les produits de décomposition intermédiaires.
- Les substances humiques et les bitumes.
Les substances humiques, caractérisées par leur couleur foncée et leur solubilité dans les alcalis, sont des acides carboxyliques de haut poids moléculaire. Leur résistance à l'hydrolyse acide les distingue de la lignine. La proportion de substances humiques varie selon les types de sols, étant plus faible dans les sols podzoliques acides (45-50%) et plus élevée dans les chernozems et sols de tourbière (70-90%). Ces substances humiques se subdivisent en :
- Substances humiques insolubles dans les alcalis.
- Acides humiques, solubles dans les alcalis mais insolubles dans l'alcool.
- Acide hématomélanique, soluble dans l'alcool.
L'azote dans l'humus représente en moyenne 5 %, dont une petite partie est soluble dans l'eau. Une fraction significative est libérée lors de l'hydrolyse acide sous forme d'acides aminés et d'amides. L'acide humique du sol est composé de carbone (environ 58,8 %), d'oxygène (36,1 %), d'hydrogène (5,1 %) et d'azote (3,5-4 %).
Les substances non humiques incluent la lignine, la cellulose, l'hémicellulose et les protéines. La teneur en lignine dans les sols minéraux varie de 5 à 10 %. La cellulose est moins abondante que l'hémicellulose en raison de sa décomposition plus rapide.
Les bitumes, tels que les graisses, résines et cires, représentent 5 à 20 % de l'humus, selon les conditions d'aération du sol. Des études ont également montré la présence de polyuronides (10-30 % du carbone organique) et de divers composés azotés, notamment des acides aminés (leucine, isoleucine, valine, acides aspartique et glutamique). Des composés organiques phosphorés comme la phytine, ainsi que des composés soufrés tels que la cystéine et la cystine, sont également présents.
Le Rôle des Engrais Organiques dans l'Amélioration du Sol
Depuis l'époque de Liebig, l'humus est reconnu comme une source directe de nutriments minéraux pour les plantes, incluant le CO₂, l'ammoniac, les nitrates, les phosphates et les sulfates. La décomposition de la matière organique libère ces éléments essentiels. Par exemple, la quantité de CO₂ libérée quotidiennement sur les chernozems peut varier de 15 à 77 kg/ha.
Des études ont démontré que la décomposition de l'humus sur des parcelles en jachère peut entraîner une accumulation de nitrates allant de 0,5 à 1 tonne/ha dans les sols podzoliques, et jusqu'à 2,5 tonnes/ha dans les chernozems. De plus, divers composés organiques, tels que la créatinine, l'arginine, l'acide nucléique, ou encore le sucre, peuvent être directement absorbés par les plantes, servant de source d'azote, de carbone, de phosphore et de soufre.
La teneur en matière organique du sol est directement influencée par les apports de résidus organiques, le fumier et les composts étant des sources particulièrement importantes. Le taux de décomposition de cette matière organique dépend de sa composition, de l'aération, de l'humidité, de la température, et des propriétés physico-chimiques du sol.
Les Matières Organiques : Un Pilier de la Fertilité
La matière organique du sol (MOS) est le fondement de la fertilité. Elle agit sur la structuration du sol par agrégation des argiles et de l'humus, conférant aux agrégats une meilleure résistance à la dégradation par la pluie, améliorant ainsi la perméabilité, l'infiltration de l'eau et le ressuyage. La MOS est un réservoir de carbone, d'azote et de soufre. Chaque année, 1 à 2 % de la MOS se minéralise, libérant des éléments minéraux disponibles pour les plantes. Elle participe, avec les argiles, à la capacité d'échange cationique (CEC), essentielle pour la rétention des cations comme le calcium, le magnésium et le potassium. La MOS agit également comme tampon contre l'acidité du sol.
La minéralisation de la matière organique, qu'elle soit stable ou fraîche, libère des éléments indispensables à la croissance des plantes (azote, phosphore, potasse, soufre). Le rapport carbone/azote (C/N) est un indicateur clé de cette minéralisation : un rapport C/N supérieur à 20 indique une minéralisation lente, tandis qu'un rapport de 10 est considéré comme correct pour un sol agricole.
Le processus d'humification transforme la matière organique fraîche (résidus de culture, apports d'amendements) en humus stable. La cellulose est décomposée par la microflore, et si les résidus sont riches en azote (C/N < 20), la décomposition est rapide. Si les résidus sont pauvres en azote (C/N proche de 80, comme les pailles de céréales), la décomposition est plus lente et les micro-organismes peuvent puiser dans l'azote minéral du sol, créant un déficit pour la culture.
La MOS améliore la structure des sols, particulièrement les sols argileux où elle stabilise les agrégats, et les sols limoneux ou sablo-limoneux en limitant la battance et la formation de croûtes imperméables. La CEC d'un sol, qui représente sa capacité à retenir les cations, est augmentée par l'apport de MOS, limitant ainsi le lessivage des cations. La MOS a également une capacité de rétention en eau élevée, jusqu'à 5 à 6 fois son poids, ce qui est crucial dans les sols sableux.
L'apport de matière organique stimule l'activité biologique des sols, favorisant le développement des organismes vivants qui décomposent et minéralisent progressivement la matière organique. L'augmentation du pH en sols acides est un moyen de stimuler cette activité.
Les Minutes Agro' : Le sol partie 2 : la matière organique, rôles et description - VAL'EPI
Classification et Caractérisation des Matières Organiques
La matière organique du sol (MOS) englobe un ensemble complexe de composés carbonés d'origine végétale et animale. On distingue plusieurs formes :
- Matière organique vivante : biomasse active (micro-organismes, racines, faune du sol), moteur des processus biologiques.
- Matière organique fraîche ou labile : résidus récemment déposés, facilement dégradable, source rapide de nutriments.
- Matière organique transitoire : en phase de transformation, contribuant à la formation de composés humiques.
- Matière organique stable ou humus stable : composés humiques stables à long terme, jouant un rôle clé dans la structuration, la rétention d'eau et la séquestration du carbone.
L'évaluation de la quantité de matière organique dans les sols passe par l'analyse de sol, mesurant le carbone organique total (COT) et le rapport carbone/azote (C/N). D'autres indicateurs comme le taux de matière organique, le fractionnement granulométrique (matières organiques "libres" et "liées"), les observations de terrain et l'évaluation de la vigueur de la vigne sont également pertinents.
Les pertes d'humus par minéralisation se situent généralement entre 1 et 2 % par an (300 à 1200 kg/ha/an), pertes qui augmentent avec le travail du sol. L'enherbement est une pratique favorisant l'enrichissement du sol en matières organiques.
Les sous-produits viticoles (bois de taille, marcs de raisins) constituent une source non négligeable de matière organique. Les apports exogènes d'amendements organiques sont indispensables pour préserver la qualité et la résilience des sols.
Amendements Organiques : Types et Choix
Un amendement organique est une substance d'origine végétale ou animale visant à améliorer les propriétés physiques, chimiques et biologiques du sol. Ils sont soumis à des normes (ex: NF U 44-051). Les principaux types d'amendements organiques comprennent :
- Composts : issus de la décomposition contrôlée de déchets organiques, riches en nutriments et en matière organique stable.
- Fumiers : issus d'élevages animaux, riches en nutriments et en matière organique fraîche, efficaces pour enrichir les sols pauvres.
Le choix d'un amendement organique repose sur plusieurs indicateurs :
- Indice de Stabilité de la Matière Organique (ISMO) : pourcentage de matière organique stable. Un ISMO élevé indique un produit humifère et stable.
- Pourcentage de matière sèche (MS) : une teneur élevée en MS indique un produit concentré.
- Pourcentage de matière organique (MO) : une teneur élevée en MO signifie un amendement riche en nutriments décomposables.
- Rapport Carbone/Azote (C/N) :
- C/N < 10 : Décomposition rapide, libération importante d'azote, faible production d'humus.
- 10 < C/N < 20 : Décomposition moyenne, production d'humus stable sans libération massive d'azote.
- C/N > 20 : Décomposition lente, libération progressive d'azote (risque de "faim d'azote").
L'apport d'amendements organiques est généralement optimal à l'automne, permettant leur décomposition progressive durant l'hiver.
Engrais Organiques et Minéraux : Une Complémentarité Essentielle
Les engrais organiques et minéraux jouent des rôles complémentaires. Les amendements organiques (norme 44 051) améliorent la qualité des sols, agissant sur leurs propriétés physiques, chimiques et biologiques, participant au cycle du carbone et à l'activation biologique. Les engrais organiques ou organo-minéraux (normes 42 001-2 ou 42 001-3) ciblent la nutrition des plantes.
La spécificité de certaines formulations réside dans leur capacité à combiner une action sur le sol (base organique compostée) et une action nutritionnelle. Les compléments organiques et/ou minéraux assurent une alimentation équilibrée et continue des végétaux.
La classification des matières organiques distingue leur origine (animale, végétale) et leur comportement dans le sol. Les matières animales sont rapidement dégradées et participent plus à un rôle nutritionnel qu'à la formation d'humus. Les matières végétales, riches en cellulose et lignine, sont des sources dynamiques de carbone.
Le rendement humigène, mesurant la quantité de carbone restant dans le sol après incubation, est un indicateur de la stabilité de la matière organique. Par exemple, un fumier de bovin a un rendement humigène de 70 à 120 kg d'humus par tonne de produit brut.
Le sol, support fondamental du développement des plantes, est influencé par sa texture, son pH et sa teneur en matière organique. L'analyse de sol, incluant la mesure du pH, est essentielle pour adapter les pratiques culturales. Les sols acides abritent une flore spécifique (prêle, rumex), tandis que les sols alcalins (calcaires) présentent d'autres indicateurs végétaux (géranium vivace, mauve).
En conclusion, la compréhension et la gestion des engrais organiques dans le sol sont primordiales pour maintenir et améliorer la fertilité, optimiser les rendements agricoles et assurer la durabilité des écosystèmes. L'apport judicieux de matière organique, qu'elle provienne de résidus naturels, d'amendements ou de composts, est une stratégie clé pour un sol sain et productif.