Le pH du sol, une mesure de son acidité ou de son alcalinité, est un facteur fondamental qui influence directement la santé des cultures, la disponibilité des nutriments et l'activité des communautés microbiennes. Les pratiques agricoles, et en particulier l'utilisation d'engrais, peuvent avoir des conséquences significatives sur cet équilibre délicat. Comprendre les mécanismes par lesquels les engrais affectent le pH du sol est crucial pour une gestion durable et efficiente des systèmes agricoles.
Les bases de l'acidification des sols : un phénomène naturel et accentué par l'agriculture
L'acidification est un phénomène naturel, inéluctable et lent qui intervient tout aussi bien dans les milieux naturels que cultivés. Cependant, ce processus peut s'accentuer dans l'horizon de surface, notamment en non-labour (NL) ou semis direct (SD), où l'apport d'engrais acides sans travail du sol concentre l'acidité en surface. Le pH d'un sol est caractérisé par la quantité d'ions H+ présents dans sa solution : plus il y a de H+, plus le sol est acide et plus le pH est bas.
L'activité biologique est également une source de modification du pH. Pour limiter les variations de pH, le pouvoir tampon du sol est sollicité. C'est à travers le complexe argilo-humique, porteur de charges négatives, qu'il y a une régulation du pH grâce à ses échanges avec les cations (H+, Ca2+, Na+, K+) présents dans la solution du sol.
Plusieurs phénomènes sont à l'origine de l'acidification de nombreux types de sols. La mise en culture est en elle-même acidifiante, car elle consomme et exporte des « bases » du sol comme le calcium, le potassium ou le magnésium. Les légumineuses, par leur mode d'absorption des nutriments et leur capacité à fixer l'azote atmosphérique, ont un effet acidifiant. D'autre part, l'excédent pluviométrique hivernal en climat tempéré provoque la lixiviation (lessivage) des cations (Ca2+, Mg2+…) qui ont la capacité de s'opposer à l'acidification du sol. Par ailleurs, le lessivage de l'azote en lui-même sous forme de nitrate a un effet acidifiant sur les sols.
L'azote, un nutriment essentiel aux effets complexes sur le pH
L’azote est indispensable à la croissance des plantes. En agriculture, il est souvent apporté sous forme d’engrais minéraux (nitrates, ammonitrates) ou organiques (fumier, lisier, compost). Si l'azote est vital, ses transformations dans le sol peuvent avoir des conséquences directes sur le pH.
La nitrification : un processus acidifiant
Les engrais ammoniacaux augmentent l'acidité du sol. En effet, leur nitrification ou absorption conduit à une production de protons. Lorsque des engrais à base d’ammonium sont appliqués au sol, les bactéries utilisent l’oxygène pour convertir l’azote ammoniacal (NH4+) en nitrate (NO3-), une forme plus utilisable par les plantes, et des ions H+, par un processus appelé nitrification. Les bactéries font cela pour obtenir de l'énergie. Si davantage d’engrais est appliqué en continu, davantage d’H+ des ions H sont libérés, ce qui peut provoquer un déséquilibre dans le sol et conduire à son acidification. Cet apport accru d'ions H+ affecte directement la fonctionnalité et la structure des communautés microbiennes du sol.
Un sol acide (pH < 5,6) ralentit fortement la nitrification, c’est-à-dire la transformation de l’ammonium en nitrate. Cette étape cruciale de la chaîne d’assimilation azotée par les plantes est alors entravée, réduisant l’efficacité des apports.
Le rôle du calcium dans l'équilibre du pH face aux engrais azotés
Un taux faible de calcium peut faire baisser le pH. Le calcium est un élément secondaire dont le sol a besoin en grande quantité. En moyenne, un champ perd de 400 à 700 kg de calcium par ha et par an. La perte de calcium est le premier pas vers un déséquilibre du pH. Les niveaux de calcium baissent lorsque les cultures utilisent le nutriment, par lessivage ou par l’utilisation de fertilisants. Les fertilisants ont un effet décalcifiant de trois manières :
- Ils augmentent le rendement et la partie nutritive est absorbée par les plantes.
- Les ions NH4+ et K+ créent un mouvement des ions Ca2+ du complexe humus-argile vers la solution du sol.
- La nitrification est une réaction acidifiante.
L’utilisation de fertilisants contenant du Ca réduit les effets acidifiants et décalcifiants des engrais à base d’ammonium. Au final, cette association d’engrais Ca et N peut maintenir le pH du sol, stimuler les bactéries nitrifiantes et augmenter le NUE (efficacité d'utilisation de l'azote).
Conséquences d'un pH du sol déséquilibré
L'acidification a plusieurs conséquences sur le fonctionnement d'un sol. Les protons vont se lier de manière forte au complexe argilo-humique et prendre la place des cations. Ces derniers se retrouvent en grande proportion dans la solution du sol et sont susceptibles d'être lixiviés.
Toxicité et carences en nutriments
De plus, si le sol est très acide (pH<5), certains minéraux contenant de l'aluminium peuvent se solubiliser alors que d'autres peuvent être bloqués (le phosphore par exemple). La présence d'Al3+ dans la solution du sol peut être toxique pour les végétaux. Dans un sol acide, l’aluminium échangeable devient toxique pour les racines en conditions très acides, compromettant l’enracinement et la nutrition minérale.
Lorsque le pH du sol est dans une plage neutre (6.0-7.5, ce qui est proche du pH de l'eau), les plantes sont plus facilement capables d'absorber les nutriments dont elles ont besoin. Pour cette raison, c'est généralement leur plage optimale. Cependant, des défis peuvent survenir pour les communautés microbiennes lorsque le pH du sol s’écarte de sa plage optimale.
Impact sur l'activité microbienne et la biodiversité
L'activité biologique est tout aussi affectée par un pH élevé que par un pH faible. Les microbes du sol sont tout aussi affectés par un pH élevé que par un pH faible. Il est reconnu que les champignons apprécient davantage des pH acides que basiques ; ces derniers étant plus propices au développement des populations bactériennes. Tous les microbes ne favorisent pas nécessairement un pH neutre - les champignons préfèrent en fait les sols avec un pH plus faible. Comme les sols acides réduisent la disponibilité de certains nutriments, les champignons sont capables d’augmenter l’accès à ces nutriments limités pour que la plante les assimile. Cependant, des défis peuvent survenir pour les communautés microbiennes lorsque le pH du sol s’écarte de sa plage optimale.
Les apports massifs d’azote peuvent favoriser certaines espèces au détriment d’autres, déséquilibrant ainsi l’écosystème microbien du sol. Un pH du sol faible peut perturber les membranes cellulaires des plantes, altérant la production d'enzymes et limitant la reproduction cellulaire. Dans l’ensemble, le maintien d’un pH équilibré du sol est essentiel pour garantir la disponibilité des nutriments et, plus important encore, la diversité microbienne de votre sol.
Pollution environnementale liée aux excès d'azote
Le problème majeur lié aux excès d’azote est la pollution des nappes souterraines par les nitrates. Quand les sols reçoivent plus d’azote que ce que les racines des plantes peuvent absorber, la fraction excédentaire est entraînée par l’eau de pluie ou l’irrigation.
- Problème de santé publique : Les nitrates en excès dans l’eau peuvent, une fois ingérés, se transformer en nitrites dans l’organisme. Ce phénomène est associé à des risques sanitaires, notamment pour les nourrissons et les femmes enceintes. L’excès de nitrates dans l’eau potable est d’ailleurs un sujet de préoccupation majeur en Europe.
- Eutrophisation des milieux aquatiques : Les nitrates qui rejoignent les cours d’eau et les lacs favorisent une prolifération excessive d’algues (eutrophisation).
Eutrophisation
Compactage des sols
Les sols ne sont pas épargnés par les excès d’azote. Les excès d’azote favorisent parfois un développement rapide des cultures, mais avec un système racinaire peu profond, ce qui peut contribuer au compactage des sols.
Le chaulage : une stratégie pour rectifier le pH et restaurer l'équilibre
Puisque les sols sont naturellement acides, chauler permet de rectifier le pH et d'apporter du Ca2+ et Mg2+. Le chaulage doit se raisonner comme une pratique de fertilisation avec des apports réguliers de petites quantités. On peut décider de chauler en apportant préférentiellement Ca2+, Mg2+ ou aucun des deux.
Avant d'expliquer ce qu'est le chaulage, il semble important de faire un rappel sur la CEC (Capacité d'Échange Cationique). La CEC correspond au nombre de charges négatives dans 100mg de terre. Plus le sol est riche en argile et en matière organique (MO), plus sa CEC sera importante. Elle est donc directement liée au taux de MO et au pH. Dans un sol acide, les H+ vont se lier à tous les anions de la solution du sol sans laisser de place aux cations divalents (comme Ca2+ et Mg2+). Ces derniers ne peuvent alors plus assurer leur fonction de pont aérateur pour Ca2+ et de maintien de la cohésion pour Mg2+. 70% de Ca2+ et 10% de Mg2+ constituent une CEC équilibrée.
Les effets du chaulage
Tout amendement qu'on apporte via un chaulage contient un cation et un anion. Chacun a son propre rôle. L'anion joue sur la hausse du pH en neutralisant les protons. Le cation (Ca2+ et/ou Mg2+) modifie la solution du sol. Au niveau chimique, il augmente la biodisponibilité du phosphore, favorise la nitrification et la fixation symbiotique. Le calcium renforce la cohésion des particules entre elles. Les communautés microbiennes du sol et des plantes entretiennent une relation mutualiste dans laquelle elles fournissent à l'autre ce dont elle a besoin pour prospérer.
Vers une gestion raisonnée de l'azote pour un pH équilibré
La gestion raisonnée de l’azote est au cœur des pratiques agricoles durables. L'équilibre du pH est une des clés de l'efficacité de l'engrais. Valoriser au mieux les apports d’azote minéral est l’un des grands enjeux de surveiller en grandes cultures l’équilibre du pH eau autour d’une fourchette idéale comprise entre 6,5 à 7.
Affiner les apports grâce à l’agriculture de précision
Les outils d’agriculture de précision, comme les capteurs embarqués sur les tracteurs ou les drones, permettent de mesurer avec finesse les besoins en azote des cultures à l’échelle parcellaire. Cela limite les apports excédentaires, et par conséquent, l'acidification potentielle du sol.
Adopter les cultures intermédiaires
Les plantes de couverture (moutarde, radis, etc.) semées entre deux cultures principales peuvent capter l’azote résiduel du sol, évitant ainsi qu’il ne soit lessivé vers les nappes phréatiques. Par ailleurs, elles contribuent à améliorer la structure des sols. Par leur capacité à piéger les ions nitrate et à les mettre à l’abri du lessivage en période de drainage, les CIPAN (Cultures Intermédiaires Pièges à Nitrates) permettent de limiter l’ampleur de l’acidification liée à la nitrification de l’azote ammoniacal. Cela suppose une bonne implantation du couvert avant le démarrage de la saison de drainage et une fertilisation azotée équilibrée des cultures. La restitution au sol des résidus de culture et de couverts d’interculture permet de limiter son acidification, voire de l’alcaliniser, alors que leur exportation conduit à amplifier la tendance à l’acidification.
Favoriser les engrais organiques et les pratiques agroécologiques
Les matières organiques comme le compost ou le fumier permettent de libérer progressivement l’azote dans le sol, tout en améliorant sa biodiversité. Coupler ces pratiques avec la rotation des cultures ou l’agroforesterie maximise leurs bénéfices. Un autre effet modérateur de l’acidification du sol est la minéralisation des matières organiques, car elle « consomme des protons (H+) » et par conséquent contribue à alcaliniser le sol.
Miser sur l’innovation
De nouvelles solutions voient le jour, comme les engrais à libération contrôlée ou les inhibiteurs de nitrification. Ces derniers ralentissent la transformation de l’azote dans le sol, réduisant ainsi les pertes sous forme de nitrates ou de gaz, et par extension, les processus acidifiants.
Eutrophisation
Les défis de la gestion de l'azote et du pH dans un contexte global
La gestion des excès d’azote dépasse largement le cadre de la seule agriculture. Élus, industriels, agriculteurs et consommateurs ont tous un rôle à jouer. Les programmes européens comme la directive nitrates poussent dans le bon sens, mais la mise en œuvre reste perfectible. Quant aux consommateurs, ils peuvent faire leur part en privilégiant des produits issus d’une agriculture durable.
Préserver la qualité des sols et des nappes phréatiques est un investissement à long terme pour notre alimentation, notre santé et notre environnement. Si la maîtrise de l’azote reste un défi complexe, les solutions ne manquent pas.