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1.11 : Sols - Biologie

1.11 : Sols - Biologie



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INTRODUCTION

Le sol joue un rôle important dans les écosystèmes terrestres. Là, ils sont mélangés à de la matière organique appelée humus, qui résulte de la décomposition des déchets et des tissus morts des organismes. Ce processus de formation est très lent (des centaines à des milliers d'années), et donc la perte ou la dégradation du sol peut être très préjudiciable à une communauté.

PROFIL DU SOL

Les sols matures sont stratifiés. Ces couches sont appelées horizons de sol, et chacun a une texture et une composition distinctes. Un sol typique a un profil de sol composé de quatre horizons, qui sont désignés : O, A, B et C. Le horizon est la couche supérieure à la surface de la terre. Il se compose de détritus de surface, tels que des feuilles mortes (duff), des bâtons et d'autres matières végétales, des déchets animaux et des organismes morts. Un horizon O distinct peut ne pas exister dans tous les environnements pédologiques (par exemple, les sols désertiques). Au-dessous de l'horizon O se trouve le Un horizon, également connu sous le nom couche arable. Cette couche contient de l'humus organique, ce qui lui donne généralement une couleur foncée distinctive. Les horizon B, ou le sous-sol est la couche suivante à partir de la surface. Il se compose principalement de matériaux rocheux inorganiques tels que le sable, le limon et l'argile. Les horizon C se trouve au sommet du substrat rocheux et est donc composé de fragments de roche altérés. Le substratum rocheux est la source des matières inorganiques mères trouvées dans le sol.

L'horizon O protège la couche arable sous-jacente de l'érosion et de la perte d'humidité par évaporation. Les horizons O et A des sols matures typiques contiennent une abondance de micro-organismes (p. ex. champignons, bactéries), de vers de terre et d'insectes. Ces organismes décomposent la matière organique des organismes morts et des déchets animaux en nutriments inorganiques utilisables par les plantes. L'humus organique de l'horizon A aide à retenir l'eau et les nutriments, ce qui en fait la couche la plus fertile. Par conséquent, les plantes à racines peu profondes sont ancrées dans l'horizon A. L'eau qui s'infiltre à travers les couches supérieures peut dissoudre les minéraux solubles dans l'eau et les transporter vers les couches inférieures dans un processus appelé lessivage. De très fines particules d'argile peuvent également être transportées par l'eau d'infiltration et s'accumuler dans la couche souterraine. L'accumulation de particules d'argile et de minéraux lessivés peut entraîner un compactage de l'horizon B. Ce compactage peut limiter l'écoulement de l'eau à travers la couche et provoquer l'engorgement du sol au-dessus.

L'horizon B n'est pas aussi fertile que l'horizon A, mais les plantes à racines profondes peuvent utiliser l'eau et les minéraux lessivés dans cette couche. L'horizon C représente une zone de transition entre le substratum rocheux et le sol. Il manque de matière organique, mais peut être saturé d'eaux souterraines incapables de s'enfoncer plus profondément en raison de la barrière solide du substratum rocheux en dessous.

Différents types de sol peuvent avoir différents nombres d'horizons, et la composition et l'épaisseur de ces horizons peuvent varier d'un sol à l'autre. Le type de sol dépend d'un certain nombre de facteurs, notamment : le type de roche mère, le type de végétation, la disponibilité de matière organique, d'eau et de minéraux, et le climat. Les sols des prairies et des déserts manquent d'un horizon O significatif car ils n'ont généralement pas de litière de feuilles. Sol de prairie peuvent avoir un horizon A très épais et fertile, tandis que les sols des déserts et des forêts tropicales humides peuvent avoir des horizons A très minces et pauvres en éléments nutritifs. Les horizons A des forêts de conifères peuvent être gravement lessivés.

CARACTÉRISTIQUES DU SOL

La plupart des sols sont constitués de roches inorganiques altérées. Les quantités relatives de différentes tailles et types de particules ou de grains de roche déterminent la texture du sol. Les trois principaux types de grains de roche présents dans le sol sont : sable, limon et argile. Les grains de sable ont la plus grande granulométrie (0,05 - 2,0 mm) des trois. Les particules de limon sont à grains fins (0,05-0,002 mm) et les particules d'argile sont à grains très fins (<0,002 mm). Les grains de sable donnent au sol son aspect granuleux et les particules d'argile le rendent collant. Les sols sont nommés en fonction de l'emplacement de leur composition de sable, de limon et d'argile sur un triangle de structure du sol. Différentes régions du triangle reçoivent des noms différents. Un sol contenant environ 20:40:40 mélange d'argile, de limon et de sable. Un sol limoneux typique est composé d'environ 20:40:40 mélange d'argile, de limon et de sable. Si le pourcentage de sable est un peu plus élevé, le sol est appelé un loam sableux, et si le pourcentage de limon est un peu plus élevé le sol est un terreau limoneux.

La texture du sol détermine sa porosité et sa perméabilité. Porosité du sol est une mesure du volume des espaces interstitiels entre les grains de sol par volume de sol et détermine la capacité de rétention d'eau et d'air (oxygène) du sol. Les grains grossiers avec des pores larges offrent une meilleure aération et les grains fins avec de petits pores offrent une bonne rétention d'eau.

La taille moyenne des pores détermine la perméabilité du sol ou la facilité avec laquelle l'eau peut s'infiltrer dans le sol. Les sols sableux ont de faibles porosités et des perméabilités élevées (c'est-à-dire que l'eau n'est pas bien retenue, mais les traverse facilement et que l'aération est bonne). D'autre part, les sols argileux ont des porosités élevées et de faibles perméabilités (c'est-à-dire que l'eau est très bien retenue, mais ne s'y écoule pas facilement et l'aération est mauvaise). La texture du sol est donc importante pour déterminer quel type de végétation prospère sur un sol particulier.

La structure du sol ou "la terre" est liée à la texture du sol. Ameublissement du sol décrit comment les divers composants du sol s'agglutinent en mottes. Elle est déterminée par la quantité d'argile et d'humus dans le sol. Les propriétés physiques et chimiques de l'argile et de l'humus leur permettent d'adhérer à d'autres particules du sol, formant ainsi de gros agrégats. Ces mêmes propriétés aident également à protéger le sol du lessivage des éléments nutritifs. Les sols dépourvus d'argile et d'humus sont très meubles et sont facilement soufflés ou déplacés par le vent (c'est-à-dire les dunes de sable dans le désert).

FERTILITÉ ET pH DU SOL

Il y a 16 éléments essentiels à la croissance des plantes. Les plantes en obtiennent trois principalement à partir de l'air et de l'eau : le carbone, l'hydrogène et l'oxygène. Les 13 autres éléments proviennent généralement du sol. Ces éléments essentiels à la croissance des plantes peuvent être regroupés en trois types : macronutriments primaires (azote, potassium, phosphore), macronutriments secondaires (calcium, magnésium, soufre) et micronutriments (bore, chlore, fer, manganèse, cuivre, zinc, molybdène). Les macronutriments primaires disponibles dans le sol sont généralement le facteur limitant de la croissance des plantes. Dans les sols non perturbés, ces macronutriments sont reconstitués par les cycles naturels de la matière. Dans les sols cultivés, ils sont retirés du cycle naturel en si grande quantité lors de la récolte des cultures qu'ils doivent généralement être remplacés par des moyens supplémentaires (par exemple, des engrais). Parce que les micronutriments sont requis par les plantes en quantités beaucoup plus faibles, ils sont souvent naturellement maintenus dans le sol en quantités suffisantes pour rendre inutile la supplémentation en engrais.

Un facteur important affectant la fertilité du sol est le sol pH (le log négatif de la concentration en ions hydrogène). Le pH du sol est une mesure de l'acidité ou de l'alcalinité de la solution du sol. Sur l'échelle de pH (0 à 14) une valeur de sept représente une solution neutre ; une valeur inférieure à sept représente un solution acide et une valeur supérieure à sept représente un solution alcaline. Le pH du sol affecte la santé des micro-organismes dans le sol et contrôle la disponibilité des nutriments dans la solution du sol. Les sols fortement acides (moins de 5,5) entravent la croissance des bactéries qui décomposent la matière organique du sol. Il en résulte une accumulation de matière organique non décomposée, qui laisse des nutriments importants tels que l'azote sous des formes inutilisables par les plantes.

Le pH du sol affecte également la solubilité des minéraux nutritifs. Ceci est important car les nutriments doivent être dissous dans une solution pour que les plantes les assimilent par leurs racines. La plupart des minéraux sont plus solubles dans les sols légèrement acides que dans les sols neutres ou légèrement alcalins.

Les sols fortement acides (pH quatre à cinq), cependant, peuvent entraîner des concentrations élevées d'aluminium, de fer et de manganèse dans la solution du sol, ce qui peut inhiber la croissance de certaines plantes. D'autres plantes, cependant, comme les myrtilles, prospèrent dans un sol fortement acide. À pH élevé (supérieur à 8,5), de nombreux micronutriments tels que le cuivre et le fer deviennent limités. Le phosphore devient limité à un pH bas comme à un pH élevé. Une plage de pH du sol d'environ six à huit est propice à la croissance de la plupart des plantes.

LA DÉGRADATION DU SOL

Le sol peut mettre des centaines ou des milliers d'années à mûrir. Par conséquent, une fois que la couche arable fertile est perdue, elle n'est pas facilement remplacée. La dégradation du sol fait référence à la détérioration de la qualité du sol et à la réduction concomitante de sa capacité de production. Les sols sont dégradés principalement par l'érosion, la perte de matière organique, la perte de nutriments et la salinisation. De tels processus résultent souvent d'une mauvaise gestion des sols pendant les activités agricoles. Dans les cas extrêmes, la dégradation des sols peut conduire à la désertification (conversion des terres en conditions désertiques) des terres cultivées et des parcours dans les régions semi-arides.

Érosion est la principale cause de dégradation des sols. La productivité du sol est réduite en raison des pertes de nutriments, de capacité de stockage d'eau et de matière organique. Les deux agents de l'érosion sont le vent et l'eau, qui agissent pour éliminer les particules les plus fines du sol. Cela conduit à un compactage du sol et à un faible nivellement du sol. Les activités humaines telles que la construction, l'exploitation forestière et l'utilisation de véhicules hors route favorisent l'érosion en enlevant la couverture végétale naturelle protégeant le sol.

Les pratiques agricoles telles que le surpâturage et le fait de laisser les champs labourés nus pendant de longues périodes contribuent à l'érosion des terres agricoles. Chaque année, on estime que deux milliards de tonnes métriques de sol sont érodées des terres agricoles aux États-Unis seulement. Le sol transporté par les processus d'érosion peut également créer des problèmes ailleurs (par exemple en obstruant les cours d'eau et en remplissant les fossés et les terres basses).

L'érosion éolienne se produit principalement dans les zones plates et sèches et les zones humides et sablonneuses le long des plans d'eau. Le vent enlève non seulement le sol, mais sèche et dégrade également la structure du sol. Au cours des années 1930, de mauvaises pratiques de culture et de pâturage - associées à de graves conditions de sécheresse - ont entraîné une grave érosion éolienne du sol dans une région des Grandes Plaines connue sous le nom de "Dust Bowl". Le vent a dépouillé de vastes étendues de terres agricoles de la couche arable et a formé des nuages ​​de poussière qui ont voyagé jusqu'à l'est des États-Unis.

Erosion hydrique est le type d'érosion le plus répandu. Il se présente sous plusieurs formes : érosion par éclaboussures de pluie, érosion en nappe, érosion en rigoles et érosion en ravines. La pluie éclabousse l'érosion se produit lorsque la force des gouttes de pluie individuelles frappant le sol découvert projette des particules de sol dans l'air. Ces particules détachées sont plus facilement transportées et peuvent être éclaboussées davantage le bas de la pente, provoquant une détérioration de la structure du sol. Erosion en nappe se produit lorsque l'eau descend la pente sous forme d'un film mince et enlève une couche uniforme de sol. Érosion en rigoles est la forme la plus courante d'érosion hydrique et se développe souvent à partir de l'érosion en nappe. Le sol est enlevé au fur et à mesure que l'eau s'écoule à travers de petits ruisseaux à travers la terre. Érosion en ravines se produit lorsque les rigoles s'agrandissent et s'écoulent ensemble, formant un ravin profond.

Lorsque des quantités considérables de sel s'accumulent dans le sol au cours d'un processus appelé salinisation, de nombreuses plantes sont incapables de pousser correctement ou même de survivre. Ceci est particulièrement un problème dans les terres agricoles irriguées. Les eaux souterraines utilisées pour l'irrigation contiennent de petites quantités de sels dissous. L'eau d'irrigation qui n'est pas absorbée par le sol s'évapore, laissant les sels derrière elle. Ce processus se répète et finalement une grave salinisation du sol se produit. Un problème connexe est l'engorgement du sol par l'eau. Lorsque les terres cultivées sont irriguées avec des quantités excessives d'eau afin de lessiver les sels qui se sont accumulés dans le sol, l'excès d'eau est parfois incapable de s'écouler correctement. Dans ce cas, il s'accumule sous terre et provoque une élévation de la nappe phréatique souterraine. Si l'eau salée monte au niveau des racines des plantes, la croissance des plantes est inhibée.

CONSERVATION DES SOLS

Parce que la dégradation des sols est souvent causée par l'activité humaine, la conservation des sols nécessite généralement des changements dans ces activités. La conservation des sols est très importante pour l'agriculture, de sorte que diverses méthodes de conservation ont été conçues pour arrêter ou minimiser la dégradation des sols pendant l'agriculture. Ces méthodes comprennent : la construction de brise-vent, l'agriculture sans labour, l'agriculture de contour, le terrassement, la culture en bandes et l'agroforesterie.

La création de brise-vent en plantant de grands arbres le long du périmètre des champs agricoles peut aider à contrôler les effets de l'érosion éolienne. Brise-vent réduire la vitesse du vent au niveau du sol, un facteur important de l'érosion éolienne. Ils aident également à emprisonner la neige pendant les mois d'hiver, laissant le sol moins exposé. Comme avantage secondaire, les brise-vent fournissent également un habitat pour les oiseaux et les animaux. Un inconvénient est que les brise-vent peuvent être coûteux pour les agriculteurs car ils réduisent la quantité de terres cultivées disponibles.

L'un des moyens les plus simples de prévenir l'érosion éolienne et hydrique des terres cultivées est de minimiser la quantité de labour, ou le retournement du sol. Dans agriculture sans labour (aussi appelé labour de conservation), la terre est perturbée le moins possible en laissant des résidus de récolte dans les champs. Des semoirs spéciaux injectent de nouvelles graines et de l'engrais dans le sol non labouré. Un inconvénient de cette méthode est que les résidus de récolte peuvent servir de bon habitat pour les insectes nuisibles et les maladies des plantes.

Agriculture de contour implique de labourer et de planter des rangées de cultures le long des contours naturels d'un terrain en pente douce. Les lignes de rangs de culture perpendiculaires à la pente contribuent à ralentir le ruissellement des eaux et inhibent ainsi la formation de rigoles et de ravines. Terrassement est une technique couramment utilisée pour contrôler l'érosion hydrique sur les collines et les montagnes à forte pente. De larges terrasses planes sont construites le long des contours des pentes, et celles-ci agissent comme des barrages retenant l'eau pour les cultures et réduisant le ruissellement.

Coupe en bandes implique la plantation de différentes cultures sur des bandes de terre alternées. Une culture est généralement une culture en rangs comme le maïs, tandis que l'autre est une culture couvre-sol comme la luzerne. La culture de couverture aide à réduire le ruissellement de l'eau et emprisonne le sol érodé par la culture en rangs. Si la culture de couverture est une plante fixatrice d'azote (par exemple, luzerne, soja), alors l'alternance des bandes d'une plantation à l'autre peut également aider à maintenir la fertilité de la couche arable.

Agroforesterie est le processus de plantation de rangées d'arbres entrecoupées d'une culture de rente. En plus d'aider à prévenir l'érosion éolienne et hydrique du sol, les arbres fournissent de l'ombre qui aide à favoriser la rétention d'humidité du sol. La litière d'arbres en décomposition fournit également des éléments nutritifs pour les cultures intercalées. Les arbres eux-mêmes peuvent fournir une culture de rente. Par exemple, des arbres fruitiers ou à noix peuvent être plantés avec une culture céréalière.


Les créatures vivant dans le sol sont essentielles à la santé du sol. Ils affectent la structure du sol et donc l'érosion du sol et la disponibilité de l'eau. Ils peuvent protéger les cultures contre les ravageurs et les maladies. Ils sont essentiels à la décomposition et au cycle des nutriments et affectent donc la croissance des plantes et les quantités de polluants dans l'environnement. Enfin, le sol abrite une grande partie de la diversité génétique mondiale.

Introduction à la biologie des sols

Le Soil Biology Primer en ligne est une introduction à la composante vivante du sol et à la façon dont elle contribue à la productivité agricole et à la qualité de l'air et de l'eau. L'introduction comprend des chapitres décrivant le réseau trophique du sol et sa relation avec la santé du sol et des chapitres sur les bactéries du sol, les champignons, les protozoaires, les nématodes, les arthropodes et les vers de terre.

L'amorce en ligne comprend tout le texte de l'original imprimé, mais pas toutes les images des organismes du sol. L'histoire complète du réseau trophique du sol est plus facilement comprise à l'aide des illustrations de la version imprimée.

Des exemplaires imprimés du Soil Biology Primer peuvent être achetés auprès de la Soil and Water Conservation Society. Allez sur www.swcs.org

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=> Le texte, les graphiques, les tableaux, les photos non créditées et les graphiques provenant de sources USDA peuvent être utilisés librement, cependant, veuillez créditer le Soil Biology Primer ou ce la toile placer.

Remerciements

Le Natural Resources Conservation Service, avec l'aide du Conservation Technology Information Center, a assuré la direction de ce projet. Le Natural Resources Conservation Service et la Soil and Water Conservation Society remercient de nombreuses personnes, dont les suivantes, pour leurs contributions.


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