Comment les sols peuvent-ils être à l’origine de leur propre fertilité ? Peut-on en tirer partie dans nos systèmes de culture ? Micro et Macro font le point !

1 – Micro-bio : Qu’est-ce que la fertilité naturelle des sols ?

2 – Au Microscope : Fonctionnement de la fertilité naturelle des sols

3 – Macrorama : Intérêts et inconvénients de la fertilité naturelle des sols

4 – Envie d’agir ? Activer et optimiser les mécanismes de la fertilité naturelle des sols / Ne pas entraver la fertilité naturelle des sols

5 – Bibliographie

6 – Pour citer ce document

 

 

Qu’est-ce la fertilité naturelle des sols ?

Pour bien comprendre de quoi il s’agit, il faut d’abord définir la fertilité (tout court) des sols (encore parfois appelée “fécondité des sols”) : celle-ci désigne la capacité des sols à nourrir les cultures, et on la mesure notamment avec le rendement végétal (bien que cette mesure soit fortement incomplète). Pour plus de précision, on la divise en trois types de fertilités :

• la fertilité chimique des sols : elle rend compte de la teneur en éléments nutritifs du sol (principalement azote, phosphore et potassium, mais elle concerne en réalité une trentaine d’éléments).
• la fertilité physique des sols : elle rend compte de la qualité structurale des sols (profondeur, texture, structure des mottes, une bonne fertilité physique étant indiquée par un sol profond, la présence d’argiles, et une structure grumeleuse). Elle permet l’infiltration et le stockage de l’eau et des gaz, mais aussi le passage des racines et des êtres vivants. La fertilité physique des sols permet de réduire l’apparition de stress (notamment hydrique) dans les cultures.
• la fertilité biologique des sols : elle rend compte de la capacité des êtres vivants du sol à contribuer à la fertilité chimique et à la fertilité physique des sols, par différents services écologiques (structuration du sol, décomposition et minéralisation du matériel organique mort, minéralisation, circulation des nutriments et pédogenèse).

La fertilité des sols repose donc sur ces 3 “piliers” :

Alors, la fertilité naturelle d’un sol, c’est quoi ? C’est sa capacité à “produire” ses propres fertilités, chimique mais aussi physique et biologique. Elle découle d’un ensemble de mécanismes naturels, et explique notamment le fonctionnement “autonome” des sols. Il s’agit donc d’un moyen de viser la fertilité (tout court) des sols.

Il faut savoir qu’il est difficile de tomber d’accord sur le terme à employer pour désigner cette notion, puisqu’on la retrouve sous différents termes, la désignant de façon plus ou moins exacte : “fertilité autonome des sols”, “autofertilité des sols”, “fertilité endogène des sols” , “autosuffisance des sols” ou encore “intersuffisance des écosystèmes” . Vous l’aurez compris, dans cet article nous avons choisi d’utiliser l’expression “fertilité naturelle des sols”. Pour autant, ces termes ne sont pas exempts de critique : contrairement à ce qu’ils sous-entendent, les mécanismes de la fertilité naturelle des sols ne concernent pas seulement le sol. En réalité, les sols ne “produisent” pas leur propre fertilité, ils l’importent d’un stock extérieur, puis la recyclent !

 

 

Fonctionnement de la fertilité naturelle des sols

La fertilité naturelle des sols repose sur un cycle. Prenons l’exemple d’un sol ayant un fonctionnement optimum pour l’illustrer, étape par étape :

1 – La photosynthèse

 

Les plantes recouvrant le sol vont réaliser la photosynthèse : en utilisant des photons pour combiner de l’eau du sol à du CO2 du stock atmosphérique (du dioxyde de carbone), elles vont synthétiser des sucres qui serviront à sa croissance. Pour le dire plus simplement, en réalisant la photosynthèse, les plantes vont importer du carbone atmosphérique.

 

 

 

 

 

2 – La rhizodéposition et la symbiose mycorhizienne

Ces deux mécanismes sont à eux-seuls à l’origine de jusqu’à 70 à 80 % de la production de matière organique du sol :

 

La rhizodéposition

 

Bien que les plantes utilisent une partie du carbone puisé dans l’atmosphère pour grandir, une partie non-négligeable de ce carbone (on l’estime entre 10 à 40% pour certaines plantes) est amenée jusqu’à leurs racines. Elle est alors diffusée dans la rhizosphère par le biais de plusieurs mécanismes (renouvellement racinaire, sécrétion de mucilage et exsudats racinaires solubles). Vis-à-vis du “système sol”, les plantes agissent comme des “puits de carbone vivants”, dont la source est l’atmosphère et le bénéficiaire, le sol.

Mais ce n’est pas tout : la croissance racinaire participe à la fertilité physique des sols en formant des galeries qui seront libérées à la mort des racines. Enfin, grâce aux composés libérés dans la rhizosphère, les plantes peuvent rendre disponibles certains éléments “bloqués” dans le sol, et participent donc à la fertilité chimique des sols.

 

 

 

La symbiose mycorhizienne

 

Lorsqu’un champignon mycorhizien forme une symbiose avec une ou plusieurs plantes, des échanges entre les organismes s’engagent. C’est au cours de ceux-ci que les mycorhiziens récupèrent 10 à 40 % des composés carbonés produits par les plantes (des sucres) et les utilisent pour agrandir leur réseau mycélien (qui devient de ce fait un “stock de carbone”). La symbiose permet à la plante de subir moins les stress (notamment hydriques), les agressions et les maladies. Elle permet également de créer un réseau d’échanges de minéraux.

Le réseau mycélien participe lui aussi à la fertilité physique des sols, de la même façon que les racines.

 

Pour résumer :

 

3 – L’installation d’un réseau trophique (alimentaire)

 

La rhizosphère et le réseau mycélien représentent une source de carbone pour de nombreux organismes qui vont constituer en partie la fertilité biologique des sols et qui vont, par leurs déplacements (bioturbation) et leurs productions (biofilms par exemple), améliorer la fertilité physique des sols. La rhizosphère va notamment attirer :

• les microorganismes : les populations d’archées, de micromycètes et de bactéries vont être fortement stimulées par la rhizodéposition. Parmi les bactéries, on retrouve notamment les Azotobacter, qui sont capables de fixer (et donc d’importer) de l’azote atmosphérique.
• les prédateurs des micro-organismes : la croissance des populations microbiennes stimule celles des protozoaires, nématodes et des collemboles bactérivores. Leur prédation et la digestion qui en découlent vont libérer les éléments utilisés pour le développement des micro-organismes : il s’agit d’une minéralisation du matériel organique, qui participe à la fertilité chimique des sols.
• les prédateurs des prédateurs, etc.

Le réseau mycélien, lui, va attirer d’autres types d’organismes, à savoir les fongivores (collemboles, nématodes etc), qui vont en partie le minéraliser, par le biais de la digestion.

Certaines espèces font partie intégrante du cycle de nutriments (par exemple, les acariens immobilisent le calcium du sol pour constituer leur exosquelette calcaire). À ce titre, plus la diversité biologique est grande, plus les échanges de matériel organique et minéral entre les êtres vivants sont fréquents et nombreux : si des prédateurs des acariens s’installent, ils en consommeront régulièrement, et par la digestion, libéreront tout aussi régulièrement le calcium immobilisé dans les exosquelettes calcaires de leurs proies. La prédation agit comme un “goutte à goutte d’éléments chimiques”, permettant d’en avoir un apport constant. Pour le dire autrement, plus la diversité biologique est élevée (quand le réseau trophique est dense et complexe), plus les sols sont riches en éléments nutritifs variés, disponibles au fur et à mesure des besoins des végétaux (contrairement à une fertilisation ponctuelle où les éléments ne sont disponibles qu’un temps, et en larges quantités, entraînant des excès).

Pour résumer :

 

4 – La constitution d’une nouvelle litière

 

Lorsque les conditions ne sont plus réunies pour sa réalisation, la photosynthèse se stoppe et les végétaux meurent ou perdent leurs feuilles. Cet apport en matériel organique va constituer ou renouveler une litière au sol, et instaurer la dynamique du recyclage.

Par sa présence, la litière va offrir le gîte à de nombreux organismes et stimuler ainsi la fertilité biologique des sols. Elle sert également de protection pour le sol, et participe à sa fertilité physique.

 

 

Pour résumer :

 

5 – La transformation de la litière : minéralisation, humification et pédogenèse

 

La litière déposée est en contact direct avec la surface du sol. Elle sert à son tour d’habitat et de nourriture pour les organismes du sol (dont les Azotobacter, fixatrices d’azote) : elle participe donc à la fertilité biologique des sols et à leur fertilité physique (via la bioturbation des organismes).

La partie de cette litière la plus facilement accessible pour les organismes du sol (éléments minéraux solubles, sucres, matières azotées) va subir une minéralisation primaire, c’est à dire qu’elle va être transformée en eau et en sels minéraux par les organismes s’en nourrissant. Elle participe donc également à la fertilité chimique des sols.

Si la fertilité physique du sol est suffisante à ce stade, il est en condition aérobie (l’air y circule correctement). L’autre partie de la litière, moins facile d’accès (notamment constituée de lignine) va alors pouvoir subir l’humification : c’est la transformation progressive du matériel organique en matériel humique et elle nécessite la présence d’organismes présents dans les premiers centimètres du sol, et donc une fertilité biologique suffisante. C’est cette transformation qui déclenche, quand la composition de la litière le permet, ce qu’on appelle la pédogenèse).

Une partie du matériel humique produit lors de l’humification va ensuite subir une minéralisation secondaire, et sera décomposée par l’activité biologique.

Et la boucle est bouclée : le cycle peut recommencer avec la photosynthèse !

 

Que peut-on en conclure ?

On comprend que pour produire sa fertilité, le sol puise une large partie de sa “matière première” dans l’atmosphère. La fertilité naturelle des sols tient donc aussi à la capacité des habitants du sol à servir de “pont” avec les stocks atmosphériques !

La note du Père Magraine : nous vous avons fourni ici une explication simplifiée. Dans la réalité, les mécanismes décrits ne sont pas les seuls en jeu, et la séparation de ces mécanismes n’est pas si simple, certains se succédant effectivement, d’autres pouvant avoir lieu en même temps.

 

 

Les intérêts de la fertilité naturelle des sols

Parmi les principaux intérêts d’utiliser les mécanismes de la fertilité naturelle des sols :

• Stimulation de la biodiversité des sols et complexification du réseau trophique
• Utilisation de nombreux services écologiques (découlant de la biodiversité des sols)
• L’optimisation de la nutrition des plantes (nourries au “goutte à goutte”, ce qui améliore la disponibilité des nutriments, limite le besoin en intrants et la pollution qui peut en découler)
• Un système résilient (chaque type de fertilité est assurée par plusieurs plusieurs éléments)

 

Les inconvénients de la fertilité naturelle des sols

Il est difficile de trouver des inconvénients inhérents à la fertilité naturelle des sols (étant un fonctionnement naturel). On pourra quand même noter :

• elle peut être complexe à comprendre et à mettre en place
• elle peut être longue à mettre en place
• elle ne peut fonctionner que sous certaines conditions et avec certaines pratiques  (détaillées ci-après !)

 

 

Activer et optimiser les mécanismes de la fertilité naturelle des sols

À présent que les mécanismes de la fertilité naturelle des sols ont été identifiés, on peut envisager de chercher à les activer voire à les optimiser dans un système cultural.

La photosynthèse

Objectif : optimiser la captation de carbone atmosphérique

Dans l’agriculture conventionnelle, les semis sont réalisés de façon à permettre le passage des machines : les “rangs” sont espacés, ce qui réduit la densité végétale et donc la photosynthèse réalisée au m² (tout comme le désherbage effectué pour conserver ces espaces libres). De façon systémique, cela diminue le carbone atmosphérique importé dans le sol.

Optimiser la photosynthèse dans son système nécessite donc d’occuper l’espace et le temps par une importante densité végétale (semez “serré” et pensez à faire chevaucher vos cultures !).

 

La rhizodéposition

Objectif : optimiser le transport du carbone atmosphérique vers le sol

La rhizodéposition ne peut s’effectuer efficacement que si une rhizosphère fonctionnelle est installée (voici quelques conseils dédiés pour favoriser une bonne installation de la rhizosphère).

Comme les variétés végétales modernes ont été sélectionnées en méconnaissance du fonctionnement rhizosphérique, certaines d’entre elles peuvent porter des caractères racinaires ne permettant pas à la plante d’installer une rhizosphère fonctionnelle (pensez aux variétés anciennes et espèces sauvages !). De même, il faut favoriser des espèces ou variétés adaptées au contexte (inutile de compter sur la rhizosphère d’un plant de thym dans un sol lourd et détrempé, pour exemple).

 

La mycorhization

Objectif : optimiser le transport du carbone atmosphérique vers le sol

Un des rôles joué par les mycorhizes est la mise à disposition d’eau pour les plantes qui y sont associées. Leurs hyphes étant plus fins que les racines des végétaux, ils peuvent puiser de l’eau dans des réserves inaccessibles pour les plantes. Cette action permet de réduire les stress hydriques (le manque d’eau) et permet d’installer une densité végétale plus importante.

Pour bénéficier de leur présence, voici quelques conseils dédiés !

Il faut noter que la majeure partie des végétaux peuvent être mycorhizée (80 à 90 %). Seules les Brassicacées (chou, moutarde etc) et quelques Chénopodiacées (épinards) ne le peuvent pas (on les intégrera alors avec mesure dans un système reposant sur la fertilité naturelle des sols).

 

La création d’un réseau trophique

Objectif : complexifier en amont le réseau trophique

La clé d’une disponibilité constante des minéraux repose sur la diversité des espèces composant le réseau trophique du sol. Viser cette diversité des espèces et la complexification de leurs relations est un objectif qui se réalise en amont : pour diversifier un réseau trophique, il faut diversifier les sources de nourritures et les habitats.

Concrètement, cela pousse à la diversification : dans un système, on veillera à mélanger les espèces et variétés végétales cultivées (pensez à sélectionner des plantes ayant des systèmes racinaires différents), mais également à fournir des habitats et micro-habitats multiples et adéquats (des bandes enherbées attireront les coléoptères par exemple).

Cela demande une bonne connaissance de la biologie des sols. Vous trouverez ici divers dossiers vous indiquant comment accueillir les différents habitants du sol et de la litière.

 

La constitution d’une nouvelle litière

Objectif : accompagner et accélérer l’évolution

La constitution ou le renouvellement d’une litière est un mécanisme grâce auquel la succession écologique peut avoir lieu. Ce qui caractérise la litière, c’est sa composition : aux premiers stades de la succession écologique, elle est peu ligneuse mais le devient de plus en plus. Ainsi, si l’on vise la pédogenèse (la formation de sol), il nous faut prendre cette composition en compte et prévoir son évolution en intégrant progressivement des végétaux de plus en plus ligneux. L’intérêt pour la fertilité naturelle des sols, c’est la complexification du réseau trophique, par le biais de l’apparition des champignons lignolytiques (capables de transformer la lignine).

 

La transformation de la litière

Objectif : s’assurer des bonnes conditions de transformation

On pourra s’assurer que la fertilité physique des sols est suffisante (avec ce guide par exemple) pour entraîner l’humification (dans le cas contraire, il y a putréfaction ou tourbification).

 

Comment ne pas entraver la fertilité naturelle des sols

 

Dans l’agriculture conventionnelle et dans une partie de l’agriculture biologique, on emploie divers moyens pour viser la fertilité (tout court) des sols, mais certaines pratiques empêchent de viser une fertilité “totale” (chimique + physique + biologique).

Les pesticides (de synthèse ou « naturels »)

Destinés à réduire la concurrence des plantes sauvages et les risques de maladies et de ravages, les pesticides visent notamment à “réserver” la fertilité chimique pour les seules plantes cultivées. En éliminant la concurrence, les cultures disposent de l’ensemble de la fertilité chimique des sols. Problème, ils réduisent la densité végétale et détruisent tout ou partie du réseau trophique (empêchant la fertilité biologique des sols et la fertilité physique qui en découle).

 

La fertilisation (de synthèse ou « naturels »)

Les amendements, en azote et en phosphore notamment, sont utilisés pour viser la fertilité chimique des sols. Pourtant, leur apport ponctuel peut être à long terme la cause de pollution (trop peu des minéraux apportés sont utilisés durant le temps d’action court de l’amendement) ou d’eutrophisation (phénomène dû à l’accumulation et pouvant mener à de fortes pertes de biodiversité voire à la mort d’un écosystème).

La fertilisation peut empêcher la mycorhization, les plantes ne la réalisant pas lorsque l’azote est fortement présent dans le sol. Au final, c’est la densité végétale maximale qui diminue : puisque les mycorhizes ne peuvent s’installer, les plantes n’ont pas accès à une partie de l’eau du sol (ce qui rend plus probable les stress hydriques en cas de forte densité végétale).

 

Le labour (profond ou de surface)

Le principe du labour, c’est de faire remonter les complexes argilo-humiques et les sels minéraux vers la surface. Il vise donc une fertilité physique des sols (bien que partielle) et une fertilité chimique. Détruisant la structure des sols sur leurs premiers centimètres, il expose les sols à l’érosion (certains sols perdant 1 mm d’épaisseur par an) et dégrade leur porosité.

Concernant le réseau trophique, le labour se révèle néfaste pour la macrofaune : bien qu’il favorise certaines espèces comme les vers endogés, il diminue les populations de vers anéciques (responsable de la bonne porosité des sols et de la remontée des argiles vers la surface). Son action mécanique empêche toute complexification du réseau trophique, détruisant principalement la macrofaune.

Enfin, en enfouissant le matériel organique dans le sol, sa transformation se fait en anaérobie, ce qui empêche les champignons (aérobies) de s’installer et favorisent la présence de bactéries minéralisant rapidement le matériel organique (ce qui cause in fine une augmentation des besoins en fertilisation).

 

 

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• GOBAT J.-M., ARAGNO M., MATTHEY W., Le sol vivant – Bases de pédologie, Biologie des sols, Presses Polytechniques et Universitaires Romandes, 2010, 817 p.
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• PRUVOST G., Les Dossiers de Micro & Macro – Les Mycorhizes [en ligne], Chez le Père Magraine, 04/12/2017 [consulté le 04/12/2017], disponible sur : https://chezleperemagraine.com/blog/micro-macro-mycorhizes/

 

 

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BEN BELAÏD S., Les Dossiers de Micro & Macro – Qu’est-ce que la fertilité naturelle des sols ? [en ligne], Chez le Père Magraine, 31/03/2018, 31/08/2018 [consulté le XX/XX/XXXX], disponible sur : https://chezleperemagraine.com/blog/micro-macro-fertilite-naturelle-des-sols/

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