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fertilité et fertilisation des sols





caractéristiques physico-chimiques des sols



hystérèse 

La terre sur laquelle on marche est le substrat de base pour toute forme de vie terrestre. Les parties physiques et chimiques qui constituent le sol avec leur attribution spéciale à la vie sont les domaines majeurs de l'étude du sol. Le sol non seulement un milieu pour la croissance des plantes et l'activité microbienne mais aussi un site de décharge et une usine de transformation et de recyclage pour la majorité des déchets qui peuvent être accumulés à des seuils toxiques. Aussi, le sol est un support pour les bâtiments, les routes et autres infrastructures.

La compréhension des constituants du sol et comment opèrent ils dans la biosphère est une curiosité fondamentale de l'homme. L'eau et le sol sont en effet les deux ressources fondamentales de notre agriculture. La pression continue de la population sur ces deux ressources les a rendues des ressources rares et sont utilisées d'une façon anarchique dans presque tous les coins du monde. Maintenant, il y a nécessité que ces ressources soient gérées de telle sorte qu'elles soient durables et efficaces.

La connaissance du sol est impérative pour notre civilisation future. Dans plusieurs régions on rencontre des exemples malheureux du développement de l'agriculture au dépend de ces ressources. Il y a plusieurs exemples de dégradation des sols par érosion, salinité, utilisation non raisonnée des eaux, détérioration de la qualité des eaux par des éléments toxiques, etc..
Il est temps, alors de penser sérieusement à ces ressources pour pouvoir maintenir leur productivité aux générations futures.

Le sol en lui-même est très complexe, il est composé de plusieurs types de constituants solides ( minéral et organique ) arrangés dans des formes géométriques très compliquées.
Certain matériel consiste des particules en cristaux autre de gel amorphe qui peut enrober les cristaux et modifie leur comportement. La matière de cimentation de particule peut être des oxydes de fer ou des composés organiques qui s'attachent aux particules de sol et les adhèrent entre elles. Le système en tout est rarement en équilibre du fait qu'il y a des rétrécissement, dispersion / floculation,  compaction /  fissuration, échange d'ion, précipitation ).

Le sol, pour qu'il soit un milieu favorable pour la croissance des plantes, il doit stocker et fournir l'eau et les éléments nutritifs et être faiblement concentré en éléments toxiques. Le système sol-eau-plante devient plus compliqué par le fait que les racines des plantes doivent respirer continuellement et que la plupart des plantes terrestre ne peuvent pas transférer l'oxygène ( O2) de la partie aérienne à la partie souterraine à un taux suffisant pour assurer la respiration normale des racines. Donc, le sol lui-même doit être bien aéré avec un échange continu d'oxygène et gaz carbonique entre les pores du sol et l'atmosphère.
fertilisation et fertilité des sols
sols


Aspects physico-chimiques de la productivité des sols


Un sol qui contient des quantités adéquates des différentes substances nécessaires à la nutrition des plantes sous forme disponibles et qui n'est pas excessivement acide ou alcalin et qui ne contient pas des concentrations élevées en éléments toxiques peut être considéré comme un sol fertile. Cependant, la définition adéquate d'un milieu pour la croissance des plantes dépend non seulement de la présence de quantités suffisantes en éléments fertilisants et l'absence d'éléments toxiques mais aussi de l'état et de la mobilité de l'eau et de l'air, sa constitution physique et son régime thermique.

Le sol doit être friable et suffisamment meuble pour permettre la germination et le développement raçinaire sans obstacle mécanique. Aussi, les pores doivent être de volume et distribution qui permettent l'entrée et la circulation de quantité suffisante de l'air et de l'eau pour répondre aux besoins des plantes. Le régime thermique à la zone raçinaire doit rester dans la gamme des températures optimales à la croissance des plantes. En résumé, en plus de la fertilité chimique, le sol doit avoir une fertilité physique du fait que les deux paramètres sont également essentiels à la productivité des sols.

Le sol est un système à trois phases

Le sol est un système hétérogène, polyphasique et poreux dans lequel la surface d'interface peut être très grande par unité de volume. La nature de la dispersion des sols et sa conséquence sur l'activité des interfaces érige les phénomènes d'adsorption de l'eau et des éléments chimiques, de l'échange de l'ion, du gonflement et rétrécissement de la dispersion et floculation et de la capillarité.

Les trois phases naturelles sont représentées dans le sol comme suit; phase solide et qui constitue la matrice du sol, la phase liquide qui constitue l'eau du sol qui généralement contient les produits dissous aussi appelé la solution du sol, et la phase gazeuse qui constitue l'atmosphère du sol.

La phase solide comprend les particules du sol qui varient dans leur composition chimique et minéralogique ainsi que leur taille. Elle contient aussi des substances amorphe en particulier la matière organique qui est attachée aux particules minérales et joue le rôle de cimentation pour former les agrégats. L'organisation des particules solides du sol détermine les caractéristiques géométriques des pores dans lesquelles l'eau et l'air sont retenus et à travers lesquelles ils circulent.

La proportion relative des trois phases varie continuellement et dépend de différents facteurs tels que le climat, la végétation et la gestion des terres.



Relation entre le volume et la masse des constituants du sol


Considérons maintenant la relation qui existe entre la masse et le volume dans les trois phases et définir quelques paramètres de base qui sont utiles pour la caractérisation des conditions physiques du sol

fertilité des sols

Mt = Ma + Mw + Ms ;   Vt= Va+Vw+Vs=Vf+Vs ; Vf = volume de pore = Va + Vw

Sur la base de ce diagramme on peut alors définir les termes qui sont généralement utilisés pour exprimer les relations quantitatives des trois constituants principales du sol.

Densité du sol ρs ( ρs=Ms/Vs)

Dans la plupart des sols minéraux, la densité moyenne des particules est entre 2,6 et 2,7 g/cm³
et elle est proche de la densité du quartz qui est souvent le minéral dominant dans les sols sableux. Les aluminosilicates ont aussi la même densité. La présence des oxydes de fer et d'autres métaux augmente la valeur moyenne de la densité des sols ( ρs ) alors que la présence de la matière organique la diminue.

Densité apparente ρb ( ρb = Ms/ Vt = Ms/Vs+ Va + Ve )

La densité apparente est souvent inférieure à la densité du sol et si les pores constituent la moitié du volume total, la densité apparente est la moitié de la densité du sol. La valeur moyenne de la densité apparente est de 1,3 à 1,5 g/cm³ . Dans les sols sableux, elle peut atteindre 1,6 alors que dans les sols limoneux et argileux elle est faible et elle est de l'ordre de 1,1 . La densité apparente est affectée par la structure du sol, le degré de compaction, le phénomène de gonflement et rétrécissement des sols qui sont dépendant de la teneur et type d'argile et de l'humidité du sol.

Porosité (f)    ( f = Vf / Vt )

La porosité est un indice du volume relatif des pores dans le sol. Sa valeur est généralement entre 0,3 et 0,6 ( 30 et 60%). En effet, les sols à texture grossière ont tendance à avoir moins de pores que les sols à texture fine même si la taille moyenne des pores individuels est supérieure dans les premiers sols par rapport aux derniers. Dans les sols argileux, la porosité est tellement variable du fait que ces sols se gonflent, se rétrécissent, se dispersent, se compactent et se fissurent.

Taux de vide dans le sol ( e)   e = Vf/ Vs )

Le taux de vide dans le sol est aussi un indice du volume relatif des pores, mais il relie ce volume au volume de la partie solide au lieu au volume total comme le cas de la porosité. L'avantage de cet indice par rapport aux précédent est que le changement dans le volume des pores change seulement la numérateur de l'équation alors que dans le cas de la porosité aussi bien le numérateur que le dénominateur de l'équation changent. Le taux de vide est l'indice préféré dans le domaine de l'ingénierie et la mécanique des sols alors que la porosité est utilisée comme indice dans le domaine de l'agriculture. Les valeurs moyennes de ce taux varient entre 0,3 et 2,0 .

Humidité du sol


L'humidité du sol ou la teneur relative du sol en eau peut être exprimée de différentes façons ; relative à la masse du solide, relative à la masse totale, relative au volume du solide, relative au volume total ou relative au volume des pores. Les différentes indices sont définis comme suit :

1) Humidté massique (ω)        ω= Me / Ms 

Elle représente la masse de l'eau relative à la masse des particules du sol séché. Elle est souvent appelée teneur en eau gravimétrique. Le terme sol séché est souvent définit comme un sol séché à 105°C même si les argiles contiennent encore des quantités appréciables en eau à cette température. L'humidité massique est parfois exprimée en fraction décimale mais plus souvent en pourcentage. Un sol séché à l'air libre contient plus d'eau qu'un sol séché au four à 105 °C . Dans un sol minéral saturé en eau, ω peut varier de 25 à 60% en fonction de la densité apparente. La teneur en eau d'un sol saturé est généralement plus élevée dans un sol argileux que dans un sol sableux. Cependant, cette teneur est de 100% dans un sol organique.

2) Humidité volumétrique (θ)   ( θ = Ve / Vt )

L'humidité volumétrique est généralement calculée en pourcentage du volume total du sol. La valeur de θ à la saturation est de l'ordre de 40 à 50% dans un sol sableux, de 50% dans un sol à texture équilibrée, et peut atteindre 60% dans un sol argileux. Dans les sols argileux le volume relatif de l'eau à la saturation peut dépasser la porosité du sol séché car les argile se gonflent une fois humectés. L'utilisation de θ au lieu de ω pour exprimer la teneur en eau du sol est plus pratique car elle est directement adaptée à la détermination des flux et les quantités ajoutées par irrigation ou précipitations et aux quantités perdues du sol par évapotranspiration ou drainage. Aussi θ représente la profondeur de l'eau par unité de profondeur du sol.

3) Degré de saturation (s)    ( s = Ve / Vf)

L'indice exprime le volume de l'eau présent dans le sol relatif au volume des pores. Cet indice varie de 0 pou un sol sec à 1 ( Ou 100% ) pour un sol complètement saturé. Cependant, un sol complètement saturé est rarement atteint car il y a toujours la présence de boule d'air dans le sol qui bloque la saturation complète du sol.



Profile du sol



Etant déterminé les composants du sol et leurs propriétés, considérons maintenant le corps du sol tel qu'il est dans la nature. La partie apparente et la plus importante du sol est la partie superficielle. Une étude de cette zone révèle ses caractéristiques mais pas nécessairement les caractéristiques de tout le sol. Donc, une étude en profondeur est indispensable pour caractériser tout le sol. Cette étude peut être faite en creusant une tranchée dans le sol appelée profile du sol.

Le profile du sol est rarement uniforme en profondeur. Il est constitué d'une succession de couches plus au moins distinctes. Ces couches sont les résultats de dépositions ou sédimentation éolienne ou alluviale des particules de sol. Mais si ces couches sont formées sur place par le processus de pédogenèse, elles sont appelées horizons. L'horizon supérieur ou horizon A est la zone ou se déroule la majorité de l'activité microbienne et elle est donc enrichie par la matière organique. Ensuite, il y a l'horizon B ou s'accumulent les matériaux lessivés de l'horizon A tels que les argiles et les carbonates et enfin l'horizon C qui est constitué de fragment de la roche mère.

Le développement typique d'un sol et de son profile ( pédogenèse ) peut être résumé comme suit : Le processus commence par la désintégration physique de la roche exposée qui ensuite forme le matériel parental. L'accumulation graduelle des résidus organiques à la surface engendre l'horizon A qui peut acquérir une structure granulaire plus au moins stabilisée par la matière organique. La continuation de la dégradation sous l'effet du climat ( hydratation, oxydation, réduction ) , dissolution et re-précipitation peut aboutir à la formation des argiles. Les argiles ainsi formés peuvent migrer avec d'autres matériaux de transport tels que les sels solubles de l'horizon A et s'accumulent dans une zone intermédiaire entre l'horizon A et la roche mère ( horizon C ) appelée horizon B.

Les aspects importants de la formation des sols et le développement des profiles sont les processus jumeaux elluviation et illuviation. En effet, les argiles et autres matériaux migrent de l'horizon A, nommé ainsi l'horizon elluvial et s'accumulent dans l'horizon B nommé ainsi l'horizon illuvial qui diffère de l'horizon A par sa composition et sa structure.


Phase solide

Ayant introduit le concept du sol comme système tri-phasé, considérant maintenant la phase solide qui est la partie permanente du sol. On peut, en effet, concevoir un sol sans air ou sans eau et sous vide sans les deux comme le cas du sol sur la lune mais il est difficile d'imaginer un sol sans la phase solide. La phase solide du sol est composée de minéraux de différentes dimensions ainsi que des composées amorphes qui sont généralement attachés ou enrobés aux particules. En général, il est possible de séparer ces particules de sol en groupes qui diffèrent les unes des autres aussi bien par la composition minérale que par la dimension des particules et c'est ces paramètres qui déterminent le comportement des sols.

Cependant, pour bien caractériser un sol, il faut faire la distinction entre les propriétés statiques et dynamiques du sol. Les propriétés statiques sont les propriétés intrinsèques au matériel composant le sol et ne sont pas affectées par les facteurs externes, alors que les propriétés dynamiques sont le résultat de la réaction du sol aux facteurs externes.

Texture du sol


Physiquement, le sol est un mélange de particules minérales de différentes dimensions, de la matière organique décomposée ou en voie de décomposition, de l'air et de l'eau. Les caractéristiques physique les plus importantes à cet étape sont la texture et la structure. La texture concerne la dimension des particules et elle réfère spécialement aux proportions relatives des particules de différentes dimensions dans un sol donné, alors que la structure est l'arrangement de ces particules dans des groupes ou agrégats. Ces deux caractéristiques physiques ensembles nous renseignent non seulement sur la capacité des sols à fournir les éléments nutritifs mais aussi sur leur capacité à fournir l'eau et l'air.

Classification des particules de sol


La dimension des particules dans un minéral n'est pas sujette à des changements rapides. Cependant, un sol sableux reste sableux et un sol argileux reste argileux. Pour cette raison, la proportions de différentes groupes de dimension de particules ou texture d'un sol donné ne peut pas être altérée rapidement et c'est pour ça qu'elle est considérée comme propriété de base.

Pour bien étudier les particules d'un sol, il faut les séparer en groupes homogènes selon leurs dimensions. En effet, il y a trois groupes conventionnels de séparation et qui sont le sable, le limon et l'argile.

Ainsi, les sols dominés par le sable ont une texture grossière et ont les propriétés du sable, ces sols sont généralement appelés des sols légers car ils sont facilement cultivés par contre les sols ayant une dominance des argiles ou limons sont difficilement cultivables et ils sont appelés des sols lourds.

Les méthodes d'analyse par lesquelles les particules sont séparées sont appelées les analyse mécaniques ou granulométriques. Les groupes de dimension de particules ainsi déterminés sont présentés dans le tableau.

Analyse mécanique ou granulométrique


Pour faire une analyse granulométrique, l'échantillon du sol doit être broyé, ensuite dispersé dans une suspension aqueuse. Les particules primaires sont généralement en agrégats et il faut les séparer en éliminant les agents de cimentation tel que la matière organique, le carbonate de calcium ou les oxydes de fer et en dé-floculant les argiles. La matière organique est éliminée par oxydation en utilisant l'eau oxygénée, le carbonate de calcium est dissout par addition de l'acide chlorhydrique et dé-floculation est faite par des agents de dispersion tel que l'hexametaphosphate de sodium et par agitation mécanique ou ultrasonique. L'objectif de la dispersion est de remplacer les cations adsorbés aux particules d'argile par le sodium qui rendent les particules de sol répulsifs les uns aux autres. La première séparation est faire par tamisage à travers des tamis de différentes ouvertures jusqu'à un diamètre d'environ 0,05 mm.
La séparation et la classification des particules plus fines tel que les limons et les argiles est faite par la méthode de sédimentation qui est basée sur la vitesse de décantation de ces minéraux, du fait que la vitesse de sédimentation des particules une fois en suspension est proportionnelle à leurs dimensions.

Suite à la loi de Stockes, la vitesse finale de sédimentation d'une particule sphérique par gravité dans un liquide de densité et de viscosité donnée est proportionnelle au carré du rayon de la particule ;

v = 2/9 . r²g/η.(ρs - ρf) = d²g/18η.(ρs-ρf)
ou d est le diamètre de la particule, r est le rayon de la particule, g est la force de la gravité, η est la vitesse, ρs est la densité de la particule et ρf est la densité du fluide.
Si on assume que la vitesse finale est atteinte presque instantanément, on peut obtenir le temps t nécessaire pour la particule de descendre la hauteur h :

t =18hη/d²g(ρs-ρf)

Tableau dimension des particules de sol 


Surface spécifique des particules


La surface spécifique ( surface par unité de poids ) d'un matériel du sol peut être définit comme la surface totale des particules par unité de masse ( am) ou par unité de volume des particules (av) ou par unité de volume de sol ( ab)

am= As/Ms ; av= As/Vs  ; ab= As/Vt

ou As est la surface totale de particules ayant une masse Ms et un volume Vs et un volume apparent du sol Vt.

La surface spécifique est généralement exprimée en mètre carré par gramme ( m²/g) ou par centimètre cube. Elle dépend de la forme et de la dimension des particules. Les particules ayant des formes plates et allongées contribuent le plus dans la surface spécifique des particules du sol. En effet, les argiles malgré leur petite taille par rapport aux autres particules contribuent le plus dans la surface spécifique du sol. La surface spécifique des sables est souvent inférieure à 1m²/g alors que celle des argiles peut atteindre plusieurs centaines de mètres carrés par gramme de sol ( Figure 1).



Classes texturales des sols


Comme les sols sont composés de particules de différentes dimensions et formes, des termes spécifiques sont nécessaire pour indiquer leurs propriétés physique. Pour ça, des classes texturales sont utilisées tel que sol sableux, sol sablo-limoneux, sol argileux, etc.(Tableau) . Ces classes sont devenues plus au moins standards à l'échelle internationale. Les groupes fondamentaux de ces classes sont le sable, le limon et l'argile.

Le groupe sable inclut tous les sols ayant au moins 70% de sable. Les propriétés de ces sols sont dominées par les propriétés du sable ; facilement lessivables, facilement transportés par le vent, bien aérés et faible capacité de rétention en eau. Dans ce groupe deux classes spécifiques sont connues ( Sableux et limono-sableux).

Le groupe argile inclut tous les sols qui contiennent au moins 35% d'argile et dans la plupart des cas au moins 40%. Dans ces sols les caractères des argiles sont dominants. Les classes spécifiques de ce groupe sont sablo-argileux, limono-argileux, et argileux). Bien entendu, dans un sol limono-argileux on trouve plus de limon que d'argile ainsi que pour un sol sablo-argileux il y a plus de sable que d'argile.

Le groupe limon contient plusieurs subdivisions et il est plus difficile à expliquer. Un sol limoneux typique doit contenir un mélange de sable, argile et limon à des proportions égales et qui a les propriétés des trois constituants.


Détermination des classes texturales


Pour la détermination des classes texturales des sols, il y a deux méthodes. La méthode qui utilise la touche à la main et qui est utilisée au champ pour avoir une idée sur la texture du sol et la méthode qui utilise les résultats de laboratoire et le triangle des textures pour déterminer la texture du sol.

Le jugement à la main se fait à l'état sec et humide. En effet, le sable est granuleux, le limon est tendre et a les caractéristique de la farine une fois touché à la main alors que les argiles s'adhèrent à la main et peuvent passer entre les doigts et former des anneaux à l'état humide.

Structure du sol


La structure est la description de l'arrangement des particules dans le sol. Le profile du sol peut dans certain cas être dominé par une seule structure mais plus souvent on rencontre plusieurs types d'agrégats en passant d'un horizon à un autre.

Il est apparent que les conditions et les caractéristiques du sol tel que le mouvement de l'eau, le transfert de la chaleur, l'aération, la densité apparente, et la porosité sont très influencés par la structure. En effet, les changements physiques imposés par les agriculteurs à travers le labour, la culture, le drainage et application du fumier sont plutôt structuraux que texturaux.

Il y a quatre types de structure qui sont connues, lamellaire ou plate,prismatique, en bloc ou polyédrique et sphérique ou granulaire.

Structure lamellaire : dans cette structure les agrégats ou groupe de particules sont arrangés dans des formes horizontales, fines et plates. La structure plate est souvent trouvée dans les horizons superficiels des sols vierges, mais elle peut aussi caractériser les horizons inférieurs.

Structure prismatique : elle est caractérisée par l'orientation verticale des agrégats qui varient en longueur d'un sol à un autre et qui peut atteindre un diamètre de plus de 15 cm. Elle est souvent présente dans les horizons inférieurs des sols des zones arides et semi-arides. Si les sommets de ces colonnes sont rondes on parle d'une structure columnaire.

Structure en bloc ou polyédrique ; dans ce cas les agrégats sont réduits en blocs hexagonaux ayant des faces irrégulières. En terme de dimension, ces blocs varient de quelques centimètres à 12 cm. En général, les agrégats ont des formes tellement individuelles que la structure devient facilement identifiable. On trouve deux types de structure; structure angulaire et sub-angulaire.

Structure sphérique ou granulaire : Tous les agrégats qui ont des formes rondes appartiennent à cette catégorie. Les agrégats sont généralement appelés des granules et c'est la structure la plus affectée par les pratiques culturales.




Stabilité structurale


La stabilité structurale ou la stabilité des agrégats est de grande importance pour l'agriculture. En effet, certaines particules se désintègrent sous l'effet de force de frappe de gouttelettes de de pluie sur le sol et celui du travail du sol, autres résistent à ces effets et maintiennent la structure du sol. Apparemment, il y a trois facteurs majeurs affectant la stabilité des agrégats et qui  sont :


1- Les liaisons mécaniques temporaires entre les particules crées par les micro-organismes du sol et en particulier les champignons. Ces effets sont accentués lorsqu'on ajoute de la matière organique ( fumier) et elles sont à leur maximum quelques semaines ou mois après l'application.

2- L'action de cimentation par les produits  intermédiaire de synthèse microbienne et de décomposition ( gum et certains polysaccharides). Ces produits sont appelés des pré-humus constituants et ils sont très effectifs pour la stabilité des agrégats au moins pour plusieurs mois.

3- L'action de cimentation par des constituants de l'humus qui sont plus stables et plus résistants et qui donnent la stabilité des agrégats à long terme.

Cependant, la stabilité des agrégats n'est pas un phénomène totalement organique comme le montre les exemples précités mais il y a une interaction étroite entre les constituants organique et minéraux. Les cations polyvalents tel que le Ca++ , Mg++ , Fe++ , et Al3+ jouent un rôle de liaison entre la matière organique et les particules d'argile et forment des complexes matière organique-argile. D'une manière générales, les sols où dominent la Kaolinite et les oxydes d'hydrogène ont la plus grande stabilité structurale.

PHOTO FIGURE EFFET DE LA MATIERE ORGANIQUE SUR LA STABILIT2 STRUCTURALE

Phase liquide :


Les quantités variables de l'eau présentes dans le sol par unité de poids ou de volume et l'état d'énergie de l'eau dans le sol sont des facteurs importants affectant la croissance des plantes. La teneur du sol en eau gouverne la teneur en air et les échanges gazeux dans le sol et par-là, affecte la respiration des racines, l'activité des micro-organismes, et l'état chimique du sol ( potentiel de l'oxydo-réduction).

La fraction de l'eau par unité de masse ou de volume présente dans le sol, peut être appelée l'humidité du sol. Les conditions physico-chimiques de l'état de l'eau du sol sont caractérisées en terme d'énergie libre par unité de masse appelées potentiel. Les différentes composantes de ce potentiel sont potentiel matriciel ou de pression et qui caractérise la force d'adhésion de l'eau aux particules de sol. L'humidité du sol et le potentiel matriciel sont reliées et la représentation graphique de cette relation est appelée la courbe caractéristique de l'humidité du sol.

Mesure de l'humidité du sol


La détermination de la quantité de l'eau présente dans le sol est importante pour des études agronomiques, écologiques, et hydrologiques afin de comprendre les relations chimiques, mécaniques, hydrologiques et biologiques du sol. Il y a des méthodes de mesure directes et indirectes et il y a plusieurs façons de les exprimées quantitativement. Mais il n'y a pas de méthode universelle pour la détermination de l'humidité du sol. Ici, on va décrire les méthodes les plus importantes et les plus utilisées.

Echantillonnage et séchage ;


La méthode traditionnelle par gravimétrie pour la détermination de l'humidité du sol consiste à prélever un échantillon de sol et ensuite déterminer son poids humide et sec. Le poids humide est déterminé en pesant l'échantillon à l'état humide au moment de l'échantillonnage et le poids sec est déterminé après séchage de l'échantillon au four à 105°C pour une période de 24 heures. L'humidité gravimétrique est calculée par la formule suivantes :

ω = ( poids humide  - poids sec ) / poids sec

La précision de cette méthode dépend de l'échantillonnage, du transport de l'échantillon, et de la pesée elle-même. Elle consomme beaucoup de temps car il faut au moins 24 heures pour déterminer le poids sec sachant que même après cette période à cette température il y a toujours de l'eau présente dans le sol. Il est connu que certaines argiles conservent des quantités appréciables de l'eau même à 105°C. Aussi, à cette température il y a l'oxydation de certains composés de la matière organique qui faussent le poids sec de l'échantillons. En plus c'est une méthode destructive et peut changer les caractéristiques du site échantillonné, c'est pour ça les méthodes indirectes sont préférées.

Résistance électrique


La résistance électrique d'un sol dépend non seulement de sa teneur en eau mais aussi de sa composition, de sa texture, et de sa concentration en sels solubles. De même la résistance électrique d'un corps poreux après équilibre avec l'humidité du sol peut être étalonner pour donner des mesures de l'humidité du sol. Cette unité est appelée bloc de résistance électrique qui généralement contient deux électrodes implantées dans du gypse, Nylon ou fibre de glace.

Les blocs faits de gypse ont tendance à maintenir les concentrations d'électrolyte presque constantes et qui correspondent principalement à celle d'une d'une solution solution saturée de sulfate de calcium. Ceci à tendance à masquer ou à tamponner les effets des petites variations dans la solution du sol telles que celles dues à la fertilisation ou aux concentrations faibles de sel. Cependant, l'inconvénient de ces blocs est que le gypse se détériore dans le sol. Alors la relation entre la résistance électrique et l'humidité du sol varie non seulement d'un bloc à l'autre mais aussi au sein du même bloc avec le temps.

Sonde à neutron

Les sondes à neutron ont été développées pour la première fois en 1950 et elles ont acquis une grande acceptation comme technique valable pour déterminer et suivre l'humidité dans le sol. Ces principaux avantages par rapport à la méthode gravimétrique est qu'elle est rapide, non destructive, et répétitif dans la même location et la même profondeur. Elle est pratiquement indépendante de la température et de la pression. Parmi ces inconvénients il y a le coût élevé de l'instrument, faible degré de résolution spatiale, difficulté de mesurer l'humidité à la surface, et problème de santé, associés à l'exposition aux neutrons et aux radiations gamma.

L'instrument est composé de deux parties principales; une sonde qui est introduite verticalement dans un tube en aluminium implanté dans le sol et qui contient une source de neutrons à vitesse rapide et un détecteur de neutrons à vitesse lente, et une unité centrale pour gérer les flux des neutrons à vitesse lente refléter par le sol.

Les neutrons émis par la source perdent le maximum de leur énergie lorsqu'ils sont en collision avec les particules qui ont approximativement la même taille et parmi les constituants du sol l'hydrogène est le plus proche en terme de masse à ces neutrons, il alors est le plus efficace à la modération de la vitesse des neutrons.
Le volume effectif du sol dans lequel l'humidité est mesurée, dépend de l'énergie des neutrons émis ainsi que la concentration de l'hydrogène dans le sol. En effet, pour une source de neutron et un sol donné, il dépend en grande partie de la teneur du sol en eau. Dans un sol sec, le nuage des électrons à vitesse lente entourant l'électrode est moins dense et il est propagé à des distances plus loin de l'électrode alors que dans un sol humide le nuage des électrons à vitesse lente est plus dense aux voisinages de la source des neutrons.

Tensiomètre :

Les tensiomètres mesurent la tension avec laquelle l'eau est retenue par les particules de sol. Leur efficacité est basée sur le principe que l'eau présente dans le tensiomètres s'équilibre avec l'eau du sol à travers un matériel poreux qui se trouve au sommet de l'outil. Ils sont utilisés pour déterminer les besoins en irrigation lorsque le sol est maintenu à sa capacité au champ.

Autres méthodes :
Les autres méthodes pour la détermination de l'humidité du sol incluent l'adsorption des rayons gamma, la dépendance des propriétés thermique du sol sur la teneur en eau et l'utilisation des vagues ultrasoniques. Certaines de ces méthodes ont été essayées en connexion avec la télédétection à partir des avions ou de satellites. Cependant, la plupart de ces méthodes sont en cours de développement et ne sont pas encore mise au point pour les mesures de routines au champ.

Concept de l'énergie de l'eau du sol


La rétention et le mouvement de l'eau dans le sol, son adsorption et translocation dans les plantes ainsi que ses pertes sont tous des phénomènes d'énergie. Les différentes énergies impliquées sont de types potentiels, cinétiques, et électriques. En thermodynamiques, l'énergie potentielle peut être définit comme la différence dans l'énergie libre spécifique et partielle entre l'eau du sol et l'eau libre. Plus explicitement, l'Association internationale des Sciences des Sols à définit le potentiel total de l'eau du sol comme la masse du travail nécessaire par unité d'eau pure pour amener d'une façon réversible et isothermique une quantité minime d'eau à partir d'un pool d'eau pure à une élévation et une pression donnée vers un point donné dans le sol.

L'eau du sol est soumise à plusieurs forces qui différencient son potentiel de celui de l'eau libre et pure. Il y a trois forces importantes ; la force qui résulte de l'attraction de l'eau à la partie solide appelée force matricielle et qui cause une réduction importante dans l'énergie libre des molécules adsorbées et la force qui résulte de l'attraction de l'eau vers des solutions concentrées en ion appelée force osmotique et qui a tendance à diminuer l'énergie libre de la solution du sol et enfin la force de gravité qui a tendance à attirer l'eau vers la profondeur. Le potentiel total de l'eau du sol est la somme des différentes contributions de ces facteurs.

Φt = Φg + Φp + Φo+....
ou Φt est le potentiel total, Φg le potentiel gravimétrique, Φp le potentiel matriciel ou de pression et Φo le potentiel osmotique.

Potentiel osmotique


Le potentiel osmotique est attribué à la présence des éléments en solution dans la solution du sol. Les éléments en solution ont tendance à réduire l'énergie libre de l'eau. Cette réduction est due principalement au mouvement de l'eau de la zone faiblement concentrée ( eau pure ) vers la zone concentrée en ces éléments. Le potentiel osmotique a peu d'effet sur le mouvement en masse de l'eau dans le sol mais il a un effet important sur l'absorption de l'eau par les plantes.

Les potentiels matriciel et osmotique sont tous les deux négatifs car ils ont tendance à diminuer l'énergie libre de l'eau du sol. Cependant, ils sont parfois appelés succion ou tension du fait qu'ils sont responsables du pouvoir du sol à attirer et adsorber les molécules d'eau pure. Les termes succion ou tension ont l'avantage par rapport aux potentiels du fait qu'ils ont exprimé en valeurs positives.

L'énergie libre de l'eau du sol est exprimée en hauteur d'eau en centimètre ou en bar ou atmosphère. La tableau 3 donne la concordance entre la hauteur d'eau en centimètre et la pression en bar ou atmosphère;

Tableau 3 . RELATION ETRE LA HAUTEUR DE EAU ET LA POTENTIEL EN BAR OU ATMO PHOTO


Hystérésis (hystérèse )



 



L'hystérésis est un phénomène important qui apparaît lorsqu'un sol est alternativement séché et humidifié. La courbe de désorption est obtenue en séchant un sol complètement saturé et la courbe désorption est obtenue lorsqu'on humidifie un sol initialement sec. La différence entre les deux courbes est appelée Hystérésis . Ce phénomène est dû à plusieurs facteurs, les plus importants sont l'emprisonnement de boules d'air dans les pores du sol en humidifiant et qui bloquent la continuité de l'eau dans les pores, aussi les colloîdes se rétrécissent en séchant le sol et une fois ré-humidifié ne donnent pas les mêmes configurations des pores qu'auparavant.
Les différents potentiels mentionnés dans la formule ne réagissent pas de la même façon et ne sont pas également effectifs pour le mouvement de l'eau dans le sol. L'avantage principal du potentiel total est qu'il constitue une mesure unique intégrant les effets des différents potentiels et qui permet d'évaluer n'importe quand et n'importe où l'état de l'eau dans le système sols-plante-atmosphère.

Potentiel gravimétrique


Tous les corps présents sur la surface de la terre sont attirés vers le centre de la terre avec une force de gravité égale au poids du corps qui est le produit de la masse du corps et l'accélération de gravité. Pour soulever ce corps il faut une force appelée potentiel gravimétrique.

Le potentiel gravimétrique de l'eau du sol à un point donné est déterminé par l'élévation de ce point relative à un point de référence arbitraire. Pour des raisons pratiques, il est conseillé de prendre le point de référence à une élévation pertinente dans le sol ou sous le profile pour que le potentiel gravimétrique soit toujours positif ou égal à Zéro.

Le potentiel gravimétrique peut être exprimé mathématiquement comme suit :

Pg = g x h

Ou G est l'accélération due à la gravité et h est la hauteur de l'eau du sol au-dessus du point de référence.

Potentiel matriciel ou de pression

Le potentiel matriciel est le résultat de deux types de force ; la force d'adsorption des molécules d'eau aux particules du sol et la force capillaire

L'effet net de ces deux forces est de réduire l'énergie libre de l'eau du sol. Ces potentiels sont toujours négatifs. Le potentiel matriciel exerce son effet non seulement sur la rétention de l'eau dans le sol mais aussi sur le mouvement en masse de l'eau. Les forces d'adsorption et de capillarité sont très importantes pour la fourniture des plantes en eau.

PHOTO FIGURE DIFFERENTES FORCES D ATTRACTION D EAU AUX PARTICULES DE SOL





Rétention de l'humidité dans le sol


Capacité maximale de rétention

Il est assumé que l'eau est appliquée en surface sur un sol limoneux, bien aéré et a une texture relativement uniforme. L'origine de l'eau peut être l'irrigation ou les précipitations. Une fois l'eau commence à entrer dans le sol, l'air présent dans les pores est déplacé et la surface du sol s'humidifie. Les apports continus de l'eau provoquent le mouvement de l'eau en profondeur et le déplacement davantage de l'air vers le bas du profile. A ce moment tous les pores de la partie superficielle du profile sont remplies d'eau et on dit que le sol est saturé, il est donc à sa capacité maximale de rétention de l'eau.

Capacité au Champ

Une fois les apports d'eau sont arrêtés, l'eau continue à se déplacer vers la profondeur. Après quelques jours ce mouvement devient minime ou négligeable. A ce moment, on dit que le sol est à sa capacité au champ. A cet état, les macrospores sont remplies d'air alors que les microspores sont encore remplies d'eau et c'est cette eau qui utilisée par les plantes. Le potentiel matriciel à la capacité au champ varie d'un sol à l'autre mais il est généralement dans la gamme de 0,1 à 2,0 bars.


La capacité au champ varie de 4% dans les sols sableux à 45% dans les sols argileux lourds et peut atteindre 100% et même plus dans les sols organiques. Parmi les facteurs qui affectent cette capacité on trouve :
1- Texture du sol ; les sols argileux ont une capacité de retenir l'eau plus grande que celle des sols sableux.
2- Nature des argiles présentes dans le sol : les sols riches en montmorillonite ont une grande capacité de rétention en eau.
3- Teneur en matière organique ; la matière organique du sol augmente la capacité des sols à retenir l'eau.



Point de flétrissement


Les plantes en croissance absorbent l'eau du sol et diminuent la quantité de l'eau disponible dans le sol. Une partie de l'eau prélevée traverse la plante des racines vers les feuilles et se perdent par évapotranspiration, une autre partie aussi importante est perdue directement de la surface du sol par évaporation. Ainsi, les plantes commencent à souffrir du manque d'eau et commencent à se flétrissent. Une fois le potentiel matriciel du sol atteint 15 bars, le sol est à son point de flétrissement.
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Matière Organique


La fraction organique du sol est composée des organismes vivants et des résidus de plantes et des animaux. En termes de masse, la fraction organique du sol est chimiquement la portion du sol la plus active. Elle affecte les propriétés physiques et chimiques du sol et elle est responsable pour au moins la moitié de la capacité d'échange cationique des sols et plus que n'importe quel autre facteur de la stabilité structurale.

La matière organique du sol est une accumulation des résidus de plantes mortes, des résidus de plantes et animaux en voie de décomposition, des bactéries, des champignons, des vers de terre, des actinomycètes et autres.

Origine de la matière organique du sol


La source principale de la matière organique du sol est les résidus des plantes. Sous les conditions naturelles, les racines et la partie aérienne des plantes annuelles et pérennes contribuent en grandes quantités aux résidus organiques. Une portion importante des plantes cultivées est enlevée du sol mais une partie de la masse foliaire et la totalité des racines restent dans le sol ainsi que la micro-flore et la micro-faune. Ces matériaux une fois décomposés et digérés par les micro-organismes du sol deviennent une partie intégrante des horizons inférieurs soit par infiltration ou incorporation. Cependant, les plantes supérieures constituent la source principale de la matière organique du sol qui est essentielle à la formation des sols.

Composition des résidus des plantes


La teneur en eau des résidus des plantes varie de 60 à 90% dont 75% n'est que figuratifs. En terme de poids sec, ils sont composés principalement de carbone et d'oxygène avec moins de 10% d'hydrogène et des éléments minéraux. Mais sur la base de nombre d'atomes l'hydrogène domine. Il y a en effet, 8 atomes d'hydrogène pour chaque 3,7 atomes de carbone et 2,5 atomes d'oxygène.


Même si le C, H et O constituent plus de 90% de résidus, les autres éléments jouent un rôle vital dans la nutrition des plantes et des micro-organismes. L'azote, le soufre , le phosphore , le potassium , le calcium, et le magnésium ainsi que les oligo-éléments sont les principaux minéraux présents dans les résidus des plantes.

La matière organique est constituée de différents composés à savoir les carbohydrates, les lignines, les protéines, et autres composés.

Décomposition de la matière organique :


Les constituants de la matière organique
Les constituants de la matière organique varient largement dans leur taux de décomposition. En effet, les sucres et amidon sont les composés facilement décomposables alors que les lignines sont difficilement décomposables. L'ordre de décomposition du plus facile au plus difficile est montré dans la liste suivante :
1- sucres, amidons, protéines simples
2- Protéines
3- Hémicellulose
4- Cellulose
5- Lignine, graisses, acides, etc..

Les différents constituants se décomposent simultanément une fois ajoutés au sol, mais avec des taux de décomposition différents.

La décomposition de la matière organique suit trois réactions majeures à savoir ;
1- Oxydation enzymatique qui produit principalement les oxydes de carbone, l'eau et la chaleur
2- Minéralisation ou immobilisation des éléments essentiels tels que l'azote, le phosphore et le soufre par des réactions spécifiques à chaque élément.
3-Formation des produits plus au moins stables et qui sont résistants à l'action microbienne.

La décomposition de la matière organique implique l'oxydation du carbone organique par des organismes hétérotrophes qui utilisent l'énergie de l'oxydation pour leur métabolisme. Pour que la décomposition des résidus ait lieu il faut que les quantités de l'eau, de l(oxygène, des éléments minéraux et de la température présentes dans le sol, soient adéquates pour les micro-organismes responsables de la décomposition des résidus de plante dans le sol.

Les sols varient largement en termes de leur teneur en matière organique. Les sols des parcours sont généralement riches en matière organique et peuvent avoir entre 5 et 6% dans les premiers 15 cm de profondeur. Alors que les sols sableux des zones arides peuvent contenir moins de 1%. D'une façon générale, les sols minéraux sont pauvres en matière organique et contiennent entre 0,5 et 5%.

Extraction et fractionnement de la matière organique


Les propriétés chimiques de la matière organique sont bien étudiées lorsque la matière organique est dissociée de la partie minérale ( particules de sol ).

La matière organique du sol peut être extraite soit par oxydation humide ou incinération. La méthode la plus utilisée est la méthode qui utilise l'oxydation humide. Elle est basée sur l'oxydation du carbone organique présent dans la matière organique par le bicarbonate de potassium et le taux du carbone est déterminé par tit ration. Le taux de la matière organique est ainsi déterminé en multipliant la teneur du carbone ainsi déterminée par un facteur en assumant que la matière organique contient 58% de carbone.
La méthode par incinération est plus précise et elle est basée sur la différence de poids de l'échantillon avant et après incinération à une température donnée.


Fonctionnement de la matière organique


Les procédures classiques de fractionnement de la matière organique impliquent la précipitation par des acides et la dissolution dans l'alcool. Les différentes fractions de la matière organique et les méthodes de fractionnement, sont présentées dans la figure.

Humus :


Les produits de la dégradation des résidus de plante sont soumis à des réactions chimique et enzymatiques et forment des polymères nommées humus. L'humus est plus complexe et il est plus ou moins résistant à la décomposition microbienne et a une coloration noire foncée.

La composition et la structure de l'humus sont très complexes et elles sont encore mal connues. Mais plusieurs chercheurs se sont mis d'accord sur la présence de deux types de polymères; l'acide humique ( 50 à 80%) et polysaccharides ( 10 à 30% ).


Rôle de la matière organique ( humus ) dans le sol


La matière organique contribue à la croissance des plantes à travers ses effets sur les propriétés physiques, chimiques, et biologiques du sol. La matière organique fournit l'azote, la phosphore et le soufre pour la croissance des plantes, sert comme source d'énergie pour les micro-organismes du sol et améliore la structure du sol. L'humus affecte aussi la croissance des plantes indirectement en jouant sur la disponibilité des oligo-éléments et les performances de certains intrants tels que les herbicides et autres produits chimiques. Le tableau résume les propriétés générales de l'humus et leurs effets sur les propriétés physico-chimiques du sol.

Plus d'attention, est donnée à la relation étroite qui existe entre la matière organique et la teneur des sols en azote total. Du fait que le carbone constitue la portion la plus large et la plus importante de la matière organique, il n'est pas surprenant de trouver que le ratio C/N des sols est presque constant. L'importance de ce ratio dans le contrôle de la disponibilité de l'azote et de la matière organique totale et du taux de décomposition de la matière organique est bien connue pour la gestion des sols.

Les ratio C/N dans les sols cultivés varie en général de 8:1 à 15:1 , la médiane est entre 10:1 et 12:1. En général, sous des conditions climatiques et système de gestion des sols donnés, il n'y a pas de variations importantes dans le ratio C/N. Les variations qui peuvent surgir sont généralement en relation avec les conditions climatiques et en particulier la température et la quantité et la distribution des précipitations. En effet, il est bien établi que le ratio C/N a tendance d'être faible dans les sols des zones arides par rapport à  celui des sols des zones humides quand les températures annuelles sont presque les mêmes.

Propriétés
Remarques
Effets sur le sol
Couleur
La couleur noire foncée typique de plusieurs sols est due à la matière organique
Facilite l’échauffement du sol
Rétention en eau
La matière organique peut retenir une quantité d’eau plus de 20 fois son poids
Réduit le risque de dessèchement et rétrécissement et améliore la capacité de rétention en eau des sols
Combinaison avec les particules d’argiles
Joindre les particules en agrégats
Permet l’échange de gaz, stabilise la structure et améliore la perméabilité
Chélation
Forme des complexes stables avec Cu, Zn, Mn et autres cations polyvalents
Tamponne la disponibilité des oligo-éléments pour les plantes
Solubilité dans l’eau
Insolubilité de la matière organique est due partiellement à son association avec les particules du sol et les sels
Peu de matière organique est perdue par lessivage

Relation pH
La matière organique tamponne le pH du sol
Aide à maintenir des réactions uniformes
Echange cationique

Augmente la capacité d’échange Cationique CEC des sols de 20 à 70%
Minéralisation
La décomposition de la matière organique produit CO2, NO3, NH4+ , PO4--- et SO4--
Source des éléments nutritifs pour les plantes

 Le ratio carbone : Azote C/N


Le ratio C/N est important pour deux raisons majeures (a) une compétition importante pour l'azote disponible est déclenchée lorsque des résidus ayant un C/N élevé sont apportés au sol et (b) du fait que ce ratio est relativement constant dans les sols, le maintien du carbone et par-là le taux de la matière organique du sol dépend en particulier de l'azote disponible dans le sol.


Azote dans le sol


La source principale de l'azote utilisé par les plantes est l'azote de l'air N2 qui constitue environ 78% de l'atmosphère. Mais, sous sa forme élémentaire il est sans importance pour les plantes supérieures. L'azote inerte doit suivre les chemins principaux suivants pour qu'il soit utilisé par les plantes :
1- Fixation par les rhizobiums et les micro-organismes qui vivent en symbiose avec les légumineuses et certaines non-légumineuses.
2- Fixation par les micro-organismes vivant dans le sol et sur certaines feuilles des cultures tropicales.
3-Fixation par des charges électriques.
4- Fixation sous forme ammoniacale ( NH3 ), nitrate NO3 ou CN2 par n'importe quel processus industriel pour la fabrication des engrais chimiques.

L'azote inerte est une source d'azote inexhaustible car il est en équilibre dynamique avec les différentes formes fixées. Comme l'azote de l'air est fixé par les différents micro-organismes il est en même temps libéré à l'atmosphère par des processus microbiologiques et chimiques qui sont illustrés dans le cycle de l'azote.

Fixation de l'azote par les rhizobiums et autres bactéries symbiotiques 


L'utilisation des légumineuses dans la rotation et l'application du fumier constituaient la source principale de l'azote pour les cultures non-légumineuses. Même si elles sont encore des sources importantes d'azote pour l'agriculture leur importance commence à diminuer avec le développement des engrais chimiques à coût faible.

Quantité de N fixée. La quantité de N fixée par les légumineuses est d'environ 75% de l'azote total utilisé pour la croissance des plantes. La quantité fixée par les rhizobiums dépend de l'espèce de la bactérie, de la plante hôte et des conditions environnementales dans lesquelles les deux vivent. Les quantités typiques fixées par alfalfa, trèfle , et lupin sont généralement supérieures à celles fixées par les arachides, les haricots et les pois. Le soja et le petit pois sont considéré des légumineuses à faible capacité de fixation d'azote de l'air en comparaison avec la fève. En effet, les bactéries responsables de la fixation de l'azote de l'air par les légumineuses sont spécifiques à la plante hôte et ne sont fonctionnelles que si elles sont en association avec cette plante. Par exemple; la bactérie qui vie en association symbiotique avec le soja ne peut pas vivre en association avec alfalfa. Il est donc impératif d'inoculer les semences des légumineuses avec l'inoculant approprié pour bien profiter de l'azote de l'air à travers la fixation symbiotique.

Transfert de N fixé. Les rendements des céréales cultivés en association avec légumineuses sont souvent améliorés. Une partie de cette augmentation est attribuée à l'amélioration  de la fourniture du sol en azote minéral pour les céréales. Le transfert de l'azote des racines des légumineuses aux cultures en association n'est pas bien connu. Des quantités minimes d'azote sous forme aminoacides ou autres composés azotés peuvent être excrétées par les racines des légumineuses. La décomposition microbienne des nodules peut aussi contribuer à la fourniture de l'azote pour la culture en association avec la légumineuse.
Des quantités appréciables de l'azote peuvent être libérées des racines des légumineuses une fois la plante est morte, récoltée ou broutée. Cet azote est important pour les cultures en rotation avec les légumineuses.

Sous certaines conditions les quantités d'azote fixées sont minimes et il est nécessaire d'apporter l'azote sous forme d'engrais chimiques pour répondre aux besoins des cultures. Il y a aussi des situations ou la légumineuse, pour une raison ou une autre, ne fixe pas l'azote de l'air et il est nécessaire d'apporter l'azote aussi bien pour la légumineuse que pour la culture en association.


La fixation de N par les légumineuses est à son maximum quand la teneur du sol en N minéral est faible. Il est parfois conseillé d'apporter des petites quantités d'azotes sous formes d'engrais chimiques au semis pour assurer les besoins en azote et le bon développement des plantules jusqu'à développement des nodules sur les racines.
L'application de l'azote est aussi recommandée lorsque l'activité microbienne est réduite par des conditions externes non favorables telles que les températures basses ou l'humidité excessive du sol.


Fixation par les micro-organismes libres vivant dans le sol


La fixation de l'azote de l'air est aussi effectuée par des micro-organismes libres vivants dans le sol ou en association avec les non-légumineuses et des algues. Ces bactéries et algues sont cités dans le tableau ci dessous.

Tableau - Micro-organisme impliqués dans la fixation biologique de l'azote
Organismes
Propriétés générales
Utlisation en agriculture
Azotobacter
Aérobic, fixateur libre, vie dans le sol, dans l’eau, dans la rhizophère et sur les feuilles
Effets bénéfiques sur les cultures ne sont pas encore confirmés ; effet hormonal sur les racines et la croissances des plantes
Azospirillum
Aérobic ; fixateur libre ou en association avec les racines des graminées pérennes
Utilisation potentielle dans l’augmentation des rendements des graminées pérennes ; effet hormonal sur les racines et la croissance des palntes
Rhizobium
Fixe l’azote dans les légumineuses ; vie en symbiose
Les légumineuses profitent de cette symbiose ; l’effet peut être plus important si les cultures sont inoculées par les espèces appropriées
Actinomycète
Frankia
Fixe l’azote dans les arbres non légumineuses ; vie en symbiose avec ces arbres
Important dans le reforestation et la production du bois
Algues blues-Vertes
Contiennent de la chlorophylle comme les plantes supérieures, sont aquatiques et terrestre
Améliore la production du riz dans les sols engorgés

Transformation de N (azote) Dans le sol


Les plantes absorbent la plupart de leur besoin en azote sous forme de NH4+ et NO3-. Les nitrates sont souvent la source la plus dominante car ils se trouvent en concentration élevée dans les sols et sont mobiles et atteignent les racines facilement soit par mouvement en masse ou par diffusion.

La préférence des plantes pour NH4+ ou NO3- est déterminée par l'âge et le type de la plante, l'environnement et autres facteurs. Céréales, Maïs, Pomme de terre, Betterave , Pamplemousse, Riz et ray-glass utilisent les deux formes. Cependant, les tomates, les céleris, les courgettes et le tabac se comportent mieux lorsqu'ils sont pourvus des nitrates. Alors qu'il y a des cultures qui ne tolèrent pas les nitrates et d'autres qui ne supportent pas l'ammonium.

Nitrates : Le taux d'absorption des nitrates est souvent élevé. L'absorption des NO3- est favorisée apr des conditions de pH acide. Son absorption peut diminuer significativement par la présence de NH4+ .
Ammonium : Idéalement, l'ammonium comme source d'azote est plus préféré que les nitrates. La plante en utilisant NH4+ au lieu de NO3- économise de l'énergie à la synthèse des protéines. Les nitrates doivent être réduits avant d'être incorporé dans les protéines. Cette réduction exige de l'énergie et il y a consommation de deux molécules NADH pour chaque ion de NO3- réduit. Aussi NH4+ est moins vulnérable aux pertes par lessivage et par dénitrification. L'absorption de NH4+ par les plantes est à son maximum à des pH neutres et elle est diminuée par l'augmentation de l'acidité du sol.

Ammonium et nitrate: La croissance des plantes est souvent améliorée lorsque les plantes sont nourries aussi bien par NH4+ que par NO3-. Certaines expérimentations ont montré que les rendements grain de l'orge étaient supérieures dans les traitements ou la source d'azote était uniquement NH4+ à ceux des traitements ou la source de l'azote était uniquement NO3-. Ce résultat peut être attribué au fait que NH4+ peuvent retarder la croissance en réduisant l'absorption du potassium et provoquent les symptômes de carence en potassium. Par contre les plantes tolèrent des concentrations élevées des nitrates.

Minéralisation des composés d'azote


La minéralisation de l'azote organique est faite essentiellement en trois étapes à savoir l'aminisation, l'ammonification et la nitrification. Les premières deux réactions sont faites par des micro-organismes hétérotrophes et la troisième réaction est conduite en particulier par des bactéries autotrophes. Les micro-organismes hétérotrophes ont besoin de composés carbonés pour leur énergie alors que les autotrophes obtiennent leur énergie de l'oxydation des sels minéraux et leur carbone du gaz carbonique de l'atmosphère.

Aminisation : La population des micro-organismes hétérotrophes présents dans le sol est composée de plusieurs groupes de bactéries et de champignons chacun responsable d'une ou plusieurs étapes de la décomposition de la matière organique. Les bactéries sont reconnues responsables de la décomposition des protéines dans un milieu neutre et alcalin alors que les champignons sont responsable de cette décomposition dans un milieu acide. L'étape finale de la décomposition des produits azotés est la décomposition hydrolitique des protéines qui donne les amines et les acides aminés. Cette étape est appelée aminisation et elle est représentée par la réaction suivante : 

Protéine → R-NH2 + CO2 + énergie + autres produits


Ammonification : Les amines et les acides aminés produits par l'aminisation sont utilisés par d'autres hétérotrophes qui libèrent des composés ammoniacaux. Cette étape est appelée ammonification et elle est représentée par les réactions suivantes :


R- NH2 + HOH → NH3 + R - OH + énergie

2NH3 + N2CO3 → (NH4)2 CO3 ↔ 2NH4+ CO3-

Des populations diverses de bactéries, de champignons et d'actinomycètes aussi bien hétérotrophes qu'autotrophes sont capables de libérer l'ammonium. L'ammonium ainsi libéré peut suivre différents chemins ;
1- Peut être converti en nitrites puis en nitrates par le processus de nitrification
2- Peut être absorbé directement par les plantes 
3- Peut être utilisé par les micro-organismes hétérotrophes
4- Peut être fixé entre les feuillets de certaines particules d'argile.
5- Peut être transformé en forme gazeuse ( N2).

Nitrification : L'ammonium formé par le processus de l'ammonification est converti par oxydation biologique en nitrate. La transformation de l'ammonium en nitrate est appelée nitrification. La nitrification est une réaction en deux étapes dans lesquelles l'ammonium est converti en premier lieu en nitrite NO2 et puis en nitrates NO3 . La conversion en nitrites est faite par des bactéries autotrophes appelées Nitrosomonas selon la réaction suivante :

2 NH4+ + 3O2  2NO2- + 2H2O + 4H

La conversion des nitrites en nitrates est conduite largement par un second groupe de bactéries obligatoirement autotrophes appelé Nitrobacter selon l'équation suivante :

2NO2- + O2   2NO3-

Facteurs qui affectent la nitrification :


Les facteurs affectant l'activité des bactéries responsables de la nitrification ont un effet important sur la quantité des nitrates produite et par conséquent sur l'utilisation des nitrates par les plantes. En général, tous les facteurs qui favorisent la croissance des plantes affectent positivement l'activité des micro-organismes responsables de la nitrification. Les facteurs qui affectent la nitrification sont (1) la présence de l'ion NH4+, (2) La population des micro-organismes responsables de la nitrification, (3) la réaction du sol, (4) l'aération du sol, (5) l'humidité du sol et (6) la température.

Présence de l'ion ammonium; du fait que les micro-organismes responsables de la nitrification utilise l'ammonium, il est nécessaire que l'ion ammonium soit disponible pour que la nitrification continue. En effet, toutes les conditions qui défavorisent la libération de l'ammonium de la matière organique affectent négativement la nitrification.

Population des bactéries : Les sols sont différents dans leur capacité de produire des nitrates à partir de l'ammonium même sous les mêmes conditions de température et d'humidité. Cette différence est généralement attribuée à la population microbienne responsable de la nitrification présente dans le sol.

Réaction du sol : La gamme de réaction de sol dans laquelle la nitrification continue est entre pH 5 et 10,0 avec un optimum à pH 8,5 . Cependant, il est connu que la nitrification continue même à des pH faibles allant jusqu'à 3,8 . Les bactéries responsables de la nitrification ont besoin de quantités adéquates en calcium, phosphore et un équilibre entre le fer, le cuivre, le manganèse, et peut être d'autres éléments.

Aération du sol : Les nitrobacters responsables de la nitrification sont obligatoirement aérobiques et autotrophes et ne peuvent pas produire des nitrates en absence d'oxygène.

Humidité du sol : L'activité des nitrobacters est sensible à l'humidité du sol. Le taux de minéralisation de N organique est généralement élevé à la capacité au champ. La minéralisation a tendance à diminuer lorsque l'humidité du sol est excessive ou insuffisante.

Température : Du fait que toutes les réactions biologiques sont affectées par la température, il est évident que la nitrification sera, elle aussi affectée par ce facteur environnemental. Le coefficient de température Q10 de la minéralisation de l'azote organique est égal à 2 dans la gamme de température allant de 5 à 35°C.

Pertes de l'azote


L'azote minéral du sol et en particulier sous forme nitrates peut suivre quatre directions différentes; il peut être utilisé par les micro-organismes comme il peut être utilisé par les plantes supérieures ou il peut être perdu par lessivage ou par volatilisation.

Les micro organismes consomment l'azote plus rapidement que les plantes supérieures lorsqu'ils ont une source d'énergie disponible. Cependant, les plantes doivent être satisfaites par ce qui reste dans le sol ou attendre la minéralisation de N organique ou la diminution de l'activité microbienne. Ceci est une des raisons pour laquelle le taux de recouvrement des engrais azotés dans les meilleures des cas ne dépasse pas 60% .

Lessivage : La quantité de N perdue par lessivage dépend des conditions climatique et des pratiques culturales et ne concerne que N sous forme nitrates. Dans les zones arides et semi-arides ces pertes sont minimes du fait que les quantités d'eau reçue sont faible et ne provoquent pas un vrai lessivage alors que dans les zones humides ou sous irrigation les pertes par lessivage sont intenses. Ces pertes sont accentuées sous les cultures de rente ou il y a l'irrigation et des apports d'engrais azotés excessifs et en particulier dans les sols à texture grossière.

Immobilisation : L'immobilisation est la réaction inverse de la minéralisation apparaît lorsque des résidus à teneur faible en azote tel que la paille des céréales sont apportés au sol et commencent à se décomposer. La teneur élevée en carbohydrates de ces résidus cause une prolifération de la population microbienne dans le sol. Cette population a besoin d'azote et d'autres minéraux pour former les protoplasmes cellulaires. Ceci entraîne une diminution de l'azote minéral du sol et il est conseillé d'appliquer de l'engrais azoté dans ces conditions pour palier à ces pertes.


Fixation de NH4+ : Aussi bien la fraction minérale que la fraction organique du sol a la capacité de fixer l'ammonium présent dans le sol et le rendre non disponible aux plantes et aux micro-organismes. La fixation de NH4+ par les particules d'argiles est similaire à celle du K+ . La vermiculite a la grande capacité de fixer NH4+ suivi de l'illite et puis la montmorillonite.
L'NH4+ se place entre les feuillets des argiles en remplaçant le potassium. L'ammonium fixé quant à lui peut être libéré par des cations à diamètres supérieur tel que le Ca++ , Mg++ , Na+ et H+.

La présence du potassium généralement réduit la fixation de l'ammonium du fait que le potassium a environ le même diamètre que l'ammonium. Cependant, une fertilisation potassique avant l'application de l'ammonium dans les sols à haut risque de fixation est recommandée.

Le taux de fixation de l'ammonium par la matière organique est en relation linéaire avec le pourcentage de carbone présent dans la matière organique. Cependant, le mécanisme de cette fixation n'est pas encore complètement connu malgré que les auteurs suggèrent que les sites de fixation soient les groupes hydroxyl.

Volatilisation :Les pertes par volatilisation sont principalement sous forme N2O et N2 pendant les processus de réduction ( dénitrification) et d'oxydation ( nitrification ) selon les réactions suivantes


Ces pertes sont favorisées sous les conditions suivantes : 
1- Faible aération du sol ( absence d'oxygène )
2- Présence de nitrates dans le sol
3- Source d'énergie disponible ( présence de carbone )
4- Présence de micro-organismes responsables de ces réactions
5- pH du sol élevé

La dénitrification est une réaction qui se fait dans des conditions d'anaérobie ( absence d'oxygène) ou certains micro-organismes ont la capacité d'obtenir leur oxygène en réduisant les nitrates et les nitrites en N2O et N2 selon la réaction suivante :

2NO3→ 2NO2→ 2NO→ N2O→ N2



Phosphore dans le sol


Le phosphore comme l'azote, le potassium, le calcium, le magnésium et le soufre est classé avec les macro-éléments. Il est présent dans les plantes et dans le sol en quantités plus faibles que celles de l'azote ou du potassium. Les quantités de P présentes dans la plante ou dans le sol sont comparables à celles du soufre et varient entre 0,1 et 0,4%. Le phosphore présent dans le sol a une tendance générale à réagir avec d'autres composé du sol pour former des formes insolubles de P. Les plantes absorbent le phosphore sous forme H2PO4- et HPO4--. Du fait que la première forme est plus abondante dans les sols à pH typique pour la croissance des plantes, elle constitue la forme la plus utilisée par les plantes. Cependant l'absorption de HPO4-- est plus élevée à pH acide alors que celle de H2PO4- est élevée à pH basique.

Teneurs du sol en phosphore


La teneur du sol en phosphore est généralement inférieure à celle de l'azote et autres macro-éléments. Les concentrations du sol en P total varient entre 90 et 2225 kg/ha avec une moyenne de 890 kg/ha dans les premiers 20 cm de profondeur. Cependant, la portion de cette quantité qui est accessible par les plantes est une autre histoire. Du fait que peu de cet élément est exposé aux pertes par lessivage et que les besoins des plantes en ces éléments sont généralement faibles, il a tendance à s'accumuler dans les horizons superficiels et en particulier sous les cultures ou il y a une fertilisation intensive tel que la marîchage et l'arboriculture.

Même si les sols des zones arides sont généralement caractérisés par des teneurs élevées en P total, la plupart de ces sols sont caractérisés par des teneurs faibles en P assimilable. Cette situation est aggravée par les conditions climatiques défavorables ( faibles températures et humidité du sol au début de la saison et fortes températures en fin de saison). Le phosphore du sol peut être extrait par l'eau, par des acides ou bases diluées ou par des solutions de sels. L'extrait le plus efficace est celui qui prévoie correctement la réponse de la culture aux engrais phosphatés et qui reflète le mieux les facteurs qui influencent la fourniture du phosphore aux plantes. Deux de ces facteurs sont la quantité de P dans le sol ( quantité ) et la concentration de P dans la solution du sol ( intensité ).

Formes de P dans le sol


Le phosphore dans le sol peut être classé d'une façon générale comme phosphore organique ou minéral et ceci en fonction de la nature des composés dans lesquels il se trouve. La fraction organique se trouve dans l'humus et les matériaux organiques qui peuvent ne pas être associés à l'humus. Les teneurs du sol en P organique varient énormément d'un sol à l'autre et peuvent aller pratiquement de zéro à 0,2%. La teneur en P assimilables des horizons superficiels de certains sols de Canada varie de 25 à 55% du phosphore total.

Cependant, la fraction minérale de P du sol se trouve dans différentes combinaisons avec le fer, l'aluminium, le calcium, le fluor, et autres éléments. La solubilité dans l'eau de ses composés varie de composés totalement solubles à des composés pratiquement insolubles.


La figure décrit les sources qui contribuent à la teneur en phosphore ainsi que les formes de perte de P du sol.

Solution du sol


Le phosphore est largement absorbé par les plantes sous forme secondaire et primaire de l'ion ortho-phosphate ( H2PO4- et HPO4--) qui sont présents dans la solution du sol. La concentration de chaque forme dans la solution du sol dépend largement du pH de la solution. A pH 7,22 il y a approximativement la même concentration des deux formes dans la solution du sol. Au-dessous de ce pH, H2PO4- est la forme principale présente et elle est prédominante dans plusieurs type de sol. L'ion HPO4-- devient plus important à des valeurs de pH supérieurs à 7,22 . L'absorption de la plante pour l'ion HPO4-- est plus lente que celle pour l'ion H2PO4-.

La concentration des ions ortho-phosphates dans la solution du sol et le maintien d'une concentration adéquate est d'une grande importance pour la croissance des plantes.
L'absorption de P par les plantes illustrée par l'équation de la figure, est rapide au début du cycle végétatif et devient faible vers la fin du cycle



Facteurs qui affectent la disponibilité du phosphore dans le sol


La disponibilité du phosphore est largement contrôlée par (a) le pH, (b) le fer, l'aluminium et le manganèse solubles et (c) présence dans le sol des composés contenant fer, aluminium ou manganèse, (d) la disponibilité de calcium et ou composés de calcium (e) la matière organique et (f) l’activité microbienne. Les premiers quatre facteurs sont liés car ils sont tous affectés par le pH du sol.

Le pH du sol affecte la forme dans laquelle l'ion phosphore se trouve dans la solution du sol et ainsi affecte l'absorption par les plantes(FIGURE). Dans les sols acides on trouve seulement la forme H2PO4-- et enfin la forme PO4--- .

H2PO4- ↔ H2O + HPO4-- ↔ H2O + PO4---

A des pH intermédiaires on trouve les deux formes à la fois. Cependant à pH 6,0 aussi bien H2PO4- que HPO4-- sont présents dans la solution du sol. Alors que dans la nature cette relation est compliquée par la présence ou l'absence d'autres composées ou ions. Par exemple, la présence des ions solubles de fer et d'aluminium sous des conditions de pH acide et des ions de calcium sous des conditions de pH basique affecte significativement la disponibilité du phosphore dans le sol.

Détermination du phosphore extractible

Le phosphore est un élément majeur essentiel à la croissance des plantes. Il est virtuellement déterminé dans tous les laboratoires d'analyse de sol. En comparaison avec N et autres éléments nutritifs, l'analyse de sol pour P est généralement un indicateur équitablement fiable du besoin des cultures en engrais phosphaté. Du fait que les composés de P dans le sol sont très variables et sont liés au type de sol et ç la roche mère, plusieurs méthodes d'extraction sont employées à l'échelle mondiale pour évaluer la fertilité des sols en P. Peu, si non aucune de ces méthodes n'est satisfaisante pour tous les types de sol. Une bonne méthode est celle qui est bien corrélée avec l'absorption de P apr les plantes et qui est calibrée avec la réponse des cultures aux engrais phosphatés. Les méthodes d'analyse pour la routine doivent être simples, rapides, facile à exécuter, et moins cher.

La méthode qui utilise le bicarbonate de sodium comme solution d'extraction de P du sol appelée méthode Olsen répond à ces critères et elle est généralement acceptée comme un indice convenable de la disponibilité de P dans les sols calcaires où la solubilité du phosphate de calcium est élevée à cause de la précipitation de Ca++ sous forme de CaCO3.

La recherche a confirmé son utilité dans les zones arides et semi-arides du fait que les sols de ces zones sont essentiellement des sols calcaires. En conséquence, l'adoption de cette méthode comme méthode d(analyse de routine pour l'évaluation de la fertilité des sols en P dans ces zones est impérative.

La solution d'extraction bicarbonate de sodium a été premièrement développée et décrite par Olsen et collaborateurs en 1954. Dans la méthode originale, le charbon actif est ajouté dans le réactif d'extraction pour éliminer les couleurs dans l'extrait. Cette procédure a été modifiée ultérieurement en éliminant l'utilisation du charbon actif. Actuellement, dans la méthode modifiée, il n'y a qu'un seul réactif contenant le molybdate d'ammonium, l'acide ascorbique et une petite quantité d'antimoine.

Résumé :

1- Le phosphore se trouve dans le sol sous forme organique et minérale. La concentration de la forme minérale dans la solution du sol est le facteur le plus important qui gouverne la disponibilité de P. L'absorption de H2PO4- par les plantes est plus rapide que celle de HPO4--.
2- La concentration de P dans la solution du sol est influencée par le taux de fixation de P par les micro-organismes et par les réactions avec la fraction minérale du sol. Les sols riches en fer et aluminium solubles réagissent avec les ortho- et poly-phosphates et forment une variété de composés de P insolubles.
3- La disponibilité de P est diminuée par l'activité du calcium qui est abondant dans les sols basiques. Dans ces sols, le phosphore est précipité sous forme de di-calcium de phosphate et autres types de calcium de phosphates qui sont insolubles.
4- La disponibilité du P soluble présent dans les engrais phosphatés peut être amélioré par l'emplacement de ces engrais en bande à côté de la semence.
5- Les engrais phosphatés ont un effet résiduel important. La formation de ces composés de calcium de phosphates joue un rôle important dans l'effet résiduel des engrais phosphatés dans les sols basiques.


Potassium dans le sol


Le potassium est absorbé par les plantes en grande quantité en comparaison avec les autres éléments nutritifs à l'exception de l'azote. La quantité de potassium total présente dans le sol est très grande par rapport à la quantité absorbée par les plantes pendant leur cycle de croissance. En effet, dans la plupart des cas il n'y a qu'une petite fraction de cette quantité qui se trouve sous forme disponible pour la plante dans le sol à un moment donné.

Teneur des sols en potassium


Le potassium est présent dans le sol en quantités largement supérieures à celle du phosphore. La concentration du P dans la croûte terrestre est seulement 0,11%, alors que celle de potassium est d'environ 1,9%. La concentration du potassium dans les sols varie de 0,5 à 2;5% avec une moyenne typique de 1,2%.

Forme de potassium dans le sol


Les différentes formes de potassium dans le sol peuvent être classées en quatre catégories selon leur disponibilité pour les plantes ( figure ) . Ces catégories sont ( a) le potassium structurel des minéraux et dont la concentration varie de 5000 à 25000 mg/kg de sol et qui n'est pas disponible pour les cultures; (b) le potassium non échangeable ( fixé ou difficilement disponible ) et dont la concentration varie de 50 à 750 mg/kg de sol ; (c) le potassium échangeable, dont la concentration varie de 40 à 600 mg/kg de sol; et (d) le potassium soluble dont la concentration varie de 1 à 10 mg/kg de sol. La distinction entre ces groupes est plutôt arbitraire du fait qu'il y a une progression dans les formes. L'importance relative des quatre groupes dépend de la composition minéralogique des sols.



Résultat de recherche d'images pour "PHOTO CYCLE DU POTASSIUM DANS LE SOL"

Le mouvement du potassium dans un système dynamique produit un équilibre permanent entre les différentes formes. L'équilibre entre le potassium échangeable et le potassium soluble s'établit rapidement alors que entre le potassium fixé et le potassium non échangeable est très lent. Le transfert du potassium de la forme structurelle ou minérale à n'importe qu'elle autre forme, est très lent dans la plupart des sols et par conséquent, il est considéré comme potassium non disponible aux plantes pendant le cycle végétatif.
Le potassium sous forme non disponible se trouve en grande quantité dans les micas et feldspars, alors que le potassium non échangeable se trouve dans les minéraux d'argile tel que l'illite, vermiculite et chlorite. Le potassium échangeable se trouve fixé aux minéraux d'argile et à la matière organique dans la phase solide par des forces électrostatiques et il est facilement transféré à la solution du sol par échange avec d'autres cations.

Du fait qu'il y a un équilibre continu entre les différentes formes de potassium dans le sol (Figure), le potassium apporté sous forme d'engrais solubles peut être transformé en forme non disponible sous certaines conditions de sol.

Absorption du potassium par les plantes :


Les plantes absorbent potassium sous forme K+ . La concentration de K+ nécessaire dans la solution du sol dépend considérablement de la nature de la culture, la structure du sol, le niveau de la fertilité générale du sol et de l'humidité du sol.

La plante absorbe la quantité de potassium nécessaire pour son développement soit par contact direct ou interception et qui ne constitue que 6 à 10% de la quantité totale absorbée, soit par mouvement en masse du potassium vers les racines, soit par diffusion.
Cependant, les besoins de la plante en potassium sont assurés principalement par mouvement en masse ou par diffusion et qui sont contrôlés par l'intensité du potassium dans le sol.

Mouvement en masse : la quantité de potassium transportée par ce type de mouvement dépend de la quantité d'eau utilisée par la plante et la concentration de cette eau en potassium. L'alimentation en potassium de la plante par mouvement en masse est considérée moins importante que par diffusion. Cependant, dans les sols naturellement riches en potassium soluble ou dans les sols riches en potassium par des applications continues des engrais potassiques, le mouvement en masse peut être un facteur majeur dans la nutrition des plantes en potassium.

Diffusion: La diffusion est le mouvement de potassium en réponse à un gradient de la concentration résultant à un transfert de potassium d'une zone à concentration élevée à une autre à une concentration faible. C'est un processus lent par rapport au mouvement en masse et il est limité dans l'espace. La contribution de ce processus à la nutrition des plantes en potassium a été estimée entre 88 et 96%. Les facteurs qui affectent la disponibilité du potassium dans le sol affectent aussi le transfert de cet élément par diffusion. En effet, la quantité du potassium diffusée vers le système raçinaire dépend du gradient de la concentration en potassium, du taux de diffusion et de la surface spécifique des racines.

Facteurs affectants la disponibilité du potassium pour les plantes


Type d'argile : Les sols riches en minéraux ayant une teneur élevée en potassium sont généralement riche en potassium assimilable. Par exemple, les sols contenants la vermiculite ou la montmorillonite sont plus riches en potassium assimilable que les sols ayant une dominance de kaolinite. Cependant, les sols à dominance vermiculite et montmorillonite peuvent devenir des sols pauvres en potassium s'ils sont cultivés intensivement sans apport de potassium. Les sols argileux ont une grande capacité à fournir le potassium assimilable aux cultures.

Capacité d'échange cationique ( CEC) : la capacité d'échange cationique est en relation directe avec la quantité et le type d'argile et la quantité de la matière organique présentes dans le sol. Les sols à texture fine ont généralement un CEC élevé et peuvent retenir une quantité appréciable du potassium échangeable. Les résultats de recherche ont montré que les teneurs de la solution du sol en potassium augmentent avec la CEC selon la formule suivante :

Potassium échangeable ( Kg/ ha) pour maïs = 220 ( 5 x CEC )

En se basant sur cette formule, un sol ayant un CEC de 15, aura une teneur en potassium échangeable de 295 kg/ha

Humidité du sol: L'humidité du sol joue un rôle important dans l'alimentation des plantes en potassium. Lorsque l'humidité du sol est faible, le fil d'eau entourant les particules du sol est mince et discontinu et qui, bien sûr rend le mouvement du potassium vers les racines plus difficile. Des essais menus au laboratoire ont démontré que l'augmentation de l'humidité du sol de 10 à 28% a permis une augmentation dans le transport total du potassium vers les racines de 175%.

Aération : La respiration et le développement normal des racines sont dépendant de la quantité d'oxygène présente dans le sol. Sous des conditions d'humidité élevée ou de compaction, le taux d'oxygène dans le sol diminue ainsi que le taux d'absorption du potassium et autres éléments minéraux. L'assimilation du potassium par les plantes a été montrée d'être réduite significativement dans les systèmes de production qui causent la réduction de la porosité ou augmentent la compaction des sols. Cette situation peut être atténuée ou allégée par des apports d'engrais potassiques.

Température du sol : La température comme facteur environnemental affecte d'une manière très forte l'absorption du potassium par les plantes. Cependant, il n'est pas connu jusqu'à quel point, l'effet de la température sur l'absorption du potassium est du aux changement dans la disponibilité du potassium du sol ou aux modification dans l'activité raçinaire et le taux des processus physiologiques de la plante ou à l'altération de la structure de l'eau souvent provoquée par des températures élevées.

pH du sol : Dans les sols acides, les niveaux toxiques de manganèse et aluminium échangeables créent un environnement raçinaire défavorable pour l'absorption du potassium ou n'importe quel autre élément. L'absorption du magnésium et autres cations de base a été montrée d'être souvent réduite dans ces sols. Cependant, la réduction de l'absorption du magnésium affecte la croissance de la plante et par-là l'absorption du potassium et son utilisation.


Calcium et magnésium:


 Aussi bien le calcium Ca++ que le magnésium Mg++ entre en compétition avec le potassium pour l'entrée dans la plante. Donc, il est attendu que dans les sols riches en calcium ou en magnésium ou les deux à la fois ont besoin d'apports supplémentaires de potassium pour satisfaire les besoins des cultures. L'absorption du potassium pourrait être réduite avec des concentrations élevées en calcium et en magnésium et vise versa. Ce concept indique que la disponibilité du potassium est plus dépendante de sa concentration relative à celles du calcium et magnésium que de la quantité totale présente dans le sol. L'effet dépressif des sols calcaires sur l'absorption du potassium est largement reconnu, mais les laboratoires d'analyses de sol n'arrivent pas à faire un ajustement approprié dans les recommandations en matière d'engrais potassiques.

Résumé :
1- La teneur des sols en potassium est variable, mais la plupart des sols contiennent des quantités appréciables. La quantité du potassium total présente dans le sol ne constitue pas un indice de richesse du sol en potassium assimilable ou disponible aux plantes.
2- La disponibilité du potassium pour les plantes est gouvernée par l'équilibre entre les quatre formes de potassium présentes dans le sol
3- Le potassium fixé ou difficilement disponible est non échangeable et se trouve entre les feuillets des minéraux d'argile tel que l'illite, micas, vermiculite et chlorite.
4- Le transport du potassium du sol à la surface des racines est fait principalement par diffusion ou par mouvement en masse.
5- Un certain nombre de conditions de sol et environnementales influencent le taux de diffusion du potassium. Certaines de ces conditions sont l'humidité, la température, la teneur en argile, concentration en sels et en potassium.
6- Le potassium échangeable retenu aux particules de sol par des forces électrostatiques est facilement extrait du sol par des solutions salées à pH neutre.
7- Le potassium ajouté au sol sous forme engrais ou le potassium présent dans le sol peut être fixé dans certains sols et surtout les sols riches en argile type 2:1 et l'illite. La fixation du potassium est affectée par un certain nombre de facteur tel que la quantité et le type des minéraux d'argile, la réaction du sol, la concentration du K dans les sol, humectation/dessèchement.
8- La fixation du potassium n'est pas totalement un inconvénient, du fait qu'elle aide à conserver l'élément qui peut autrement être perdu du sol. Le potassium fixé a tendance à devenir disponible à long terme.
9- L'absorption du potassium par les plantes peut être affectée par plusieurs facteurs de sol et environnementaux tel que la faible humidité du sol, la faible température, la faible aération du sol, le pH acide, et la concentration élevée en cations.

Evaluation de la fertilité du sol


Les éléments nutritifs, entre autres facteurs, contribuent d'une façon importante dans le rendement des cultures et la qualité de leurs produits.

Face à l'augmentation des coûts de production et la variabilité des prix, l'agriculteur ne peut pas se permettre des erreurs concernant les décisions sur la nature et la quantité d'éléments nutritifs à apporter. En plus de cette pression économique, les soucis de pollution des eaux de surface et des nappes par les éléments nutritifs deviennent de plus en plus intense. La recherche et l'expérience des agriculteurs ont clairement démontré que les analyses de sol peuvent être un moyen efficace non seulement pour donner les recommandations de fertilisation les plus économiques mais aussi pour préserver l'intégrité de l'environnement.

L'utilisation de l'analyse de sol pour estimer les quantités des engrais à apporter commence à prendre une place dans la décision de certains agriculteurs. Cependant l'utilité d'une analyse de sol ou de plante dépend largement de la représentativité de l'échantillon, des méthodes d'analyse adaptées et des normes d'interprétations correctes. Ces normes doivent découler de recherches effectuées dans les conditions pédo-climatiques où elles seront appliquées.

Fertilité et systèmes de cultures


La fertilité, sous des formes diverses, est une préoccupation de tous les temps, liée à la mise en valeur du milieu naturel par l'homme et à son exploitation pour satisfaire certains de ses besoins. De ce fait, les problèmes se posent dans et à travers le processus de production; ils varient selon les périodes de l'histoire et ne sont pas formulés constamment par les mêmes acteurs sociaux.

On peut aborder la question de la fertilité de divers points de vue et à différentes échelles. C'est un sujet immense parce que la notion est floue. On désigne ainsi, selon les cas soit la production agricole actuelle d'un milieu donné, soit son aptitude à produire. Plus précisément, la fertilité peut correspondre à l'évaluation d'un ensemble donné de propriétés importantes pour la production ; c'est dans ce sens qu'on parle de fertilité physique ou fertilité chimique.

La croissance du niveau de fertilité des sols cultivés et des modifications induites par les pratiques culturales acquiert toujours plus d'importance; et ceci dans le cadre d'une utilisation rationnelle des engrais, de la sauvegarde des ressources naturelles et de la diminution ou prévention de la pollution.

Située dans le cadre d'un système de culture, susceptible d'évolution, la notion de fertilité du sol prend une signification plus restrictive, plus contingente, mais beaucoup plus concrète.

Pour mesurer la fertilité, une approche précise et des méthodologies ont été développées.
Ainsi, pour raisonner la fertilisation d'une culture, on devrait se placer dans l'ensemble de l'itinéraire technique et dans le cadre du système de culture pratiqué; et ensuite dans l'ensemble du système de production de l'agriculture.

Expression de la croissance


La croissance est le développement progressif d'un organisme. Il y a, cependant, plusieurs façons par lesquelles ce développement est exprimé. Il peut avoir référé au développement de quelques organes spécifiques où de toutes la plante. La croissance peut être exprimée en terme de poids sec, longueur, hauteur ou diamètre.

La croissance des plantes est exprimée par des modèles mathématiques. Ces modèles peuvent être utiles pour prévoir les rendements des cultures si les intrants sont connus. Il y a une relation quasi constante entre la croissance et le temps quelques soit le facteur de mesure de croissance utilisé ( poids sec, hauteur, longueur,...). Le cycle de croissance des cultures est divisé en trois phases; phase de croissance lente, phase de croissance rapide et phase où la croissance est quasi absente. La courbe de croissance prend toujours la forme de S.

La croissance est symboliquement exprimée par la formule suivante :

G= f ( X1,X2,X3,..........Xn)

ou G est la mesure de la croissance
X1,X2,X3,....Xn sont les différents facteurs de croissance

Par conséquent, si tous les facteurs sauf un sont présents en quantité adéquate, l'augmentation de la quantité du facteur limitant résulte généralement en l'augmentation de la croissance.La relation entre ces facteurs n'est pas linéaire. Cependant, Liebig a démontré que cette relation est, en effet, linéaire dans certaines portion de la courbe de réponse.

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La croissance a été exprimée par plusieurs modèles : modèle de Mitscherlich , modèle de Spillman,...

Mitscherlich équation :           dy/dx = ( A - y ) C

ou dy est l'augmentation du rendement dû à l'apport de dx du facteur de croissance x, A est le rendement maximum possible quand tous les facteurs de croissance sont présents en quantités optimales, y est le rendement actuel, et C est le coefficient d'efficience.

Spillman équation :       y = M(1-Rx)

ou y est la quantité de croissance produite par l'apport d'une quantité x du facteur de croissance, M est le rendement maximum quand tous les facteurs de croissance sont présents en quantités optimales et R est une constante.

Facteurs affectant la croissance des plantes :


Certains chercheurs ont identifié 52 facteurs qui affectent la croissance et ont assigné des valeurs mathématiques pour facteur. Une liste non exhaustive de ces facteurs est donnée dans le tableau 7. Les agriculteurs ont la possibilité de contrôler jusqu'à 45 de ces facteurs mais se trouvent incapables de gérer 7. Ces facteurs sont (1) La température, (2) Le rayonnement, (3) Les orages, (4) Les inondations, (5) La pluviométrie , (6) L'oxyde de carbone et (7) l'altitude. Cependant, les agriculteurs peuvent modifier le facteur pluie par les irrigations et l'augmentation de CO2 par l'application du fumier organique.


- Quelques facteurs qui affectent le potentiel de rendement des cultures
Matière organique du sol
Taux d’infiltration de l’eau dans le sol
Taux d’argile
Sol
Capacité d’échange cationique
Quantité et distribution des pluies
Quantité et intensité cationique
Altitude
Pentes et topographie
Latitude
Evapotranspiration
Aération
Humidité relative
Oxyde de carbone
Température
Disponibilité de l’eau dans le sol
Irrigation
Profondeur des racines
fumier


Ces facteurs peuvent être classés en deux groupes ; facteurs génétiques et facteurs environnementaux

1- Facteurs génétiques :


L'importance de la génétique dans la croissance des cultures est illustrée par l'augmentation substantielle des rendements des cultures suite à l'introduction des nouveaux hybrides et nouvelles variétés. Les rendements obtenus par les hybrides du maïs étaient supérieurs de 38 à 61% aux rendement obtenus par les anciens hybrides et l'amélioration variétale des céréales a abouti à une augmentation des rendements de 79%. Cependant, les besoins des nouveaux hybrides et nouvelles variétés en éléments nutritifs sont plus élevés. Malheureusement , la recherche sur les besoins en éléments nutritifs n'a pas suivi l'évolution de l'amélioration génétique de ces hybrides et variétés. Dans des sols pauvres, une nouvelles variété à potentiel de rendement élevé ne peut pas manifester tout son potentiel, alors que dans un sol riche, la même variété va exploiter le sol plus rapidement et ses rendements vont diminuer si la fertilité du sol n'est pas redressée. La réponse de différentes variétés aux apports des éléments nutritifs a été démontrée dans plusieurs occasions. En général, les variétés à adaptation limité ont tendance à montrer une interaction significative entre la variété et la fertilisation, qui n'est pas le cas pour les variétés qui ont une large adaptation.

2- Facteurs environnementaux


L'environnement est défini comme un agrégat de toutes les conditions externes qui affectent la vie et le développement d'un organisme. Parmi les facteurs environnementaux connus d'affecter la croissance des cultures, les facteurs suivants sont probablement les plus importants :

a- Température
b- Humidité du sol
c- Structure du sol
d- Composition de l'air du sol
e- Réaction du sol
f- Facteurs biotiques
g- Disponibilité des éléments nutritifs

Système raçinaire :


Les racines permettent à la plante de s'adapter aux conditions du sol sur lequel elle vie. La plupart des racines peuvent être divisées en épiderme, cortex, endoderme, xylème et phloème.

Les ions sont orientés vers l'épiderme puis le cortex, puis l'endoderme et enfin vers le xylème qui les transporte vers les parties aériennes de la plante et les produits photosynthétiques sont transportés vers les racines à travers le phloème.

Le système raçinaire joue un rôle important dans l'alimentation des plantes en éléments nutritifs et en eau. Cependant, sa distribution dans le profile du sol varie d'une espèce à l'autre et elle est affectée par plusieurs facteurs tel que les caractéristiques physico-chimiques du sol ( structure et texture), la température du sol, la lumière, l'humidité du sol, l'aération, l'excès de certains éléments nutritifs tel que l'aluminium et le manganèse, la carence en calcium, les herbicides et l'âge de la plante.

Ces facteurs affectent la distribution des racines au sein du profile, mais en général, il a été déterminé que la majorité des racines se trouvent dans les premiers 60 cm du profile du sol.

En effet, l'effet du sol sur la croissance et la morphologie des racines est d'une grande importance pour la détermination du pouvoir nutritif des plantes.

Disponibilité des éléments dans le sol


La disponibilité réelle des éléments minéraux dans le sol est évaluée par la croissance des plantes à travers des essais de fertilité au champ. Cette méthode, en effet, consomme beaucoup de temps et les résultats obtenus sont difficilement transférables à d'autres locations. Au contraire les analyses chimiques de sol sont comparativement plus rapides moins chers et peuvent être utilisées comme base de recommandation en matière de fertilisation. Les analyses de sol comme base de recommandation ont été utilisées avec grand succès en agriculture pour plusieurs années. Cependant, cette pratique n'est efficace que si les résultats d'analyse de sol sont corrélés aux résultats obtenus des essais au champ et correctement interprétés.

Prévoir la réponse de la culture aux apports des engrais en se basant seulement sur les résultats des analyses de sol est généralement non satisfaisant car les analyses de sol indiquent seulement la capacité potentielle du sol à fournir les éléments mais elles ne caractérisent pas les éléments ( mobiles, non mobiles) et ne donnent aucune information sur les facteurs de la plante tel que la croissance et la distribution des racines dans le sol et qui sont décisives dans l'absorption des éléments en plein champ.

Le problème de prévoir les besoins des plantes en éléments nutritifs a été étudié pour plusieurs années. En 1813, Sir Humphry Davy a dit que si le sol est improductif, la cause de sa stérilité peut être déterminée par les analyses de sol. Ceci n'est pas toujours vrai, mais les travaux de recherche effectués sur les analyses de sol et autres techniques ont largement amélioré les méthodes de prévision de l'état de fertilité des sols. Il y a actuellement deux méthodes qui sont utilisées pour prévoir l'état de fertilité des sols et faire des recommandations, ces méthodes sont les analyses chimiques et les analyses biologiques. Cependant, et pour que ces méthodes soient de valeur, il est nécessaire que les résultats soient corrélés avec la réponse des cultures aux apports d'engrais en plein champ, autrement ces méthodes n'auront aucune valeur pratique.

Les techniques fréquemment utilisées pour évaluer la fertilité des sols sont (i) les symptômes de carence sur les plantes, (ii) els analyses foliaires, (iii) les tests biologiques et (iv) les analyses chimiques des sols.

Symptômes de carence :


Plusieurs méthodes d'évaluation de la fertilité des sols sont basées sur les observations ou les mesures des plantes en croissance. Ces méthodes sont plus avantageuses car le comportement de la plante englobe tous les facteurs de croissance et elle est le produit dans lequel l'agriculteur est intéressé.

Une croissance anormale de la plante peut être causée par la déficience d'un ou de plusieurs éléments nutritifs. Si la plante est carencée en un seul élément, des symptômes plus au moins caractéristiques peuvent apparaître.

Les symptôme de carence peuvent être classés comme suit : 

1- Echec total de la culture à la germination
2- Symptômes de carence spécifiques apparaissant sur les feuillets à différents moment au cours du cycle de la culture.
3- Anomalies internes
4- Maturité anormale et retardée.
5- Différence de rendement avec ou sans symptômes de carence
6- Mauvaise qualité du produit.

Chaque symptôme de carence doit être lié à la fonction de l'élément dans la plante. Cependant, certains éléments ont plusieurs fonctions ; ce qui rend l'explication des symptômes observés plus difficile. Par exemple, quand l'azote est déficient, les feuillets de la plupart des plantes deviennent vert-pâles ou jaune claires. Quand l"azote est limitant, la production de la chlorophylle est réduite et par-là les pigments jaunes, carotène et xanthophylle, apparaissent. La couleur vert-pâle ou jaune claire peut être le résultat de carence en plusieurs éléments. Cependant, il faut relier ces symptômes à leur distribution sur la feuille et à leur position sur la plante.

Au champ, il est souvent difficile de différencier les symptômes de carence et fréquemment, on confond les attaques de maladies et insectes avec les symptômes de carence. Par exemple, l'accumulation du sucre dans le maïs peut être combinée avec les flavines pour former l'anthocyanine ( pigments rose, rouge et jaune). Cette accumulation est causée par différents facteurs à savoir la carence en phosphore, le froid et la chaleur, l'endommagement des racines par les insectes ou la carence en azote.

Le tableau présente les fonctions et les symptômes de carence de certains éléments et l'autre tableau présente les étapes à suivre pour déterminer l'élément nutritif responsable de l'anomalie.


Quelques symptômes de carence et fonctions de différents éléments nutritifs 
Elément
Fonctions
Symptômes de carence
Azote
(N)
- Fait partie des acides aminés
- Fait partie de la chlorophylle
- Fait partie des enzymes
- Chlorose générale
- Réduction de la croissance
- pigmentation rouge sur les feuilles et les fruits.
-Lignification
- Réduction de la division des cellules
Soufre
(S)
- Fait partie des acides aminés : Cystéine et méthionine
Chlorose générale.
·         Jeune feuilles quand N est adéquat.
·         Vieilles feuilles quand N est déficient.
Phosphore
(P)
- Fait partie de ADN, ARN et phospho-protéines
- Fait partie des phospholipides dans les membranes des cellules.
- Transport d’énergie dans les plantes
- Coloration verte et bleue foncée des feuilles.
- Surface foliaire réduite.
- Nécrose
- Pigmentation rouge
- Racines allongées
- Bougeons latérales réduits.
Calcium

( Ca)
-          Impliqué dans l’entretien des parois des cellules
-          Entretien de la perméabilité des membranes
-          Stabilité des membranes cellulaires
Arrêt complec de la croissance des bouts des racines et du bourgeon apical
-          Mort et pourriture des parties en croissance
-          Brûlure et nécrose des bouts des feuilles
-          Faible expansion des feuilles.
Magnésium

( Mg)
-          Forme des ligands avec ATP
-          Exigé pour les ribosomes
-          Exigé pour ARN
-          Activation des enzymes
-          Exigé pour la synthèse de la chlorophylle
-          Exigé pour la régulation de la photosynthèse
-          Chlorose des vieilles feuilles.
-          Inhibition du transport des produtis de la photosynthèse
-          Accumulation de l’amidon
-          Accumulation de l’anthocyanine

Molybdène ( Mo)
-          Nécessaire pour deux enzymes : Nitrogénase et nitrate réductase
-           
Potassium

(K)
-          Maintien le taux de la photosynthèse.
-          Maintien l’activité du rubisco
-          Affect la translocation des produits de la photosynthèse
-          Pourriture
-          Arrêt de la croissance
-          Formation de rosette
-          Nécrose
-          Verse
Fer
(Fe)
-          Fait partie d’un grand nombre d’enzymes.
-          Co-facteur des enzymes
-          Chlorose entre les veines des feuilles.
-          Bronzage des feuilles
Cuivre
(Cu )
-          Co-facteur des enzymes
-          Formation du lignine
-          Relie PSII et PSI
-          Réduction de la floraison
-          Faible formationde grain
-          Bout en forme spirale
-          Chlorose
Zinc
(Zn)
-          Fait partie des ribosomes
-          Co-facteur des enzymes
-          Croissance en rosette
-          Bronzage des feuilles
-          Chlorose
Manganèse
(Mn)
-          Nécessaire pour le complexe d’enzyme NAD Malique
-          Chlorose entre les veines des jeunes feuilles.
-          Nécrose
Bore
(Bo)
-          Forme un complexe avec Cis-diol
-          Régulation du métabolisme des carbohydrates
-          Tombé des bougeons,fleurs et fruits.
-          Nécrose
-          Faible viabilité des pollens
Chlore
(Cl)
-          Maintien turgescence
-          Active les ligands dans PSII
-          Nécessaire pour les chloroplastes
-          Pourriture
-          Chlorose
-          Nécrose
-          Bronzage


Analyse de la plante


Il y a deux types d'analyse de plante ; analyse des tissus qui se fait au champ et sur un matériel frais et analyse totale qui se fait au laboratoire et sur un matériel séché. L'analyse de la plante est basée sur le fait que la concentration de l'élément en question de la plante est directement liée à la quantité de cet élément présente dans le sol.

Tests biologiques


Les tests biologiques sont basés sur l'utilisation de la culture en croissance pour déterminer le statut de fertilité du sol. Parmi les tests biologiques utilisés on trouve les essais au champ, les essais au laboratoire et sous serre, et les essais microbiologiques.

Analyse de sol


L'analyse de sol est une méthode chimique pour estimer le potentiel de sol à fournir les éléments nutritifs. Même si les méthodes biologiques sont plus avantageuses, elles sont toutes lentes et consomment beaucoup de temps et ne sont pas adaptées à un grand nombre d'échantillons. Le résultat d'analyse chimique de sol ne vaut rien en lui-même et ne peut être de valeur pratique que s'il est corrélé aux quantités d'éléments nutritifs exportées par les plantes en plein champ et sous serre.

Le problème principal des analyses de sol est leur interprétation. Il est essentiel que la réponse des cultures aux doses d'éléments nutritifs apportées soit corrélée à la quantité de l'élément en question disponible dans le sol. Cette information est obtenue à partir des essais de fertilité au champ et sous serre conduits sur plusieurs types de sol et pendant plusieurs années.

Mobilité des éléments dans le sol


La mobilité des éléments minéraux dans le sol est différente d'un élément à l'autre. Certains éléments sont mobiles alors que d'autres sont plus ou moins immobiles. Ce gradient de mobilité entraîne une différence dans le raisonnement de la disponibilité en quantité ou en concentration de l'élément nutritif en question. En effet, selon le concept de mobilité de Bray, un élément mobile est considéré adéquat quand il est présent en quantité suffisante dans la totalité de la zone raçinaire. Par contre, un élément immobile n'est pas considéré adéquat que s'il est présent en quantité suffisante à la surface des racines où il est immédiatement absorbé. Les éléments mobiles peuvent atteindre les racines par diffusion ou par mouvement en masse ( mass flow ) en suivant le mouvement de l'eau dans le sol.

D'après Bray, les éléments mobiles sont l'Azote, Soufre, Bore et Chlore. Les éléments immobiles sont plus nombreux et inclus le Potassium, Phosphore, Calcium,Magnésium, Fer, Zinc, Cuivre, Molybdène et Cobalt.

Absorption des éléments nutritifs de la solution du sol


L'alimentation des plantes de la solution du sol se fait par trois voies à savoir l'interception, le mouvement en masse et la diffusion. Pour que les éléments soient absorbés par les plantes, il faut qu'ils prennent contact avec la surface des racines. Il y a trois façons par lesquelles les ions arrivent aux racines des plantes : (1) interception des racines, (2) diffusion dans la solution du sol et (3) mouvement en masse ( mass flow ).

Les éléments absorbés par interception sont les éléments qui sont mis en contact avec les racines, ceux absorbés par mouvement en masse où par diffusion sont les éléments transportés par l'eau du sol. L'importance d'une méthode ou d'une autre dépende, en effet, de la mobilité de l'élément en question dans le sol. Le tableau montre l'importance des trois méthodes à fournir les différents nutriments pour le maïs.

Il est constaté qu'il y a des effets négatifs de certains éléments nutritifs sur l'absorption d'autres éléments nutritifs par les plantes. Il est à noter qu'une concentration élevée du potassium dans le sol peut inhiber l'absorption du magnésium, des nitrates, et du calcium par les plantes. Aussi, un excès de phosphore diminue l'absorption du zinc ainsi qu'un excès d'azote peut inhiber l'absorption du phosphore.



Eléments nutritifs essentiels à la nutrition des plantes


Les éléments nutritifs sont des composés chimiques qui rentrent dans la composition des tissus des organismes vivants et contribuent aux processus de croissance et de développement.

Actuellement, plus d'une centaine d'éléments chimiques sont connus, Cependant, de nos jours, seul seize (16) à vingt (20) éléments sont considérés être essentiels dans la nutrition minérale des plantes.

Parmi les éléments essentiels, le carbone, l'hydrogène et l'oxygène sont fournis essentiellement par l'atmosphère et l'eau et sont considérés comme des éléments de structure des plantes. Les autres éléments sont normalement absorbés au niveau du sol par les racines des plantes et peuvent être classés en différents groupes selon le critère de classification pris en considération. Ainsi, la classification qui se base sur les besoins et les teneurs quantitatives des plantes , divise ses nutriments en deux groupes : macro-éléments et micro-éléments. Par contre, la classification physiologique et biochimique, les scinde en quatre groupes selon la fonction assurée par chaque élément dans le métabolisme de la plante.

Hormis, la classification de l'élément, sa teneur ou sa fonction, aucun de ses nutriments n'est plus essentiel que l'autre.

1- Eléments essentiels

Un élément est essentiel dans la nutrition des plantes quand il répond aux trois conditions suivantes :
1- La plante ne peut pas accomplir son cycle sous des conditions de carence en cet élément.
2- Cette carence est spécifique à l'élément en question et ne peut être levée que par l'apport de cet élément.
3- Cet élément doit entrer dans le métabolisme de la plante.

Pour les plantes cultivées, les éléments essentiels répondant aux trois critères, cités ci-dessous dans le tableau.

Manganèse ( Mn)
Potassium (K)
Carbone ( C)
Cuivre ( Cu)
Calcium ( ca)
Hydrogène (H)
Zinc ( Zn)
Magnésium ( Mg)
Oxygène ( O)
Molybdène (Mo)
Fer ( Fe)
Azote (N)
Soufre ( S)
Bore ( B)
Phosphore (P)
Chlore ( Cl)
Cobalt ( Co)
Sodium Na)
Vanadium (V)
Silicum (Si)
-




 Quantités approximatives des éléments nutritifs utilisées par les cultures

Culture
Azote (Kg)
P2O5 (Kg)
K2O(Kg)
Mg(Kg)
Soufre(Kg)
Rdt(qx/ha)

Alfalfa
273,0
55,0
273,0
24,0
23,0
100,00
Maïs
Grain
Paille

68,0
53,0

40,0
12,0

26,0
95,0

8,0
21,4

6,8
8,2

120,0
80,0

Blé
Grain
Paille

42,0
19,0


20,0
4,5


12,3
61,4

5,5
5,5

2,3
6,8

48,0
60,0
Orge
Grain
Paille

50,0
18,2

18,0
6,8

16,0
52,3

3,6
4,0

4,5
4,5

60,0
   -
Betterave
Racine
Feuillage

57,0
59,0

7,0
11,4

114,0
136,0

12,3
24,0

4,5
16,0

300,0
160,0

Le sodium, le silicium, le cobalt et le vanadium sont considérés essentiels uniquement dans le cas de plantes spécifiques.
2- Macro et micro-éléments

Les macro-éléments sont les éléments dont les besoins et les teneurs des plantes sont élevés par rapport aux micro-éléments. Les micro-éléments ( ou oligo-éléments) sont présents en quantité relativement faible ( à l'état de traces ) et s'expriment en micromoles.
Les macro-éléments peuvent être divisés en éléments majeurs ( N, P, K) et éléments mineurs ( Ca, S, Mg).

3- Importance des éléments nutritifs

Les plantes sont composées de matière organique, d'eau et de minéraux. Leurs teneurs relatives peuvent varier, mais pour une plante verte l'eau est toujours présente en grande proportion alors que les minéraux représentent le plus faible pourcentage. La distribution de ces trois composantes peut être dans l'ordre de magnitude suivant :
-L'eau 70%
-Matière organique 27%
- Minéraux 3%

Cependant, les éléments minéraux, malgré leur faible proportion dans la plante, sont d'une extrême importance, En effet, il constitue la matière première que la plante utilise pour la formation de la matière organique à travers la photosynthèse.

La teneur des plantes en éléments minéraux dépend essentiellement de deux facteurs: un facteur génétique lié au pouvoir d'absorption spécifique de la plante, alors que l'autre facteur est relatif à la disponibilité des éléments minéraux dans la solution du sol. Ainsi , la teneur en un élément varie d'une espèce à l'autre et selon la concentration de l'élément dans le sol. Cette teneur peut être également influencée par l'état de la plante, son âge et les conditions environnementales.

Au niveau d'une plante, la teneur en différents éléments varie d'un organe à l'autre et en fonction du stade de développement. Cependant, la composition des organes végétatifs est généralement plus variable que celle des organes reproducteurs et de stockage.

4- Rôle des éléments minéraux

Azote: Il est largement utilisé dans la synthèse des protéines, mais du point de vue structural , il constitue aussi une partie de la chlorophylle. Plusieurs protéines sont des enzymes, et le rôle de l'azote peut donc être considéré aussi bien structural que métabolique.

Phosphore : la stabilité de cet élément permet sa participation dans plusieurs fonctions de capture et de transfert d'énergie, ainsi que dans certaines réactions de récupération qui sont vitales pour la croissance des plantes.

Potassium : Il est nécessaire pour plusieurs fonctions notamment le métabolisme des carbohydrates, l'activation des enzymes, la régulation osmotique et l'efficience d'utilisation de l'eau, l'absorption de l'azote et la synthèse des protéines, et les translocations des assimilats.

Soufre : Il joue un rôle important dans la synthèse des protéines et le fonctionnement de plusieurs systèmes enzymatiques. La synthèse de la chlorophylle et l'activité de la nitrate réductase sont très dépendantes de cet élément.

Sodium et Chlore:  Se sont des électrolytes nécessaires pour la pression osmotique, et l'équilibre des acides et des bases. Le chlore active l'enzyme qui produit l'oxygène au cours de la photosynthèse.

Silicium : Il a un rôle structural et joue un rôle important dans la résistance aux maladies et la verse et améliore la rigidité de la tige.

Autre éléments: Ils sont généralement impliqués dans l'activation des différentes complexes enzymatiques. Le magnésium, en plus, est une composante de la chlorophylle.


Engrais et leur utilisation efficiente


Les engrais sont des substances chimiques ou organiques qui fournissent les éléments nutritifs ou améliorent la fertilité du sol. Ils sont des moyens efficaces pour augmenter la production et améliorer la qualité. Ils représentent une source d'éléments minéraux, que l'on ajoute aux sols de façon à améliorer la croissance des plantes et augmenter le rendement et ou la qualité des cultures. Ils sont utilisés dans le cadre de la démarche plus générale de la fertilisation en agriculture.

Les engrais sont utilisés pour compléter la fourniture du sol en éléments fertilisants et pour corriger les déficiences en nutriments. Certaines substances organiques et minérale peuvent être utilisées directement, mais la plupart doivent passer par des procédés chimiques pour les adapter aux besoins des cultures.

La quantité des engrais à appliquer doit être basée sur la teneur des éléments nutritifs dans le sol suite aux analyse de sol et sur les analyses de plante. Les engrais doivent être distribués de telle sorte que tous les plants cultivés reçoivent des quantités adéquates.

La qualité des produits est définitivement améliorée par l'application des engrais en général et des engrais minéraux en particulier s'ils sont apportés selon les derniers concepts et connaissance.

Rôle des engrais


Pour accomplir tout le processus de leur vie végétative, les plantes ont besoin de près de vingt éléments différents. Elles obtiennent le carbone (C), l'hydrogène (H) et l'oxygène (O) du gaz carbonique et de l'eau, et les éléments minéraux présent dans le sol. Les engrais permettent d'apporter au sol les éléments nutritifs qui sont absents ou insuffisants.

Les engrais apportent les éléments de base, azote, potassium, phosphore ( on parle des engrais de type NPK), les des éléments secondaires , calcium, soufre, magnésium, et les oligo-éléments tels que le fer Fe, le manganèse , le molybdène , le cuivre, le bore, le zinc, le chlore, le sodium, le cobalt, le vanadium et le silicium. Ces éléments secondaires se trouvent habituellement en quantité suffisante dans le sol, et ils sont ajoutés uniquement en cas de carence.

Type d'engrais


Les fertilisants peuvent être de trois types, organiques, minéraux, et organo-minéraux. Les engrais organiques sont typiquement des sous produits, tels que le fumier. Ils peuvent être aussi des déchets végétaux ( résidus verts) ou animaux ( fumier, purin,boues d'épuration des eaux), compostés ou pas, ainsi que des plantes cultivées ( engrais vert).

Le principe de l'engrais vert reprend la pratique ancestrale qui consiste à enfouir les adventices dans le sol pour améliorer son  état de fertilité.

Les engrais minéraux sont des mélanges chimiques. On distingue les engrais simples ( ne contenant qu'un seul type de minéral et les engrais composés ( qui peuvent en contenir deux ou trois). L'appellation des engrais de synthèse est normalisée, par référence à leurs trois principaux composants: NPK, les engrais simples peuvent être azotés, phosphatés ou potassiques. Les engrais binaires sont notés NP ou PK ou NK, les ternaires NPK. On ajoute généralement des chiffres derrière, représentant les proportions respectives des éléments. Les engrais chimiques produits industriellement contiennent une quantité minimale garantie d'éléments nutritifs, et elle est indiquée sur le sac.

Par exemple, la formule 5-10-5 indique la proportion d'azote (N), de phosphore (P) et de potassium (K) présente dans l'engrais, soit 5% de N, 10% de P2O5 et 5% de K2O.
L'apport azoté est exprimé en azote N et est apporté soit sous forme de nitrate NO3 ou d'ammoniaque NH4.
Le Phosphore est exprimé sous la forme de P2O5 mais apporté sous forme de phosphates de calcium ou d'ammonium.
Le potassium est exprimé sous la forme K2O mais apporté par du chlorure, du nitrate et du sulfate de potassium.

Les engrais organo-minéraux résultent du mélange d'engrais minéraux et d'engrais organiques.

Quelques exemples d'engrais simples :


L'urée (46% d'azote), le sulfate d'ammoniaque ( SA,21% d"azote) , l'ammonitrate (AN, 33,5% d'azote) et de l'ammonitrate de chaux ( CAN/NAC, jusqu'à 27% d'azote) ne contiennent que de l'azote N.

Le superphosphate simple ( SSP, 18% de phosphore) ou le superphosphate triple (TSP, 45% du phosphore) ne contiennent du phosphore (P2O5).

Le chlorure du potassium (MOP,60% de potassium) ne contient que de la potasse ( K2O). Le sulfate de potassium ( SOP, 50% de K2O) contient également 18% de soufre.

Parmi les autres engrais courants qui, outre les éléments nutritifs principaux, contiennent du soufre (S) on peut citer les engrais simples : sulfate d'ammoniaque ou SA qui a 24% de soufre et SSP qui en a 12%.

Dose d'engrais


La dose d'engrais est la quantité d'engrais à apporter pour une certaine surface ou un certain nombre de plantes. Idéalement, la quantité apportée devrait

- être suffisante pour couvrir les besoins de la plante ( de façon à garantir le rendement, la qualité, le taux de croissance, voire la beauté, souhaités).
- sans toutefois les excéder ( de façon à limiter le coût de la fertilisation, ainsi que l'impact environnemental. Une dose trop élevée peut aussi endommager une culture).

L'utilisateur de fertilisants se basera sur la notion de dose recommandée.
La dose recommandée est la dose d'application suggérée par les instituts de recherche agricoles, publics ou privés, certaines associations ou ONG, ou par les entreprises de commercialisation. Elle va être donnée soit en termes de nombre de sacs à utiliser ( avec indication des proportions NPK contenues dans un sac) , soit directement en termes de quantité de chaque élément à apporter à l'hectare, ou en quantité à apporter par plante ou par trou de plantation.

Les doses recommandées varient en fonction de la culture, de la variété utilisée, du type de sol, du climat etc...

Quel est le moyen le plus simple de calculer la quantités des éléments nutritifs contenus dans un sac d'engrais?

Le moyen le plus simple est de diviser les nombres imprimés sur le sac de 50 kg par 2 et ceux marqués sur le sac de 25 kg par 4. Ainsi dans un sac de 50 kg dont la formule est 15-5-20, nous aurons les quantités suivantes d'éléments nutritifs :

15/2 : 7,5 kg N ( quantité d'azote )

5/2 : 2,5 kg P2O5 ( quantités de phosphate )

20/2 : 10 kg K2O ( quantité de potassium)

Au total 20 kg d'élément pour un sac de 50 kg d'engrais.

Quelques exemples :

1- La recommandation est : application de 60 kg N par hectare sous forme d'urée, qui contient 46% de N. Combien de sacs prévoir ?

46 divisé par 2 est égal à 23 : la division par 2 correspond au poids du sac : 50 kg.
Chaque sac contient donc 23 kg d'azote.

60 divisé par 23 est égal à 2,6. Ainsi, à peu près deux sacs et deux tiers d'un sac du produit sont nécessaires pour couvrir un hectare.
2,6 sac*50 kg : un total de 130 kg d'urée, doit être appliqué par hectare.

2- Quelle quantité d'urée utiliser pou un champ de 500m² ?

Si la superficie du champ est de 500m² la quantité requise d'urée est un vingtième de celle pour un hectare soit 6,5 kg ( pour rappel, un hectare fait 100m * 100 m ( soit 10 000 m² ).

3- Quand la recommandation est d'utiliser un engrais 60-30-30 , que se passe t-il si vous utilisez un engrais 15-15-15 ?

Si vous utilisez uniquement cet engrais, vous appliquerez

- soit deux fois trop de phosphore et de potassium ( perte économique et risque pour l'environnement )
- Soit seulement la moitié d'azote nécessaire ( d'où carence ).
- Soit achetez un engrais 15-15-15 pour fertiliser votre culture.
- Soit n'appliquez que la moitié sous forme d'engrais 60-30-30, et achetez un autre engrais ne contenant que l'azote simple.

Risques de pollution


Lorsque les engrais, organiques ou minéraux, sont répandus en quantités supérieures aux besoins des plantes et aux capacités de rétention des sols, il y a risque d'entraînement vers la nappe phréatique ou de ruissellement vers les cours d'eau.

Il en résulte alors des risques de pollution de l'eau potable ou d'eutrophisation du milieu naturel.



Développement des normes d'interprétation


La recherche dans n'importe quel domaine doit comprendre quatre parties ; la justification du thème de recherche en question, la méthodologie à suivre, les résultats obtenus et leur discussion, et enfin , la conclusion. La justification est la partie qui permet au lecteur d'avoir une idée sur la problématique, sur les recherches déjà entamées et sur les objectifs de l'étude. Résultats et discussion, comme son nom l'indique, est la partie qui comporte l'analyse et la discussion détaillées des résultats obtenus en référant aux résultats obtenus ailleurs et qui approuvent ou désapprouvent ceux obtenus dans le cadre du thème de recherche en question. La conclusion est la partie qui résume les résultats obtenus et les lie aux objectifs établis dans la partie justification

L'installation des essais de fertilité chez les agriculteurs est très importante, car le situation des sols des domaines expérimentaux ne reflète pas les conditions de la majorité des sols des agriculteurs de point de vue richesses en éléments fertilisants. En plus, il est impossible de trouver tous les types de sol d'une région donnée présents dans les domaines expérimentaux. L'orientation vers des essais chez les agriculteurs nous donne la flexibilité de choisir tous les types de sol représentant la région et tous les systèmes de culture à l'intérieur de chaque type de sol.

Choix du type de sol


Les sols peuvent varier dans leur composition physique comme dans leur composition chimique. De même, ils ont différents potentiels de rétention en eau et différentes réactions envers les éléments nutritifs ajoutés. Considérant ces facteurs, il est indispensable de choisir les différents types de sol représentant la région et de les étudier indépendamment.

Choix de la rotation


D'après les résultats des enquêtes sociologiques faites par l'INRA dans la région, les rotations pratiquées par les agriculteurs sont liées aux types de sol. Ceci n'est pas au hasard, mais due, en fait, aux différences qui existent entre les sols dans leur potentiel de production et capacité de rétention en eau.
Vu que l'effet résiduel de la culture précédente varie d'une espèce à l'autre, il faut choisir les rotations dominantes dans chaque type de sol et les étudier indépendamment.

Choix du site pour l'expérimentation


Un site homogène pour l'expérimentation doit être choisi dans chaque type de sol et pour chaque rotation considérée au sein de chaque type de sol choisi. Le choix du site est fait en deux étapes; la première étape est au printemps et consiste à visiter les champs des agriculteurs pour choisir les cultures précédentes pour la compagne prochaine et en même temps utiliser l'espèce cultivée comme un indicateur de l'homogénéité du site, en plus de ça cette visite permet à l'investigateur ou au chercheur de faire la première connaissance avec l'agriculteur. La deuxième étape est à l'automne, avant l'installation de l'essai, et consiste à prélever au hasard une vingtaine d'échantillons de sol et les analyser chimiquement pour confirmer une fois de plus l'homogénéité et pour avoir une idée sur la teneur initiale du sol en éléments fertilisant.

Traitements


Les traitements consistent en des doses croissantes de l'élément nutritif à étudier arrangées dans un dispositif en bloc aléatoire complet si la surface choisie représente des variations ou dans un dispositif complètement  aléatoire si la surface choisie est homogène. Les doses choisies varient d'un sol à l'autre et ceci en fonction du potentiel de production de celui-ci

Observations


Les observations faites sur les essais consistent en des prélèvements des échantillons de sol avant semis et après récolte et des échantillons de plante aux stades tallage et maturité physiologique. Les échantillons de sol nous renseignent sur l'évolution des éléments nutritifs en question durant la compagne agricole et les échantillons de plante nous permettent de déterminer les quantités des éléments nutritifs exportées et de calculer l'efficience apparente d'utilisation des engrais apportés.

Interprétation des résultats


Pour les analyses de données, on utilise des méthodes statistiques pour déterminer les facteurs qui ont eu des effets significatifs sur les paramètres étudiés. Parmi ces analyses il y a analyse de la variance (ANOVA), les régressions et les comparaisons multiples des moyens.

Corrélation et interprétation des résultats d'analyse


Les agronomes sont concernés par la relation entre la quantité et la forme chimique des éléments minéraux essentiels à la nutrition des plantes et la croissance. Pour établir des corrélations adéquates entre les valeurs d'analyse de sol et la production, il est essentiel que l'expérimentation soit bien planifiée afin de pouvoir interpréter les résultats obtenus. Il y a, en général, trois types de modèles mathématiques qui sont fréquemment utilisés pour relier le niveau de fertilité de sol à la croissance ou l'exportation des cultures, à savoir les modèles exponentiels, quadratiques et linéaires.

Les éléments immobiles tel que le P,K , Ca, et Mg, qui sont retenus par les particules de sol et donc migrent très lentement vers les racines, sont souvent reliés à la croissance par les modèles exponentiels ou quadratiques. Les éléments mobiles, tel que les nitrates et le bore, sont souvent liés par des modèles linéaires.

Plusieurs, si non la plupart, des réactions biologiques se manifestent sous forme exponentielle. Plusieurs facteurs de croissance peuvent être démontrés avoir une relation exponentielle avec le rendement. Biologiquement, la fonction exponentielle a donc plus de mérite que la fonction quadratique.

Pour comprendre l'effet de la concentration d'un élément sur le taux de croissance ou le rendement, il est nécessaire de classifier les éléments nutritifs selon leur comportement dans le sol. En effet, il y a seulement deux grands groupes ; le groupe des éléments relativement immobiles dans le sol et le groupe des éléments mobiles dans le sol.

L'équation de Mitscherlich-Bray sous la forme:

                  log ( A- y) = logA - c1b

est utilisée pour corréler les éléments immobiles à la croissance. Cette équation est souvent appelée pourcentage de rendement, car il n' y a aucune différence si A et y sont exprimés en pour-cent ou en valeur absolue. Par exemple, si A= 80 qx/ha et y=40 qx/ha ou A=100% et y =50%, le produit c1b dans l'équation reste constant. Pour corréler les résultats d'analyse de sol et le rendement et déterminer la constante c1 dans l'équation de Mitcherlich-Bray, nous allons utiliser les données présentées dans le tableau. L'analyse de sol pour K est de 80 kg/ha et pour P est de 17 kg/ha.

On utilisant plusieurs sites avec différents niveaux de P et K on obtient une valeur moyenne de c1 qui peut être appliquée à une large gamme de type de sol et de conditions climatiques. Une fois la valeur moyenne de c1 est obtenue, des valeurs arbitraires pour  b ou pour y peuvent être sélectionnées pour établir la courbe de réponse qui couvre la gamme de richesse de sol de la région. Cette courbe ou tableau de valeurs qui relie les résultats d'analyse de sol au rendement ou le pourcentage d'efficience va nous permettre d'interpréter les résultats d'analyse des champs d'agriculteurs.

L'équation de Mitscherlich-Bray peut être étendue pour permettre de calculer la quantité de l'engrais à recommander. L'équation prend alors, la forme de :

Log( A- y) = logA - c1b - cx

ou c est l'efficience d'utilisation des engrais et x est la quantité à apporter. La valeur de c doit être déterminée à travers des essais de fertilisation.

Effets du potassium et du phosphore sur les rendements de différentes cultures




Pour calculer c , on utilise x=90 et y=71 pour le potassium et x=90 et y=83 pour le phosphore.
Ceci donne pour le potassium un c= 0,00259 et pour le phosphore un c= 0,00694 donc la formule de recommandation pour le maïs est :
Potassium      log(100 - y) = log 100 - 0,00381b - 0,00259x ;
Phosphore     log(100-y) = log 100 - 0,00852b - 0,00694x

Méthode graphique de Cate-Nelson

Cate et Nelson (1965) ont développé une méthode graphique pour interpréter les résultats d'analyse de sol. Cette méthode classe les sols en deux catégories; les sols qui ont une grande probabilité et les sols qui ont une faible probabilité à répondre aux apports d'engrais. Le résultat d'analyse de sol qui sépare les deux groupes est appelé ( seuil critique ).

La méthode de Cate-Nelson est basée sur la division du graphe qui relie les analyses de sol et le rendement relatif en quatre quadrants et l'arrangement du maximum de point dans les quadrants positifs et le minimum de points dans les quadrants négatifs ( schéma ci-après).
Les étapes à suivre dans la méthode graphique de Cate-Nelson sont :

1- Calculer les rendements relatifs à partir des données collectées de différents essais de fertilité ( rendement (rdt(%) = rdt (témoin) / rdt max *100 )
2- Calculer les moyennes de différentes sites afin d'avoir un seul rendement relatif pour chaque analyse de sol.
3- Construire le graphe en mettant les résultats d'analyse de sol sur l'axe des x et les rendements relatif sur l'axe des y.
4- Copier le schéma 2 sur un transparent.
5- Faire bouger le transparent horizontalement et verticalement sur le graphe jusqu'à avoir le maximum de point dans les quadrants positifs du schéma.
6- Marquer sur le graphe les points d'intersection des deux lignes perpendiculaires du schéma avec les axes des x et des y. Le point d'intersection avec l'axe des x est le seuil critique de l'élément en question.




Analyse de sol et plantes :


Les méthodes modernes d'analyse de sol et plantes nous permettent de déterminer les éléments minéraux présents dans les échantillons de sol ou de la plante avec une grande précision. En effet, les analyses chimiques ne posent aucun problème. Mais le problème réside dans le fait d'assurer un échantillon représentatif, d'avoir des méthodes d'analyses adaptées aux conditions pédoclimatiques du sol et dont les résultats sont corrélés avec la réponse des cultures aux apports d'engrais afin de pouvoir faire des recommandations aux utilisateurs en matière d'apport. Heureusement, ces problèmes ont reçu une grande attention par les spécialistes de science du sol, et les agronomes.

Le programme des analyses de sol est divisé en quatre parties distinctes à savoir; (1) une partie éducationnelle, (2) une partie analytique ou opérationnelle, (3) une partie de recherche qui constitue la base de données et les corrélations, et (4) une partie interprétation et recommandations. Le devenir d'analyse de sol dépend du degré de combinaison entre ces parties dans un programme global pour satisfaire les besoins élevés de l'agriculture d'aujourd'hui.

Les analyses de sol ont eu un grand succès en terme d'être acceptés par les agriculteurs et ceci est dû à l'augmentation des rendements et aux profits réalisés en adoptant les recommandations basées sur les résultats de ces analyses. Cependant, plusieurs agriculteurs ne font pas analyser leurs sols régulièrement et ils sont satisfaits par des analyses effectuées ultérieurement.

En ce qui concerne les problèmes environnementaux et en particulier les risques de pollution des eaux souterraines par des applications excessives des engrais, il est la responsabilité des personnes impliquées dans les programmes d'analyse de sol de fournir les informations et les données nécessaires pour maintenir la confiance publique dans l'utilisation des engrais chimiques. En effet, si les recommandations basées sur les analyses de sol sont suivies, les risques de pollution de l'environnement vont être minimisés.

Enfin, l'analyse de sol est un outil éducationnel pour les agriculteurs, les vulgarisateurs, et les industriels qui produisent les engrais chimiques.

Les défis des programmes d'analyse dol sol pour le futur résident dans :
1- Avoir des techniques nouvelles de collecte des échantillons qui permettent d'échantillonner les sols dans peu de temps et avec moins d'effort.
2- Réduire le coût de l'analyse et le rendre à la portée des agriculteurs pour leur permettre d'échantillonner des petites surfaces.
3- Développer davantage les efforts éducationnels pour répondre aux besoins et aux objectifs locaux.
4- Donner les résultats d'analyse dans des temps record ( quelques jours ) même pendant les périodes de fortes demandes.
5- Avoir des feedback ou retour de l'information des agriculteurs pour leur champs pour maintenir et développer davantage les programmes d'analyse de sol.

Principes des analyses de sol


Les analyses de sol sont pratiquées dans presque tous les coins du monde avec des degrés de succès différents. Les causes sont variables mais souvent, elles sont liées à la quantité et à la qualité des données de la recherche disponibles pour l'interprétation des résultats.

Dans le sens général, l'analyse de sol est n'importe quelle détermination physique ou chimique effectuée sur un échantillon de sol. Cependant, le terme analyse de sol peut avoir aussi bien une signification restreinte qu'une signification large. Le terme est restreint dans le sens ou il est utilisé pour évaluer chimiquement la disponibilité des éléments nutritifs dans le sol.Alors qu'il a un sens large lorsqu’on inclue l'interprétation, l'évaluation et les recommandations basées sur ces résultats ainsi que d'autres considérations.

Il y a 16 éléments connus être essentiels pour la croissance des cultures. Trois de ces éléments sont l'azote, le phosphore et le potassium appelé macroélément ou éléments majeurs et qui sont souvent déficients dans tous les sols. Les éléments secondaires et oligo-éléments sont déficients dans certains sols.
Le statut nutritionnel des sols peut être évalué par plusieurs méthodes, parmi ces méthodes on trouve ; (1) des essais de fertilité au champ, (2) des essais de fertilité sous serre, (3) les symptômes de carence, (4) les analyses des plantes, (5) les analyses rapides des tissus, (6) des tests biologiques et (7) analyse chimiques des sols. Chacune de ces méthodes a des limitations lorsqu'elle est appliquée à un champ ou à plusieurs champs d'agriculteur. Les essais au champ ne peuvent pas être pratiquement installés dans chaque champ et les résultats ne sont pas facilement transférables d'un champ à l'autre. Les essais sous serre sont coûteux et limités dans le nombre de sols qui peuvent être étudiés et les résultats obtenus de ces essais ne peuvent pas être quantitativement extrapolés aux champs. Les symptômes de carence indiquent seulement des conditions sévères de déficience ou toxicité et souvent apparaissent plus tard pour permettre à une éventuelle intervention. Les analyses de plantes et des tissus en sont faites que pour expliquer ce qui s'est passé dans le sol. Les tests biologiques qui consistent à cultiver des micro-organismes dans le sol pour détecter une carence ou toxicité d'un élément donné, peuvent déterminer le statut nutritionnel d'un sol avec précision lorsqu'ils sont conduits proprement, mais ils sont coûteux et ont besoins de beaucoup de temps. Alors que l'analyse de sol peut être rapide, moins coûteuse et précise et permet de faire des prédictions en besoins d'engrais avant la mise en place de la culture.


Analyses physique


Détermination du pH du sol


Le pH est un paramètre physique du sol très important. Il est influencé par divers facteurs et notamment l'apport des engrais. Il indique l'acidité, la neutralité, la basicité ou l'alcalinité des sols. La fourchette des pH trouvés normalement dans les sols varie de 3 à 9. Les catégories sont arbitrairement décrites comme suit : fortement acide pH inférieur à 5 , moyennement acide ( 5-6,5), neutre ( 6,5-7) , moyennement basique ( 7,5-8,5) et fortement basique ( supérieur à 8,5 ).

Le pH joue un rôle de prépondérant dans la vie biologique et la croissance des plantes car il influence d'une manière très nette la disponibilité des éléments nutritifs et la solubilité des éléments toxiques dans le sol et la capacité d'échange cationique. En effet, à pH élevé la disponibilité dans le sol du phosphore et de la plupart des oligo-éléments à l'exception du bore (B) et du molybdène (Mo) diminue.

les sols acides ne sont pas fréquemment trouvés dans les zones arides et semi-arides. Ils trouvent en abondance dans les zones tempérées et tropicales où la pluies sont abondantes.
Contrairement, les sols des zones arides et semi-arides sont en général alcalin avec un pH supérieur à 7.

Définition du pH


Le pH d'une solution est définit comme le logarithme négatif à base 10 de l'activité de l'ion hydrogène

pH = - Log(H+)

Cependant, le pH de l'eau pure à 23°C égal à 7 alors à 100°C il est égal à 6,0 et à 0°C il est égal à 7,5.Ceci montre l'importance de déterminer le pH à la température ambiante et d'ajuster le ph-mètre à la température de la solution.

L'électrode du ph-mètre est affectée seulement les hydrogènes dissociés, cependant, les ions H non dissociés ne font pas partie de la concentration en ions H et ne sont pas inclus dans la mesure du pH.

En effet, il est impossible de déterminer l'acidité totale des sols à partir des mesures de pH car la fraction de l'hydrogène dissociée varie selon les types d'argile et la fraction organique du sol. Le pH, alors, nous renseigne sur le degré d'acidité ou de basicité d'un sol donné. Il peut aussi donner quelques informations sur le pourcentage de base de saturation des sols en fonction des types d'argile présents dans le sol. En général, plus le pH augmente plus le pourcentage de base de saturation augmente. Il est aussi une indication sur la disponibilité des éléments nutritifs pour les plantes.

Conductivité electrique


La salinité des sols est représentée par la concentration des sels minéraux ( p/v) dans le sol.  Elle est normalement mesurée dans l'extrait de l'échantillon de sol par l'eau ( 1:1 ou 1:5 sol :eau) ou dans l'extrait de la pâte saturée. Cependant, la proportion sol:eau de 1:1 ou plus dilué est plus intéressante lorsque la quantité de l'échantillon du sol est limitée. Aussi, c'est une extraction rapide et le taux de salinité peut être mesuré par la conductivité électrique en utilisant un conductivimètre. La teneur total des sols en sel peut être estimée de la CE. En effet, la méthode la plus précise est d'évaporer l’extrait aqueux et de peser les résidus.

La salinité des sols est une mesure importante car elle affecte la capacité des sols à supporter certaines cultures et leur potentiel de production. Sur la base de la CE mesurée dans l'extrait de la pâte saturée, les valeurs de 0 à 2 dS/m sont bien pour toutes les cultures ; Les rendement des cultures sensibles sont affectés à des valeurs entre 2 et 4 dS/m ; la plupart de cultures sont affectées à des à des valeurs entre 4 et 8 dS/m ; alors que seules les cultures tolérantes aux sodium qui peuvent réussir à des valeurs supérieur à 8 dS/m ( Richard, 1954 ).

La salinité des sols est un problème épineux dans les terres irriguées, mais elle n'est pas importante dans les zones pluviales. Cependant, et avec l'augmentation des superficies irriguées il y aurait plus de demande de mesure de la conductivité électrique dans le futur. La méthodologie de détermination de la CE est décrite dans USDA Handbook 60 ( Richards, 1954).

Remarque :

Les lectures sont en millimohs par centimètre ( mmhos/cm) ou deciSiemens par mètre (dS/m)).
Standardiser le conductivimètre en mesurant la CE de la solution 0,01N KCl qui devrait être 1,413 dS/m à 25°C.

Calcaire actif


Le carbonate soit sous forme calcium ( calcite) ou magnésium ( dolomite ) ou les deux à la fois, se trouvent dans le sol suite aux transformations ou à la décomposition de la roche mère. La plupart des sols des régions semi-arides et arides sont calcaires. Ainsi, les sols de la région WANA peuvent contenir jusqu'à 50% CaCO3 ou plus.

Comme c'est le cas avec le pH, les sols avec des teneurs élevées de calcaire actif ont tendance à diminuer la disponibilité de P et de certains oligo-éléments. Le calcaire actif est souvent relié au calcaire total. Il représente environ 50% de la valeur totale. Les partisans de son utilisation réclament que cette fraction soit plus liée au comportement des éléments nutritif, telle qu'elle est impliquée dans la chlorose de fer.

Principe


Un poids donné de sol réagit avec un excès d'acide ; dans un cette réaction, CO2 est libéré et l'acide non utilisé dans la dissolution des carbonates est titré avec la solution d'hydroxyde de sodium. Certaines méthodes de détermination de carbonate sont basées sur la collection du gaz carbonique ( CO2) et la mesure de la pression qui se développe lorsque l'acide réagit avec le calcaire dans un flacon fermé . Dans la méthode par titrimétrie, deux équivalents d'acide sont supposés réait avec une mole de CaCO3. De là, un équivalent d'acide est supposé être équivalent à un demi mole de CaCO3.

Remarques :


La détermination précise du point de virage exige une certaine expérience
10 ml de HCl 1N dissoudrait jusqu'à 0,5g de CaCO3. Cependant, si le sol contient 50% de CaCO3 ou plus, 10ml de HCl 1N est insuffisante. Dans ce cas, il faut ajouter 15 à 20 ml.
Quand le sol réagit avec l'acide pour dissoudre les carbonates, d'autres composants de sol peuvent aussi consommer l'acide. La plupart de ces dernières réactions sont supposées être réversibles. Pour cela, il n'est pas recommandé de filtrer la solution et titrer le filtrat.
Le point de virage est plus facile à déterminer dans une solution claire, mais la valeur de titration peut surestimer la teneur réelle du sol en CaCO3.
Les réactions impliquant l'acide et les composants du sol ne sont pas toutes complètement réversibles, donc la titration par l'acide peut légèrement surestimer la teneur réelle du sol en carbonate. La méthode de titration par acide doit être calibrée contre la méthode calcimètrique.

Matière Organique


Même si la teneur des sols en matière organique (MO) est relativement faible, la matière organique a un effet majeur sur les agrégats du sol, la transformation des éléments nutritifs et leur disponibilité, rétention de l'eau et l'activité microbienne. La Matière organique du sol est composée de reste des racines, de plantes et d'organismes à différents stades de décomposition et de synthèse.

Le carbone organique (CO) varie de l'élément le plus dominant dans les sols organiques des régions froides à l'élément virtuellement absent dans certains sols de désert. Les sols cultivés des zones tempérées ont des teneurs normales plus de 3 à 4% de la Matière organique, tandis que les sols des zones semi-arides, ont des teneurs normales moins de 1%.

La méthode utilisée implique la réduction du bichromate de potassium K2Cr2O7 par le carbone organique et la détermination du bichromate de potassium non réduit par la titration oxydo-réduction avec le sulfate de fer. Malgré que les résultats réels d'analyse représentent le taux du carbone organique oxydé, ils sont reportés en terme de pourcentage de matière organique. Le taux de carbone organique est converti en taux de matière organique en multipliant par un facteur constant en supposant que la matière organique contient 58% du carbone organique,Cependant, comme cette proportion n'est pas vraiment pas constante, il est préférable de reporter les résultats en terme de carbone organique.

Remarques

Pour les sols riches en matière organique ( supérieur à 1% de carbone organique), plus de 10 ml de bichromate de potassium est nécessaire.
Les facteurs 1,334 et 1,724 utilisés pour calculer le COT et la MO sont approximatifs et peuvent varier avec la profondeur et le type de sol.
Les sols contenant des quantités élevées des ions de chlore, manganèse et fer, donneront des résultats élevés. L'interférence du chlore peut être éliminée en ajoutant le sulfate d'argent (Ag2SO4) au réactif oxydant. Pour les autres interférences, aucune procédure n'est disponible à l'heure actuelle.
La présence de CaCO3 jusqu'à 50% ne causes aucune interférence.

Capacité d'échange cationique


Beaucoup de minéraux dans le sol sont chargés négativement et en conséquence, ils peuvent attirer et retenir les cations tel que le potassium K+, le sodium Na+ , le calcium , le magnésium,l'ammonium, etc. L'échange cationique est un procédé réversible. Ainsi, les éléments nutritifs peuvent être retenus dans le sol pour ne pas être perdus par lessivage et peuvent postérieurement être libérés dans la solution du sol. De même, il y a certains composés organiques qui contribuent à la capacité d'échange cationique. En outre, la CEC est influencé par le pH.

Plusieurs méthodes sont disponibles pour la détermination de la CEC. La plupart, sont basées sur la saturation du sol par un cation de référence (ammonium), lavage des cations en excès et remplacement du cation de référence retenu par un autre cation (sodium). Les méthodes modifiées ont été introduites à cause du problème de la solubilité élevée du calcium dans les sols calcaires.

La capacité d'échange cationique est rapportée en milliéquivalent par 100g du sol ou plus, récemment en cmol/kg de sol. Les valeurs de CEC sont dans la gamme de 1,0 ) 100 meq/100g et sont faibles dans les sols sableux et élevées dans les sols argileux. De même, les valeurs élevées reflètent la prédominance des argiles type 2:1.

Remarque :

La méthode de Rhoades et Polemio est particulièrement adaptée aux sols ayant des teneurs élevées en carbonates, gypse et zéolite, malgré qu'elle est laborieuse.

Gypse


Les sols ayant des teneurs variables de gypse ( CaSO4.H2O) sont fréquents dans beaucoup de pays, et particulièrement dans la Syrie et Irak. le ypse est un souci en particulier dans les zones irriguées.

La méthode standard pour la détermination du gypse est celle de Richards qui implique la précipitation avec l'acétone. Les modifications de cette méthode et d'autres méthodes se trouvent dans le bulletin de la FAO sur les sols gypsiferous.

Remarque :
Le sulfate de sodium et de potassium, quand présent en concentrations suffisamment élevées, sont aussi précipités par l'acétone. Les concentrations maximales de sulfate de sodium et de potassium qui peuvent être tolérées sont respectivement 50 et 10 meq/l.

Dans la proportion sol:eau 1:5 , l'eau dissoudra environ 15meq de gypse par 100g de sol. Si la teneur du sol en gypse trouvée est au voisinage de 15meq/100g en utilisant la proportion sol:eau de 1:5, il faut refaire l'analyse en utilisant un extrait plus dilué.
Dans certains sol de l'Euphrate, la teneur du gypse peut être plus que 25%, dans telle situation, les proportions sol:eau à utiliser doivent être de 1:500, ou 1:1000.

Analyses chimiques ( Eléments nutritifs du sol)


Azote


Suite aux exigences élevées des plantes et aux teneurs faibles dans presque tous les sols, l'azote est considéré l'élément nutritif le plus important dans l'agriculture. De même, il est très important de point de vu environnemental, mais essentiellement dans le sens négatif, (pollution).

L'azote se trouve dans le sol sous différentes formes, aussi bien organique que minéral. La première fraction, se compose de reste de plante et bactéries et elle est variable dans sa composition. L'azote total et organique du sol à tendance à diminuer avec l'aridité.

Le NH4+ et NO3- sont les formes de N qui sont régulièrement déterminées dans les laboratoires, car elles reflètent le degré de minéralisation et sont les formes de N consommées par les plantes.

L'azote total du sol, essentiellement organique, est généralement déterminé après une digestion humide en utilisant la méthode Kjeldahl. L'azote minéral du sol (NH4+ et NO3-, NO2-) est généralement déterminé par distillation de l'extrait du sol par KCl. En plus de la distillation, NO3- peut être déterminé par colorimétrie ou par électrode spécifique.

Azote Kjeldahl


Les échantillons de sol sont digérés dans H2SO4 concentré en présence de catalyseurs pour augmenter la température d'ébullition et activer la transformation de l'azote organique à la forme ammoniacale N-NH4+. L'ammonium dans l'extrait est déterminé par distillation en utilisant NaOH en  excès pour augmenter le pH. Le distillat est recueilli dans H3BO3 saturé et titré à pH 5 avec H2SO' dilué.

La méthode détermine l'ammonium, la plupart de l'azote organique et une fraction variable des nitrates dans le sol. Pour la plupart des sols, la méthode Kjeldahl est une bonne estimation de l'azote total.

La détermination des nitrates peut être incluse en utilisant la méthode Kjeldahl modifiée ( fer réduit ou acide salicylique ) section suivante.

Azote total

La différence entre azote Kjeldahl et azote total dans le sol est normalement petite et elle est due essentiellement à la présence de nitrate dans l'azote total. Dans la procédure suivante, les NO3- sont réduits et par conséquent sont inclus dans la distillation.

Azote minéral


L'azote est absorbé par les plantes essentiellement sous deux formes, ammonium NH4+ et nitrate NO3-. L'ion ammonium est présent dans les sols à travers la décomposition des déchets organiques. Les nitrates sont la forme finale de la décomposition, mais peut aussi être approvisionnée par les engrais et les eaux d'irrigation.

La forme disponible de N est perdue du sol par plusieurs voies; i,e, volatilisation,dénitrification anaérobique et lessivage. Normalement, NH4+ n'est pas perdu par lessivage car sa charge positive est attirée et retenue par la surface des particules d'argiles et d'humus qui est négativement chargée. Cependant, quand NH4+ est transformé en NO3-, la charge positive est perdue et le sol ne retient plus l'azote disponible. L'eau percolant à travers le profile transporte avec elle et réduit la teneur en NO3- des horizons supérieurs aux horizons inférieurs, et mêmes aux eaux souterraines quand le lessivage est excessif. Le lessivage excessif des nitrates est vulnérable dans les zones irriguées où il y a un excès de fertilisation.

La présence des nitrates dans les eaux souterraines est un problème majeur pour l'environnement et la santé publique. Les teneurs élevées des nitrates dans l'eau potable ( supérieur à 10ppm N-NO3) sont en relation avec les problèmes de santé tel que la méthémoglobine chez les bébés.

L'azote minéral est déterminé dans l'extrait du sol avec KCl 2M. Ammonium (NH4+) et nitrate (NO3-) plus nitrate NO2- sont déterminés par distillation de l'ammoniaque NH3, en utilisant MgO pour NH4+ et l'alliage de Deverda pour NO3- . Le distillat est recueilli dans l'H3BO3 saturé et titré à pH 5 avec H2SO4 dilué. Cette méthode détermine les formes dissoutes et absorbées de NH4+, NO3- et NO2- dans le sol. La somme de NH4+, NO3- et NO2- déterminée par cette méthode représente l'azote minéral .