Propriétés Globales du Sol (2e partie, Ch. 2)

2ème partie : Propriétés globales 1 du sol III. Phénomènes biologiques Ch 1 : Organismes vivant dans le sol Ch 2 : Principales interventions microbiennes Ch 3 : Dépollution des sols 2e partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes ...

2ème partie : Propriétés globales 1 du sol III. Phénomènes biologiques Ch 1 : Organismes vivant dans le sol Ch 2 : Principales interventions microbiennes Ch 3 : Dépollution des sols 2e partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 2 III. Phénomènes biologiques Ch 2 : Principales interventions microbiennes Dégradations, transformations, synthèses,…. Adaptabilité aux conditions du milieu. → Transformation des matières organiques, synthèse de l’humus = cycle du carbone → Cycles minéraux : azote, phosphore, soufre, → Rhizosphère → Mycorhize →… 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 3 III. Phénomènes biologiques Ch 2 : Principales interventions microbiennes 1. Transformation des matières organiques et synthèse de l’humus https://www.youtube.com/watch?v=Lhz3B0Mf1Wc Deux voies de transformations : - Minéralisation = réactions de simplification → libération d’éléments minéraux - Humification = réactions de synthèse, de stabilisation. 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 4 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 5 III. Phénomènes biologiques Ch 2 : Principales interventions microbiennes Matières organiques = pilier de la fertilité des sols - Fertilité physique : stabilisation et structuration des sols (aération, rétention et circulation eau, diminution de la battance, de l’érosion,…) - Fertilité chimique : réserve d’éléments nutritifs, CEC - Fertilité biologique : substrat énergétique, régulateur des activités biologiques. 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 6 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes  7 Grande diversité biochimique des macromolécules qui constituent les MO... (Foth, 1990) Proportions moyennes des grandes catégories de matières organiques dans la plante et dans le sol Catégorie de matière Proportion dans la Proportion dans le organique plante sol (% des catégories) (% des catégories) Hémicelluloses et Pectines 10 - 30 0–2 Cellulose 20 – 50 2 -10 Lignine et composés dérivés 10 – 30 35 – 50 Protéines 1 – 15 28 – 35 Lipides, cires, autres 1-8 1-8 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 8 III. Phénomènes biologiques Ch 2 : Principales interventions microbiennes 1.1. Evolution des substances carbonées Sol gorgé d'H²O 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 9 III. Phénomènes biologiques Ch 2 : Principales interventions microbiennes Composés solubles → Minéralisation totale → Composés phénoliques → composés humiques Cellulose - Conditions aérobies : → composés humiques - Conditions anaérobies : → résidus organiques, pas pour humification 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 10 III. Phénomènes biologiques Ch 2 : Principales interventions microbiennes Les champignon se développent 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 11 III. Phénomènes biologiques Ch 2 : Principales interventions microbiennes Lignine : → précurseurs d’humus dans des conditions aérobies neutres et acides → Pas de décomposition en conditions anaérobies 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 12 III. Phénomènes biologiques Ch 2 : Principales interventions microbiennes 1.2. Evolution des produits azotés 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes  13 Grande diversité biochimique des macromolécules qui constituent les MO... (Foth, 1990) Proportions moyennes des grandes catégories de matières organiques dans la plante et dans le sol Catégorie de matière Proportion dans la Proportion dans le organique plante sol (% des catégories) (% des catégories) Hémicelluloses et Pectines 10 - 30 0–2 Cellulose Sucre soluble facile à décomposé 20 – 50 2 -10 Lignine et composés dérivés 10 – 30 35 – 50 Protéines Matière grasse 1 – 15 28 – 35 Lipides, cires, autres 1-8 1-8 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 14 III. Phénomènes biologiques Ch 2 : Principales interventions microbiennes 1.3. Synthèse de l’humus Humification = ensemble des processus de synthèse qui aboutissent à la formation de l’humus à partir de composés résiduels apparus dans l’évolution de la matière organique ou de substances synthétisées par les microorganismes. 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 15 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 16 III. Phénomènes biologiques Ch 2 : Principales interventions microbiennes 1.3. Synthèse de l’humus Néoformation : à partir de précurseurs venant de l’évolution de la matière organique → composés humiques par condensation, humines microbiennes Proviennent de l'activité microbienne et activité du sol, décomposer totalement 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 17 III. Phénomènes biologiques Ch 2 : Principales interventions microbiennes Humification par héritage : composés humiques proches des matières organiques initiales; souvent dans conditions pédoclimatiques plus défavorables et matières organiques difficiles à décomposer. 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 18 III. Phénomènes biologiques Ch 2 : Principales interventions microbiennes 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 19 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 20 III. Phénomènes biologiques Ch 2 : Principales interventions microbiennes 1.4. Dégradation de l’humus Substances très complexes, très stables Existence d’une fraction plus rapidement décomposée 1 à 2 % par an selon les conditions du milieu C'est une fraction plus rapidement minéraliser 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 21 III. Phénomènes biologiques Ch 2 : Principales interventions microbiennes 1.5. Facteurs influençant l’humification Matières premières - Facteurs positifs : richesse en N, teneur en hydrates de C (énergie, substances fermentescibles), rapport C/N, - Facteurs négatifs : peu N, plus de lignine, lipides, peu de composés fermentescibles = qui se décomposent plus facilement 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 22 III. Phénomènes biologiques Ch 2 : Principales interventions microbiennes Milieu - Local : climat, RM, propriétés du sol - Mondial : zonation climatique → type de végétation 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 23 III. Phénomènes biologiques Ch 2 : Principales interventions microbiennes Actions de l’homme - Directe : défrichement, mise en cultures → modification des humus naturels - Indirecte : modification progressive de la végétation naturelle - Gestion des terres de cultures : action sur l’activité biologique et sur le milieu, diversité des MO. 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 24 III. Phénomènes biologiques Ch 2 : Principales interventions microbiennes 1.6. Types d’humus Mull : humus actif, très favorable Humification importante, pas d’accumulation de litière Turn over important, beaucoup de minéraux pour la végétation Bon pédoclimat et bon pH, bonne activité biologique 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 25 III. Phénomènes biologiques Ch 2 : Principales interventions microbiennes Moder : humus de moins bonne qualité Evolution plus lente, activité biologique moins efficace Accumulation de litière Peu de disponibilité en él minéraux, cond plus acides sol moins riche, les plantes qui vont pousser vont être riche en Lignine de tanin (riche en substance plus difficile à décomposer) 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 26 III. Phénomènes biologiques Ch 2 : Principales interventions microbiennes Mor Activité biologique limitée, surtout champignons MOF peu transformées, accumulation importante de litière Très peu d’éléments minéraux pour les plantes Sol sableux, climat froid – humide. Autres : tourbe, mull carbonaté, anmoor évolution avec de H²O 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 27 III. Phénomènes biologiques Ch 2 : Principales interventions microbiennes 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 28 III. Phénomènes biologiques Ch 2 : Principales interventions microbiennes 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 29 III. Phénomènes biologiques Ch 2 : Principales interventions microbiennes 2. Cycle de l’azote - N libre : dans atmosphère, 79 % Pas utilisable directement par les végétaux et animaux, seulement par qq espèces microoorg. - N organique : forme de stockage de l’azote dans le sol Pas utilisable directement - N minéral : peu ou pas dans RM, nitrate (NO3-)= forme utilisable par la plante, ammoniaque (NH4+) = sur CAH, peu utilisé par les plantes 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 30 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 31 https://fertilisation-edu.fr/cycles-bio-geo-chimiques/le-cycle-de-l-azote-n.html 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 32 III. Phénomènes biologiques Ch 2 : Principales interventions microbiennes Cycle azote en milieu forestier 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 33 III. Phénomènes biologiques Ch 2 : Principales interventions microbiennes 2.1. Fixation industrielle À partir de l’azote atmosphérique Processus de Haber – Bosh Production d’hydrogène nécessaire 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 34 III. Phénomènes biologiques Ch 2 : Principales interventions microbiennes 2.2. Fixation biologique De l’azote atmosphérique Organismes libres Dans le sol Azotobacter (aérobie), Clostridium (anaérobie), algues bleues → N microbien 5 à 20 kg/ha/an selon conditions 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 35 III. Phénomènes biologiques Ch 2 : Principales interventions microbiennes Fixation symbiotique Symbiose Rhizobium (bact) – Fabacées (plante) la plus rencontrée en agriculture. Fabacées (ou légumineuses, papilionacées) : haricot, pois, soja, arachide, lupin, trèfle, luzerne, féverolle, vesces, pois chiche, lentille,… Symbiose = association étroite de deux ou, plusieurs org vivants, mutuellement bénéfique, voire indispensable à leur survie. 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 36 III. Phénomènes biologiques Ch 2 : Principales interventions microbiennes Relation spécifique esp bactérie – esp végétale ( ex : R. phaseoli avec haricot, R. japonicum et soja) Sous forme de nodules sur les racines. Fixation → qq centaines de kg N/ha se retrouvant dans les plantes (feuilles et graines) et dans le sol. 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 37 Fixation de l’azote atmosphérique Nodosités 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 38 https://fertilisation-edu.fr/cycles-bio-geo-chimiques/le-cycle-de-l-azote-n.html 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 39 III. Phénomènes biologiques Ch 2 : Principales interventions microbiennes 2.3. Dynamique dans le sol Relations complexes 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 40 III. Phénomènes biologiques Ch 2 : Principales interventions microbiennes N org = MOF + humus réserves N du sol quantités énormes inassimilable par la plante minéralisation humus : 1 à 2 %/an minéralisation MOF : variable selon leur composition N ammoniacal : NH4+ peu mobile fixation sur CAH peu absorbé par la plante vite transformé par microorg 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 41 III. Phénomènes biologiques Ch 2 : Principales interventions microbiennes N nitreux : NO2- très vite transformé en NO3- N nitrique : NO3- très soluble très mobile pas retenu par CAH absorbé par la plante 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 42 III. Phénomènes biologiques Ch 2 : Principales interventions microbiennes N org  Ammonification par microorganismes NH4+  Nitrosation par Nitrosomonas Nitrification NO2-  Nitratation par Nitrobacter NO3- 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 43 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 44 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 45 III. Phénomènes biologiques Ch 2 : Principales interventions microbiennes 2.4. Transferts vers l’atmosphère - Dénitrification par microorganismes surtout en cond anaérobiose - Volatilisation ammoniac 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 46 III. Phénomènes biologiques Ch 2 : Principales interventions microbiennes 2.5. Lixiviation Appelé aussi lessivage Concerne le nitrate Solubilité, pas de rétention par CAH → entrainement par les eaux PGDA = programme de gestion durable de l’azote 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 47 III. Phénomènes biologiques Ch 2 : Principales interventions microbiennes 2.6. Absorption par les plantes Sous forme nitrate Efficacité de l’absorption liée au développement racinaire Besoins variables selon les espèces et les stades de développement 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 48 https://fertilisation-edu.fr/cycles-bio-geo-chimiques/le-cycle-de-l-azote-n.html 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 49 III. Phénomènes biologiques Ch 2 : Principales interventions microbiennes 3. Rhizosphère = mince couche de sol qui entoure les racines absorbantes comme un manchon protecteur = zone du sol sous l’influence des racines vivantes = siège d’interrelations multiples et variées → composition modifiée par rapport à la masse du sol De 1 à 5 mm d’épaisseur 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 50 III. Phénomènes biologiques Ch 2 : Principales interventions microbiennes Plant growth promoting rhizobacteria (PGPR) Plant growth promoting fungus (PGPF) 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 51 III. Phénomènes biologiques Ch 2 : Principales interventions microbiennes 3.1. Importance de la population rhizosphérique Grande densité : 10 à 30 fois plus que dans le sol Grande variété : bactéries, champignons, protozoaires, invertébrés,… Mais sélection des espèces bactériennes sur base des exsudats quelque chose qui est émis Évolution au cours de la croissance de la plante 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 52 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 53 III. Phénomènes biologiques Ch 2 : Principales interventions microbiennes 3.2. Propriétés du milieu rhizosphérique Flux hydrique intense – diffusion passive d’éléments minéraux du sol vers la racine Richesse en él organiques : exsudats racinaires (polysaccharides), sucres, acides aminés, hormones de croissance, … Variations de pH Intense vie microbienne 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 54 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 55 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 56 III. Phénomènes biologiques Ch 2 : Principales interventions microbiennes 3.3. Influence de la rhizosphère sur la plante Libération de molécules régulatrices de la croissance de la plante : hormones, AB, enzymes, composés humiques, …  disponibilité en él nutritifs : él minéraux, a.a., Effet sanitaire 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 57 III. Phénomènes biologiques Ch 2 : Principales interventions microbiennes 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 58 III. Phénomènes biologiques Ch 2 : Principales interventions microbiennes 4. Mycorhization = association symbiotique entre des champignons et les racines de plantes Plante : - Utilisation des él min (stt P) et eau extraits par champignons - Protection des racines Champignon : - Utilisation de substances organiques fournies par la plante 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 59 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 60 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 61 III. Phénomènes biologiques Ch 2 : Principales interventions microbiennes Endomycorhize 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 62 III. Phénomènes biologiques Ch 2 : Principales interventions microbiennes 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 63 III. Phénomènes biologiques Ch 2 : Principales interventions microbiennes Dans les sols cultivés, endomycorhizes les plus répandues Augmentation de la zone racinaire : minéraux (peu mobiles et certains oligoéléments) et eau Bouclier protecteur Echanges entre plantes voisines Impacts des techniques culturales ?? Ectomycorhizes, essentiellement sur plantes ligneuses 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 64 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 65 III. Phénomènes biologiques Ch 2 : Principales interventions microbiennes En pratique - Meilleure résistance à la sécheresse, - Meilleure reprise et croissance des arbres - Meilleure structuration du sol (glomaline) - Ectomycorhizes = Cultures de champignons (truffe, bolets) 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 66 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 67 III. Phénomènes biologiques Ch 2 : Principales interventions microbiennes 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 68 III. Phénomènes biologiques Ch 3 : Dépollution des sols 3.1. Bioremédiation Excavation et déplacement Excavation et procédés physico- chimiques Qui détruisent dégradent les sources de pollution au niveau du sol Procédés biologiques = bioremédiation par plantes et microorganismes - Phytoremédiation, phytostabilisation, phytoextraction, phytovolatilisation, - Mycoremédiation 8e partie : Protection des sols et de l'environnement 69 Source : ÉCOLOGIE - La Phytoremédiation - MA PLUME - WEBMAG (ma-plume-webmag.com) 8e partie : Protection des sols et de l'environnement 70 https://www.youtube.com/watch?v=M-szmL5V0o0 phytoremédiation ULB http://www.dailymotion.com/video/xu45b3_des- champignons-a-la-rescousse-des-sols-pollues-par-les- dioxines_tech 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 71 III. Phénomènes biologiques Ch 3 : Dépollution des sols 3.2. Biodégradation des hydrocarbures Sources Fuites, sols industriels, boues de curage,… Localisation dans le sol Peu mobiles si grosses molécules Vite dégradés si quantités limitées 8e partie : Protection des sols et de l'environnement 72 III. Phénomènes biologiques Ch 3 : Dépollution des sols Action des microorganismes - Minéralisation - Dégradation en petits lipides incorporés dans humus Effets nocifs - Cycle de l’eau Perturbation de ces deux cycle - Cycle de l’azote - … 8e partie : Protection des sols et de l'environnement 73 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes 74 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes Source : www.prosensols.eu 75 2ème partie - III. Phénomènes biologiques - ch 2 : Principales interventions microbiennes Source : www.prosensols.eu