Alimentation en eau et nutrition minérale des végétaux Chapitre 9 PDF

Alimentation en eau et nutrition minérale des végétaux I- Le sol Le sol : - est un milieu complexe qui résulte d\'un double processus (pédogenèse) - l\'altération et la désagrégation de la roche mère sous l\'action des agents atmosphériques et biologiques ; cela donne...

Alimentation en eau et nutrition minérale des végétaux I- Le sol Le sol : - est un milieu complexe qui résulte d\'un double processus (pédogenèse) - l\'altération et la désagrégation de la roche mère sous l\'action des agents atmosphériques et biologiques ; cela donne la fraction minérale du sol - l\'accumulation des plantes et des animaux morts et leur décomposition sous l\'action des agents atmosphériques et biologiques ; cela donne la fraction organique du sol - une couche de surface - un milieu vivant Sol = « Organisme vivant » très complexe Grande biodiversité → 10 000 espèces de micro organismes / g de sol Population microbienne importante 1 gramme de sol → - 100 millions de bactéries (10 puissance 8) - 1 million d' actinomycètes (10 puissance 6) - 100 mille champignons, algues et protozoaires (10 puissance 5) Cycle du carbone terrestre : stock de carbone (encadré) en gigatonne Dans l\'atmosphère environ 760 giga tonnes de carbones alors que dans le sol il y a 2500 giga tonnes Sol = une réserve de carbone importante Sol une diversité de couverture et de typologie Surface mondiale des sols cultivés : - \~ 1,4 milliards d'hectare (ha) -  0,2 ha par humain (2017) - en France : 0,43 ha par habitant Surface mondiale de - pâturage : \~ 3,4 milliards ha - plantations : \~ 0,15 milliards ha II -- Composition du sol 3 Phases principales : - Phase solide : environ 50% - ¨Phase liquide - Phase gazeuse Entre les espaces solides on trouve des porosités qui vont être occupés par la phase liquide ou la phase gazeuse. Les proportions phases liquides et phases gazeuses varient en fonction des précipitations. Phase liquide : - 15 à 35 % d'un sol type - « solution du sol » ou « eau du sol » - Eau + ions dissous - Anions : CO3\--, NO3-, SO4\--, H2PO4---, Cl---... - Cations: Ca++, K+, Mg++, Al+++, Na+... - rôles : - alimentation hydrique, - solvant, - milieu d'échange, - milieu réactionnel, - transfert des éléments, élimination Phase gazeuse : - atmosphère interne du sol - 79 % N2 - 21 % O2 + CO2 - teneur en O2/CO2 est fonction de l'activité biologique du sol - Respiration active : - O2 : \1000 g par mètre carré = 10 000 kg par ha soit environ \~10 vaches par hectare Une grande diversité de bactéries. Près de 25000 taxons différents dans un atlas global des bactéries du sol. 1. Complexe absorbant et sa capacité d\'échange cationique Une propriété essentielle des sols : retenir les cations, les échanger avec la solution du sol. Si la concentration en cation est faible dans la solution du sol on parlera de désorption des cation du complexe argilo-humique (CAH). Si la concentration en cations est forte dans la solution du sol alors absorption des cations par le complexe argilo-humique (CAH). La capacité du sol à retenir les cations est variable selon la nature du sol. Capacité d'échange cationique : Taille du réservoir du sol en éléments nutritifs chargés positivement : - correspond au nombre de charge négative que porte une masse de sol (mole de charge négative par kg de sol) - Argile et substances humiques portent de nombreuses charges négatives en surface - Surface des particules (m2 par g) : - Sable \ 1. L\'eau dans le sol L\'eau du sol : trois états possibles - Eau de gravité - Circule dans les canaux les plus grands du sol, la macroporosité du sol (taille\50µm) - Échappe aux forces de rétention, rejoint rapidement les nappes phréatiques souterraines, donc à terme, non disponible aux végétaux - Favorisée par la fraction grossière - Eau utilisable par les végétaux - Retenue par la porosité moyenne - petits espaces vides entre les particules solides (fins capillaires) - Taille : 0,2-50µm - Forces de rétention pas très importantes mais supérieures à la gravité - Ce qui la rend disponible pour les végétaux - Favorisée par la présence de limon et d'argile - Eau inutilisable par les végétaux - Retenue par la porosité fine : \< 0,2µm - Forces de rétention très importantes - Supérieures à la force de succion des racines des végétaux - Se manifeste dans un sol relativement sec - Favorisée par l'argile 2. humidité du sol L\'humidité du sol ou teneur en eau : mesure relative de la quantité d\'eau - estimé par rapport au poids sec d\'un sol - H = (P-P' / P' ) \*100 3. Caractéristiques 3 points caractéristiques de la teneur en eau du sol : - Point de saturation - Capacité aux champs - Point de flétrissement permanent Point de saturation : Teneur en eau lorsque toute la porosité du sol est saturée en eau Point de ressuyage ou Capacité de champs (C.C) : Teneur en eau suite à l\'écoulement de l\'eau de gravité. Point de flétrissement permanent ( P.F.P) : Teneur en eau en dessous de laquelle les végétaux se fanent irréversiblement. - Indépendant des espèces - La teneur en au au PFP varie selon la texture du sol Réserve en eau utile = C.C. - P.F.P 4. Forces Trois forces agissent sur l\'eau du sol : - Force de gravité - La succion du sol - La succion des racines La succion du sol est grandement influencée par la teneur en eau et la texture du sol. Au point de saturation la succion du sol est très faible, elle est inférieur à la gravité. Le point de saturation est état instable. A la capacité au champs équilibre entre la succion du sol et la force de gravité, c\'est un état stable lorsqu\'il n\'y a pas de racines qui viennent puiser l\'eau. Si on a des racines la succion racinaire exerce une force plus importante que la succion du sol et que la graviter ce qui permet à la plante de puiser l\'eau. Au point de flétrissement permanent : La succion du sol devient équivalent à la succion racinaire maximale, donc la racine ne peut plus puiser d\'eau. Il reste de l\'eau dans le sol mais elle est inutilisable. 5. Le potentiel hydrique du sol 5. 1. Mesure Mesure de la force de succion du sol : - La force de succion est exprimée par une unité de mesure de pression : Pascal - succion = contraire d'une pression - Valeurs négatives - 1 Pascal = 1N/m2 Échelle dans le sol : Mégapascal (Mpa) - 1 MPa = 10 bars - symbole du potentiel hydrique = Ψ - Eau pure Ψ = 0 MPa (pression ambiante) La force de succion varie en fonction de la teneur en eau : - Sol saturée → succion nulle Ψ \~ 0 MPa - Sol humide → succion faible Exemple : Ψ = -0,1 MPa - Sol «sec» → succion importante Exemple : Ψ = -1,0 MPa Le potentiel hydrique indique donc la disponibilité de l'eau du sol. 5. 2. Prédiction Permet de prédire le mouvement de l\'eau entre deux points : On le mesure du potentiel hydrique le plus élevé au potentiel hydrique le plus faible. Du potentiel le plus élevée ex. Ψ = -0,1 MP vers *Ex. du sol humide vers la* *racine* Le potentiel le plus bas ex. Ψ = -1,0 MPa 5. 3. Forces La force de succion dépend de la liaison de l'eau aux constituants du sol : liquide et solide - Potentiel osmotique (ΨS) : dues aux attractions exercées sur l'eau par les ions de la solution du sol - Potentiel matriciel (ΨM) : - Force d'imbibition : Dues aux attractions électrostatiques exercées entre les charges négatives des colloïdes du sol et les charges positives de l'eau - Force de capillarité : Résultat du phénomène de tension de surface ; retient l'eau dans la porosité du sol.Variable, fonction de la teneur en eau et porosité ΨH sol = ΨS + ΨM Potentiel osmotique (ΨS) = -Π ΨS= -R\*T\*Cs R = constante des gaz parfaits= 0,00831 MPa \* l \* mole-1 \* K puissance -1 T= température (°K) Cs = osmolarité, soit la concentration de particules dissoutes (molécules, ions) en mole \* l puissance -1 Potentiel matriciel dû à la force de capillarité (potentiel de capillarité) cas du capillaire : ΨM = -2T / r T = tension de surface de l'eau (eau pure 7,28 x 10-8 MPa\*m) r = rayon de courbure de l'interface air/eau ( mètre) La force d'imbibition est généralement négligeable. Mouillage d'un capillaire dont la surface a une affinité pour l'eau : L'interface air/eau n'est pas plat, l'adhésion de l'eau au solide déforme l'interface (ménisque) qui prend approximativement la forme d'une sphère. Mais la tension superficielle résiste à cette déformation. Plus l'adhésion de l'eau au solide est forte, plus la déformation est importante... Force de capillarité : équilibre entre les forces d'adhésion (liquide-solide) et de cohésion (liquide-liquide) Fin capillaire = Forte succion Interface air-eau : Résistance à la déformation → Tension de surface La force de succion dépend de la taille du capillaire. Plus le capillaire est petit, plus la succion est importante. Microporosité (espaces étroit entre fines particules)= Forte succion Macroporosité (entre grosses particules)= Faible succion La tension de surface est réduite en présence de substance tensio-active : Les savons et détergents (tête polaire vers l'eau, queue apolaire vers l'air) réduisent la tension superficielle. L'interface air/eau se déforme facilement (bulle savon). L'eau savonneuse peut entrer entre les fibres textiles sans être freiner par la tension superficielle. 2. 6. Les points caractéristiques de la teneur en eau du sol correspondent à des valeurs précises de Ψhsol Au point de saturation : ΨHsol ≈ 0 MPa (si ΨS négligeable) A la capacité au champs : ΨHsol= -0,05 MPa Au point de flétrissement permanent : ΨHsol= -1,6 MPa