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La structure du sol décrit l’arrangement des parties solides du sol et de l'espace poreux situé entre elles [1], mais décrit également la manière dont les particules de sol sont agrégées. Cette géométrie à plusieurs échelles est entre autres, régie par la texture du sol et les processus d'agrégation entre les différents constituants du sol, soumis eux-mêmes à de nombreuses interactions d’ordre physique, chimique ou biologique [2]. Ces interactions dépendent aussi des conditions environnementales dans lesquelles le sol s'est formé et continue d'évoluer, ainsi que de sa gestion. Le stockage de l'eau / des éléments nutritifs et l'habitat des organismes du sol sont des fonctions vitales du sol liées à sa structure et impactant la productivité biologique. Ainsi, la dynamique de la structure du sol semble être une caractéristique clé de son biofonctionnement. Ici, la microscopie électronique à transmission (MET) a été utilisée pour tester la sensibilité des micro-agrégats aux pratiques d'utilisation des terres. Les objectifs de cette étude étaient donc d’utiliser la MET pour caractériser les micro-agrégats stables de 0-20 µm d’une couche arable cultivée et de mettre en évidence tout impact des pratiques de culture et des variations interannuelles sur la dynamique de la structure du sol.

Résultats majeurs

L'étude a été réalisée sur un cambisol calcique (pH de 7,1, teneur en matière organique de 33 g kg-1, rapport C / N environ 10), développé dans l'est de la France (ferme expérimentale de la Bouzule, 54) et échantillonné deux années consécutives avant et après la période de sécheresse exceptionnelle survenue en 2003. Il a été cultivé avec du maïs après un labour modéré et une fertilisation standard. Des boues d'épuration digérées sont appliquées depuis 1996 conformément à la réglementation en matière de contrôle de l'environnement, à raison de 10 mg / ha-1 an-1 pendant 4 ans. Des fractionnements granulométriques à l’eau ou utilisant des résines échangeuses d’ions, des échantillons de parcelles avec ou sans ajout de boues d'épuration ont été effectués (figure 1).

Figure 1: Répartition granulométrique différentielle en 2002 et 2003 du sol contrôle (Fig. 1a) et du sol amendé (Fig. 1b). dW (%) = soustraction des pourcentages pondéraux des fractions stables à l'eau des fractions stables obtenues après ajouts de résine sodique lors du fractionnement

Ensuite, une caractérisation morphologique et analytique par MET des micro-agrégats <20 µm stables à l'eau a été réalisée afin de spécifier leur matière organique agrégeante (figure 2).

Figure 2: Analyse de la structures des fractions (2–20 µm) de la couche arable modifiée. 4.1 - Vue globale de la fraction en 2002. 4.2 - Vue globale de la fraction en 2003. 4.3 - Micro-agrégat spécifique. Spectre 1: analyse EDX de la matière organique du micro-agrégat. Spectre 2: analyse EDX du minéral du micro-agrégat. Légende - agI, agII, agIII: micro-agrégat de type I, II ou III; b: bactérie; c: argile; cw: résidu de paroi cellulaire; ex: exopolymères; h: trou dans la résine dû au micro-quartz; m: minéral; om: matière organique; q: grains de quartz; * 1 et * 2: localisation des analyses EDX 1 et 2.

La fraction stable à l'eau 0-20 µm contenait plus de 60% du carbone du sol. Une typologie de micro-agrégats <20 µm a été établie en fonction de la nature de la matière organique agrégeante. Il est apparu que parmi les micro-agrégats de 0-2 µm et 2-20 µm, ceux contenant des matières organiques jeunes d'origine végétale et microbienne étaient impliqués dans les associations les plus stables. L'impact de la période sèche sur la microstructure du sol entre 2002 et 2003 correspond à la fois à une augmentation de la dispersibilité dans l'eau des fractions 0 à 2 µm et à une diminution de la taille moyenne des agrégats stables dans l'eau de taille comprise entre 2 et 20 µm. L'ajout de boues d'épuration a légèrement augmenté la proportion de macro-agrégats stables à l'eau de 50 à 200 µm et a induit la formation de micro-agrégats contenant des flocs de boue, qui pourraient être considérés comme des marqueurs spécifiques de boues d'épuration. Les caractéristiques des micro-agrégats stables 0-20 µm, telles que la taille, la stabilité et la typologie, apparaissent comme un outil prometteur pour préciser la dynamique des associations organo-minérales dans des sols soumis à des modifications de l’environnement et/ou des pratiques culturales.

Références

1. Marshall, T.J., Holmes, J.W., 1979. Soil Physics. Cambridge University Press.

2. Gobat, J.-M., Aragno, M., Matthey, W., 1998. Le sol vivant, bases de pédologie, Biologie des sols. Presses Polytechniques et Universitaires Romandes, Lausanne.

Affiliations

Laboratoire Sols et Environnement, Nancy Université, INRA, 2 avenue de la Forêt de Haye, BP 172, F-54505 Vandoeuvre-lès-Nancy Cedex, France