En tant qu'agriculteur, vous avez obligatoirement un impact important sur vos sols. C'est pourquoi, nous devons toujours travailler afin d'améliore ces sols.
Ci-dessous, nous avons rassemblé les faits et les guides sur la façon dont vous pouvez, même à petite échelle, optimiser vos sols.
La quantité d'eau disponible dans le sol est déterminée par le diamètre des pores du sol. Il est important d'éviter la compaction du sol, qui provoque la compression des pores et réduisant l'accès à l'eau. Le sol contient environ 20mm d'eau disponible par les plantes pour 10cm de terre, mais la quantité utilisée par les plantes dépend de la profondeur et du développement des racines.
Au début du printemps, après la fonte des neiges ou des fortes précipitations, le sol peut atteindre sa capacité de rétention maximale, c'est-à-dire que tous les pores sont remplis d'eau. Au fur et à mesure de l'assèchement du sol, de façon naturelle ou par drainage, le sol atteint sa capacité capillaire.
Dans cet état de capacité capillaire, les pores légèrement plus grands sont vidés de leur eau qui est remplacée par de l'air, alors que les pores plus fins restent remplis d'eau. Plus les pores se situent vers la surface du sol, plus ils sont susceptibles d'être remplis d'air. Dans un sol comportant 50% de matière solide et 50% de pores, d'un point de vue capacité capillaire, l'air occupe environ 10 à 20% du volume du sol et l'eau 30 à 40%.
La quantité d'eau pour les plantes disponible dans les pores du sol est égale à la différence entre la capacité capillaire et le point de flétrissement permanent.
C'est le diamètre des pores remplis d'eau (voir tableau ci-dessus) qui détermine le degré de facilité ou de difficulté pour les racines à extraire de l'eau du sol. Les pores du sol résultent de la texture et la structure.
| Force d'extraction d'eau (mwc) |
Equivalent pore diameter (mm) |
|
|
Easily available |
1-6 | 0.03–0.005 |
| Available | 6-50 | 0.005–0.0006 |
| Slightly available | 50-150 |
0.0006–0.0002 |
| Unavailable | >150 |
< 0.0002 |
Kerstin Berglund, SLU
1. Poils racinaires
2. Sol
3. Eau
C'est le diamètre des pores qui détermine leur degré de retenue d'eau. Plus le diamètre est petit, plus l'eau est prisonnière et plus la racine a de difficulté à l'extraire. Finalement, le poil racinaire atteint sa limite et ne peut plus extraire d'eau des pores étroits.
L'eau est facilement disponible dans les pores plus grands, mais au fur et à mesure de la diminution du diamètre de ces pores, la plante a progressivement de plus en plus besoin d'énergie pour l'extraire (comme le montre l'image ci-dessus : Poils racinaires). La limite est le point de flétrissement permanent quand l'aspiration de la racine ne suffit plus pour extraire l'eau des pores du sol et que la plante se flétrie. Cependant, dans la pratique, les plantes ne peuvent pas utiliser toute l'eau jusqu'à atteindre le point de flétrissement permanent et y renoncent bien avant.
La quantité d'eau d'une culture peut assimiler dépend de plusieurs facteurs :
| Type de sol | Eau disponible par la plante (mm) pour une couche de 10cm |
| Sable | approx. 10 |
| Limon | approx. 20–25 |
| Terreau | approx. 20 |
| Argile | approx. 10–15 |
Source : Kerstin Berglund, SLU
Ensemble, ces trois facteurs imposent un type de point de flétrissement biologique. Dans ce contexte, il est important pour l'agriculteur de savoir que la compaction du sol peut nuire à l'alimentation en eau de la culture. Si le patinage des roues comprime les grands pores du sol, alors le drainage est perturbé ce qui dégrade la capacité du sol à fournir de l'eau aux végétaux.
La taille des agrégats du lit de semences contrôle la quantité d'eau pouvant s'évaporer. Avec des agrégats d'environ 2mm, l'évaporation de l'eau et minimisée. La paille à la surface du sol peut également réduire les pertes en eau en reflétant les rayons du soleil et empêche le sol de se réchauffer.
Si la pluie ne tombe pas après le semis, l'eau présente dans et en dessous du lit de semence est essentielle pour la germination de la culture. Il est important de retenir cette eau et de la gérer précautionneusement pour la germination de la graine.
Quand le soleil se lève et qu'il commence à briller sur un champ fraichement semé, l'énergie des rayons chauffent l'eau présent dans et sous le lit de semence. Une partie des molécules d'eau possèdent assez d'énergie pour se transformer en gaz et essayer de s'échapper du lit de semence et atteindre l'air sous forme de vapeur d'eau.
Cette évaporation de l'eau est souvent visible à l'oeil nu quand le sol humide est réchauffé par les rayons du soleil, comme on le voit ci-dessus.
C'est le même principe, lors de l'ébullition de l'eau dans une casserole sur une gazinière et qui s'échappe sous forme de vapeur.
L'évaporation de l'eau depuis la surface du sol après le semis est principalement régulée par la taille des agrégats du lit de semence.
Le schéma illustre la relation fondamentale entre l'évaporation de l'eau et le diamètre des particules/agrégats. Un premier pic d'évaporation maximum se produit quand les particules ont une taille de 0,005 à 0,02 mm. C'est approximativement la taille des particules de limon et cela reflète le transport capillaire de l'eau du lit de semence vers la surface du sol. Sur de tels sols limoneux, il est important d'interrompre le transport capillaire pour le pas perdre d'eau.
Un second pic d'évaporation est atteint quand la taille des agrégats dépasse 50mm, ce qui est souvent le cas des sols à forte teneur d'argile. En présence d'agrégats aussi grossiers dans le lit de semence, l'air s'écoule avec turbulences et le lit de semence s'assèche. Ces pics sont séparés par une évaporation minimale de l'eau, le diamètre des agrégats étant alors égal à 2 mm environ. Ces agrégats ne sont pas assez petits pour permettre le transport capillaire de l'eau, mais pas assez grands pour créer des flux d'air turbulents. Ces agrégats créent comme un couvercle sur le lit de semence et l'évaporation d'eau est alors réduite à son minimum.
Blé d'hiver, 3 semaines après le semis
A: Agrégats < 2 mm offre 95% de levée
B: Agrégats 2-5 mm offre 60% de levée
C: Agrégats > 5 mm offre 35% de levée
Les résidus végétaux, comme la paille, agissent aussi sur l'évaporation de l'eau du sol. La paille laissée en surface affecte les pertes d'eau sous deux formes minimum :
Ensemble, ces deux facteurs font que la surface du sol ne chauffe pas autant au printemps ce qui limite l'évaporation de l'eau.
Le travail simplifié peut tirer des bénéfices de cet effet. Une meilleure retenue de l'eau combinée à une meilleure protection contre l'érosion font de la technique simplifiée, le système prédominant dans les zones de cultures sèches, comme les prairies aux Etats-Unis et au Canada.
Les galeries creusées par les vers de terre aident à l'aération et au drainage du sol. Les nutriments des plantes sont libérés par les résidus de récolte après être passés dans les intestins des vers de terre. Les agriculteurs peuvent stimuler les vers de terre en fournissant de grandes quantités de matière organique et en effectuant un travail du sol superficiel.
Dans la couche arable d'un sol normal d'une ferme, nous pouvons retrouver entre 100.000 et 1 million de vers de terre, soit un poids total de 100 à 1000kg sur un hectare. Ces lombrics jouent un rôle très important dans le sol lorsqu'ils accomplissent leur travail.
Grâce à leur activité, ils augmentent le drainage et l'aération du sol lors de la création des canaux d'eau et d'air jusqu'à l'horizon profond.
En plus de leur effet sur le drainage et l'aération, les vers de terre affectent également d'autres propriétés physiques du sol. Le nombre de pores augmentent et la densité de sècheresse diminue quand les vers de terres creusent leurs galeries en profondeur. Le travail du sol effectué par les lombrics augmente considérablement le nombre de macro-pores (diamètre > 0.5mm) et crée un réseau de canaux et une aération dans le sol. Ce réseau peut s'étendre sur 4000-5000km par hectare et les canaux peuvent descendre jusqu'à 2 ou 3 mètres de profondeur. Les tunnels agissent comme des "autoroutes" pour les racines. En quelques années, les vers de terre déplacent des dizaines de tonnes de terre par hectare jusque la surface, sous forme de déjections.
La biologie du sol est également améliorée, car l'activité des vers de terre stimule les micro-organismes et active la propagation des champignons et bactéries dans le profil du sol. Cela affecte finalement la chimie du sol, car la disponibilité de pratiquement tous les éléments nutritifs s'améliore lorque la matière organique est ingérée par les lombrics. Par exemple, la concentration de nitrate est 8 fois plus importante en présence de vers de terre dans le sol. Ces lombrics agissent comme de la "colle" entre les particules de la terre, ce qui augmente l'agrégation et la stabilité de la structure du sol.
Les lombrics sont sensibles à de nombreux composants de l'agriculture moderne, comme les produits phytosanitaires et la compaction du sol. Le travail du sol est une question sensible, car il perturbe les vers et détruisent leur canaux. Ce qui est particulièrement vrai en Septembre et Octobre, quand les vers sont en reproduction. Le travail du sol peut être classé en fonction des dommages affectés aux lombrics. Dans l'ordre : semis direct < cultivateur à dents < déchaumage < travail en profondeur < rotavator.
L'effet de la charrue sur les vers de terre fait souvent l'objet de débat. Une étude a révélé que le labour fait remonter 10% de la masse totale des lombrics en surface. Une fois-là, un tiers d'entre eux sont mangés par les oiseaux.
Pour stimuler les vers de terre il est important de les nourrir régulièrement. La meilleure façon d'y parvenir est d'inclure des graminées ou trèfles dans la rotation des cultures. Toutefois, toute action qui augmente la quantité de matière organique du sol est positive pour les vers de terre. Les engrais verts et inter-cultures sont d'excellents aliments pour les lombrics.
En seulement quelques années de jachère active avec graminées au lieu de céréales d'hiver, le nombre de lombrics a augmenté de 100% pour la culture suivante. Les vers de terre sont d'excellents indicateurs de fertilité du sol. Là où les vers prospèrent, les cultures se développeront aussi.
Les racines ont une vie secrète dans le sol. Dans un hectare de blé, il peut y avoir 300.000 km de racines qui alimentent la plante avec de l'eau et des éléments nutritifs. Un système racinaire bien développé est le résultat d'une bonne structure du sol ce qui est essentiel pour un rendement élevé.
Les racines permettent l'ancrage de la plante dans le sol et lui fournissent de l'eau et des nutriments. Le système racinaire d'une plante est habituellement génétiquement prédéterminé pour la forme et l'aspect, tout comme pour les feuilles et tiges. Cependant, l'environnement du sol (sable, argile,...) limite l'expansion des racines. Dans un sol argileux bien drainé et présentant une bonne structure, les racines de certaines plantes peuvent atteindre 2 à 3 mètres de longueur.
Les dicotylédones, par exemple les oléagineux, ont un système racinaire composé d'une racine et de racines latérales.
Les monocotylédones, comme les céréales, ont 3 à 5 racines primaires issues de la germination des graines et des racines de la couronne formées à partir des parties initiales de la tige. A environ 20-30cm après des racines non-ramifiées, la plante présente une zone où elles sont très ramifiées.
Les racines avancent parmi les profils du sol à une vitesse d'environ 0,5 à 3 cm par jour lors de leur période de croissance la plus rapide. Cependant, les racines dépendent des fissures, canaux et trous du sol pour leur croissance, puisque leur capacité à créer leurs propres canaux est plutôt limitée. Dans un sol humide, l'extrémité des racines peut déplacer des particules de sol, mais dans un sol sec, les racines sont contraintes d'utiliser des pores de diamètre supérieur au leur. La résistance mécanique du sol se reflète dans l'épaississement de l'extrémité des racines utilisant les tunnels des vers de terre et les anciens canaux de racine pour se déplacer dans le sol.
Les racines sont capables d'extraire avec efficacité les substances nutritives et l'eau présente dans le sol. A la toute extrémité des racines se trouve la coiffe radiculaire et avant, la zone de division et d'allongement des cellules. Ensuite, se trouve la zone de fines radicelles, d'environ 0.01mm de diamètre et d'une longueur de 1 à 10mm. Ces radicelles augmentent considérablement la capacité de la racine à extraire l'eau et les substances nutritives. Par exemple, une racine de blé de 0.5mm de diamètre peut présenter une surface d'absorption de 5cm2 par cm de racine. Les radicelles libèrent du mucus qui renforce le contact avec le sol.
La capacité du système racinaire à extraire l'eau et les nutriments dépend de l'aptitude des racines à pénétrer dans le sol, souvent mesurée en longueur de racine par cm3 de terre. En implantation de céréales, il est fréquent de trouver 10 cm de racine par cm3 en terre arable, tandis que le nombre diminue à 0,1 cm en horizon profond.
Cela signifie qu'un litre de terre arable contient 100 mètres de racine, alors qu'à un mètre de profondeur il ne reste qu'un mètre de racine. La longueur des racines par unité est également incroyable élevée. Toute personne se tenant sur un mètre carré de betteraves sucrières a environ 10km de racine sous ses pieds. Le blé d'hiver a une densité de racine encore plus élevé, avec 30km de racine par mètre carré.
La paille doit être éraflée par la moissonneuse-batteuse, de sorte à ce que la surface soit plus facilement attaquée par les micro-organismes du sol, puis rapidement incorporée dans le sol pour sa décomposition. Quand elle est correctement gérée, la paille est un atout pour le sol. Elle améliore la structure et le rend plus poreux.
Quand la paille est mélangée au sol, elle est immédiatement attaquée par les champignons et bactéries. Ces micro-organismes ont besoin d'hydrate de carbone pour leur croissance et utilisent la paille comme une source d'énergie en carbone.
Cela signifie que le poids de la paille diminue progressivement pendant que les micro-organismes grandissent et détruisent la paille.
Si le chaume de paille est mélangé à la terre à la mi-septembre, elle aura perdu un tiers de son poids à la mi-octobre. Au printemps suivant, la moitié du poids aura alors disparu et en septembre de l'année suivante, seul 10 à 20% du poids initial subsistera. Le reste du carbone se sera transformé en nouvelle bactéries et champignons et se sera évaporé dans l'air sous forme de dioxyde de carbone ou aura formé de nouveaux composés stables de matières organiques du sol.
Durant la décomposition, les micro-organismes ont aussi besoin d'azote. Au début de la décomposition, le processus "vole" de l'azote au sol et le met hors de portée des plantes. Environ 3kg d'azote par tonne de paille et mis de côté durant cette période. Quand la paille a perdu la moitié de son poids dans sa décomposition, le processus est inversé et l'azote retourne dans le sol. A ce moment, le niveau d'azote minéral du sol est suffisant et le manque d'azote dû à la décomposition de la paille est rare. Cependant, dans les fourrières et endroits oubliés par la moissonneuse-batteuse, l'azote peut manquer à cause d'une trop grande quantité de paille accumulée.
Alors que la profondeur de travail du sol n'a pas d'importance pour la décomposition de la paille, il est essentiel que la surface de la paille soit éraflée lors de son passage dans la moissonneuse-batteuse. Si ce n'est pas le cas, les micro-organismes auront des difficultés à attaquer la structure organique de la surface de la paille. C'est la raison pour laquelle un toit de chaume peut résister à la pluie, la neige et aux micro-organismes pendant des décennies.
La décomposition de la paille commence dès lors qu'elle est en contact avec le sol, les micro-organismes commencent alors à l'attaquer. Cela signifie que la profondeur de travail ne rentre pas en compte tant que la paille est en contact avec le sol et est suffisamment humide. La longueur de coupe de la paille n'importe pas non plus pour sa décomposition, la couper finement n'apporte pas d'avantages réels tant qu'il n'y pas eu de déchaumage.
Cependant, certaines actions commencent à se produire, même si la paille est couchée au sol. Trois fortes pluies peuvent entraîner une perte de 90% de la teneur en potassium et 60% de la teneur en phosphore qui est lessivé dans le sol.
L'effet de mélanger régulièrement la paille avec la terre, en contraste avec le brûlage de la paille, a pour résultat une meilleure stabilité des agrégats, plus de présence des vers de terre, un sol plus poreux et une conductivité hydraulique plus élevée. De nombreux agriculteurs européens l'ont constaté après l'abandon progressif du brûlage.
Capacité capillaire : l'eau libre descend à une profondeur de drainage d'un mètre. Cet état est souvent appelé point d'équilibre du drainage puisque l'eau cesse de couler dans les drains/fossés. Dans le haut du profil du sol, les plus grands pores sont remplis d'air au niveau de la capacité capillaire, alors que les pores plus fins contiennent encore de l'eau.
Capacité d'eau maximale : tous les pores sont remplis d'eau, c'est le cas en dessous de la nappe phréatique ou après la fonte des neiges ou de pluies persistantes.
Point de flétrissement permanent : les racines ne peuvent plus extraire l'eau du sol, si la force d'extraction dépasse 150 mètres de colonne d'eau (1500 kPa). Cette limite est appelée le point de flétrissement permanent et représente l'eau détenue dans les pores dont le diamètre est inférieur à 0,002mm.
Texture : la texture du sol fait référence aux proportions de particules minérales de différentes classes de diamètre, c'est-à-dire les proportions relatives au sables, limon et argile. Voir la tables "Répartition des particules par taille" dans le chapitre : La construction des blocs du sol.
Déjection des vers : déchets/déjections venant des intestins, qui dans le cas des vers de terre, sont souvent visibles sous formes de petits tas entourant l'orifice des canaux des lombrics à la surface du sol.
Densité de sècheresse apparente : également appelée la densité nette, correspond au poids de la terre en fonction du volume, incluant les espaces remplis d'air, après que le sol fut séché à 105°C.
Horizons profonds : c'est la partie du sol qui se situe directement sous la couche arable et qui n'est pas souvent affectée par un labour conventionnel mais parfois concernée par un ameublissement profond. La limite entre la couche arable et l'horizon profond est souvent clairement visible du fait de la présence d'une semelle là où les socs de la charrue et le patinage des roues ont compacté le sol.
Nitrate : les végétaux absorbent la majorité de l'azote dont ils ont besoin sous forme de nitrate : NO3-, qui est la forme présente dans le sol et dans les engrais minéraux. Dans le sol, certaines bactéries transforment l'ammoniac, NH4+, en nitrite et le NO2- en nitrate. Ce processus est appelé la nitrification.
Pores : ce sont les espaces, canaux et fissures du sol, qui sont remplis d'air ou d'eau en fonction de la teneur en eau du sol.
Dicotylédones : plantes qui germent à partir d'une graine et produisent une plantule comportant deux feuilles (cotylédons), par exemple oléagineux, pois, haricots, lin, betteraves à sucre.
Horizon profond : partie du sol qui se situe directement en dessous de la couche arable et qui n'est pas souvent touchée par un travail conventionnel du sol, mais qui est parfois concernée par un ameublissement.
Monocotylédones : plantes qui germent à partir d'une semence et produisent une plantule ne comportant qu'une seule feuille (cotylédon), par exemple les graminées ou céréales.
Conductivité hydraulique : le volume d'eau qui peut s'infiltrer dans le sol durant un certain temps est un bon indicateur du fonctionnement du sol d'un point de vue physique.
Dioxyde de carbone : déchet gazeux (CO2) résultant de la respiration des cellules des racines et est utilisé par l'anabolisme des végétaux pour produire de la biomasse à travers la photosynthèse.
