SOLS Biodynamique

Cycles biogéochimiques dans les sols

Définition

L'altération physico-chimique des roches libère des éléments qui, entraînés par les eaux hors du bassin versant dans les lacs ou dans la mer, vont entrer dans la constitution de roches sédimentaires ; ces roches sédimentaires, à une autre époque géologique, pourront être reprises par l'altération. De tels éléments sont donc soumis à des cycles géochimiques. Sous végétation forestière, une partie des éléments libérés par altération peut être absorbée par les racines des plantes, transférée dans les feuilles et retomber sur le sol (cycles biologiques) assurant au sol une recharge en éléments nutritifs par le haut. Ces cycles biologiques de courte durée se greffent en quelque sorte sur des cycles géochimiques de beaucoup plus longue durée, et l'ensemble est désigné sous le nom de cycles biogéochimiques (Ovington, 1962).

Mobilisation biologique et mobilisation chimique

L'eau de pluie qui tombe sur des feuilles tombées au sol entraîne avec elle une matière organique hydrosoluble qui contient des cations, du carbone et de l'azote. Lorsque ces percolats de litière pénètrent dans le sol, deux types d'évolution sont possibles : ou ces percolats, étant donné leur concentration, cèdent des éléments aux horizons de surface du sol et s'appauvrissent donc en migrant en profondeur, il y aura alors “mobilisation biologique” de l'élément (Juste, 1965) ; ou ces percolats, au contact d'horizons plus riches, s'enrichissent en cet élément en migrant dans le sol, et il y aura “mobilisation chimique” de cet élément dans le sol.

Activités biologiques et cycles biogéochimiques

L'activité biologique dans les sols peut se manifester par des phénomènes d'altération et de concentration sélective. Les micro-organismes du sol peuvent intervenir en effet dans l'altération des minéraux par production d'acides et de substances complexantes provoquant des phénomènes de solubilisation. Par ailleurs, il est bien connu que les organismes vivants peuvent, dans un milieu donné, prélever de façon sélective différents éléments. Le rôle des racines dans ce choix sélectif est étudié depuis longtemps. Il en est de même de nombreux organismes et micro-organismes tels que les champignons qui concentrent dans leurs parois des métaux comme le plomb et l'uranium. Des mesures de concentration de calcium faites par exemple dans une hêtraie de l'est de la France établie sur un podzol à moder sur grès rhétien montrent que la roche mère contient moins de 1 p. 1 000 de calcium, les feuilles de l'ordre de 1 p. 100 et les cristaux d'oxalate de calcium qui entourent les filaments de champignons présents dans les litières plus de 30 p. 100 de calcium. Ces concentrations d'origine biologique ont de nombreuses applications dans des procédés biotechnologiques pour lutter contre la pollution des sols ou au contraire pour favoriser la bioconcentration de minerais. Enfin, l'activité des organismes du sol dans les horizons de surface permet d'expliquer la formation de “sols analogues” (Pallmann, 1967) sur des roches mères très différentes. Dans les milieux calcaires, l'installation de la forêt provoque, grâce à l'activité minéralisatrice des bactéries vis-à-vis de la matière organique, des phénomènes de décarbonatation qui se matérialisent par l'existence, à partir d'un matériel originel saturé en calcium, d'un horizon A1 à taux de saturation de l'ordre de 50 à 60 p. 100. Dans certains sols acides à forte activité de vers de terre, la mobilisation biologique du calcium permet la formation, à partir d'un matériel initial fortement désaturé, d'un horizon A1 à taux de saturation lui aussi de 50 à 60 p. 100. On constate donc que, dans ces deux milieux issus de roches mères très différentes, l'installation de la végétation a provoqué une convergence des horizons[...]

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Écrit par

François TOUTAIN : directeur de recherche au C.N.R.S., Centre de pédologie biologique, Vandœuvre-lès-Nancy, enseignant chercheur à l'École nationale du génie rural, des eaux et des forêts, Nancy

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