TD/TP N°10 : SOLS Briand Cyrielle Image d’un podzol (http://s0.geograph.org.uk/photos/21/88/218892_a7bac297.jpg)

Comment se forme un sol? Un sol se forme par altération d'une roche superficielle sous l'influence du climat, de la végétation et des organismes vivants Le développement du sol se propage avec le temps en couches superposées appelées horizons formant un profil caractéristique du milieu, de la roche sous jacente, du climat et de la végétation Apport de matières organiques Apport de matières organiques sol sol Altération de la roche-mère Altération de la roche-mère Roche-mère Roche-mère

A B C Qu’est-ce qui caractérise un sol? Les horizons Zones (épaisseur) du sol ayant des caractéristiques et des propriétés différentes B A = horizon de surface contenant de la matière organique B = horizon minéral, différent de A e de C par son altération et/ou sa structure C C = matériau, roche d’origine encore peu transformée

Les couleurs des sols caractéristiques de la roche et des processus pédogénétiques les sols présentent des gammes de couleur qui vont du noir au blanc en passant par le brun, le rouge, le jaune et le vert. Les horizons A proches de la surface sont généralement sombres (matières organiques abondantes). Les horizons B sont plutôt brun–rouille lorsque le milieu est oxydant indiquant une circulation d’eau dans la porosité du sol (migration et précipitation du fer). Ainsi les sols représentatifs des milieux tropicaux sont de teinte souvent rouille. La couleur verdâtre traduit souvent un environnement plus réducteur (milieu hydromorphe).

La texture des sols Argilo-limoneux 1 2 50% (A) + 40% (L) + 10% (S) Proportion des différentes tailles granulométriques des minéraux du sol les argiles (< 2 µm) les limons fins (2-20 µm) et grossiers (20-50 µm) les sables fins (50 µm–200µm) et grossiers (200µm-2mm) les graviers (2-20 mm) éléments grossiers (cailloux, galets, roches) Argilo-limoneux 1 2 50% (A) + 40% (L) + 10% (S)

… La structure des sols Agencement des particules du sol Massive Grumeleuse Polyèdrique Lamellaire Horizons A : agrégats organo-minéraux Horizons B : plus massifs (prismatique) Horizons C : plus grossiers G = constante solaire Ec = flux global d’énergie

Ex 2. Observations d’échantillons de sols et de profils de sols Podzol : Sol à horizon cendreux de zones boréales (Taïga) et tempérées humides. Pauvres en argiles + quelques débris végétaux en surface Les podzols (terme russe signifiant: sols cendreux) sols de milieu acide faible activité biologique L’humus (horizon O) subit une lente décomposition horizon E : cendré, amorphe, formée de grains de quartz détritique horizon BP : colorée et compacte, chargée d’aluminium, d’hydroxydes de fer, d’oxydes de fer, de silice et de matière organique prend l’aspect d’un ciment de quartz Le froid de la zone boréale du Nord de la Russie peut participer au mécanisme de décomposition de l’ humus. Mais la podzolisation se trouve aussi, du fait de l’acidité, dans des zones tempérées. (d’après Christophe CORONA)

Ex 2. Observations d’échantillons de sols et de profils de sols Rendosol : Brun Argileux + nombreuses racines et débris végétaux + petits agrégats Roche mère : calcaire crayeux Sol issu de processus liés à l’humification Activité biologique intense Horizon humifère : épais, bien structuré en grumeaux irréguliers, gris à bruns-noirs, formés de complexes argile-humus-calcaire

Ex2. Observations d’échantillons de sols et de profils de sols Luvisol : Sol brun lessivé Y = horizon à agrégats organo-minéraux (surface, horizon A), X = horizon à agrégats argileux (horizon A), V = horizon plus compact avec traces de racines (horizon B), W = horizon à taches de rouille (oxydation le long des racines, horizon B). Classement selon la profondeur pour le luvisol : Y-X-V-W.

Ex2. Observations d’échantillons de sols et de profils de sols Turricules de vers : les rejets des lombrics présents à la surface du sol Elles jouent un rôle important dans la structuration des sols car elles sont un mélange de matière organique et matière minérale : la taille des turricules varie de quelques millimètres à quelques centimètres et dépend de celle des espèces.

Ex 3 . Stabilité Structurale du sol Aptitude du sol à maintenir son état d’agrégation lors d’une agression par l’eau. C’est une mesure indirecte de la résistance au ruissellement et à l’érosion. Indice de battance R = (1.5 LF + 0.75 LG) / (A + 10 MO) A = teneur en argiles (<2 µm) en ‰ LF = teneur en limons fins (2-20 µm) en ‰ LG = teneur en limons grossiers (20-50 µm) en ‰ MO = teneur en matières organiques en G = constante solaire Ec = flux global d’énergie

 Résistance à l’érosion, ruissellement Ex 3 . Stabilité Structurale du sol  Résistance à l’érosion, ruissellement Formation d’une croûte de battance agriculture-de-conservation.com Ruissellement et érosion du sol

Ex 3 . Stabilité Structurale du sol Calcul de l’indice de battance Prof. (cm) A (‰) LF (‰) LG (‰) TOC (‰) MO (‰) R 0-2 87 131 51 72.6 124.9 0.18 12-43 79 74 44 3.5 6.0 1.03 43-50 334 72 39 4.8 8.3 0.33 72-90 439 186 98 2.2 3.8 0.74 98-162 606 233 123 2.6 4.5 0.68 MO + argiles = agrégats stables et hydrophobes résistants à l’érosion hydrologique. G = constante solaire Ec = flux global d’énergie Une forte sensibilité à la battance donne des indices R > 1,8 → Ce sol est plutôt très stable

Ex 4 : Propriétés Physico-chimiques du sol Ferrasol - Luvisol G = constante solaire Ec = flux global d’énergie Le sol tropical est nettement plus acide Le luvisol présente une CEC élevée

Unités : 10-2 moles de charges positives par kg de sol) Propriétés chimiques CEC = capacité d’échange cationique ou quantité maximale de cations qu’un sol peut fixer. Elle est liée à la MO (groupements COO-) et aux argiles. CEC = (CEC*100)/A Unités : 10-2 moles de charges positives par kg de sol) Type de sol Profondeur (cm) TOC (%) CEC (10-2 mol C.kg-1) Luvisol (Grèce) 49 0.32 23.9 Ferrasol (Zaïre) 58 0.30 3.7 G = constante solaire Ec = flux global d’énergie

Propriétés chimiques en profondeur : MO faible donc CEC liée à MO est négligeable CEC liée aux Argiles! CECargiles (luvisol) = (23.9*100)/31 ≈ 77.1 10-2 mol C.kg-1 CECargiles (ferrasol) = (3.7*100)/25 ≈ 14.8 10-2 mol C.kg-1  CEC élevée: argile type « smectite » G = constante solaire Ec = flux global d’énergie  CEC élevée: argile type « kaolinite »

Photosynthèse Respiration Déforestation Ex 5. Sols et cycles superficiels du carbone ATMOSPHERE VEGETATION SOLS (0 - 1 m) Photosynthèse Respiration Déforestation 106 50 1.5 Respiration sols 54.5 Erosion 0,5 Temps de résidence (an) = Stock (gC) / Flux d’entrée (gC/an) 41,82 =Stock / 55.1015 Stock ≈ 2300 1015 gC 67,4 % Organique  2300 1015 * 67,4/100 SCO = 1550 1015 SCI = 750 1015 gC (ex : carbonates des sols

Ex 5. Sols et cycles superficiels du carbone 3. Temps de résidence (an) = Stock (gC) / Flux d’entrée (gC/an) Stock végétation = Temps résidence * flux d’entrée = 5,52 * 106 1015 = 585 1015 gC 4. A = D + H – O => A = 5,5 + 1,6 – 2,0 = 5,1 GtC (1 GtC = 1015 gC) Or A réelle = 3,3 GtC 5,1 – 3.3 = 1.8 GtC : puits manquant! LES SOLS!! Fixent CO2 atm par Photosynthèse et l’intègrent en profondeur sous forme de carbone organique dans les matières humiques

Ex 6 : Stockage de carbone organique dans les sols (stock) mgC.cm-2 = (concentration) mgC.g-1 x (densité) g.cm-3 x (épaisseur) cm Prof. (cm) S <50 mm S 50-200 mm S 200-2000 mm Sh 0-5 960.7 229.4 1127.1 593.2 5-10 1133.0 138.0 850.8 667.6 10-20 1899.4 312.6 1651.2 1133.7 20-30 2433.9 435.5 1617.6 1477.9 30-40 2083.2 271.7 1157.6 1277.0 St - 5149.2