Élément de la lithosphère et de la biosphère Les sols Élément de la lithosphère et de la biosphère

Pourquoi étudier les sols? Plus de 90% de notre production mondiale de nourriture dépend des sols. La conservation des sols est à la racine des civilisations durables. Les sols sont à la base de toute vie terrestre.

Règles de gestion durable des sols Ne jamais laisser les sols exposés aux éléments. Utilisez un labourage minimal ou zéro des sols. Utilisez la matière organique comme source de nutriments. Conservez l’activité microbienne du sol.

Le sol Un sol est cette couche de terre plus ou moins épaisse qui recouvre les roches au sein de laquelle les plantes plongent leurs racines pour se nourrir. C’est la partie de la terre dans lequel se joue la vie. Le sol est une composante importante de la lithosphère ainsi que la biosphère.

Composition du sol Les 4 principaux constituants du sol sont: Eau Air Capacité à retenir l’eau, poricité du sol Air Aération du sol Minéraux Dégradation de la roche-mère Minéraux importants: NPK Matières organiques Plantes, organismes, etc.

Formation d’un sol Un sol se forme d’abord par effritement. On entend par effritement la destruction des roches et des minéraux proches de la surface de la terre sous l’action de l’eau, l’air le vent et des êtres vivants.

Horizons pédologique du sol Les horizons du sol sont les différentes couches du sol que l'on distingue par leur épaisseur et par leur composition. Il y a normalement 5 horizons dans le sol. Le profil d'un sol correspond à l'ensemble des horizons qui composent un sol, de sa surface à la roche-mère. http://bv.alloprof.qc.ca/science-et-technologie/la-terre-et-l'espace/les-caracteristiques-generales-de-la- terre/la-lithosphere/le-sol/les-horizons-du-sol.aspx

Horizon O Il s'agit de la couche superficielle comprenant des débris végétaux et de l’humus, ce que l'on nomme « litière ». L'humus est riche en éléments nutritifs puisque les décomposeurs dégradent les débris. Ces éléments nutritifs sont entraînés vers les horizons inférieurs par les eaux de pluie.

Horizon A Il s’agit d’une couche composée d’un mélange d’humus et de particules de roches. On qualifie ce mélange de « terre arable ». Sa couleur est généralement foncée. Comme elle est riche en matière organique, cette couche est très importante pour la croissance des végétaux. Son aération est assurée par des animaux fouisseurs. Elle est fortement soumise à l'érosion.

Horizon B Cette couche est très pauvre en humus, mais très riche en éléments minéraux tels que les oxydes de fer et les silicates. Il est souvent de couleur plus pâle que l'horizon A ou encore de teinte rougeâtre. Les débris provenant des horizons supérieurs s'y accumulent.

Horizon C On note l’absence de matière organique dans cette couche uniquement composée de roche-mère altérée et fragmentée par des facteurs physiques et chimiques. Il peut être sableux, argileux ou dur.

Horizon R L'horizon C repose sur l'horizon R qui est appelé « substratum rocheux ». Elle est uniquement constituée de roche-mère primaire (non altérée).

Le profile des sols Humus=matière organique décomposée Terres arables Zone de lixiviation Tréfonds Roche décomposée

La formation de terres arables Détritus Interactions dynamiques Particules minérales Détritus, réseau alimentaire

Fonctions du sol Le sol nourrit le monde. Le sol filtre et épure les eaux qui le traversent. Le sol influence la composition de l’atmosphère. Le sol est une richesse puisqu’il assure la biodiversité.

N’oubliez pas que le sol est vivant

La composition granulométrique des sols C’est le pourcentage de chaque type de particule dans le sol. Loam : Classe texturale dont le matériau du sol contient de: 7 à 27 % d'argile, 28 à 50 % de limon et moins de 52 % de sable. Limon – une sorte de micro-sable Argile – provient de minéraux siliceux

Texture de sol Grosses particules 0,06 mm Petites particules Sable Silt Argile 0,06 mm Petites particules

La texture des sols Pourcentage silt Pourcentage argile Pourcentage sable

La textures des sols et leurs propriétés Pénétration d’eau Capacité de retenir l’eau Capacité de retenir les nutriments Porosité Sable Bonne Pauvre Silt Moyenne Argile Loam

Sol sableux Texture: Contient surtout du sable; sol très poreux qui ne retient pas l'eau; sèche et se réchauffe en peu de temps.
 Structure: Glisse entre les doigts en raison de l'absence de cohésion entre les particules; très sensible à l'érosion par le vent et au lessivage.
 Culture: Ne convient pas aux végétaux ayant besoin de beaucoup d'eau; convient à la culture de l'asperge, de la carotte, de la pomme de terre, des cactus, etc.

Sol limoneux Texture: Contient surtout du limon; adhésion partielle des particules du sol qui se désagrègent en petits morceaux sous l'effet de l'environnement; porosité moyenne.
 Structure: Particules relativement serrées permettant à l'air et à l'eau de circuler plus ou moins facilement; sujet à la formation superficielle d’une croûte sèche qui limite l’infiltration d’eau, tout en favorisant le ruissellement; très grande sensibilité à l’érosion par l’eau, surtout là où les pentes sont abruptes.
 Culture: Convient à la culture du blé, du maïs, des betteraves, etc.

Sol argileux Texture: Contient surtout de l'argile; sol lourd et compact dont les particules demeurent collées entre elles comme de la pâte à modeler; risque de compaction du sol si des masses lourdes (comme des camions) se retrouvent en surface; un sol compacté sera alors difficilement drainé; souvent désigné sous le nom de « glaise ». Structure: Peu de place pour la circulation de l'eau et de l'air; retient bien l'eau et les éléments nutritifs; sensibilité à l’érosion par le vent, car si la surface est sèche, cette couche superficielle peut être littéralement pulvérisée; tendance à être alcalin. Culture: Sol très fertile car il est riche en éléments nutritifs; il ne doit pas être gorgé d'eau afin de ne pas affecter la croissance végétale; convient à la culture de la tomate, de l'orge, du soya, etc.

Sol humifère Texture: Contient surtout de la matière organique; particules foncées relativement lâches qui glissent entre les doigts; permet à l'eau de s'écouler facilement. Structure: Peut retenir une grande quantité d'eau sans devenir collant comme le sol argileux; retient bien les engrais; peut être sensible à l'érosion par le vent. Culture: Souvent utilisé pour la culture des légumes.

Les classes de sols Mollisols: sont des terres fertiles avec une horizon A profonde : Un excellent sol pour l’agriculture Oxisols: un sol riche en oxydes de fer et d’aluminium dans horizon B; peu dans horizon A mais qui démure un mauvais sol pour l’agriculture

Les classes des sols Alfisols: des sols où les horizons O, A, E, et B sont biens développées; peuvent être utilisés pour l’agriculture si enrichi de l’engrais. Aridisols: des sols avec très peu de structure verticale, pas bons pour l’agriculture

Le rapport entre plantes, l’eau et sol Précipitation Sol non compacté Sol compacté Ruissellement Capacité de retenir l’eau Bonne Mauvaise

Humus, un composant important du sol Il est fait de matières organiques partiellement décomposées. Il possède une excellente capacité de rétention de l’eau et de minéraux. Il est normalement localisé dans l’horizon O.

La création du humus et sa destruction Terres arables Une perte de humus donne un sol à composition minérale: -pauvre capacité de rétention de l’eau -pauvre capacité de rétention de nutriments L’addition de humus -meilleure capacité de rétention de l’eau -meilleure capacité de rétention de nutriments

Menaces du sol

Menaces chimiques Contamination des sols Arsenic Aluminium Mercure Plomb Nickel Cuivre Acides nitriques/nitrate Acides sulfurique/sulfate DDT Uranium/Césium Huiles Polychlorobiphényles (PCB)

Menaces chimiques Salinisation

Menaces physiques Érosion

L’érosion – une importante menace aux sols agents d’érosion: l’eau et le vent l’eau – écoulement en feuille l’eau – délogement et compaction du sol sol nu goutte sol délogé

Érosion progressive l’argile et l’humus sont perdus en premier qui laisse juste le sable et les cailloux (alors, rien pour absorber l’eau) c’est la première étape de la désertification

L’effet du vent sur un sol exposé Vannage éolien Concentration de cailloux Désert Temps

Menaces physiques Diminution de la matière organique

Menaces physiques Imperméabilisation des sols

Menaces physiques Tassement du sol

Menaces physiques Diminution de la biodiversité

Menaces physiques Inondation

Causes de la dégradation des sols Défrichage Surpâturage Cultures excessives

Causes de la dégradation des sols … Une culture de sol trop intensive se traduit à un labourage excessif. Le sol se trouve exposé entre les cultures. L’équipement lourd compacte le sol. Solutions Aucun labourage de sol Les graines sont plantées sans déranger le sol. On laisse les parties non récoltées en place.

Causes de la dégradation des sols … L’utilisation de l’engrais artificiel Le problème est souvent l’absence de matière organique pour retenir l’engrais. L’engrais finit dans les cours d’eau. Les coupes forestières Elles peuvent laisser les sols exposés. Dans le cas des forêts, le sol est souvent déjà pauvre en nutriments.

La géographie de la dégradation des sols

Prévention Changement de vision aux niveaux national et provincial Programme d’agriculture Canada pour la conservation des sols Programmes de recherche, stations fédérales d’agriculture et des centres de recherche à des universités

Agriculture

Vocabulaire en agriculture Productivité La quantité de plantes produites par hectare par année. Capacité d’un site La capacité d’un champ à soutenir un niveau de productivité.

Un sol productif: a un excellent approvisionnement en nutriments et une bonne capacité de les retenir. a une excellente percolation de l’eau et une bonne rétention de minéraux. a une bonne porosité et une bonne aération. a un pH (acidité) presque neutre (7). a une basse tenure en sel.

Capacité d’un site Facteurs importants climat drainage fertilité des sols matière organique dans le sol densité grossière des sols humidité des sols salinité mauvaise herbes

Fertilité nutriments importants acidité des sols addition de l’engrais azote inorganique NH4, NO2, NO3 K, Ca, Mn, S, P acidité des sols addition de l’engrais

Fertilité nutriments importants capacité d’échange ionique (+) azote inorganique NH4, NO2, NO3 K, Ca, Mn, S capacité d’échange ionique (+) le degré de fixation de NH4+, K+, et Ca+ par le sol capacité d’échange ionique (-) NO3-, NO2-, PO43-, SO42- acidité des sols addition de l’engrais

Fertilité … Matière organique restants des plantes et des animaux forme un complexe avec le sol contribue à la condition du sol donne une surface pour la fixation des minéraux

Densité grossière poids par unité de volume du sol une augmentation a un effet négatif sur la production – compaction du sol

Productivité… Humidité Salinité Mauvaises herbes Une valeur intermédiaire est meilleure. Salinité Dans le cas d’irrigation ou de l’utilisation de l’engrais, les sels s’accumulent dans les sols. Mauvaises herbes Ils font compétition avec les espèces désirables. Solution typique: l’utilisation d’herbicides

Productivité… Des sols qui ont une résistance à l’érosion sont plus productifs. Des sols avec beaucoup de matière organique Dans un climat favorable Dans un endroit ni trop humide ou venteux

Production agricole 6 milliards de personnes à nourrir 17 milliards de poules 1,3 milliards de vaches 1,8 milliards de brebis et de chèvres 0,86 milliard de cochons 0,16 milliard de chevaux 37% de la production agricole est utilisée pour nourrir des animaux

Raisons écologiques pour la perte des fermes Une mauvaise gestion avec une perte de sols soit par érosion ou par la désertification Il y a une perte de 40 tonnes par hectare par année dans certains champs de pommes de terre de la Région atlantique.

Canada 1981 1986 1991 1996 2001 Nombre total de fermes 318 361 293 089 280 043 276 548 246 923 Superficie totale des fermes1 Superficie en hectares2 65 888 916 67 825 757 67 753 700 68 054 956 67 502 447 Fermes déclarantes Superficie moyenne en hectares par ferme déclarante 207 231 242 246 273

Engrais

Engrais Pour accomplir le processus de leur vie végétative, les plantes ont besoin: -eau -près de vingt éléments nutritifs (minéraux) -dioxyde de carbone (CO2) apporté par l'air -énergie solaire nécessaire à la synthèse chlorophyllienne.

Engrais Les engrais sont des substances, le plus souvent des mélanges d'éléments minéraux, destinées à apporter aux plantes des compléments d'éléments nutritifs, de façon à améliorer leur croissance, et à augmenter le rendement et la qualité des cultures.

Éléments de base N, P, K l'azote (N) contribue au développement végétatif de toutes les parties aériennes de la plante. le phosphore (P) renforce la résistance des plantes et contribue au développement des racines. le potassium (K) contribue à favoriser la floraison et le développement des fruits

Éléments de base N, P, K Lequel est le plus important? Pourquoi est-il controversé?

Type d’engrais Engrais organiques Les engrais organiques sont généralement d'origine animale ou végétale. -des déchets d'abattoirs: sang desséché, corne torréfiée - déchets de poissons - boues dépuration des eaux.

Types d’engrais Engrais minéraux - substances d'origine minérale, produites par l'industrie chimique, ou par l'exploitation de gisement naturels de phosphate et de potasse. - production des engrais azotés, passant par la synthèse de l‘ammoniac et de nitrate à partir de l'azote de l'air,

Types d’engrais Engrais organo-minéraux Les engrais organo-minéraux résultent du mélange d'engrais minéraux et d'engrais organiques.

Application Incorporé directement au sol Dans l’eau d’irrigation Pulvérisation (voie foliaire)

Effet sur la santé Consommation d’eau riche en azote peut affecter le nourrisson (chez une femme qui allaite) Un surplus de potassium est très problématique au niveau du système cardiaque (utiliser lors de l’injection fatale)

Effet sur l’environnement -l'eutrophisation des eaux -effet de serre (protoxyde d’azote (N2O))

Restauration d’un sol

Procédés de décontamination d’un sol Il y a trois types de procédés de décontamination d’un sol. Décontamination passive Décontamination active In-situ Ex-situ Décontamination biotechnologique

Procédés de décontamination d’un sol Décontamination passive Isolation : Sécurisation des sites contaminés (souvent pour empêcher la contamination de la nappe phréatique) barrières (couvertures étanches pour enfermer les polluants) pompes (abaisser le niveau de la nappe phréatique ou la dévier)

Procédés de décontamination d’un sol Décontamination active (in-situ) Pompage de l’air au sol (venting) : Utilisé avant tout pour les hydrocarbures chlorés volatils. Il s’agit d’une extraction sous vide de l’air de la matrice poreuse du sol. L’air pollué doit être traité de manière appropriée avant d’être rejeté : charbon activé, oxydation catalytique, incinération, etc. Utilisation de matières absorbantes Procédés microbiologiques (bioventing) : Biodégradation des polluants dans les sols. Injection d’air (oxygène) dans la zone contaminée. Les microorganismes utilisent les substances polluantes comme nourriture et les transforment en CO2 et H2O. Particulièrement efficaces avec des substances organiques. Toutefois, efficacité limitée dans une grande surface de sol contaminé… Immobilisation : Introduction de produits chimiques qui immobilisent les polluants. Ce faisant, les polluants sont rendus insolubles et ils ne peuvent être lessivés et ensuite transportés.

Procédés de décontamination d’un sol Décontamination active (ex-situ) Échange de sol : Enlever le sol contaminé et le remplacer par un sol non contaminé. Lavage, extraction : Les sols sont transférés dans un liquide qui contient de l’eau, des acides, des bases, des solvants organiques, etc. Procédé souvent utilisé pour les métaux lourds et les cyanures et certains hydrocarbures. Ne Fonctionne pas bien si le sol contient des particules de sols fines.  Procédé thermique : Un peu comme la combustion des ordures ménagères, le sol est pyrolysé ou brûlé. Sol devient calciné et devient vraiment un sol « mort ».

Procédés de décontamination d’un sol Décontamination biotechnologique Utilisation de microorganismes ou de la génétique pour prévenir la contamination d’un sol. Ex. Utilisation de coccinelles pour lutter contre la punaise. Ex. Utilisation de patate BT (pesticide dans la patate)