Partie 2 : la matière organique ou les matières organiques

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Sommaire

Voir la formation en format vidéo de la partie 2 :

La vidéo en détails

00:00-01:12 Introduction
01:12 La matière organique : quelle répartition ?
01:12 Les MO, une faible proportion dans le sol
02:24 Le carbone organique, plus facile à mesurer que la MO
03:48 Classement des MO par temps de résidence
05:15 Classement des MO par taille et par fonction
06:50 Les matières organiques : humus et carbone labile
06:50 Humification
08:05 Le coefficient iso-humique K1
09:44 Le coefficient d'humification K1 selon certains modèles
10:34 Modèle Simeos AMG pour une simulation du stockage du carbone et MO
11:32 Données économiques
11:32 Influence du carbone labile sur le rendement
12:46 influence du compost sur l'apparition de maladies
13:58 Les 3 points clés à retenir
15:15 Conclusion

Les MO humus et carbone labile

Les matières organiques : une faible proportion dans le sol

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La MO ne représente que 1 à 10% des éléments dans le sol

Le schéma ci-dessous illustre la proportion de MO dans le sol et ses composants :

- Au niveau de la répartition, la MO représente une faible partie comparée aux éléments minéraux dans le sol : de 1 à 10%.

- Parmi ces 1 à 10%, on retrouve 95% de MO mortes et 5% d’organismes vivants (ces chiffres peuvent varier selon les sources).

- Parmi les MO mortes, on retrouve des molécules organiques (carbone stable) et des MO particulaires (particules de grosse taille avec un turn over rapide).

- Parmi les organismes vivants, on retrouve essentiellement les bactéries, les champignons, la faune et les racines des plantes.

Nature et proportions de la MO dans le sol (source : INRAE, 2020)

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Le carbone organique, plus facile à mesurer que la MO‍

Une formule simple pour estimer la MO

Il existe des confusions lorsque l'on parle de matière organique et de carbone. La MO est composée de carbone ET d’autres éléments (H, O, N, P, etc.). Pour estimer la MO, la convention donne le coefficient suivant :

MO = C organique total x 1,72

Il est plus facile d’avoir une estimation de la teneur MO par ce calcul que de prendre en compte toutes les molécules organiques présentes dans le sol. Viennent ensuite en subdivision le carbone total (C organique + C minérale) puis le carbone organique (C stable + C labile).

MO, carbone total et carbone organique (source : Landry, 2019)

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Classement des MO par temps de résidence

Une autre approche de classement des MO par temps de résidence

Le temps de résidence ou "turn over" est le temps que la MO va passer dans le sol avant d’être minéralisée ou dégradée.

L'illustration ci-dessous classe les types de matières organique en 3 compartiments selon leur vitesse de dégradation :

- Labile : de quelques semaines à quelques mois;

- Lente : de quelques années à quelques décennies;

- Stable : de quelques décennies à quelques siècle.

Temps de résidence des types de MO (source : Claire Chenu, 2019)

La même approche peut prendre d'autres terminaisons :

- MO vivantes (carbone labile)

- MO facilement décomposables (lentes)

- MO stable (humus)

Turn over des types de MO (source : INRA Dijon)

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Classement des MO par taille et fonction

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Une représentation axée sur la taille des particules

Une autre approche intéressante est de classer les particules par taille et fonction.

On va ainsi retrouver d'abord les MO grossières (que l’on peut rapprocher des MO particulaires) : taille >50 um (similaires à des sables) grosses particule, MO jeune avec C/N plutôt élevé. On peut y retrouver de la lignine.

Plus on va vers des particules fines (qui se rapprochent de la taille des argiles et limons), plus on retrouve des MO vieilles à C/N faibles (<10). Ces composés stables sont de petite taille et protégés de manière physique ou chimique par des liaisons avec des particules minérales (argiles).

Division par fraction et fonction de la MO (source : Wiki Aurea)

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Comment se forme la matière organique ?

Le processus d'humification

On part de la MO fraîche, pour aller vers de l’humus

Les MO fraiches avec des C/N élevés subissent une dégradation primaire par les décomposeurs du sol qui abaisse ce C/N, puis par le pool de micro organismes du sol (bactéries et surtout champignons) qui ont la capacité de transformer de transformer ces molécules en humus.

Cette transformation peut s'exprimer par un coefficient iso-humique K1 : rendement de transformation de la matière sèche en MO. Ce coefficient peut être intéressant à prendre en compte dans la réflexion autour de la rotation et des cultures en place pour estimer l'humus que l’on peut créer avec ces plantes.

Une fois l'humus formé, le coefficient de minéralisation K2 exprime le stock d’humus qui est minéralisé par les micro-organismes du sol pour libérer des éléments minéraux.

Le fractionnement de la MO (source : wiki aurea)

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Le coefficient iso-humique K1

K1 est dépendant du type de culture, du rendement, des teneurs en matière sèche sur ces cultures et des restitutions

Les restitutions obligatoires sont les racines, et les facultatives sont les parties aériennes. Il est possible de laisser ou d'exporter des résidus de cultures, comme les pailles des céréales par exemple.

On peut voir dans le tableau suivant que les restitutions obligatoires ont des coefficients plus élevés que les parties aériennes, cela fait référence à la première formation sur la formation et la composition de la MO qui détaille bien pourquoi les racines vivantes sont à l'origine de la formation de la MO stable.

Point d'attention : certains prédicateurs utilisés en conventionnel ne sont pas applicables aux systèmes d'agriculture de conservation car ils ne prennent pas en compte l’activité biologique autour des racines et les exsudats racinaires. En effet, dans les systèmes d'ACS avec des couverts végétaux permanents, le carbone liquide exsudé via les racines stimule l’activité biologique et induit indirectement un meilleur système d’humification.

Estimations de K1 selon la culture, le rendement et les restitutions envisagées (source : Arvalis, 2007)

Différents modèles existent aujourd’hui

Le modèle Simeos AMG est pratique d’utilisation et permet de donner des tendances (avec la limite qu'il s'agit d'une modélisation qui ne prend pas en compte les exsudats racinaires). En fonction du taux de matière sèche et du rendement, ce modèle permet d'estimer une quantité de carbone stable qui sera restituée au sol.

Coefficient iso humique selon certains modèles (source : Wylleman, 1999)

Exemple de simulation avec le modèle Simeos AMG

La simulation ci-dessous est basée sur une monoculture maïs, avec un travail du sol sur 20 cm en TCS et un couvert végétal de féverole avec 2 à 3 t/ha de matière sèche.

Ce modèle reste une modélisation classique. La gain de MO est lent, tandis que l’on peut observer sur le terrain des tendances plus rapides pour les systèmes d'AC que pour les systèmes classiques.

Exemple de simulation avec le modèle Simeos AMG pour estimer le stockage de carbone et de MO

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Lien pratique avec le terrain

Données économiques

Influence du carbone labile sur le rendement

Le graphique présenté ici montre le résultat d'un essai réalisé au Honduras sous climat tropical visant à faire le lien entre carbone labile et rendement. Le graphique exprime un rendement en grains/m2 en fonction de la teneur en carbone labile dans le sol. On observe un coefficient de détermination de 0,74 donc une corrélation intéressante entre le carbone labile et le rendement.

Pour augmenter le taux de carbone labile, les pratiques les plus communes sont :

- Restituer de la MO au sol;

- Avoir des racines vivantes;

- MO fraiche à décomposer;

- Effluents bruts non compostés, (fumier, déchets vert à C/N bas).

Graphique 1 : Relation entre le carbone actif et le rendement en grain du maïs (source : Stine and Weil, 2002)

Influence du compost sur l'apparition de maladies

Le graphique ci-dessous présente les résultats obtenus avec des apports de compost sur le développement de la fusariose vasculaire du lin. Au bout de 55 jours, environ 90 % des plantes ont été infestée par la maladie pour la modalité sans apports de compost. Lorsque le sol a été mélangé avec un volume de compost correspondant 10 % de son volume initial, seulement 30 % des plantes ont été infestées. Ce taux d’infestation tombe à 10 % lorsque le sol a été mélangé avec un volume de compost représentant 30 % de son volume initial. Cela montre un impact positif de l'incorporation de compost sur le développement de cette maladie.

Figure 2 : Influence de la présence de compost sur le développement de la fusariose vasculaire du lin (source : Arvalis, 2007)

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FAQ

Sur mon analyse de sol Agroleague j'ai la mesure de carbone labile et de MO. Quelle est la différence ?

La MO des sols est calculée à partir de la mesure du carbone organique total. Le carbone labile est le carburant du sol, il sert d'énergie aux micro-organismes. Il a une durée de vie de quelques jours à quelques mois. En revanche ce carbone labile offre une très bonne efficience de conversion en humus stable par une meilleure activité biologique des sols. La matière organique stable / humus met plusieurs années voire siècles à se dégrader. Elle aura un rôle plus stabilisateur pour les sols par des protections chimiques et physiques. A elle seule la MO stable ne suffit pas à structurer le sol. Elle doit s'accompagner d'une activité biologique intense (possible par de bons taux de carbone labile).