Chapitre 2 : Biologie du sol
1. Le sol : Milieu vivant et support de la végétation
Pour l’agronome et le pédologue, le sol est le produit de l’altération, du remaniement et de
l’organisation des couches supérieures de la croûte terrestre sous l’action de la vie, de
l’atmosphère et des échanges d’énergie qui s’y manifestent. C’est donc une structure
quadridimensionnelle (espace, temps) .
Le sol abrite de très nombreuses espèces animales et végétales. Les organismes du sol
appartiennent d’une part à tous les groupes connus des micro-organismes (Bactéries et en
particulier Actinobactéries, Champignons, algues, protozoaires et virus) et d’autre part à
certains groupes d’Animaux, surtout des Nématodes et des Annélides, des Arthropodes, en
particulier des Insectes, voire de petits Mammifères ; la faune et la microfaune du sol jouent
des rôles fondamentaux dans le maintien de la fertilité physique et chimique des sols (évolution
de la matière organique, stabilité de la structure, aération du sol). Ainsi de nombreux cycles
biologiques passent par le sol et l’incluent donc comme élément constitutif de nombreux
écosystèmes. C’est un habitat essentiel pour la biodiversité.
Le sol sert de support à la végétation en fournissant un ancrage pour les racines, en agissant
comme un réservoir d'eau et de nutriments essentiels, et en abritant une multitude d'organismes
qui décomposent la matière organique pour la rendre assimilable par les plantes. Les
caractéristiques du sol, comme sa texture et sa teneur en matière organique, influencent
directement la croissance et la santé des plantes.
2. Notion de la litière et de l’humus
La litière est la couche superficielle du sol, composée de débris végétaux et animaux non ou
peu décomposés, tandis que l'humus est la matière organique plus foncée et totalement
transformée qui résulte de la décomposition de la litière, jouant un rôle crucial dans la fertilité
du sol. La litière est la matière brute, et l'humus est le produit final de son décomposition.
La litière
Composition : Débris végétaux comme des feuilles mortes, des brindilles, ainsi que des restes
d'animaux.
Caractéristiques : Les éléments y sont encore reconnaissables, bien que plus ou moins
dégradés.
Rôle : Sert de nourriture initiale aux détritivores (vers, insectes, champignons) et maintient
l'humidité du sol à la surface.
L'humus
Composition : Matière organique de couleur foncée (brunâtre à noire), résultat de la
décomposition de la litière.
Caractéristiques : Texture souple et aérée, odeur caractéristique, et richesse en nutriments.
Rôle : Améliore la structure du sol, augmente sa capacité de rétention d'eau, le protège de
l'érosion et fournit des éléments nutritifs essentiels aux plantes, favorisant la fertilité du sol.
Relation entre les deux
La litière est la matière première pour la formation de l'humus.
Le processus de décomposition des organismes (champignons, bactéries, animaux du sol)
transforme la matière organique de la litière en humus.
L'humus se forme en profondeur, intégrant les éléments nutritifs libérés par la litière, qui sont
entraînés vers les couches inférieures du sol.
3. Biodiversité des sols
3.1. Faune du sol ou la pédofaune :
La faune du sol ou pédofaune est très variée. La plupart de ses représentants sont des animaux
microscopiques (quelques dixièmes de millimètres) :
Les protozoaires (amibes nues, amibes à thèque, flagellés, ciliés),
Les tardigrades,
Les rotifères,
Les nématodes,
Les acariens.
D'autres sont des animaux qu'on attribuera à la microfaune (moins d'un centimètre) : divers
insectes, surtout leurs écophases larvaires
(collemboles, diptères, coléoptères, lépidoptères, etc.),
des myriapodes, des isopodes,
des vers enchytræidés,
des pseudo-scorpions, etc.
Enfin, un certain nombre d'espèces fera partie de la macrofaune (imago d'insectes, vers de terre
lumbricidés, mollusques, arachnides, reptiles, micromammifères rongeurs et insectivores, etc.).
3.2. Flore du sol ou la microflore :
La microflore du sol regroupe l’ensemble des micro-organismes vivants invisibles à l’œil nu
présents dans le sol. Elle représente la partie vivante la plus active de la biosphère terrestre. Elle
inclut principalement :
• Les bactéries,
• Les actinomycètes (bactéries filamenteuses proches des champignons),
• Les champignons microscopiques (levures, moisissures),
• Les algues microscopiques,
• Les protozoaires (rôle indirect via prédation microbienne),
• Les cyanobactéries (souvent dans les sols pauvres ou dégradés).
3.3. Mesure de la biodiversité du sol
La mesure de la biodiversité du sol se fait en combinant plusieurs méthodes :
Analyse génétique (ou moléculaire)
Empreinte génétique : Extraction de l'ADN directement de l'échantillon de sol pour
identifier les organismes présents.
Microarrays d'ADN : Techniques permettant d'identifier les gènes actifs au sein de la
communauté microbienne.
Analyse biologique et fonctionnelle
Décomposition de la matière organique : Observer la vitesse de décomposition et la
quantité de CO2 libérée pour évaluer l'activité des décomposeurs.
Tests d'activité : Mesurer la respiration du sol (production de CO2) après
humidification, qui est corrélée à la biomasse microbienne.
Indicateurs spécifiques : Utiliser des organismes indicateurs comme les collemboles,
qui réagissent aux conditions du sol, pour évaluer sa qualité.
Analyse classique et écologique
Comptage des espèces : Déterminer le nombre d'espèces présentes.
Indices de diversité : Utiliser des indices comme l'indice de Shannon pour quantifier
la richesse et l'abondance des espèces.
Inventaire des organismes : Identifier et compter des groupes d'organismes, comme
la macrofaune, pour comprendre leur densité et leur distribution.
4. Rôle des êtres vivants dans les sols
4.1. Acteurs de décomposition
Décomposition de la matière organique : La microflore décompose les résidus végétaux et
animaux, un processus nécessaire à la libération d'éléments nutritifs pour les plantes.
Minéralisation : Elle rend les nutriments présents dans la matière organique directement
assimilables par les plantes.
Cycle du carbone et de l'azote : Les microorganismes jouent un rôle clé dans la fixation du
carbone et de l'azote dans les sols.
4.2. Acteurs de structuration du sol
Structuration : Elle produit des molécules organiques qui lient les particules du sol, créant des
agrégats qui améliorent l'aération et l'infiltration de l'eau.
Protection contre l'érosion : La cohésion du sol grâce aux ciments organiques de la microflore
limite l'érosion.
Effet barrière : Une microflore saine crée un effet barrière naturel qui empêche le
développement de microorganismes pathogènes pour les plantes.
4.3. Acteurs de régulation biologique
Dégradation des polluants : Elle peut dégrader et immobiliser certains polluants, comme les
pesticides
Organismes clés de la régulation biologique du sol
Macrofaune :
o Vers de terre : Ils sont des bio-indicateurs de la fertilité du sol et jouent un rôle crucial dans la
structuration et l'aération du sol, ainsi que dans le maintien de la matière organique.
Mésofaune :
o Acariens : Ils fragmentent la matière organique et régulent les communautés microbiennes,
notamment en transportant des bactéries et des champignons.
o Collemboles : Ils participent à la régulation des populations microbiennes et à la décomposition
de la matière organique. Ils possèdent également un tube ventral pour réguler leur équilibre
hydrique et ionique.
Microfaune et microflore :
o Bactéries et champignons : Ils sont essentiels pour la décomposition de la matière organique,
la minéralisation des nutriments et la dégradation des polluants. Ils sont les principaux
producteurs de glomaline, une protéine qui aide à stabiliser le sol.
o Nématodes : Ils régulent les communautés microbiennes et jouent un rôle dans la
décomposition de la matière organique.
o Protozoaires : Ils régulent les populations bactériennes et sont importants dans la régulation
de la disponibilité des nutriments.
5. Transformation des matières organiques
Le terme «matières organiques du sol» regroupe l’ensemble des constituants organiques morts
ou vivants, d’origine végétale, animale ou microbienne, transformés ou non, présents dans le
sol. Elles représentent en général 1 à 10 % de la masse des sols. Elles se répartissent en trois
groupes :
1. les Matières Organiques Vivantes (MOV), animale, végétale, fongique et
microbienne, englobent la totalité de la biomasse en activité (racines, vers de
terres, microfore du sol…),
2. les débris d’origine végétale (résidus végétaux, exsudats), animale
(déjections, cadavres), fongique et microbienne (cadavres, exsudats) appelés
«Matières Organiques fraîches ». Associés aux composés organiques
intermédiaires issus de l’activité de la biomasse microbienne, appelés produits
transitoires (évolution de la matière organique fraîche), elles composent les
MO facilement décomposables.
3. des composés organiques stabilisés (« MO stable »), les matières humiques
ou humus, provenant de l’évolution des matières précédentes. La partie humus
représente 70 à 90 % du total.
5.1. Étapes de transformation des matières organiques :
La transformation de la matière organique dans le sol se déroule en deux phases principales : la
minéralisation primaire, qui décompose la matière organique fraîche en éléments minéraux
simples et en dioxyde de carbone, et l'humification, qui crée l'humus en transformant les
résidus non décomposés en molécules stables et insolubles. Ces processus sont l'œuvre
d'organismes du sol, qui fragmentent la matière organique et la réorganisent, menant à la
formation de l'humus, qui se décomposera plus tard lui aussi pour libérer des nutriments.
1. Décomposition et minéralisation primaire
Fragmentation mécanique et décomposition : Les organismes du sol (bactéries,
champignons, vers de terre, collemboles) fragmentent physiquement la matière
organique fraîche et la décomposent.
Consommation par les micro-organismes : Les micro-organismes consomment la
matière organique, ce qui libère des éléments minéraux (nitrates, phosphates, etc.) et du
dioxyde de carbone (CO2)
Réorganisation : Les micro-organismes réorganisent une partie de la matière organique
pour leur propre croissance.
2. Humification
Formation de l'humus : Après la décomposition initiale, une partie de la matière
organique n'est pas totalement minéralisée. Elle est transformée en humus stable et
insoluble grâce à des processus comme :
o L'humification par héritage : les composés organiques évoluent peu et sont
mélangés à la partie minérale du sol.
o L'humification par néo-synthèse microbienne : à la mort des micro-organismes,
leurs restes se lient fortement aux minéraux.
o L'humification par insolubilisation : certains composés organiques subissent des
transformations pour former de grosses molécules insolubles.
3. Minéralisation de l'humus
Libération des nutriments : Avec le temps, l'humus lui-même se décompose
lentement, libérant progressivement d'autres éléments minéraux pour la croissance des
plantes.
5.2. Produits de transformation des matières organiques
Les principaux produits de transformation des matières organiques du sol sont des substances
minérales comme le dioxyde de carbone (CO2), l'eau (H2O) et des nutriments tels que l'azote
(N ) le phosphore (P) et le potassium (K). Un autre produit est l'humus, une matière organique
stable issue de l'humification, qui améliore la structure du sol et libère des nutriments à long
terme.
Minéralisation : transformation en éléments simples
Processus : Les micro-organismes du sol (bactéries, champignons) dégradent les
matières organiques et libèrent des éléments minéraux plus simples, que les plantes
peuvent assimiler.
Produits :
o Dioxyde de carbone (CO2 )et eau (H2O) : Le carbone organique est
transformé en gaz.
o Nutriments : L'azote, le phosphore, le potassium et d'autres éléments sont
libérés sous forme de nitrates, phosphates, etc..
Humification : formation de matière organique stable
Processus : L'humification est la transformation des matières organiques en humus.
C'est une matière organique stable qui se forme par l'action des micro-organismes et
de la faune du sol.
Produits :
o Humus : Composé de substances complexes qui se dégradent lentement,
l'humus améliore la structure du sol, sa capacité à retenir l'eau et libère des
nutriments sur le long terme.
o Complexe organo-minéral : L'humus se lie aux argiles pour former des
complexes stables qui améliorent la structure du sol et sa fertilité.
