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Effets biologiques

 

Azote

Chez les légumineuses, les bactéries fixatrices d'azote ont une importance capitale. Un pH de l'ordre de 7 permet leur développement optimal et réduit les apports d'engrais azotés minéraux.

L'azote est assimilé par la plante presque exclusivement sous forme nitrique (NO3-). La transformation de l'azote ammoniacal (NH4+) en azote nitrique est réalisée par les bactéries nitrificatrices.

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Ces bactéries ne peuvent se développer qu'à des pH proches de 7 :

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De même les bactéries responsables de la dégradation de la cellulose de la matière organique fraîche sont très liées au pH du sol.
Par son action sur le pH, l'amendement minéral basique favorise le développement des bactéries utiles et permet l'utilisation d'engrais ammoniacaux moins lessivables et moins polluants que les engrais nitriques.
Il neutralise aussi l'acidité produite par la nitrification.

 

Effluents organiques

Le traitement des eaux industrielles ou urbaines génère des quantités de plus en plus importantes de boues.

Les déjections animales et les boues, de la même façon que les engrais minéraux peuvent avoir une action acidifiante sur le sol du fait de la transformation de l'azote qu'ils contiennent et de la minéralisation de la matière organique apportée.

La minéralisation est optimale à pH 7 et est favorisée par une bonne activité biologique du sol à laquelle contribue l'amendement. Elle permet de prendre en compte les éléments nutritifs apportés dans les plans de fertilisation et d'optimiser le coût des intrants.

En sol acide, la vie du sol est ralentie, et son écosystème est perturbé.

D'autres effets sont souvent recherchés qui sont la conséquence indirecte de l'élévation du pH des sols :

on peut par exemple citer l'évolution de la flore cultivée (prairies) ou non (adventices) qui est très liée au pH. La dégradation des molécules de pesticides qui conditionne leur rémanence dépend aussi du statut acido-basique des sols.

Effets physiques

 

Érosion

L'état physique d'un sol est très important. Un sol bien structuré doit comporter une partie colloïdale suffisante, capable de "tenir" les agrégats et de fixer réversiblement des éléments nutritifs pour la plante.

Le calcium, grâce à son caractère bivalent (Ca+), possède cette propriété. C'est pourquoi il contribue aussi à la limitation des risques d'érosion.

Le ruissellement de l'eau sur une terre devenue imperméable peut entraîner des phénomènes d'érosion importants et irréversibles.

 

Battance et stabilité structurale

Comme la texture et la structure du sol influencent la circulation de l'eau et de l'air, l'enracinement et la levée, on recherche une bonne stabilité structurale.

Plus un sol contient de limons et moins il contient d'argile et de matière organique, plus il est instable et plus les effets de la battance peuvent être importants :

un sol ayant un indice de battance trop élevé est un sol asphyxiant et défavorable à l'activité biologique des animaux, des microbes et des végétaux,
un sol battant présente une grande résistance à la levée et empêche la circulation de l'eau et de l'air,
un sol battant est difficile à travailler tant en période humide qu'en période sèche. Il nécessite plus d'heures de travail à l'hectare, et plus de puissance nécessaire.

Les amendements minéraux basiques calciques limitent les risques de battance

amend

sol compact et asphyxiant,
phénomène de battance
sol aéré et meuble,
structure motteuse et stable

En sols acides la stabilité structurale est dégradée, surtout dans les terres argileuses ou limoneuses qui sont alors collantes, compactes, et mal aérées. Le travail du sol est difficile.

 

Vitesse de ressuyage et dynamique de l'eau

En améliorant la tenue de la structure, les amendements basiques maintiennent la porosité du sol.
Ce phénomène permet :

  • la circulation de l'air, r échauffement plus facile
  • la circulation de l'eau, ressuyage plus rapide
  • pénétration des racines, colonisation de la couche travaillée et
  • prélèvement des éléments minéraux.

Effets chimiques

 

L'apport d'amendement basique
· précipite l'aluminium qui est toxique pour les plantes en milieu très acide. Il en est de même pour la toxicité manganique.
· augmente la capacité du sol à stocker les éléments nutritifs. Cela se traduit par une augmentation de la CEC effective du sol.
· permet de réduire l'acidité en augmentant le pH et le taux de saturation en calcium, voire celui en magnésium. Cette élévation de pH améliore l'assimilabilité des éléments nutritifs.
· bloque l'assimilation des éléments trace toxiques.

 

Limitation de la toxicité de l'aluminium et du manganèse

Lorsque le pH est très acide, l'aluminium présent sur les particules d'argile (hydroxydes et minéraux argileux) peut se solubiliser sous forme d'aluminium "échangeable" (sous forme Al(OH)2+, Al3+ ou polymères à forte charge électrique). Il est alors toxique pour les végétaux. Il précipite les phosphates et le magnésium pour former des composés stables insolubles. Il perturbe le métabolisme racinaire du phosphore.

Ce phénomène de toxicité a été diagnostiqué également sur des cultures de type betterave ou pommes de terre en sol acide et riche en manganèse (effet dû dans ce cas au tassement du sol).

 

Augmentation de la CEC effective

graph_augmentation_CEC

 

Amélioration de l'assimilation des éléments nutritifs par la plante

Les différents cations présents dans la solution du sol présentent une plus ou moins grande assimilabilité par les plantes en fonction du pH.

Le diagramme d'assimilabilité établi d'après TRUOG (1948) montre que l'assimilation des éléments est maximale pour des pH compris entre 6 et 7.

Chaque élément nutritif ou toxique présente une zone de pH optimale.

graph_assimilationsource truog 1948

Cas du phosphore

Le phosphore se présente dans le sol sous différentes formes plus ou moins disponibles. La concentration en P2O5 dans la solution du sol est très faible (0,1 à 1,5 kg par hectare sur 30 cm d'épaisseur). Les ions présents dans cette solution dépendent du pH :

H2PO4- + OH- <—> HPO42- + H2O
HPO42- + OH- <—> PO43- + H2O

graph_phosophore

Aux pH usuels (entre 4.5 et 8), les ions H2PO4- et HPO42- sont les seuls présents en solution. Ils sont en équilibre avec les ions adsorbés :

  • sur l'argile
  • sur l'humus
  • sur le "calcaire fin"

Buckmann et Brady ont montré une forte interaction entre le pH et le mode de fixation du phosphore.

buckman

Ce diagramme montre que la présence de phosphate disponible dans le sol est maximale pour des pH compris entre 6 et 7 (elle diminue au-delà).
La fixation sur les hydroxydes de fer et d'alumine rend l'alimentation phosphatée difficile.
En fixant le phosphore dissous, et en limitant son lessivage, l'amendement basique permet de réduire l'enrichissement des eaux naturelles en phosphates et de diminuer ainsi les risques d'eutrophisation.

 

Blocage des Éléments trace

L'amendement minéral basique permet d'atteindre la valeur de pH optimale pour limiter la solubilisation des éléments trace.
A pH neutre ou basique, les ET (éléments trace cadmium, nickel, chrome, mercure...) sont insolubilisés et ne sont donc pas exportés vers la plante.
Dans le cas d'épandage de sous-produits pouvant en contenir (boues …), l'amendement minéral basique permet d'être sûr qu'ils ne seront pas assimilés.

Comment ils agissent ?

 

Le calcium ne fait pas tout
Rappels sur le pH
Les causes de l'acidification
Les effets d'un amendement minéral basique

 

Le calcium ne fait pas tout

champ1Les amendements calciques et/ou magnésiens traditionnels améliorent le pH des sols. Les utilisateurs en ont conclu à tort que le calcium et le magnésium en étaient la cause.

Ce n'est pas exact.

Le point commun des amendements, autrefois appelés "calciques et/ou magnésiens", et aujourd'hui dénommés "basiques", est la présence d'anions basiques ayant des propriétés neutralisantes.

Par conséquent, tout ce qui contient du calcium, et notamment les sous-produits, n'améliore pas forcément le pH des sols.

En revanche, le calcium apporte d'autres propriétés spécifiques.

 

Rappels sur le pH

D'un point de vue chimique, un acide est une substance capable de céder des ions H+, et à l'inverse, une base est capable d'en capter :


Acide --> H ++ xxx-

HCl --> H ++ Cl-

On mesure l'acidité avec le pH (potentiel hydrogène) qui est défini par :

pH = log (1/H+) ou - log (H+), soit (H+) = 10-pH (expression simplifiée) où (H+) correspond à la concentration en H+ de la solution étudiée.

Il y a ainsi 10 fois plus d'ions H+ dans un sol à pH 6 que dans un sol à pH 7.

Plus la concentration en H+ est importante, plus le pH est bas.

Le pH varie entre 0 et 14.

Un sol agricole a en général un pH compris entre 4 et 9 :
d'un point de vue chimique,

pH < 5,5 : forte acidité
pH entre 5,5 et 6 :  acidité moyenne
pH entre 6 et 7 : légère acidité
pH 7 : neutralité
pH entre 7 et 8 : légère alcalinité
pH entre 8 et 8,5 : alcalinité moyenne
pH > 8,5 : forte alcalinité

 

Les causes de l'acidification

Les sols ont une tendance naturelle à s'acidifier. Les causes de cette acidification sont nombreuses :

  la vie du sol génère de l'acidité : respiration et métabolisme produisent du CO2 (acide) et l'absorption d'éléments fertilisants par les plantes génère une excrétion de H+ dans les phénomènes d'échange de cations au niveau des racines. La neutralisation de ces H+ épuise le sol en bases et cela se traduit aussi par une perte par lessivage des cations échangeables Ca2+ et Mg2+ : l'eau entraîne les éléments nutritifs,
  la minéralisation de la matière organique par oxydation est liée à la vie biologique du sol et à l'activité racinaire,
  cette acidification est accentuée par la pollution atmosphérique et notamment les pluies acides provoquées par les rejets de l'industrie, des centrales thermiques et de l'automobile mais aussi de l'agriculture elle-même (production de NH3 en provenance des lisiers et fumiers),
  la consommation de cations qui se traduit par l'exportation par les récoltes des cations Ca2+ et Mg2+ intervient également. Cette consommation est variable suivant les cultures et les rendements obtenus, et varie de 10 à 300 kg / ha / an en calcium et de 15 à 70 kg / ha / an en magnésium,
  enfin, les engrais ammoniacaux et les fumures organiques acidifient les sols. En effet, la transformation des ions NH4+ en NO3- produit des H+. Suivant leur nature, les engrais ont un pouvoir alcalinisant ou acidifiant. D'un point de vue chimique, une unité d'azote ammoniacal induit une acidité correspondant à la perte d'une unité de CaO.

schema_acidification

Les effets d'un amendement minéral basique

L'amendement minéral basique est un amendement capable d'augmenter le pH d'un sol. Il peut s'associer aux H+ (déterminants de l'acidité du sol) pour les neutraliser ; il a donc des propriétés basiques. Tout ce qui contient du calcium n'est pas forcément capable de remonter le pH. C'est le cas notamment du gypse ou de certains produits et sous-produits contenant le nom "calcium" mais n'apportant aucune valeur neutralisante.

Les amendements minéraux basiques, du fait de leur composition chimique apportent, après dissolution, les propriétés des ions libérés.

Les anions basiques :

  O2- : pour la chaux vive (CaO), réaction très rapide avec l'eau pour donner OH-
  OH- : pour la chaux éteinte Ca(OH)2
  CO32- : pour le carbonate de calcium (CaCO3) ou de magnésium (MgCO3)
  Silicates et silicophosphates : pour les amendements sidérurgiques.

 

Les cations sont en général le calcium et le magnésium ayant des propriétés spécifiques

Mode d'action :

les bases issues de l'amendement viennent "arracher" et neutraliser les H acides fixés sur le complexe. Le pH de la solution du sol augmente,

on a longtemps pensé que le calcium avait cette action, mais en réalité, il est incapable de "casser" la liaison très forte liant les H au complexe,

les sites ainsi libérés par les H+ peuvent alors accueillir le calcium et le magnésium apportés par l'amendement. La quantité de calcium et de magnésium échangeable, disponible pour l'alimentation des cultures, augmente.

On distingue en général 3 types de conséquences pour l'agriculture :

· effets chimiques
· effets physiques
· effets biologiques