Olivier Husson 2016 - 8/10
- Impacts des pratiques agricoles sur les conditions redox des sols et des plantes
Impact des pratiques sur l’état redox des sols
On va maintenant regarder l’impact des pratiques agricoles. L’idée générale rappelée ici est qu’il faut essayer d’obtenir un sol bien structuré. Cette structure va beaucoup jouer sur :
- la structure physique du sol elle-même,
- le taux de matière organique,
- l’activité biologique,
- les interactions avec l’argile.
L’argile est plus difficile à faire changer, mais l’objectif est d’avoir un sol bien structuré, qui fluctue dans de bonnes valeurs, globalement autour d’une zone favorable, sans partir dans des extrêmes.
Si le sol reste dans cette zone, les plantes se développent globalement bien. Si l’on est sur des niveaux plus élevés, la plante va aller plus vite, mais elle va aussi vieillir plus vite. C’est ce qui explique notamment qu’une plante stressée monte plus vite à floraison et fasse des graines, comme pour « passer le cap » et assurer la survie de l’espèce. On retrouve aussi cela dans les effets observés sur les attaques d’insectes.
L’idée est donc d’avoir une cible, de savoir où l’on se situe, puis de regarder ce que font les pratiques pour revenir vers cette cible. Il faut aussi se demander à quelle vitesse on se déplace et comment ralentir cette vitesse. Le rôle tampon du sol est ici essentiel, à travers :
- la matière organique,
- l’activité biologique,
- l’argile,
- la régulation de l’eau.
Ensuite, les pratiques sont examinées une par une.
Effet du drainage
Le drainage fait globalement remonter des milieux trop réduits. On le met en place pour réoxyder un milieu qui est trop réduit.
Effet de l’irrigation
L’irrigation, hors saturation, a des effets différents selon que l’on regarde la chimie ou la biologie :
- chimiquement, l’augmentation de l’humidité oxyde ;
- biologiquement, elle réduit.
En augmentant l’humidité, on fait monter le redox du point de vue chimique. Mais en même temps, on active les micro-organismes du sol, qui consomment de l’oxygène et réduisent le milieu. Sur un sol mort, le redox va donc monter. Sur un sol vivant, il y a d’abord une petite montée, puis cela redescend, car il existe un décalage entre l’effet chimique immédiat et la réponse biologique.
Saturation et submersion
La saturation ou la submersion font baisser le redox : cela réduit le milieu et augmente un peu l’alcalinité. Quand on est dans un milieu acide, on réduit plus facilement, et on a aussi une tendance vers davantage d’alcalinité.
Effet du travail du sol
Le travail du sol crée un flux d’oxygène. En plus, il détruit souvent une partie de l’activité biologique. Le résultat est donc une oxydation du milieu.
Olivier Husson rappelle ici une idée importante à partir d’un graphe déjà montré auparavant : lorsqu’un sol a été dégradé, il peut falloir très longtemps pour revenir à un état favorable. Il évoque un ordre de grandeur de 50 ans dans un sens comme dans l’autre, sauf cas particuliers où l’on apporte massivement de la biomasse. Cela souligne l’intérêt des pratiques capables de remonter progressivement un sol.
Couverture morte du sol
Une couverture morte du sol a plusieurs effets :
- elle augmente l’humidité ;
- elle augmente la matière organique ;
- elle stimule l’activité biologique ;
- elle bloque les ultraviolets ;
- elle tamponne les températures.
Du côté de la chimie, l’augmentation de l’humidité peut aller dans le sens de l’oxydation, mais l’effet dominant est surtout l’augmentation de l’activité biologique et de la matière organique, qui rendent le système plus réducteur. La couverture morte empêche aussi l’impact direct des ultraviolets sur le sol, ce qui limite un facteur très oxydant.
Engrais minéraux
Pour les engrais minéraux, l’effet dépend du type d’engrais. Tout ce qui est nitrate, surtout avec du chlore, est associé à des formes oxydées. Le chlore n’est pas connu pour faire baisser le potentiel redox. Il existe probablement :
- un effet direct,
- un effet sur l’activité biologique.
Globalement, ces engrais ont tendance à oxyder et acidifier. Ils augmentent aussi la conductivité électrique. Plus les engrais sont solubles, plus ils augmentent cette conductivité.
Sur un sol très vide, où la conductivité électrique est trop basse, cela peut aider. Mais sur un sol où elle est déjà élevée, on peut diminuer la résistance du système et « vider la batterie » du sol.
L’urée se transforme plutôt en ammonium après hydrolyse. Elle tend donc à aller vers des valeurs plus basses de redox. Pour le pH, l’effet est moins clair dans cette présentation, mais globalement les différents engrais doivent être distingués au cas par cas.
Engrais organiques
Les engrais organiques augmentent la réserve en eau et l’humidité du sol. Ils aident donc à revenir depuis des milieux trop oxydés vers des milieux plus favorables.
Macérations et extraits fermentés
Les macérations et les extraits fermentés peuvent faire descendre très bas les valeurs redox, parfois jusqu’à des valeurs proches de zéro, voire potentiellement négatives.
Ce sont donc des outils puissants, parce qu’ils permettent de corriger rapidement la position du système sans avoir besoin d’apporter des quantités énormes.
Composts
Le compost suit une dynamique d’évolution. La température et l’aération influencent fortement le potentiel redox :
- au départ, sur le matériau observé ici, le redox est un peu au-dessus de 200 mV ;
- ensuite, le compost s’oxyde progressivement ;
- il peut monter vers 400 à 450 mV selon la manière dont on l’aère et dont on le conduit.
Le compost amène donc globalement vers un milieu plus équilibré.
Biochar
Le biochar est une forme de charbon produite à partir de biomasse végétale :
- balle de riz,
- paille,
- branches,
- divers déchets végétaux.
Il peut être produit à grande échelle dans des pyrolyseurs, ou à petite échelle dans des dispositifs plus simples, par exemple un trou conique dans le sol où l’on fait brûler progressivement les gaz dégagés plutôt que le bois lui-même. On ajoute progressivement de nouvelles couches de biomasse, en limitant l’excès de ventilation.
L’idéal est ensuite d’éteindre le biochar avec de l’urine ou avec une matière organique, afin de charger ses pores en éléments utiles. Une autre possibilité consiste à incorporer le biochar dans un compost.
Facteurs qui déterminent les propriétés du biochar
Les caractéristiques redox et pH du biochar dépendent de :
- la matière première de départ,
- la température de pyrolyse,
- les traitements appliqués avant ou après pyrolyse.
Plus la température de pyrolyse est élevée et prolongée, plus le redox du biochar est élevé, mais plus sa capacité tampon l’est aussi. À environ 700–750 °C, on obtient donc une forte capacité tampon. À des températures plus basses, autour de 400–450 °C, le redox et la capacité tampon sont plus faibles.
Des traitements avec différents éléments modifient fortement le comportement du biochar :
- avec du cuivre : biochar plus oxydé et basique ;
- avec du fer : biochar très acide et réduit ;
- avec du magnésium : biochar très basique et très réduit.
D’où une idée centrale : si l’on ne sait pas quel biochar on applique ni sur quel sol, on ne peut pas comprendre les effets observés. On peut aussi bien amplifier des maladies que les réduire.
Effets du biochar dans le sol
Le biochar :
- augmente la réserve en eau,
- peut activer la biologie,
- apporte une capacité tampon importante.
Mais si l’on met du biochar pur dans un sol sans fournir de nourriture aux micro-organismes, l’effet peut être limité. C’est pourquoi il est préférable de composter le biochar.
Il contribue aussi à restructurer le sol, à maintenir l’eau et à augmenter la réserve utile.
Compostage du biochar
Le compostage du biochar donne des résultats différents selon le type de compost.
Des résultats présentés ici, encore en cours d’étude au Népal, montrent qu’après deux mois et demi de compostage :
- un compost non aéré garde une température relativement basse, un pH alcalin modéré et un redox corrigé autour de 360 mV, donc plutôt réduit et alcalin ;
- si on aère ce compost, la température baisse un peu, le redox monte rapidement, le pH augmente aussi, et on obtient un compost plus oxydé et plus basique ;
- si on ajoute du biochar à un compost aéré, le pH et le redox montent encore : on accentue donc le caractère oxydé.
Cela peut être intéressant sur des milieux trop réduits et trop acides, mais pas sur des milieux déjà basiques et oxydés.
Bokashi
Le bokashi est un compost enrichi en micro-organismes. Dans ce cas :
- le redox chute fortement,
- le pH chute aussi,
- on obtient un milieu de type fermentaire.
Si on ajoute du biochar dans ce système, le redox chute encore davantage. Ces dynamiques sont encore en cours d’étude, mais elles montrent qu’il y a tout un travail à faire pour comprendre comment évoluent les composts selon les micro-organismes et les matériaux utilisés.
Dose de biochar et effet tampon
Sur les sols peu tamponnés, de petites quantités de biochar peuvent suffire à modifier nettement les propriétés du système. Olivier Husson donne l’exemple d’un sol du Bénin :
- à 0,5 %, on observe déjà un effet sensible ;
- à 1 %, on se rapproche fortement d’une zone favorable ;
- entre 1 et 2 %, on est déjà bien proche de la zone optimale.
La quantité nécessaire dépend :
- des caractéristiques du biochar,
- des caractéristiques du sol,
- de la capacité tampon du sol,
- de la capacité tampon du biochar.
Quand on essaie de modifier un sol, on peut observer une phase où rien ne semble se passer, parce que le sol absorbe la perturbation. Puis, une fois la capacité tampon saturée, la réponse devient rapide. Cela vaut aussi pour d’autres produits utilisés expérimentalement, comme l’hydroquinone ou l’eau oxygénée.
Pesticides
Globalement, les pesticides ont tendance à oxyder. C’est particulièrement le cas des fongicides, et probablement aussi de nombreux herbicides, même si chaque produit devrait être étudié en détail.
L’idéal serait d’utiliser des mesures électrochimiques comme la voltammétrie cyclique pour caractériser précisément les effets et la capacité tampon associée. Mais ces mesures sont lourdes à mettre en œuvre.
Dans une logique pratique, raisonner en redox permet déjà de situer les grandes tendances : un produit peut être plutôt oxydant ou plutôt réducteur, et cela aide à interpréter les effets observés sur les plantes et les maladies.
Exemple du glyphosate
Olivier Husson mentionne des observations montrant que des doses fortes et répétées de glyphosate peuvent conduire à des blocages du fer et du manganèse. Or, lorsque le milieu s’oxyde, fer et manganèse deviennent moins solubles. Il y a probablement aussi un effet sur les micro-organismes du sol.
Cela peut expliquer pourquoi, dans certains cas, un maïs semble mieux démarrer après un coup de glyphosate ou après un labour : si le milieu était trop réduit, ces pratiques oxydantes permettent momentanément à la plante de mieux respirer et de mieux démarrer.
Gestion de l’eau et du climat
Période de sécheresse
Une période de sécheresse a des effets différents selon que l’on regarde la plante ou le sol :
- sur la plante, cela oxyde, car la photosynthèse baisse ;
- sur le sol, chimiquement, cela tend plutôt à réduire ;
- mais si le sol est vivant, la baisse de l’activité biologique tend plutôt à oxyder.
Il faut donc toujours replacer l’effet dans la situation concrète du sol concerné.
Ciel couvert et nuages
Sur les plantes, un ciel couvert oxyde, parce que la photosynthèse diminue avec la baisse de lumière.
Sur le sol, l’effet est plus difficile à interpréter. Dans les mesures répétées du matin au soir, un profil de variation typique a été observé plusieurs fois, sauf un jour particulier après deux jours d’orage continu. Ce jour-là, le comportement était différent. Il peut donc y avoir un lien avec la recharge électrique du système lors des orages, mais cela demande encore à être vérifié.
Les jours d’orage, Olivier Husson considère qu’il ne faut pas mesurer le redox du sol, car les différences de potentiel entre sol et atmosphère deviennent trop fortes et perturbent les résultats.
Soleil
Le soleil est :
- réducteur sur les plantes, parce qu’il alimente la photosynthèse ;
- très oxydant sur un sol nu.
Sur un sol nu, le fer du sol réagit sous l’effet des ultraviolets et forme des espèces très oxydantes. C’est l’un des environnements les plus oxydants qui soient. Dans le désert d’Atacama, il est même montré que la matière organique continue à se dégrader sous l’effet des UV.
En revanche, dès qu’il y a des plantes, le rayonnement solaire est capté pour la réduction. Ainsi, une couverture végétale, même constituée d’adventices, transforme cette énergie en processus biologiques réducteurs.
Couverture vivante du sol
La couverture vivante du sol est réductrice. Elle capte l’énergie solaire et l’utilise dans la photosynthèse. Olivier Husson cite notamment des biomasses très importantes obtenues avec des espèces comme les stylosanthes à Madagascar.
L’idée centrale est que le soleil est très oxydant sur un sol nu, mais qu’il devient un moteur de réduction dès qu’il est capté par des plantes.
Rotations de cultures
Les rotations modifient elles aussi l’état redox du sol. Olivier Husson mentionne des travaux comparant notamment :
Ces études montrent des différences de caractère réducteur entre systèmes, mais il rappelle que les méthodes de mesure utilisées restent parfois discutables, notamment lorsque les mesures sont faites sur des sols prélevés, mis en sac, puis mesurés hors de leur contexte.
Cela ouvre malgré tout un champ de recherche important : comprendre dans quelle gamme redox se développent les plantes de service et ce qu’elles font au sol lorsqu’on les utilise en quantité.
Effet des couverts sur le pH du profil
À partir de travaux de Lucien Séguy, Olivier Husson montre que différents couverts modifient le profil de pH du sol.
Exemples mentionnés :
- la mucuna acidifie légèrement une couche superficielle ;
- le blé, l’avoine noire et surtout le radis fourrager montrent des effets plus profonds, jusqu’à plus de 15 cm.
Comme pH et redox sont liés, on peut en déduire que ces plantes modifient aussi le redox différemment selon leur espèce. Les mélanges de plantes de couverture deviennent alors intéressants, car certaines espèces peuvent corriger les adventices, d’autres l’acidité, etc.
Densité de semis
Quand la densité de semis est faible :
- il y a plus de sol nu ;
- chaque plante reçoit plus de lumière.
Quand la densité augmente :
- chaque plante reçoit moins de lumière ;
- le redox des plantes peut monter.
Cela pourrait expliquer en partie pourquoi des densités élevées favorisent parfois davantage de maladies. Mais il faut aussi tenir compte de la croissance réelle : dans certaines conditions de stress hydrique, une culture plus dense peut simplement avancer plus vite dans son cycle sans que l’on puisse comparer directement les feuilles au même stade.
Rôle de la matière organique, de l’activité biologique et de la structure
Le carbone du sol, l’activité biologique et la structure du sol font baisser le redox et augmentent l’effet tampon. Ils permettent au système de rester plus proche de la cible.
Les plantes et les litières tamponnent aussi la température et l’humidité. Les racines contribuent à développer la structure du sol grâce :
- aux exsudats,
- à la rhizodéposition,
- à la stimulation de la microflore,
- à l’activité de la macrofaune.
Peu à peu, la structure du sol s’améliore. Cette amélioration :
- favorise l’aération,
- améliore le stockage de l’eau,
- régule le pH,
- régule le redox,
- régule la conductivité électrique.
Au final, on obtient un sol qui fonctionne mieux, avec une meilleure nutrition des plantes, davantage de fixation d’azote quand on introduit des légumineuses, moins d’intrants nécessaires, plus de biomasse produite et un système qui se stabilise progressivement.
Travail du sol, gradients et inversion du fonctionnement naturel
En comparant plusieurs types de sols, des mesures montrent que le labour modifie fortement les gradients naturels de redox dans le profil.
Dans un fonctionnement naturel de type forestier :
- la surface est plus réduite, car elle contient plus de matière organique ;
- juste en dessous, le milieu est plus oxydé ;
- plus en profondeur, le manque d’oxygène fait redescendre vers la réduction.
Le labour enfouit la matière organique et inverse ce gradient. Cette inversion est significative statistiquement sur plusieurs types de sols.
Selon Olivier Husson, cela pourrait aussi influencer les mouvements de bases échangeables dans le profil. Si le gradient électrique naturel est inversé, les forces électriques pourraient favoriser une migration des bases vers le bas. Il présente cela comme une hypothèse logique à étudier.
Cette réflexion est liée aux observations faites en semis direct sous couverture végétale : on y voit souvent les racines très concentrées dans les 5 à 10 premiers centimètres, alors qu’en labour elles se développent davantage dans l’horizon inférieur.
Semis direct sous couverture végétale et effet tampon
En Côte d’Ivoire, des mesures comparant labour et semis direct sous couverture végétale montrent que le redox fluctue moins en semis direct. Le pH varie peu, mais l’humidité du sol est plus élevée et mieux maintenue sous semis direct.
Le redox n’est pas forcément très différent en valeur absolue, mais il est plus tamponné. Et comme l’humidité reste meilleure, les plantes continuent à fonctionner plus longtemps. Dans les périodes où l’humidité descend trop bas, la plante ne fonctionne plus.
Cela montre qu’il faut toujours interpréter le redox en même temps que l’humidité.
Résumé pratique
Il est facile d’oxyder un système. Oxydent notamment :
- le drainage,
- la sécheresse,
- le feu,
- de nombreux engrais minéraux, surtout avec nitrates et chlore,
- les pesticides,
- le labour,
- l’oxygène,
- le soleil sur un sol nu.
Réduire est plus difficile. Ce qui aide à réduire, ce sont notamment :
- le soleil lorsqu’il est capté par des plantes,
- l’eau, via l’irrigation et surtout une bonne réserve utile,
- les couvertures végétales,
- la production de biomasse,
- la matière organique,
- l’activité biologique,
- l’urée parmi les engrais minéraux.
Ce qui tamponne le système, ce sont surtout :
- la matière organique,
- l’activité biologique,
- les argiles,
- la couverture du sol, qui agit aussi via l’eau et la température.
Un système fonctionnel au niveau redox est donc un sol vivant, bien structuré, couvert, riche en activité biologique, capable de ralentir les variations trop brutales et de se maintenir dans la zone cible. C’est cela qui permet de jouer avec les pratiques pour rester dans un état favorable.
