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Matière organique et Humus

__Matière organique__

La matière organique désigne la matière plus ou moins décomposée d'origine animale et végétale qui se trouve dans le sol.

Rôles de la Matiere organique
  1. Activation de la vie du sol.
  2. Amélioration de la structure grumeleuse du sol.
  3. Apport d'éléments nutritifs.
  4. Stockage des éléments nutritifs dans le complexe argilo humique.

Différentes formes

Elle se présente sous différentes formes.

La matière organique fraîche (débris végétaux et déjections animales, résidus de cultures, racines mortes, microorganismes morts etc).

La Matière organique compostée, c'est-à-dire ayant subi un début de décomposition active par des microorganismes. Ces composts sont enrichis en corps microbiens et en leurs sécrétions.

La matière organique évoluée dont le stade de décomposition est suffisamment avancé pour qu'un début de restructuration moléculaire ait conduit à la fabrication d'humus.

Devenir

Les matières organiques, promises à la décomposition et à l'humification, se classent en deux catégories.
La première correspond aux matières organiques qui sont riches en sucres solubles et en azote (engrais verts, lisier,purin…), qui se décomposent vite, qui donnent une grande quantité de composés hydrosolubles vite utilisés et qui ne laissent pratiquement pas d'humus .
Les éléments nutritifs apportés sont rapidement utilisable par les plantes.

La seconde correspond aux matières organiques qui sont riches en lignine ou cellulose et beaucoup moins en azote(paille, fumier pailleux, BRF..). Ces matières organiques se décomposent lentement et conduisent surtout à la fabrication des précurseurs de l'humus. Elles vont activer la vie du sol (faunes, champignons…).
Elles vont contribuer par la formation du complexe argilo humique à l'amélioration de la structure du sol et au stockage des éléments nutritifs.

En plus des substances nutritives et de l'humus, l'activité microbienne conduit à la synthèses de nombreuses molécules en quantité plus faibles : Substances mucilagineuses ou gommeuses qui participent à la stabilisation du sol.
Substances aux propriétés hormonales ou antibiotiques qui sont bénéfiques à la croissances des plantes.

__Humus__

L'humus peut être défini comme le composé final de la dégradation de la matière organique de type lignine ou cellulose formée de grosses molécules.
Sous l'action des organismes vivants du sol, ces macromolécules subissent une décomposition qui a pour effet de produire des molécules plus simples. Ces composés simples peuvent ensuite suivre deux voies : celle de la minéralisation primaire qui libère des composés minéraux (sulfates, phosphates, CO2…) ou celle de l'humification qui produit des molécules organiques nouvelles, plus complexes, dont l'ensemble forme l'humus.
L'humus se lie généralement à des argiles, ou autres minéraux fins du sol, pour former des complexes argilo-humiques qui se matérialisent par de petits agrégats. Ces complexes jouent un rôle essentiel sur la structure du sol, sur ses propriétés mécaniques, physiques, hydriques et chimiques.
La valeur agronomique des sols cultivés et la physiologie des végétaux sont dépendantes de la quantité et de la qualité du complexe argilo-humique (rétention de l'eau, fixation d'oligo-éléments, action stimulante sur la formation et la croissance des racines…)
Le processus d’humification fait partie intégrante des cycles de minéralisation du carbone, de l’azote ou du soufre assurant un remplacement continu de ces éléments passant de l’élément constitutif à l’élément nutritif. Il permet l’enrichissement du sol en azote et autres éléments minéraux.

Cycle simplifié de l'humus

évolution de la Matière organique
  1. Désagrégation : Macro et microfaunes du sol déchiquètent et décomposent la matière organique et l’incorporent au sol. Ils produisent des boulettes fécales qui seront consommées par d'autres microorganismes.
  2. Bioreduction : Champignons, Actinomycètes, quelques bactéries grâce à leurs enzymes digèrent lignine, cellulose, protéïnes…,pour les réduire en molécules plus simples, molécules préhumiques.
  3. Synthèse : Des bactéries ou des phénomènes chimiques reprennent ces molécules pour les transformer en humus molécules à fort poids moléculaires (acides humiques,acides fulviques,humine…).
  4. Complèxation : Les vers de terre remontent les argiles et les ions Ca++ des couches plus profondes du sol, ingèrent cet humus et forment les agrégats argilo-humiques pendant le transit digestif .
  5. Minéralisation : des bactéries minéralisent l'humus pour mettre à disposition des plantes les éléments nutritifs contenus dans le complexe argilo humique.

Formation et rôle des composés humiques

Les substances humiques sont les constituants majeurs de la matière organique. Ce sont des macromolécules carbonées complexes provenant de la dégradation et de la transformation de la matière organique. Elles présentent de nombreux effets sur l’environnement au niveau du sol, des plantes ou des microorganismes. Elles sont décrites comme des molécules stimulantes. Elles ont une influence favorable sur la structure du sol, sur la croissance et sur le développement des plantes.
Elles proviennent de la décomposition et recomposition de différentes matières organiques.

Décomposition des molécules précurseur de l'humus

La cellulose ( bois, paille…) Polymère (C6 H10 O5)n C'est aussi le composant principal des fibres textiles (lin, coton…), la cellulose s'imbibe d'eau: la fibre gonfle de 20 à 30 %. Le degré de polymérisation varie selon les fibres.
La cellulolyse se fait en présence de cellulase de bactéries ou de champignons. Les bactéries possédant de la cellulase appartiennent à de nombreux groupes; elles sont généralement aérobies mais il existe des anaérobies (Clostridium) dont l'action est moins rapide sauf s'il s'agit de bactéries thermophiles. Les champignons sont aérobies stricts; leur action est plus lente (Penicillium, Aspergillus, Polyporus…) Un cas particulier est celui de la microflore intestinale des ruminants et des termites.

La dépolymérisation de la cellulose passe par des produits intermédiaires comme le cellobiose.

Hemicelluloses Ce sont des glucides polymérisés qui donnent à l'hydrolyse des oses variés (hexoses, pentoses) et des acides uroniques.

Pectines Polymères de l'acide pectique

Abondantes dans la pomme (17%), l'écorce d'orange (25 %), la feuille de tilleuil (20%). Les pectines sont attaquées par les agents pectinolytiques, la cellulose résiste.Les agents de décompositions sont des bactéries anaérobies et des champignons; ils sont abondants dans les d'éjections de lombric.

Lignines Substances ternaires polymèrisées de haut poids moléculaire, trés stables, à base de motifs phénylpropane (C6-C3); elles peuvent constituer jusqu'à 40% de la matière humique. Les lignines incrustent et cimentent les fibres cellulosiques du bois et de nombreuses autres plantes (pailles). Sa dégradation est lente; elle libère des noyaux phénoliques. La ligninolyse est effectuée par des bactéries et surtout de nombreux champignons basidiomycètes(Polypores, Agarics).

Chorophylles On en retrouve les noyaux tetrapyrroliques dans l'humus.

Protéines__ Provenant du cytoplasme, elles sont hydrolysées par des protéases et des polypeptidases sécrétées par la cellule elle-même au cours de sa sénescence (autolyse).

Acides nucléiques Ils sont incomplètement dégradés dans le sols; les bases libérées sont adsorbées sur les argiles.

Chitine Composant des carapaces d'Arthropodes; décomposées en glucose et NH3.

Brunification et mélanisation

L'interaction entre oligo- et monomères donne des polymères colorés sombres qui sont les précurseurs des molécules humiques . Les oses s'associent aux amino-acides puis se polymérisent en substances sombres, les mélanoïdines. Les phénols provenant de la lignine et des pigments cellulaires s'oxydent en quinones puis polymérisent en polyphénols. L'addition des groupements NH2 des protéines sur les noyaux aromatiques aboutit notamment à des mélanines. La polycondensation des phénols est particulièrement rapide en sols carbonatés (humus trés noir des rendzines).

Formation et structure des macromolécules humiques.

La formation des composés humiques est complexe et partiellement connue.
Elle met en jeu des phénomèmes chimiques et biologiques. Des microorganismes essentiellement des bactéries synthétisent des macromolécules de substances parahumiques et humiques, à partir de monomères phénoliques simples.
Suite à la décomposition des bactéries, les phénols synthétisés par ces bactéries sont oxydés et transformés en quinones. Leurs structures sont partiellement dégradées, transformées et recombinées en molécules humiques stables par des réactions enzymatiques et des réactions d’auto-oxydation de composés phénoliques auxquels se joignent des composés azotés, jouant éventuellement le rôle de pont.
Les unités aromatiques peuvent être d’origine variée, produits de dégradation de la lignine, ou le résultat de néoformation microbienne.
Les molécules formées sont très nombreuses et variées, elles sont regroupées en famille en fonction de leurs tailles et propriétés.

Dans la pratique, on peut distinguer 4 fractions dans l'humus:

  1. l'humine héritée (lignine transformée)
  2. les biomolécules (humine microbienne)
  3. les acides fulviques et humiques facilement extractibles
  4. les acides humiques et l'humine de fort poids moléculaire.

Le poids moléculaire augmente des acides fulviques (500-2 000) aux acides humiques (50 000-100 000) et à l'humine.

L'humine héritée a une structure proche de la matière organique d'origine, généralement la lignine. On la trouve dans les mor et les moder ainsi que dans les milieux trop riches en calcaire.
Ce sont des composés peu soluble n'ayant pas de propriété colloïdale.

Les humines microbiennes sont des chaines aliphatiques : polyosides, polypeptides, acides gras. Elles sont produites par les micro-organismes et sont facilement biodégradées.

Les acides fulviques sont les plus petites molécules. Du fait de leur grand taux en acide carboxylique, elles sont très acides,n'ont pas de propriétés colloïdales, entraine la dispersion des argiles.
Leur formation est favorisée par un milieu acide et mal aéré.
Ils sont défavorables à la structure du sol.
Ils ont la capacité de dissocier les minéraux originels du sol,
diminue la fixation du phosphore et augmente donc sa disponibilité,
Ils ont des propriétés intéressantes pour la stimulation de la croissance des plantes.

Les acides humiques, ce sont des acides faibles qui n'acidifient pas le sol;
On distingue
Les acides humiques gris, ils proviennent de la synthèse microbienne.
Ils sont riches en azote. En floculant avec l'argile et le Calcium il forme le complexe argilo-humique stable. Ils sont très favorables à la structure granuleuse des sols. Leur formation est favorisée en sol calcaire.
les acides humiques bruns. Ils sont le résultats de la dégradation incomplète de la lignine puis de polymérisation et fixation d'azote.
Ils contiennent moins d'azote que les gris et floculent plus lentement formant un complexe argilo humique moins stable. Ils sont plus facilement minéralisés.

L'humus est un mélange de ces molécules en proportion variable qui peuvent évoluer d'une forme à l'autre aux cours des saisons.

Minéralisation

La phase de minéralisation correspond à la destruction de l'humus stable. Chaque année 1.5 à 2% de l'humus est minéralisé, libérant et mettant à la disposition des plantes des éléments nutritifs minéraux et organiques.

Condition pour la formation de L'humus

En région tempérée, la matière organique de départ, l'acidité du sol, le taux de calcium, l'aération du sol, Le climat et en particulier la température vont influer sur le type d'humus qui va se former et sur son évolution.

La formation du complexe argilo humique est dépendante des caractéristiques du sol Les facteurs favorables sont :
  1. un sol pas trop acide
  2. présence de vie dans le sol
  3. sol aéré
  4. présence d'argile
  5. présence de Calcium

Propriétés des humus

Effet sur la structure du sol :
Colloïde macromoléculaire, en floculant avec les argiles, les acides humiques forment le complexe Argilo-humique qui assure la cohésion des particules élémentaires du sol.
Aération
Au sein de ces agrégats, la présence de micro-porosités permet de maintenir une structure aérée où l’eau et l’air peuvent circuler.
Outre l’aération du sol, la surface d’échange gazeux entre le sol et l’atmosphère et sa capacité de rétention d’eau sont augmentées. L’eau pénètre plus facilement dans le sol ce qui limite les risques d’érosion et de compactage. Augmentation de la réserve en eau
Tout comme les argiles les substances humiques retiennent jusqu’à 20 fois leurs poids en eau aidant à prévenir le dessèchement et améliorent la rétention de l’eau dans les sols sableux .
La couleur sombre favorise l’absorption de l’énergie solaire et le réchauffement des sols.
Réserve en nutriments
Le complexe argilo- humique est chargé électronégativement permettant des liaisons entre les substances humiques et les cations solubles du sol.
Ces complexes peuvent aussi interagir avec des ions, des oxydes, des hydroxydes métalliques et des minéraux pour former des complexes organométalliques.
La matière organique influe sur les réserves minérales des sols et améliore la biodisponibilité des éléments pour les végétaux en limitant leur précipitation ou leur lessivage.
Grâce à ses propriétés chélatrices, l’humus forme des complexes stables avec Cu2+, Mn2+, Zn2+, et autres cations polyvalents ce qui favorise la biodisponibilité des micronutriments pour les plantes. Lors de la minéralisation La décomposition des substances humiques donne : CO2 , NH4 +, NO3 -, PO4 3-, SO4 source de nutrition pour les plantes. Détoxification
Ils permettent également la détoxication en complexant les métaux lourds.
Pouvoir tampon
La capacité d'échange leur confèrent un pouvoir tampon qui permet de limiter les variations du pH.

Vie du sol
La présence de substances humiques améliore l’activité biologique des sols en fournissant aux microorganismes hétérotrophes un substrat énergétique et carboné. La variabilité des composés organiques entretient la diversité de la population microbienne.

Effets sur les plantes
Les effets des substances humiques sur la croissance des végétaux sont généralement liés à l’absorption élevée d’éléments minéraux par les végétaux.
L’absorption des macroéléments (N, P, K, Mg, Ca) et des micro-éléments (Cu, Fe, Zn.) augmente en présence d’acides humiques , d’acides fulviques , de compost ou de léonardite .
L’absorption des éléments par la racine est cependant fortement dépendante de la concentration des substances humiques dans le milieu, les fortes teneurs sont inhibitrices.
Outre l’action indirecte via la nutrition minérale , on observe des effets directs impliquant l’assimilation des molécules organiques qui modifient les processus biochimiques et le métabolisme cellulaire des plantes.
Ces effets s’avèrent positifs ou négatifs selon les concentrations et les équilibres mais induisent généralement une augmentation de la biomasse des plantes.
Dès les premiers stades de développement, les substances humiques présentent des effets positifs sur la germination.
Elles présentent des effets importants sur la rhizogénèse.
Les réponses se traduisent par un accroissement du nombre et de la longueur des racines . On observe l’absorption et la translocation des composés humiques dans la plante. L’accumulation des acides humiques s’effectue principalement dans la racine et une faible fraction est transférée vers les parties aériennes .
Les fractions fulviques, de faibles poids moléculaires, sont prélevées activement et de façon préférentielle par les plantes. Leur translocation dans les parties aériennes est plus importante, elles agissent de manière directe sur la respiration, favorisent la production d’ATP, d’acides aminés, de sucre et protéines, donc la croissance des plantes.
L’effet direct des substances humiques sur la croissance des plantes implique l’interaction de plusieurs processus biochimiques de stimulation et d’inhibition.
La variabilité des effets dépend de la nature et de la concentration des acides humiques.

On observe des actions de type hormonales.

Andreux F. (1979) - Genèse et propriétés des molécules humiques. in Bonneau M. et Souchier B., Constituants et propriétés du sol. Masson

Bonneau M. et Souchier B. (1979) - Constituants et propriétés du sol. Masson

Duchaufour P. (1991) - Pédologie. Masson.

Morel R. (1996) - Les sols cultivés. Lavoisier, Paris.

Prévot A.R. (1980) - Humus. Ed. de la Tourelle, St Mandé.

 
matiere_organique_et_humus.txt · Dernière modification: 2012/11/09 20:34 par phil69     Haut de page
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