4 milieu biologique 2008

8/14/2019 4 Milieu Biologique 2008

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Qualit des sols

Plan du cours

1 Dfinitions - Historique

2 - Le sol : compartiment spcifique delenvironnement

3 - Le sol : milieu physique

4 - le sol : milieu ractif

5 - le sol : milieu biologique


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cours de pdologie - DM - 2008 2

5 - Le sol : milieu biologique

51 - Le sol, milieu vivant : origine et

diversit de la matire organique

511 - Les tres vivants

512 - La matire organique morte


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Organismes Nombre individus

/ g de sol sec

Biomasse

kg / haBactries 10

6 109 1500

Champignons nd 3500

Algues 103 105 10 1000

Racines nd 6000

Total 12 000

La microflore

A Inventaire des formes de vie

511 Les Etres vivants


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La faune

Organismes Nombre individus

/ m2

Biomasse g /

m2

Protozoaires 109 1011 6 30

Nmatodes 1 30.10 6 1 30

Lombrics 50 400 20 400

Acariens 20.103 400.10 3 0,2 4

Collemboles 20.103 400.10 3 0,2 4

Larves d'Insectes < 500 4,5

Myriapodes 120 1100 1,5 22,5

Isopodes < 1800 < 4Total 260.10 6 150


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La faune

Catgories longueur Groupes

microfaune 0,2 mm Protozoaires

msofaune 0,2 4 mm Nmathelminthes et

Arthropodesmacrofaune 4 80 mm Annlides, Mollusuqes,

Arthropodes

mgafaune > 80 mm Vertbrs


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B - Rle des organismes

I - Racines :

absorption d eau et de nutriments

production de biomasse

production de biomasse racinaire

rhizodposition

effet rhizosphre


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II - Faune :

Fragmentation des dbris

Fouissage

Htrotrophes et arobies

Production de dchets


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III - Bactries et microorganismes :

2 grands types trophiques (source de C, d e- etd Energie) :

autotrophie htrotrophie

diffrents comportements respiratoires :

arobiose anarobiose facultative

anarobiose obligatoire


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III Micro-organismes

Les types trophiques (source de C, d e- et d Energie) :

Source dnergie : lectromagntique

chimique

Source de carbone : CO2

C organique

Donneur dlectron : minral

organique

8

types

thoriques


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Les 4 principaux types trophiques

Source de carbone

Source primairednergie

Inorganique (minral) organique

nergielectromagntique

nergie chimique

Photolithotrophes(PHOTOSYNTHESE)

Chimiolithotrophes(CHIMIOSYNTHESE)

Photo-organotrophes(pas dorganismes particuliers ; plutt

transitoire)

Chimio-organotrophesmitochondrie animaux

myctes


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III Micro-organismes

Les types de respiration :

Arobies : accepteur final de-

= O2

Anarobies : accepteur final = autre minral oumatire organique (pyruvate = fermentations)


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donneur d e- donneur oxyd

accepteur final accepteur rduit

Squelettes carbons

mtabolism

e

nergie cellulaire

e-

Source de

carbone

Doc. 39 - Schma gnral du mtabolisme des chimiotrophes.


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III Micro-organismes (Bct et Myctes)

Les chimiolithoautotrophes :

nergie dun minral

fixation du CO2

arobiose

Les chimioorganotrophes :

nergie et carbone / matire organique

arobiose ou anarobiose


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14Doc. 40 - Diagramme simplifi de la chimiolithoautotrophie arobie.

chanesrespiratoires


O2 H2O

Fixation duCO2

H2 H2O Hydrognobactries

NH4+ NO2- Bct nitreuses (Nitrosomonas)

NO2- NO3- Bct nitriques (Nitrobacter)

S0/S2- SO42- Bct sulfooxydantes (Thiobacillus thiooxidans)

Fe2+ Fe3+ Bct ferrooxydantes (Thiobacillus ferrooxidans)

nergie cellulaire etsquelettes carbons

Synthse de M.O.

Glycolyse, cycle

de Krebs,

nergie

nergie cellulairee-


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Oxydation de lazote minral formation du nitrate et de HNO3

Oxydation du fer prcipitation/ insolubilisation du Fe3+

Oxydation du S en S04- acidification H2SO4

3 Consquences importantes de la

chimiolithoautotrophie


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16Doc. 41 - Diagramme simplifi de la chimioorganotrophie et des respirationsarobies et anarobies.

O2 H2O Bct arobies

NO3- N2 Bct dnitrifiantes

Fe3+ Fe2+ Bct ferrirductrices (Geobacter ;Geothrix)

S H2S Bct sulforductrices

SO42- H2S Bct sulfatorductrices

CO2 CH4 Bct mthanognes


(M.O.)

accepteur final accepteur rduit

=> CO2, H2CO3, R-COOH,.

-

potentie

l

redox

+

fermentations

chanesrespiratoires

nergie cellulaire et

squelettes carbons

Glycolyse, cycle

de Krebs,

nergie cellulairee-


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3 Consquences de la

chimioorganotrophie En arobiose

Recyclage total du C

En anarobiose modre Dnitrification Rduction et solubilisation du fer

En anarobiose forte H2S et CH4

Formation de composs organiques complexants


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Conclusions sur le mtabolisme

des micro-organismes et la biologiedes sols

Conditions de vie dterminantes pour les

types dorganismes et lactivit desorganismes ;

Productions mtaboliques caractristiquesdu milieu sol : nitrate, Fe3+, CH

4, .


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Aspects quantitatifs des litires

1 - Fort :

tempre, 2 4 TMS/ ha / an

quatoriale, 10 15 TMS / ha / an

2 - Forts avec strate herbace continue, gramines

apportent 40 50 % de la litire.

Steppe :

3 - Apports = scrtions racinaires et dcomposition des

racines.

512 La Matire organique morte


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Aspects qualitatifs

Glucides : hexoses, polysaccharides (amidon,

cellulose)

Protides : protines, AA

Composs phnoliques :

Lignines : polymres de haut poids

molculaire, imprgnent les fibres de

cellulose dans le bois.

Tannins : molcules lis des protines

Pigments bruns : dchets du mtabolisme

Bio-

dgradables

Biostables

Doc. 33 Les deux types de matires organiques


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51 - Le sol, milieu vivant : origine etdiversit de la matire organique

52 - Le sol, bio-racteurs:biodgradations et biosynthses


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Matire

Organique

Frache

Matire Minrale

CO2, NH4+

, Ca2+

,

K+,...

Production de matire vivante

Production primaire =Photosynthse

Production secondaire Absorptionminrale

Litire, djections

animales, cadavre,

dchets

Minralisation Primaire

HUMUS

HumificationMinralisation secondaire

Doc. 34 - Schma gnral de lvolution de la

matire organique dans les sols

521 Minralisation et humification


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522 - Composition de lhumus

1 -Humine hrite = molcules non dgradables ou non encoredgrades, hrites de la MOF ; structures tissulaires (fibres, cuticules,

cires,...)

2 -Substances humiques de transformation = acides fulviques,acides humiques, humines dinsolubilisation.

3 -Humine de noformation = humine microbienne

(polyssacharides, protines) nosynthtise par les tres vivants du sol.


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Humification des molcules stables

Lignines, tannins, pigments bruns

prcurseurs phnoliques solubles

(molcules de petites dimensions)

Acides fulviques

Acides humiques

Humine dinsolubilisation

Champignons de lapourriture blanche :

Lpiote, Agaric, Armillaire

Molcules

de taille de

plus en plus

grande.

Molcules

de moins en

moins

solubles.

Processus

biologiques et

processus physico-

chimiques

Doc. 35 - Schma gnral de la synthse des matires humiques dans les sols.

dgradation

polymrisation

polymrisation

polymrisation


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N

R

NH

OC

CH

NHO

H

O

O

OH

OH

COOH

COOH

O

H

OO

CH2

O

N

C O

O

O

O

O

COOH

OH

OH

COOH

OH

OHCH

COOH

CH

CH

O

O

(HC OH)4

C

OR

O

OH

C

O OH OHO

C

HO

O

C

O

OH

C

OH

C OH

O

OH

C

O

OH

C

OH

O

C COH

C

C

OH

O

O

C OH

C

OHO

HO C

O

OH

HO

O C

OH

O

O

OH

C

OH

C

O

OH

O

HO OH

C

OH

O

OH

OH

COH

O

O

OH

CO

HO

O

CHO

C

OH

COH

O

OH OH

OH

Acides fulviques : 2000

3000 daltons, hydrosolubles

Acides humiques : 3000

300 000 daltons, insolubles

dans leau

Doc. 36 Exemples de matires humiques.


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Acides fulviques Acides humiques Humines dinsolubilisation

augmentation du degr de polymrisation

augmentation du PM

augmentation de la teneur en C

Diminution de la teneur en N

diminution de le teneur en O

diminution de la capacit dchange

Caractristiques des composshumiques de transformation


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524 - Proprits des substances humiques

1 - Solubilit/insolubilit dans leau

2 - Insolubilisation par le Ca2+

3 - Raction hydrophile

4 - Acidit ; pH faible = 2

5 - Capacit dchange 100 400 mq/100g.

Ba > Ca > Mg > K > Na > Li

6 - Liaison avec ions mtalliques (Fe, Al)

consquence : complexe argilo-humique = CAH

= Complexe absorbant ou adsorbant.


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C O O H C O O HC O O H

C O O H

C O O HC O O H

C O O HO H

O HO H

O H

O H

M M MMH 2 O H 2 O

a r g i l e

a c i d e sf u l v i q u e s

h u m i n e

a c i d e s h u m i q u e s

525 - Le C.A.H. = Complexe Argilo-Humique

Doc. 37 - Schma gnral du CAH.


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51 - Le sol, milieu vivant : origine etdiversit de la matire organique

52 - Le sol, bio-racteurs:biodgradations et biosynthses

53 Les types dhumus : notion defertilit des sols


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Matire

Organique

Frache

Matire Minrale

CO2, NH4+

, Ca2+

,

K+,...

Minralisation primaire

HUMUS

HumificationMinralisation secondaire

Minralisation et Humification


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1 - Minralisation > Humification

Activit biologique importante (Lombrics, Bactries)

Recyclage rapide des lments chimiques Evolution rapide vers humines dinsolubilistion

Production importante de CO2 et dlments minraux

Fertilit grande et Production primaire importante

HUMUS = MULL

(humus doux)

531 - Type dcosystme - Vitessedvolution


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2 - Humification > Minralisation

Activit biologique faible (Arthropodes, Champignons)

Recyclage lent des lments chimiques

Accumulation de litire et dhumine hrite

Prcurseurs phnoliques et acides fulviques solubles Production faible de CO2 et dlments minraux

Fertilit et Production primaire faibles

HUMUS = MODER (humus intermdiaire)

ou MOR (humus brut)


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Doc. 38 - Type dhumus, recyclage des lments

et productivit vgtale. (TOUTAIN, 1987)


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532 - Facteurs de lhumification

Temprature

pH, richesse minrale, richesse en argile

Aration

C/N = C organique/N total

10 20 % : minralisation >> humification

(Vgtation base de Gramines, aulne, frne,

charme....)

25 % minralisation = humification

> 50 % humification >> minralisation (Vgtation

base de Callune, Bruyre, Rsineux, tourbes....)


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54 Ecologie de lhumification

542 La brunification :-sols riches en argile et en Fe

- trs bonne structuration, sols ars, Fe oxyd,li MO et argile

-trs bonne activit biologique volution dela MO en humine dinsolubilisation

- recyclage de la MO trs facile, humus MULL


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541 La carbonatation :

-sols trs riche en Ca prcipitation en CaCO3

-MO de surface encapsule par carbonates

prcipits

beaucoup dhumine hrite-recyclage (activit biologique) lent (minralisationbloque)

- humus = MOR ou MODER calcique ou carbonat


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543 Le lessivage :

-sols moyennement riches en argile, mais pauvresen Fe

- liaison argile-MO mauvaise- argile lessive

- sols rapidement appauvris en CAH, donc en cations,acidification en surface

-activit biologique moyenne ; humus MODER


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544 La podzolisation :

-sols pauvres en argile ET en Fe et autres cations

- pas de liaison en MO et MM

- entranement de la MO peu volue par leau depercolation

- MO chlates les cations prsents

- prcipitation de la MO et de la MM en profondeur =perte pour le sol et les plantes

-activit biologique trs lente ; humus = MOR


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Fin


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S l

Fig 21 Schma du


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Sol

Extraction par les bases (NaOH 0,5N)

Redissolution dans NaOH 0,5N+ addition dun lectrolyte (NaCl 2N

Solubletraite par les acides (HCl 0.1N)

Soluble

ACIDES FULVIQUES

Prcipit

ACIDES HUMIQUES

Trait lalcool 95%

Insoluble

HUMINE

SolubleAcide hymatomlanique

Prcipit

Acides humiques

i

Soluble

Acides humiques

b

Fig. 21 - Schma du

fractionnement des substances

humiques du sol (daprs H.

Chamayou et J.P. Legros)

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