4 milieu biologique 2008
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8/14/2019 4 Milieu Biologique 2008
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1
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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cours de pdologie - DM - 2008 3
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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cours de pdologie - DM - 2008 5
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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B - Rle des organismes
II - Faune :
Fragmentation des dbris
Fouissage
Htrotrophes et arobies
Production de dchets
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B - Rle des organismes
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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B - Rle des organismes
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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B - Rle des organismes
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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B - Rle des organismes
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
donneur d e- donneur oxyd
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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cours de pdologie - DM - 2008 15
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
donneur d e- donneur oxyd
(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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cours de pdologie - DM - 2008 18
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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cours de pdologie - DM - 2008 19
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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5 - Le sol : milieu biologique
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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cours de pdologie - DM - 2008 23
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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cours de pdologie - DM - 2008 27
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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5 - Le sol : milieu biologique
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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54 Ecologie de lhumification
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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54 Ecologie de lhumification
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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54 Ecologie de lhumification
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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