Lactivit biologiquedes sols Mthodes dvaluation1

v i t i c u l t u r eLactivit biologiquedes sols Mthodes dvaluation1

Lactivit biologique des sols

Quest-ce que lactivitbiologique?

La plupart des transformations dintrtagronomique dans le sol sont doriginebiochimique. Leur droulement estconditionn par la prsence dtresvivants et par leurs enzymes. Ces rac-tions sont aussi impliques dans les pro-cessus de formation du sol (pdogense)et de la nutrition des plantes.

Un sol nexiste que lorsque des organismesvivants et des matires organiques sajou-tent aux minraux issus de la dcomposi-tion de la roche. Ce systme complexe(organismes vivants, matires organiques,minraux) contribue activement aux pro-cessus daltration des roches, de forma-tion des agrgats, de migrations,autrement dit la pdogense.

La nutrition des plantes dpend aussi deractions biochimiques. En effet, lesmicroorganismes, loin dtre rpartis demanire homogne dans le sol, formentautour des moindres racines une sortede film continu (la rhizosphre). Cest ce niveau quont lieu les changes entreles matires organiques et minrales dusol et la plante.

La connaissance de lactivit biologiquedun sol permet donc dapprocher ladynamique dvolution du sol et lescapacits dchanges entre le sol et laplante.

Quelles approches possibles?

Le fonctionnement gnral des sols ainsique certaines de leurs proprits agro-nomiques, sont lis plus ou moins direc-tement lactivit des trs nombreuxtres vivants quils contiennent. Il estdonc tout fait lgitime, surtout enagriculture biologique, de chercher utiliser des mesures biologiques pour

mieux connatre et grer les sols dansune perspective agronomique.

Quelles sont les mesures biologiques etbiochimiques oprationnelles, cest-dire vritablement utilisables pour jugerdes effets des pratiques agricoles sur laqualit des sols et de lenvironnement ?Ces mesures peuvent-elles tre utilisesen agriculture biologique comme outildaide la dcision, pour valuer lespotentialits des sols ou aider grer lafertilisation ?

Il faut reconnatre quaujourdhui encoretrs peu de grandeurs biologiques oubiochimiques sont la fois mesurablesaisment et interprtables en termesagronomiques. Nous prsentons danscette fiche les principales mthodes delaboratoire, applicables des chan-tillons de sols et susceptibles dapporterdes informations utiles sur certaines pro-prits agronomiques des parcelles dontles chantillons sont issus.

Cette dmarche analytique est compl-mentaire de lobservation agro-pdolo-gique de terrain. Les mesures biologiquescompltent les mesures classiques, ellesne peuvent sy substituer.

En effet, pour interprter correctementles rsultats des dterminations biolo-giques, il est ncessaire de disposer desrsultats de lanalyse de terre classique,sur le mme prlvement.

Les indicateurs delactivit biologique

Les approches globalesindicatrices de lactivitbiologique

La biomasse microbienne

La notion de biomasse microbiennerecouvre lensemble des microorganis-mes du sol : bactries, champignons, etc.La mthode utilise pour valuer la bio-masse microbienne du sol consiste mesurer le carbone (ou lazote) quellecontient. La technique la plus utilise estla fumigation-extraction, qui fait appelaux vapeurs de chloroforme et au dosa-ge du carbone solubilis par ce traite-

Prlvement d'chantillons de sol dans une vigne biologique (essai sur les effets du cuivre sur les microorganismes du sol)

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1 Fiche rdige partir du document sur les mtho-des dvaluation de lactivit biologique de lITAB,consultable sur le site de lITAB : www.itab.asso.fr la rubrique agronomie.

ment. La diffrence du carbone orga-nique soluble entre les chantillonsfumigs et non fumigs donne la quan-tit de carbone extractible doriginemicrobienne.

Cette quantit est directement propor-tionnelle la biomasse. La biomassemicrobienne est donc une mesure globale,reprsentant une quantit de carbonevivant dans le sol. Le rsultat peut treexprim en valeur absolue (mg de C par kgde sol), mais galement en pourcentage ducarbone organique total du sol.

Cette mthode prsente lavantage dtreuniverselle (applicable tous types de sol),pratiquement normalise et relative-ment facile mettre en uvre. Elle donnedes rsultats parfaitement reproductibleset avec une prcision rarement atteinte enbiologie. Grce cela, elle a dtrn lesnumrations de germes qui taientautrefois utilises.

Le pool de matires organiquesdu sol

La matire organique du sol ne formepas un ensemble homogne : il sagit aucontraire dun mlange de diffrentscomposs, plus ou moins complexes au

plan biochimique et plus ou moins biod-gradables au plan biologique.

La majeure partie de la matire orga-nique du sol est trs stable et ne partici-pe pratiquement pas aux cyclesbiogochimiques. La fraction vivante (labiomasse microbienne) a un taux derenouvellement important mais nereprsente quun faible pourcentage (1 3 %) de la matire organique totale.

Entre la biomasse microbienne et lhu-mus trs stable, on peut imaginer lexis-tence dune fraction organiqueintermdiaire dite pool labile, qui vajouer un rle important dans les cyclesbiogochimiques.

Pour quantifier cette fraction organique(pool labile), plusieurs approches com-plmentaires sont possibles.

Extraction leau chaude

Il sagit dune approche biochimique encohrence avec lapproche biologiquepralable.

Les matires organiques extraites (16heures 80C minimum) correspon-dent des matires organiques degense rcente, mal dfinies chimi-quement, mais qui semblent jouer unrle dans lagrgation des particules desol et la stabilit des agrgats. Pour untype de sol donn, ce pool de matireorganique est gnralement bien cor-rl la taille de la biomasse microbi-enne dans des systmes lquilibre.

Fractionnement granulomtrique

Cette approche, de type physique,consiste valuer les stocks de carbo-ne et dazote organique associs auxdiffrentes fractions granulomtriquesdu sol. Les fractions grossires (> 50m) sont formes de matires orga-niques reconnaissables : rsidus dori-gine vgtale ou provenantdamendements organiques nondcomposs ou en cours de dcompo-sition, parfois partiellement humifis,dbris racinaires ...

Les fractions fines (

adsorbes sur des matires organiquesou minrales (argiles, etc.),

formant des co-polymres avec dessubstances humiques.

Les activits les plus courammentmesures sont les suivantes.

Oxydo-rductases

Il sagit denzymes de type respiratoire,dont la plus courante est la dshydro-gnase. Cette mesure est parfois inclu-se dans des tests cotoxicologiquespour une estimation rapide de lactivi-t globale du sol ; toutefois les rsul-tats sont assez variables en fonctiondes conditions opratoires.

Hydrolases

La plupart des enzymes du sol (estra-ses, phosphatases, sulfatases) appar-tiennent ce groupe et les activits quisy rattachent correspondent frquem-ment des transformations dintrtagronomique.

La mthode consistant mesurer lhy-drolyse du FDA (di-actate de fluoresci-ne), prsente lavantage de concernerplusieurs groupes denzymes diffrentes(protases, lipases, etc.). Elle permet unemesure plus globale de lactivit enzy-matique microbienne.

Deux inconvnients majeurs affectent lesmesures dactivits enzymatiques.

Dune part, elles sont souvent prati-ques dans des conditions standard quine sont pas forcment celles rgnant insitu. Par exemple, lhydrolyse du FDAest pratique pH 7.6, quel que soit lepH initial du sol tudi.

Dautre part, leur spcificit trs troiterend difficile linterprtation des mesu-res et leur utilisation pratique lorsqueplusieurs activits enzymatiques diff-rentes sont utilises pour comparerdeux chantillons de sol diffrents, il estsouvent difficile de conclure.

Au total, malgr la grande diversit desdterminations enzymatiques possibles,il savre difficile de traduire ces mesuresen termes de fertilit.

Mesures de populationsmicrobiennes particulires

Ces mthodes sont pratiques pour va-luer labondance de microorganismesparticuliers, comme les fixateurs lib-res ou symbiotiques de lazote.

Les populations de Rhizobium, capa-bles de noduler telle ou telleLgumineuse, peuvent tre dnom-bres de cette faon. Le cas particulierdes champignons mycorhiziens estdvelopp cidessous. Dautres mtho-des de caractrisation des populationsmicrobiennes existent mais restentpour linstant rserves au domainede la recherche. Elles concernentnotamment lestimation de la diversi-t gnotypique ou phnotypique. Maison est encore trs loin de tout conna-tre sur les relations entre biodiversitmicrobienne et fonctionnement desagrosystmes !

Les mycorhizes

Les mycorhizes sont des associationssymbiotiques entre des champignonsdu sol et les racines des plantes. Il enexiste deux principaux types, les ecto-mycorhizes (externes aux racines) et lesendomycorhizes (internes aux racines).

Les mycorhizes qui concernent les plan-tes cultives sont les endomycorhizes vsicules et arbuscules. Seules lesCrucifres (comme le colza) et lesChnopodiaces (comme la betterave)en sont dpourvues.

La mycorhization des racines amliorelalimentation hydrique et minrale dela plante. Le premier bnfice de lasymbiose est donc dordre nutritif. Onpeut utiliser lvaluation de la mycorhi-zation comme un indicateur de fertilitbiologique du sol. Il existe deux typesdanalyses.

Mesure du taux dendomycorhization des racines

On mesure le niveau de mycorhizationdes racines des plantes durant la culture.Il est exprim en % de longueur de racineo la symbiose mycorhizienne est pr-sente. Ce taux de mycorhization estfonction des plantes, des varits, desconditions de culture (fertilisation, fongi-cides, travail du sol, ...) et de la richesseen mycorhizes du sol de dpart.

Analyse du PouvoirEndomycorhizogne du sol : le PEM

Elle consiste estimer la richesse enchampignons endomycorhiziens du sol(nombre de propagules de champignoncapables dengendrer une mycorhizationdes racines par kilogramme de sol). LePEM permet de mettre en vidence un

tat biologique de la parcelle et peut ser-vir dindicateur biologique pour grer laparcelle. Un PEM lev est le reflet dunbon tat biologique du sol. Le PEM estjug acceptable autour de 1500, et tropfaible en dessous de 500.Il est bien entendu plus faible aprs uneculture non mycotrophe (colza, bettera-ve) quaprs une culture mycotrophe.

En vigne, compte tenu du caractreprenne de la plante et de la difficult prlever des racines, il est difficile dva-luer le taux dendomycorhization.Lanalyse du PEM est possible mais soninterprtation agronomique restedlicate.

Comment raliserlchantillonnage ?Chaque analyse ncessite un contactpralable avec le laboratoire pourbien raliser la prise dchantillon(nombre, rpartition) qui convient lanalyse en question.

Horizon de prlvement

Sauf cas particuliers, les chantillonssont prlevs dans la couche superfi-cielle du sol (0-20 cm). Lactivit bio-logique est maximale dans lhorizonde surface et dcrot plus ou moinsrapidement avec la profondeur.

Epoque

Pour des mesures en routine (annuel-les par exemple), il faut choisir unmoment de rfrence indpendantdes perturbations lies aux pratiquesculturales (labour, fertilisation, semis,binages) et des alas climatiques (parexemple une scheresse marque).

Conservation des chantillons

Lidal est de travailler sur sol fraisou conserv au rfrigrateur (3 4C). Le schage des chantillons tueune partie de la microflore et rendimpossible la dtermination de labiomasse par fumigation-incubation(voir plus loin), mme aprs rhu-mectation des sols avant analyse.

Il devient trs difficile sinon impossi-ble de comparer des chantillonsfrais et schs.

Il faut sassurer que lchantillon esttransport dans des dlais rapidesau laboratoire.

Fonctionnement macro-biologique des sols

Des mthodes de mesure des activitsmacrobiologiques des sols existent,notamment pour dterminer limpor-tance et la diversit des populations delombriciens (masse, nombre dindividus,espces) mais elles sont assez lourdes etdonc difficilement envisageables enroutine. Elles sont cependant de plus enplus utilises au niveau exprimental.

Les lombricsLe rle de la diversit sur le fonctionne-ment des agrosystmes peut tre abor-d au travers des communautslombriciennes. En effet, les peuple-ments de vers de terre ont la particula-rit de prsenter une diversitfonctionnelle importante et relative-ment bien caractrise sur le plan co-logique et biologique.

Ces organismes ingrent et brassent dela matire organique et de la matireminrale du sol. Les boulettes fcalesainsi cres participent la formationde macro-agrgats qui permettent lacration de structures stables. Les lom-brics sont lorigine de grandes struc-tures, comme les rseaux de galeriesou de chambres qui ont un impact surla porosit et la densit du sol.

Il existe trois techniques classique-ment utilises pour le prlvement deslombriciens.

Le tri manuel du sol

Cette technique consiste creuser le solet sparer les lombriciens tout enoubliant gnralement les individus deplus petite taille et tous les cocons. Cettemthode est difficile utiliser en solhumide ou argileux et de surcrot estcoteuse en temps. Elle est pratiquementinutilisable pour de grands chantillons.

Pourtant, le tri manuel de sol effectusur une profondeur de 60 cm est consi-dr comme tant la mthode la plusexhaustive et sert de rfrence.

Lextraction par arrosage du sol avec une substance chimique

Elle est base sur la raction des vers deterre une agression pidermique par unesubstance chimique. Afin de se soustraire celle-ci, les lombriciens fuient vers la surfa-ce, o ils sont alors collects.

Lextraction chimique au formol prsen-te une bonne efficacit pour les espcesde surface (les piges et certains an-ciques). Le pourcentage dindividus descouches profondes du sol (certains an-ciques et les endogs) capts par cettemthode est trs variable. Cette mtho-de prsente un avantage en terme detemps de prlvement et donc de cot.Cependant, il existerait des variationssaisonnires du taux de capture desespces lombriciennes.

Le lavage - tamisage

Cest un prlvement de sol qui, aprsun traitement chimique, est lav pourliminer la terre fine (argiles, limons,sables). Il ne reste plus qu trier aulaboratoire les vers de terre et leurscocons parmi les cailloux et les racines.Cette mthode a lavantage dun tri debonne qualit et permet de corrigerefficacement les estimations des densi-ts et biomasses lombriciennes.Toutefois, elle est pratiquement inutili-sable pour de grands chantillons.

Quelles utilisations?

Pour le moment, les indicateurs dacti-vits biologiques des sols sont principa-lement utiliss dans le cadredexprimentations.

En effet, labsence de rfrentiel incite une grande prudence quant leurutilisation pour le diagnostic et leconseil parcellaire.

Toutefois, les rsultats exprimentauxacquis depuis plusieurs annes sont encou-rageants. Il est possible didentifier leffetdes pratiques culturales viticoles sur lescaractristiques du sol.

Pour aller plus loin, vous trouverez sur lesite de lITAB (www.itab.asso.fr), larubrique agronomie une liste de liensavec des laboratoires proposant des analy-ses dactivits biologiques.Motte de ver de terre

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ITAB : 149, rue de Bercy75595 PARIS CEDEX 12Tl : 01 40 04 50 64 - Fax : 01 40 04 50 66eMail : itab@itab.asso.frwww.itab.asso.fr

Synthse de Eric Chantelot (ITV) partir du Guide des Matires Organiques(Blaise Leclerc, ITAB) - Relecteurs : Rmi Chaussod (INRA Dijon), Richard Doughty(Vigneron en Bergeracois), Olivier Durand (Vigneron en Languedoc), NathalieGoma-Fortin (Chambre dAgriculture de lHrault), Monique Jonis (ITAB), BlaiseLeclerc (ITAB), Alain Raut (Vigneron en Champagne)

Prix :3

octobre 2003

FRANCE