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La santé de nos sols | Index

Chapitre 5 - Modification de la matière organique du sol

E.G. Gregorich, D.A. Angers, C.A. Campbell, M.R. Carter, C.F. Drury, B.H. Ellert, P.H. Groenevelt, D.A. Holmstrom, C.M. Monreal, H.W. Rees, R.P. Voroney et T.J. Vyn

Points saillants

• La matière organique est une composante essentielle du sol qui stocke et libère les éléments nutritifs assimilables par les végétaux, facilite l'infiltration de l'eau dans le sol, retient le carbone, stabilise le sol, réduit l'érosion et régularise l'action des pesticides.
• La teneur en matière organique des sols agricoles canadiens a diminué de 15 à 30 % depuis qu'on les cultive.
• On voit actuellement à maintenir ou à augmenter la teneur en matière organique de nombreuses terres cultivées, au Canada.
• Les teneurs optimales en matière organique pour la production végétale varient selon le type de sol; elles sont encore mal définies pour les sols canadiens.
• Les systèmes agricoles basés sur un travail de conservation du sol avec fertilisation appropriée et réduction de la mise en jachère font augmenter la teneur en matière organique du sol.
• L'addition de résidus de culture, de fumier animal, d'engrais vert, de boues d'égout, de copeaux de bois ou de tourbe permet de hausser la teneur en matière organique du sol.

Introduction

La matière organique, c'est tout ce qui vit ou a déjà été vivant. La matière organique du sol englobe les résidus végétaux et animaux aux divers stades de décomposition, les cellules et les tissus des organismes du sol, ainsi que les substances produites par les microbes du sol (fig. 5-1). Une fois bien décomposée, la matière organique forme l'humus, un matériau brun foncé, poreux et spongieux qui dégage une agréable odeur terreuse.

La matière organique est une composante essentielle du sol, pour plusieurs raisons:

• elle agglomère les particules du sol et stabilise ce dernier, qui devient moins érodable
• elle favorise la croissance des végétaux en permettant au sol de mieux stocker et acheminer l'air et l'eau
• elle emmagasine et libère bon nombre des éléments nutritifs nécessaires à la croissance des végétaux et des organismes du sol
• elle empêche le compactage du sol, qu'il est ainsi plus facile de travailler
• elle retient le carbone de l'atmosphère
• elle atténue les effets environnementaux négatifs des pesticides, des métaux lourds et de nombreux autres polluants.

Dans ce chapitre, nous faisons le point sur l'état de la matière organique dans les sols agricoles canadiens. En outre, nous évaluons les effets de l'agriculture sur la matière organique du sol et nous cernons les pratiques qui contribuent à appauvrir ou à enrichir la matière organique du sol.

La terre, donc, n'est pas simplement le sol; c'est une fontaine d'énergie qui se propage dans un circuit de sols, de végétaux et d'animaux. Les chaînes alimentaires forment les canaux vivants qui acheminent l'énergie vers le haut; la mort et la décomposition la retournent au sol. Le circuit n'est pas fermé -- une partie de l'énergie se dissipe dans la décomposition, une partie est tirée de l'atmosphère par absorption, une partie est stockée dans les sols, les tourbes et les forêts qui jouissent d'une longue vie...

Aldo Leopold
Sand Country Almanac

Composition de la matière organique du sol

Le climat, la végétation, le matériau parental (matières ayant donné naissance au sol), la topographie (formes du relief), l'utilisation des terres et les pratiques agricoles sont tous des facteurs qui influent sur la matière organique du sol. Le cycle du carbone se résume comme suit : absorption du dioxyde de carbone par les plantes, transfert à la matière organique du sol puis restitution dans l'atmosphère (fig. 5-2). La matière organique du sol, à l'instar des végétaux et des animaux dont elle est dérivée, est composée de chaÎnes et de noyaux carbonés auxquels se fixent d'autres atomes. Souvent, on utilise indifféremment les expressions « matière organique du sol » et « carbone organique du sol », car le carbone, principale composante de la matière organique, est facilement mesurable en laboratoire. Alors qu'on trouve environ 40 % de carbone dans la matière organique végétale sèche et non décomposée, la proportion atteint généralement quelque 50 % dans le cas de la matière organique du sol, laquelle contient aussi environ 40 % d'oxygène, 5 % d'hydrogène, 4 % d'azote et 1 % de soufre.

Concentrations de matières organiques dans le sol

La teneur en matière organique du sol dépend de la quantité de matière organique ajoutée au sol (apports) et de la quantité libérée ou enlevée (pertes). Ce sont principalement les processus biologiques de croissance des végétaux et de décomposition de la matière organique qui déterminent si la matière organique du sol augmente, diminue ou demeure stable.

Dans un écosystème non forestier, les 30 cm supérieurs du sol sont habituellement beaucoup plus riches en carbone organique que les racines, les feuilles et les tiges des plantes (fig. 5-3). Les sols agricoles peuvent contenir plus de dix fois plus de carbone que les végétaux cultivés.

La teneur en matière organique du sol varie beaucoup, allant de 1 à 10 % (poids sec total) pour la plupart des sols agricoles jusqu'à plus de 90 % dans les zones humides où la tourbe s'est accumulée (fig. 5-4). Les sols chernozémiques formés dans les écosystèmes herbeux des Prairies sont riches en matière organique. Ils forment la plus vaste superficie de terres agricoles améliorées au Canada (voir la carte à l'intérieur de la couverture). Les sols typiques de l'est du Canada, comme les gleysols (formés dans des conditions de mauvais drainage) et les podzols (sols acides formés sous les arbres), sont aussi relativement riches en matière organique, mais ne représentant pas une proportion importante du territoire agricole. Les sols organiques (qu'on trouve dans les tourbières, les fens et les marécages) présentent la plus forte concentration de matière organique, mais n'occupent qu'une faible partie des terres cultivées du Canada.

La teneur optimale en matière organique d'un sol dépend du climat local, de l'abondance et du type de matériau argileux présent dans le sol, et de la vocation des terres. Idéalement, dans un sol de bonne qualité, toutes les fonctions de la matière organique énumérées ci-dessus peuvent s'exercer au maximum. Cependant, la matière organique du sol ne peut à elle seule fournir la quantité et le juste mélange d'éléments nutritifs nécessaires à une culture intensive, et l'on doit enrichir le sol pour répondre aux besoins des récoltes. Par ailleurs, le sol a besoin de quantités optimales de matière organique pour préserver sa structure et demeurer cultivable. (La machine à décomposition)

Diminution de la teneur en matière organique du sol

En cultivant le sol pour produire des récoltes, spécialement des cultures annuelles, on modifie le système naturel plantes-sol. Les opérations de récolte enlèvent une bonne partie du matériel végétal et laissent peu de choses qui peuvent être réincorporées au sol pour reconstituer sa matière organique. On enlève presque complètement certaines plantes, en laissant peu de résidus. Il est possible d'ajouter des engrais commerciaux pour remplacer les éléments nutritifs enlevés du sol, mais ils n'augmentent pas directement la matière organique du sol. Ils favorisent plutôt la croissance des végétaux, ce qui permet le retour au sol d'une plus grande quantité de résidus. Pour maintenir ou augmenter la teneur en matière organique du sol, on doit y ajouter d'autres matières telles que les résidus de culture, le fumier animal, l'engrais vert (plantes légumineuses comme la luzerne et le trèfle rouge, ainsi que des herbes), du compost, de la tourbe et des copeaux de bois.

La conversion à des fins agricoles d'un sol forestier ou pastoral intact entraÎne habituellement une diminution de la teneur en matière organique (fig. 5-5), pour les raisons suivantes :

• la matière organique qui se trouve dans le sol se décompose plus rapidement, en raison des opérations de labour et d'un changement d'humidité, d'aération et de température
• il y a ralentissement du processus de reconstitution de la matière organique du sol par les résidus de culture.

Sur la foi d'études menées dans les années 1970 et 1980 concernant l'appauvrissement du sol en matière organique, des chercheurs ont avancé que les terres vierges auraient perdu jusqu'à 50 à 70 % de leur matière organique depuis leur mise en culture. Cependant, une récente enquête effectuée dans l'est du Canada sous l'égide du Programme national de conservation des sols laisse croire que ces estimations sont excessives et que les pertes réelles varieraient plutôt entre 15 et 30 %.

L'appauvrissement du sol en matière organique se produit surtout dans les 10 années qui suivent le déboisement de la forêt ou le désherbage de la prairie indigène; l'ampleur de la perte varie selon le type de sol. Une perte d'azote n'est pas nécessairement aussi grave qu'une perte de carbone, puisque la production agricole implique généralement un apport d'engrais azotés. L'addition d'azote peut donner au sol une concentration d'azote égale ou supérieure à celle que l'on trouve à l'état naturel dans les sols intacts. (Qu'est-ce qui vit dans votre sol?)

Surveillance de la matière organique du sol

Avant l'implantation en 1989, par Agriculture Canada, du programme de lieux repères pour la surveillance de la qualité du sol (voir le chapitre 4), il n'existait aucun système national permettant de vérifier l'état de la matière organique du sol. Ce programme, qui a fourni des données de base sur la matière organique du sol de 23 lieux repères disséminés un peu partout au pays, vise à produire des données comparatives couvrant dix années.

Malgré l'absence de données exhaustives sur la matière organique des sols pour l'ensemble du Canada, l'information dont on dispose actuellement sur certaines régions du pays permet de dégager certaines tendances générales quant aux effets de l'utilisation des terres et des pratiques agricoles. En effet, il appert qu'une meilleure gestion a permis de maintenir ou d'accroître la teneur en matière organique de nombreuses terres cultivées au Canada. Par exemple, des expériences culturales à long terme menées dans les Prairies révèlent que la matière organique des sols y a atteint un « état de stabilité »; autrement dit, la quantité de matière organique tirée du sol sous forme de récoltes y est reconstituée par l'ajout de résidus de culture, de fumier et d'engrais commerciaux. Citons également le cas de l'Île-du-Prince-édouard, où l'introduction de rotations culturales plus longues -- comprenant notamment des plantes fourragères enfouies dans le sol par le labour -- a contribué à accroÎtre la teneur en matière organique de nombreux champs de pommes de terre sur une période de 10 ans. (Influence de la matière organique sur la structure du sol)

Facteurs qui modifient la matière organique du sol

Travail du sol

Le travail de conservation du sol est une méthode conçue pour laisser en surface la plupart des résidus de culture, qui protègent le sol contre l'érosion et réduisent les pertes d'eau imputables au ruissellement et à l'évaporation. Ce type de travail du sol concentre la matière organique à la surface du sol, puisque les résidus de culture ne sont pas mélangés au sol.

Selon une étude menée en Ontario, un sol cultivé sans labour est plus riche en matière organique à la surface et sur tout son profil qu'un sol travaillé classiquement avec une charrue à socs (tableau 5-1). Une autre étude, réalisée dans le sud-ouest de la Saskatchewan, a porté sur l'évolution de la matière organique d'un terrain labouré d'une façon classique sous un régime de rotation jachère-blé avec fertilisation minimale durant 70 à 80 ans, et ensuite converti à un régime d'ensemencement annuel en blé au moyen d'un travail de conservation avec fertilisation. La teneur en matière organique du sol a régulièrement augmenté durant la période de travail de conservation, mais semble approcher un état de stabilité (fig. 5-6).

Au Canada, la quantité totale et le rythme d'augmentation de la matière organique du sol varient selon le sol, le climat et le système agricole. Cependant, les systèmes fondés sur le travail de conservation avec fertilisation contribuent à préserver la matière organique de tous les sols agricoles.

À l'aide d'un modèle de simulation informatisée, nous avons prévu l'évolution de la teneur en matière organique de la couche supérieure de 15 cm d'un sol vierge soumis à 50 années de travail classique, de culture sans labour ou de culture sans labour avec fertilisation azotée à raison de 50 kg/ha par année. Les résultats indiquent que la matière organique continuerait de diminuer jusqu'à un quelconque état de stabilité sous un régime de travail classique sans fertilisation, et qu'elle baisserait plus lentement sous un régime de culture sans labour et sans fertilisation. Par contraste, une culture sans labour avec fertilisation appropriée ferait substantiellement grimper les concentrations par rapport aux valeurs actuelles (fig. 5-7).

Rotations culturales

La rotation culturale influe sur la matière organique du sol. Les plantes fourragères et les légumineuses possèdent d'importants systèmes racinaires qui, en mourant, laissent dans le sol de grandes quantités de matière organique. Dans les régions semi-arides de l'Ouest canadien, on a introduit des périodes de jachère dans les rotations afin de conserver l'humidité pour la récolte subséquente. Cependant, la mise en jachère (spécialement sous un régime de travail classique) expose le sol à l'érosion, ce qui gaspille sa matière organique et crée des conditions d'humidité et de température qui accélèrent le rythme de décomposition de la matière organique.

Des études menées dans les Prairies ont montré que les sols annuellement ensemencés en blé, surtout lorsqu'il y a fertilisation, conservent mieux leur matière organique que les sols sous rotation avec mise en jachère (fig 5-8). Cette amélioration est attribuable aux facteurs suivants :

• davantage de résidus de culture retournent au sol chaque année
• le sol est protégé contre l'érosion
• la matière organique se décompose plus lentement dans les sols cultivés.

Une étude à long terme sur la culture du maïs en Ontario a révélé les avantages de la fertilisation pour la teneur en matière organique du sol et le rendement des récoltes, spécialement dans un scénario de rotation culturale (tableau 5-2). Le recours aux plantes fourragères dans les rotations culturales donne de bons résultats en Ontario et au Québec, où l'élevage du bétail est une importante industrie, mais ne s'avère pas aussi profitable dans les régions où il se fait peu d'élevage. (Différences atomiques dans le carbone)

Amendement des sols

Hormis les résidus de culture, la matière organique ajoutée au sol comprend le compost, le fumier, les boues d'égout, les copeaux de bois et la tourbe. Dans une étude à long terme réalisée en Alberta, l'épandage de fumier sur une période de 50 ans s'est traduit par un accroissement constant de la teneur en matière organique du sol. Les sols non fumés durant la même période ont vu décliner leur taux de matière organique (fig. 5-9). Une étude sur place réalisée en Ontario a révélé que la fumure contribue à prévenir la perte de matière organique sur les sols gravement érodés en favorisant la formation d'agrégats résistant à l'érosion.

Pour enrichir la terre, j'ai semé du trèfle et de l'herbe, qui pousseront et mourront. En labourant, j'ai enfoui dans le sol les graines des céréales d'hiver et de diverses légumineuses, dont la croissance sera, elle aussi, retournée à la terre. En mêlant au sol les résidus et la décomposition de la croissance des saisons passées, j'ai amendé la terre et augmenté son rendement.

Wendell Berry
Enriching the Earth

Érosion

L'érosion détache sélectivement et transporte les particules du sol les plus riches en matière organique. La teneur en matière organique d'un sol cultivé diminue au fil des ans (fig. 5-10). S'il n'y a pas d'érosion, la concentration de matière organique décline rapidement et se stabilise à environ 80 % de la valeur initiale (soit une perte d'environ 20 %). En cas de forte érosion, elle peut chuter beaucoup plus rapidement et, même après 70 années de culture, ne pas se stabiliser.

La surveillance de la qualité des sols sur deux lieux repères du Nouveau-Brunswick où est pratiquée la culture intensive de la pomme de terre (selon une rotation pomme de terre-pomme de terre-céréale) prouve l'importance de recourir à des pratiques agricoles axées sur la conservation pour maîtriser l'érosion et préserver la matière organique du sol. Un site est cultivé en pente, et l'autre selon un régime de conservation (en courbes de niveau, avec déclivité variable et une voie d'eau enherbée). Sur le site cultivé en courbes de niveau, les pertes de matière organique atteignaient moins de 10 % de celles observées sur le site cultivé en pente. Après 3 ans, le site cultivé en pente était sensiblement moins riche en matière organique que celui assujetti à un régime de conservation du sol (voir fig. 4-5 au chapitre 4).

Les sols fortement érodables profitent de méthodes culturales de conservation qui perturbent au minimum le sol. Le régime le moins perturbateur est la culture sans labour (semis direct), laquelle laisse à la surface du sol des résidus de culture qui protègent ce dernier contre l'érosion causée par le vent, la pluie et le ruissellement de la neige fondue. (Contre-ensemencement pour accroître l'apport de matière organique)

Conclusions

La matière organique est essentielle pour conserver au sol sa capacité de produire des récoltes d'une façon économique et de résister à la dégradation. Le Canada a maintenant institué une surveillance systématique de la teneur en matière organique des sols. Grâce aux nombreuses recherches effectuées depuis deux décennies, nous comprenons bien les effets des pratiques d'utilisation et de gestion des terres sur les divers types de matière organique et leurs concentrations.

Bien que les sols aient perdu une partie de leur matière organique depuis leur conversion à des fins agricoles, la perte est loin d'être aussi grave qu'on le croyait au début des années 1980. Des recherches nous indiquent que certaines pratiques agricoles stabilisent et peuvent même hausser la teneur en matière organique du sol, en y augmentant les apports de matière organique et en freinant les pertes.

Depuis les années 1980, divers programmes gouvernementaux incitent les agriculteurs à adopter des pratiques agricoles qui favorisent la conservation. Voici quelques exemples de pratiques qui accroissent l'apport de matière organique dans le sol:

• maintenir un couvert végétal permanent
• cultiver des végétaux qui produisent beaucoup de matière organique (comme les plantes aux grandes racines fibreuses)
• inclure les plantes légumineuses et fourragères dans les rotations culturales
• ajouter au sol du fumier et d'autres amendements organiques
• préserver la robustesse et la productivité de la culture en la fertilisant d'une façon appropriée.

Quant aux pratiques qui réduisent les pertes de matière organique, elles comprennent le travail de conservation, la gestion des résidus de culture et la lutte contre l'érosion (culture en courbes de niveau, contre-ensemencement, enherbement des voies d'eau, culture en terrasses, culture en bande alternante, création de brise-vent, construction d'ouvrages anti-érosion, etc.). Le choix du système agricole doit tenir compte des particularités de l'endroit et du sol.

Le processus commence par la décomposition des racines et la dégradation des résidus aériens, puis les éléments nutritifs ainsi libérés amorcent leur descente vers les catacombes du sol pour y recommencer le cycle.

Wes Jackson
Altars of Unhewn Stone