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Les autres services rendus par les sols

Article rédigé par
  • Anne-Sophie PERRIN (as.perrin@terresinovia.fr)
Les autres services rendus par les sols
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    Modifié le : 13 sept. 2023

    Du fait de leur localisation à l’interface avec l’eau et l’air, les sols assurent de nombreux services essentiels à la vie : production agricole, atténuation du réchauffement climatique, rétention et filtration de l’eau, habitat d’une immense biodiversité, etc.

    La gestion durable de cette ressource fragile, non renouvelable à l’échelle humaine, est un enjeu fort dans un contexte de population mondiale croissante et d’aléas climatiques qui accentuent les pressions exercées sur les sols. L’agriculture doit contribuer à assurer la multifonctionnalité de cette ressource semi-vivante pour la productivité agricole mais également pour les autres services rendus par les sols agricoles à la société.

    ​​​​​​​

    Fig 1. Les sols fournissent des services écosystémiques essentiels à la vie sur terre (d’après Organisation des Nations Unies pour l’alimentation et l’agriculture, 2015)

    Atténuer le réchauffement climatique en stockant du C dans les sols

    Augmenter les teneurs en carbone organique dans les sols contribue à l’atténuation du réchauffement climatique. Le processus de photosynthèse qui permet de produire de la biomasse végétale (des matières organiques) consomme du CO2 atmosphérique (principal gaz à effet de serre). Lors de la restitution de ces matières organiques au sol une partie du carbone est stabilisée à l’échelle de plusieurs dizaines à centaines d’années.

    ​​​​​​​Dégradation et transformation des matières organiques et du carbone organique

    Dans les systèmes agricoles, le carbone organique arrivant au sol provient des apports de matières organiques par la biomasse aérienne des végétaux (litière, résidus de culture) et souterraine (racines mortes, exsudats racinaires) et des apports de produits résiduaires organiques (PRO) (effluents d’élevage, boue de station d’épuration, composts, etc.). Une fois restituées au sol, les matières organiques, subissent une cascade de transformations biochimiques et physiques sous l’action d’une diversité d’organismes vivants (processus de biotransformations) (Pellerin et al., 2020). L’existence de trois grands types de molécules organiques plus ou moins récalcitrantes de types humines, acides humiques et acides fulviques a été démentie par les méthodes d’analyse modernes. Les matières organiques du sol constituent plutôt un continuum de composés organiques à différents stades de biotransformation, depuis les matières organiques particulaires (e.g. cellulose, lignine) jusqu’à des molécules organiques simples (par exemple des acides aminés). Les résidus organiques sont notamment biodégradés progressivement vers des formes plus simples sous l’action d’enzymes extracellulaires, le plus souvent produites par des microorganismes. À partir d’une certaine taille, les composés organiques peuvent être assimilés par les microorganismes. Le carbone des matières organiques est alors émis sous forme de CO2 (minéralisation) ou bien immobilisé temporairement dans les microorganismes (vivants et morts).

    Fig 2. Représentation schématique du devenir d’un apport de matières organiques
    (Source : Chenu Claire. Webinaire Comifer - Les matières organiques dans les sols agricoles, 7 avril 2021. )

    La persistance des matières organiques (et donc du carbone organique) dans le sol serait davantage liée aux propriétés physico-chimiques et biologiques de l’environnement (qui influencent leur vitesse de dégradation) qu’à leurs propres caractéristiques, comme précédemment supposé. Les interactions organo-minérales, en particulier, constituent un facteur majeur influençant la stabilisation des matières organiques du sol (Lehmann and Kleber, 2015). Les microorganismes représentent une des grandes sources voire la principale source du carbone stabilisé à long terme dans les sols grâce à leur forte interaction avec les minéraux du sol (Chenu, 2021).

    Outils de simulation de l’évolution du carbone organique dans les sols

    Les variations de stocks de carbone organique sont lentes et leur mesure est difficile. Les spécialistes estiment qu’il faut environ 10 ans pour mesurer une variation significative de stock de carbone après des changements de systèmes de cultures en milieu tempéré.

    Le modèle AMG (Andriulo et al., 1999 ; Clivot H. et al., 2019) permet de simuler l'évolution des stocks et teneurs en matières organiques à pas de temps annuel sur la base des connaissances scientifiques actuelles et de mesures rigoureuses sur des essais de longue durée en milieu tempéré, notamment en France. Terres Inovia contribue à son amélioration depuis 2016.
    SIMEOS-AMG est un outil de simulation fondé sur le modèle AMG. Cet outil permet de simuler l’évolution des stocks et des teneurs en carbone organique sur la couche 0-30cm du sol.

    Fig 3. Dynamiques du carbone organique du sol à la parcelle telles que simulées par le modèle AMG développé par Andriulo et al. (1999)
    (figure modifiée d’après Perrin, 2019, Perspectives Agricoles 466).

    AMG considère trois compartiments de matière organique (MO) : la MO fraîche provenant de résidus de culture (aériens et racinaires) ou d'amendements organiques qui peuvent être décomposés ou humifiés, et la MO du sol qui est divisée en pools de C actif (Ca) et stable (C stable à l'échelle de plusieurs 10ènes à 100ènes d'années). Le taux de minéralisation k du pool de C actif dépend des conditions climatiques et des caractéristiques du sol et est calculé à l'aide de fonctions environnementales. L’effet du travail du sol est considéré comme quasi nul en milieu tempéré d’après l’état des connaissance actuelles.

    Article Perspectives Agricoles  n°466 - Statut Organique des sols

    Description du modèle AMG

    AMG et SIMEOS-AMG

    Outil Simeos-AMG en ligne

    A savoir :

    Déterminer précisément les stocks de C des sols d’une parcelle agricole nécessite de réaliser un échantillonnage très laborieux, avec de nombreuses répétitions, et pour un coût élevé. C’est pourquoi la méthodologie du Label Bas Carbone Grandes Culture  se base sur des simulations par de modèles reconnus scientifiquement. De plus cette méthodologie considère la différence de stockage de carbone entre systèmes de culture et non la valeur réelle des stocks.

    Fig 4. Simulation des variations temporelle des stocks et des teneurs en carbone organique dans des sols pour différents systèmes de culture (simulations réalisées avec Simeos-AMG). La teneur initiale en carbone organique influence le niveau de stockage de C mais pas la différence de stockage entre les systèmes de culture.
    Source : Mouny C. (AgroTransfert-RT) et Perrin A.-S. (Terres Inovia) Webinaire Comifer - Les matières organiques dans les sols agricoles - Entrées et sorties de carbone dans les sols agricoles : quels ordres de grandeur ? 7 avril 2021.

    ​​​​​​​ Label Bas Carbone Grandes Culture 

    Label bas carbone (site ecologie.gouv.fr)

     

    Facteurs déterminants les niveaux de stockage de carbone organique dans les sols

    L'évolution des stocks de carbone organique dans les sols dépend des flux d’entrées et des flux de sorties de carbone.
    Dans les sols de grandes cultures (sans apport de produits résiduaires organiques), la fourniture en C humifié (les entrées de C) dépendent 1) des biomasses restituées et de leurs teneurs en carbone et 2) du taux d’humification des résidus de culture (lié au teneurs C/N de ces résidus).

     

    Les sorties de carbone des sols correspondent à la minéralisation annuelle des matières organiques par les microorganismes. Le taux de minéralisation varie selon les types de sol (selon leur texture, leur pH et le rapport C/N des matières organiques du sol) et le climat (température et précipitations)


         
    Fig 4. Simulation des entrées et sorties annuelles de C humifié dans des sols pour différents types de grandes cultures et couverts (simulations réalisées avec Simeos-AMG).
    Source : Mouny C. (AgroTransfert-RT) et Perrin A.-S. (Terres Inovia) Webinaire Comifer - Les matières organiques dans les sols agricoles - Entrées et sorties de carbone dans les sols agricoles : quels ordres de grandeur ? 7 avril 2021

    A voir également :

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