Labiologie des sols est l'étude de l'activité et de l’écologiemicrobienne et faunique dusol. L'édaphon (la vie, le biot et la faune du sol) est un terme collectif qui englobe tous lesorganismes passant une partie importante de leurcycle de vie au sein d'un profil pédologique, ou de l'interface sol-litière. La liste de ces organismes comprend lesvers de terre, lesnématodes, lesprotozoaires, leschampignons, lesbactéries, desarthropodes variés, certains reptiles (tels que lesserpents), ainsi que des espèces de mammifères fouisseurs comme lesspermophiles, lestaupes et leschiens de prairie.
La biologie du sol joue un rôle essentiel dans la détermination de nombreuses caractéristiques du sol. La décomposition de la matière organique par les organismes du sol influence grandement lafertilité des sols, lacroissance des plantes, lastructure du sol et lestockage du carbone. En tant que science relativement récente, les mystères entourant la biologie des sols et ses effets sur lesécosystèmes souterrains sont encore nombreux.
Le sol abrite un pourcentage important de labiodiversité mondiale. Les liens entre les organismes et les fonctions du sol sont complexes. L'interdépendance et la complexité de ce « réseau trophique » du sol signifient que toute analyse de la fonction des sols doit nécessairement prendre en compte les interactions entre lescommunautés vivantes résidant dans ces derniers. Nous connaissons le processus par lequel les organismes du sol décomposent lamatière organique, rendant lesnutriments disponibles, en vue d'être absorbés par des plantes et autres organismes. Les nutriments stockés dans les corps des organismes du sol empêchent la perte de nutriments par lessivage. Les exsudats microbiens agissent dans le maintien de lastructure du sol. Les vers de terre, quant à eux, jouent un rôle crucial dans labioturbation. Cependant, nous constatons que nous n'avons pas une bonne compréhension des aspects importants du fonctionnement et de l'interaction de ces populations. La découverte de laglomaline, en1995, indique un déficit de connaissances nous empêchant de répondre correctement à certaines des questions les plus élémentaires sur le cyclebiogéochimique des sols. Il y aura encore beaucoup de travail à accomplir pour mieux comprendre lerôle écologique des composants biologiques du sol au sein de labiosphère.
Dans un sol équilibré, les plantes poussent dans un environnement actif et stable. Laminéralité et la richesse structurelle d'un sol sont primordiales pour sa santé. Cependant, c'est la vie dans la terre du sol qui renforce ses cycles et assure sa fertilité. Sans les activités des organismes du sol, lesmatières organiques s'accumuleraient et joncheraient la surface du sol ; il n'y aurait donc aucun nutriment pour les plantes. Le biote du sol comprend :
Parmi ceux-ci, les bactéries et les champignons jouent un rôle clé dans le maintien d'un sol sain. Ils agissent comme desdécomposeurs qui vont venir désagréger les matières organiques, pour produire desdétritus et d'autres produits de décomposition. Lesdétritivores des sols, tout comme les vers de terre, ingèrent les détritus et les décomposent. Lessaprotrophes, bien représentés par les champignons et les bactéries, extraient les nutriments solubles du sol. Les fourmis (macrofaunes) aident en décomposant de manière similaire. Les armées de fourmis participent également au mouvement et à l'aération des sols lorsqu'elles se déplacent. Par ailleurs, les rongeurs « mangeurs de bois » soutiennent la capacité d'absorption du sol.
La biologie des sols implique des travaux dans les domaines suivants :
Il est nécessaire de mobiliser des approches disciplinaires complémentaires impliquant labiologie moléculaire, lagénétique, l'écophysiologie, labiogéographie, l'écologie, les processus du sol, la matière organique, la dynamique des nutriments[1] et l'écologie du paysage.
Lesbactéries sont les organismes unicellulaires les plus nombreux dans l'agriculture, avec des populations allant de100 millions à3 milliards par gramme. Ils sont capables de se reproduire très rapidement par fission binaire (en se divisant en deux) dans des conditions favorables. Une bactérie est capable de produire16 millions de bactéries, en seulement 24 heures. La plupart des bactéries du sol vivent près des racines des plantes et sont souvent appelées Rhizobactéries. Les bactéries vivent dans l'eau souterraine, y compris dans le film d'humidité entourant les particules. Certaines ont d'ailleurs la capacité de nager au moyen deflagelles. La plupart des bactéries bénéfiques à la santé des sols ont besoin d'oxygène (et sont donc appelées bactériesaérobies), tandis que celles qui n'en ont pas besoin sont appeléesanaérobies et ont tendance à provoquer laputréfaction de la matière organique morte. Les bactéries aérobies sont plus actives ensol humide (mais pas saturé, car cela priverait les bactéries aérobies de l'air dont elles ont besoin) et dans unpH de sol neutre offrant de nombreuses sources de nourriture (glucides etmicronutriments de la matière organique) disponible. Des conditions hostiles ne tueront pas complètement les bactéries. En effet, ces dernières cesseront de croître et entreront dans une phase de dormance. Les individus porteurs demutations pro-adaptatives pourraient mieux survivre aux nouvelles conditions. Certainesbactéries gram-positives produisent des spores, ce qui leur permet de patienter jusqu’à la venue de conditions plus favorables. Pour finir, lesbactéries gram-négatives entrent dans une phase de« non-culture ». Les bactéries sont colonisées par des agents viraux persistants (bactériophages) qui déterminent les expressions génétiques chez l'hôte bactérien.
Lanitrification est une étape essentielle ducycle de l'azote, dans lequel certaines bactéries (qui fabriquent leur propre apport englucides sans utiliser le processus de photosynthèse) sont capables de transformer l'azote sous forme d'ammonium. Ce dernier est produit par la décomposition desprotéines qui deviennent desnitrates disponibles pour les plantes en croissance, puis sont de nouveau convertis en protéines.
Dans une phase différente du cycle, le processus defixation de l'azote dépose constamment de l'azote supplémentaire dans la circulation biologique. Ceci est réalisé par des bactéries fixatrices d'azote vivant librement dans le sol ou dans l'eau telles qu'Azotobacter, ou par celles qui vivent en étroite symbiose avec des planteslégumineuses, telles que lesrhizobiums. Ces bactéries forment des colonies au sein des nodules qu'elles créent sur les racines despois, desharicots et des espèces apparentées. Celles-ci sont capables de convertir l'azote de l'atmosphère en substances organiques contenant de l'azote[2].
Alors que la fixation de l'azote convertit l'azote de l'atmosphère en composés organiques, une série de processus appeléedénitrification renvoie une quantité presque égale d'azote dans l'atmosphère. Les bactéries dénitrifiantes ont tendance à être anaérobies ou anaérobies facultatives (pouvant alterner entre les types de métabolismes dépendants et indépendants de l'oxygène). Parmi ces bactéries se trouvent lesAchromobacter et lesPseudomonas. Le processus de purification provoqué par des conditions exemptes d'oxygène convertit les nitrates et les nitrites du sol en azote gazeux ou en composés gazeux tels que l'oxyde nitreux ou l'oxyde nitrique. En excès, la dénitrification peut entraîner des pertes globales d'azote disponible dans le sol, ainsi qu'une perte subséquente defertilité. Cependant, l'azote fixé peut circuler plusieurs fois entre les organismes et le sol avant que la dénitrification ne le renvoie dans l'atmosphère. Le schéma ci-dessus illustre le cycle de l'azote.
Lesactinomycètes sont essentiels à la décomposition de lamatière organique et à la formation de l'humus. Elles se spécialisent dans la décomposition de la cellulose, de la lignine, ainsi que de la chitine dure trouvée sur les exosquelettes des insectes. Leur présence est responsable de la douce senteur « terreuse » associée à un sol en pleine santé. Ces bactéries ont besoin de beaucoup d'air et d'un pH entre 6,0 et 7,5, mais tolèrent des conditions sèches plus facilement que la plupart des autres bactéries et champignons[3].
Un gramme de terre de jardin peut abriter environ un million dechampignons, tels que deslevures et desmoisissures. Les champignons ne contiennent pas dechlorophylle et ne peuvent pas faire dephotosynthèse. Ils ne peuvent pas utiliser ledioxyde de carbone atmosphérique comme source de carbone, ils sont doncchimio-hétérotrophes. Ceci signifie que, faute de pouvoir utiliser la lumière comme source d'énergie, comme lesanimaux, ils ont besoin d'une source d'énergie chimique et de substrats organiques pour obtenir du carbone pour la croissance et le développement.
Bien que certains champignons aient des relations bénéfiques avec les plantes vivantes (comme illustré ci-dessous), nombreux sont ceux qui se comportent comme des parasites, entraînant régulièrement des maladies chez leur plante hôte vivante. En termes de création de sol et d'humus, les champignons les plus importants ont tendance à êtresaprotrophes ; c'est-à-dire qu'ils vivent de matière organique morte ou en décomposition, la décomposant ainsi et la convertissant en des formes disponibles pour les plantes supérieures. Une succession d'espèces de champignons va coloniser la matière morte, à commencer par celles qui utilisent les sucres et les amidons, auxquelles succèdent celles capables de dégrader lacellulose et leslignines.
Les champignons se propagent sous la surface en envoyant de fins et longs filaments appelésmycélium ; ces derniers peuvent être observés dans de nombreux sols et amas decompost. À partir du mycélium, le champignon est capable de développer ses fructifications, qui sont la partie visible au-dessus de la surface du sol (comme pour leschampignons et lesvesses-de-loup). Ces fructifications peuvent contenir des millions despores. Lorsque lecorps de fructification éclate, ces spores sont dispersées dans l'air. Elles se déposent ensuite dans des environnements nouveaux, où elles peuvent rester en sommeil durant des années, jusqu'à ce que les bonnes conditions pour leur activation se présentent, ou que les nutriments adéquats ne soient mis à disposition.
Ces champignons capables de vivre en symbiose avec des plantes vivantes, créant une relation réciproquement bénéfique, sont connus sous le nom demycorhizes (demyco signifiant champignon etrhiza, signifiant racine). Les poils radiculaires des plantes sont envahis par le mycélium de la mycorhize, qui vit en partie dans le sol, en partie dans la racine et peut soit recouvrir la longueur du poil racinaire comme une gaine, soit se concentrer autour de son extrémité. À partir de la racine des plantes, la mycorhize obtient les glucides dont elle a besoin, fournissant en retour des nutriments, notamment de l'azote et de l'humidité. Plus tard, les racines des plantes intégreront également le mycélium dans leurs propres tissus.
Des associations mycorhiziennes bénéfiques se retrouvent dans bon nombre de nos cultures comestibles et à fleurs. Shewell Cooper suggère que celles-ci incluent au moins 80 % des familles debrassica et desolanum (y compris lestomates et lespommes de terre), ainsi que la majorité des espèces d'arbres, en particulier dans lesforêts et régions boisées. Ici, les mycorhizes créent un fin maillage souterrain qui s'étend bien au-delà des limites des racines de l'arbre, augmentant considérablement leur aire d'alimentation et permettant aux arbres qui s'avoisinent de s'interconnecter physiquement. Les avantages des relations mycorhiziennes avec leurs partenaires végétaux ne se limitent pas aux nutriments, mais peuvent être essentiels à la reproduction des plantes. Dans les cas où le sol forestier reçoit peu de lumière, comme dans les forêts depinsnord-américaines, un jeune semis ne peut pas obtenir suffisamment de lumière pour effectuer sa photosynthèse et ne poussera pas correctement dans un sol stérile. Mais, si le sol repose sur un tapis mycorhizien, le semis en développement créera des racines capables de se lier aux filaments fongiques et, à travers eux, d'obtenir les nutriments nécessaires (provenant souvent indirectement de ses parents ou des arbres voisins).
David Attenborough souligne la relation plante-champignon- animal qui crée un« trio harmonieux à trois voies » retrouvé dans lesécosystèmes forestiers dans lesquels la symbiose plante/champignon est renforcée par des animaux tels que le sanglier, le cerf, la souris ou l'écureuil volant. Ces derniers se nourrissent des fructifications des champignons, y compris celles des truffes, provoquant ainsi leur propagation (Private Life of Plants, 1995). Une meilleure compréhension des relations complexes imprégnant les systèmes naturels est l'un des principaux objectifs pour lejardinier biologique, qui s'abstient d'utiliser des produits chimiques artificiels pour ne pas causer de dommages[réf. nécessaire].
Des recherches récentes ont montré que les champignonsmycorhiziens arbusculaires produisent de laglomaline : une protéine qui lie les particules du sol et stocke à la fois le carbone et l'azote. Ces protéines du sol, apparentées à la glomaline, constituent une quantité importante de la matière organique du sol[4].
La faune du sol affecte activement la formation et la matière organique de ce dernier ; et ce, à de nombreuses échelles spatiotemporelles[5]. Lesvers de terre, lesfourmis et lestermites mélangent le sol lorsqu'ils s'enfouissent, ce qui affecte considérablement la formation du sol. Les vers de terre ingèrent des particules du sol et des résidus organiques, améliorant ainsi la disponibilité des éléments nutritifs provenant des plantes et contenus dans les matières qui traversent leur corps. En aérant et en remuant le sol, ainsi qu'en augmentant la stabilité des agrégats du sol, ces organismes contribuent à assurer l'infiltration facile de l'eau. Dans le sol, ces organismes contribuent également à améliorer les niveaux de pH.
Les fourmis et les termites sont bien souvent présentés comme les« ingénieurs du sol » car, lorsqu'ils créent leurs nids, plusieurs modifications chimiques et physiques sont apportées au sol. Parmi ces changements, nous observons l'augmentation de la présence des éléments les plus cruciaux comme le carbone, l'azote et le phosphore ; éléments nécessaires à la croissance des plantes[6]. Par ailleurs, ces invertébrés peuvent collecter des particules trouvées à des profondeurs diverses et les déposer ailleurs, ce qui favorise le mélange du sol, augmentant ainsi sa richesse en nutriments et autres éléments.
DSC2908vv.jpg)
Le sol est également vital pour de nombreux mammifères.Campagnols,taupes,chiens de prairie,gauphres et autres animaux fouisseurs dépendent de ce sol pour se protéger et se nourrir. Les animaux se rendent utiles en retour, car leurs terriers permettent à davantage de pluie, de neige et d'eau de glace fondue de pénétrer dans le sol au lieu de créer de l'érosion[7].
Ce tableau comprend certains types familiers d'organismes du sol, cohérent avec la taxonomie courante, telle qu'elle est utilisée dans les articles Wikipedia mis en liens.
: