Sols : caractéristiques et production de biomasse

Constituants, texture et structure du sol ; formation par altération de la roche-mère et décomposition de la matière organique, horizons et influence du sous-sol ; complexe argilo-humique, CEC et taux de saturation ; êtres vivants du sol, réseaux trophiques, humification et minéralisation ; éléments minéraux, engrais N-P-K et facteur limitant ; dégradation et préservation des sols.

À propos de cette page

Six problèmes corrigés à partir de documents : le profil d’une chênaie sur granite, deux colorants filtrés par de la terre, la minéralisation d’une litière dans des bocaux, les vers de terre d’une parcelle labourée ou en semis direct, la fertilisation azotée d’un maïs et deux sols formés sur granite et sur calcaire.

6 problèmes, du plus simple au plus difficile. Écris tes réponses, puis « Vérifier ».

Résoudre un problème : la méthode

Je lis tous les documents et je repère ce qui varie (le facteur testé) et ce qui ne change pas.
Je calcule avec la bonne référence : témoin pour un effet, terre fraîche ou sèche pour une teneur, CEC pour un taux de saturation.
J’interprète avec le cours : charges du complexe, rôle des êtres vivants, facteur limitant, roche-mère.
Je conclus en répondant au problème posé, sans généraliser au-delà de ce que montrent les données.

Problème 1 · Le profil d’une chênaie sur granite★★★Facile

Document 1 — Une fosse creusée jusqu’à la roche intacte, dans une chênaie installée sur granite. De haut en bas : une couche de feuilles et de brindilles plus ou moins fragmentées (3 cm) ; une couche brun très sombre, grumeleuse, parcourue de racines fines et de galeries de vers (21 cm) ; une couche brun-ocre plus compacte, riche en argiles (47 cm) ; une couche de cailloux de granite altéré mêlés de sable (52 cm) ; enfin le granite massif.

Document 2 — Deux mesures (données choisies pour l’exercice).

Couche	matière organique (% de la terre sèche)	terre fine : argiles / limons / sables (%)
2^e couche (21 cm)	7,4	18 / 22 / 60
3^e couche (47 cm)	1,1	35 / 25 / 40

1. La couche brun très sombre de 21 cm est l’horizon .
L’horizon A, humifère, sombre et grumeleux.
2. La couche brun-ocre de 47 cm est l’horizon .
L’horizon B, enrichi en argiles venues d’en haut.
3. La 2^e couche contient fois plus de matière organique que la 3^e (au dixième).
7,4 ÷ 1,1 ≈ 6,7 : l’humus sombre s’accumule près de la surface, là où tombent les débris végétaux.
4. La 3^e couche contient fois plus d’argiles que la 2^e (au dixième).
35 ÷ 18 ≈ 1,9 : entraînées par l’eau depuis le haut, les argiles s’accumulent dans l’horizon B. Les sables dominent la 2^e couche (60 %) : sur granite, les grains de quartz restent.
5. La couche de cailloux de granite altéré, épaisse de 52 cm, est l’horizon .
L’horizon C, roche-mère fragmentée : la fraction minérale du sol vient de l’altération du granite.
6. La 2^e couche est la plus peuplée : elle reçoit directement les débris de la et elle est riche en racines et en air.
De la litière : nourriture abondante pour les vers, les arthropodes, les champignons et les bactéries.
7. Vers le bas, les fragments de granite sont de moins en moins altérés : l’altération a progressé de la surface vers la .
Vers la profondeur : ce sol s’est formé du haut vers le bas.

Problème 2 · Deux colorants, trois filtres★★★Facile

Document 1 — Le montage. Trois entonnoirs sont garnis de papier filtre : le n° 1 ne contient rien d’autre, le n° 2 contient 55 g de sable de rivière lavé, le n° 3 contient 55 g de terre de prairie. On verse sur chacun 35 mL de bleu de méthylène, colorant dont la partie colorée porte une charge positive, et on observe le liquide recueilli (filtrat). On recommence avec 35 mL d’éosine, colorant dont la partie colorée porte une charge négative.

Document 2 — Les filtrats.

Filtrat	Entonnoir n° 1	Entonnoir n° 2	Entonnoir n° 3
bleu de méthylène	bleu	bleu	incolore
éosine	rose	rose	rose

Document 3 — Une variante. On répète l’essai avec la même terre, préalablement chauffée au rouge pour détruire sa matière organique : le filtrat de bleu de méthylène sort légèrement bleuté.

1. Les entonnoirs n° 1 et n° 2 servent de .
De témoins : le n° 1 montre que le papier ne retient aucun colorant, le n° 2 qu’une filtration à travers des grains de sable lavé ne les retient pas.
2. La terre retient le colorant dont la partie colorée est chargée .
Positivement : le bleu de méthylène sort incolore, l’éosine passe.
3. Certains constituants de la terre portent donc des charges .
Des charges négatives, qui attirent les particules positives et repoussent les négatives.
4. D’après le document 3, une fois la matière organique détruite, seules les retiennent encore une partie du bleu.
Les argiles (le sable lavé ne retient rien) ; l’humus, détruit par le chauffage, retenait l’autre partie du bleu. Argiles et humus forment le complexe argilo-humique.
5. Dans un sol, un anion apporté par un engrais se comporte comme l’éosine : c’est le cas de l’ion (nom).
L’ion nitrate NO₃⁻ : il n’est pas retenu par le complexe et reste dans la solution du sol.

Problème 3 · Les êtres vivants et la minéralisation★★★Moyen

Document 1 — Le protocole. Trois lots de 500 g d’une même terre de prairie sont placés dans des bocaux fermés, humides, à température constante, pendant 28 jours. On ajoute 10 g de litière broyée aux lots A et B. Le lot B (terre et litière) a été stérilisé à l’autoclave, qui tue tous les êtres vivants, et son bocal est resté stérile ; le lot C ne contient que la terre.

Document 2 — Les mesures.

Lot	A : terre + litière	B : terre + litière, stérilisés	C : terre seule
CO₂ dégagé en 28 jours (mg par kg de terre)	820	9	240
azote nitrique au départ (mg N par kg de terre)	6	6	6
azote nitrique après 28 jours (mg N par kg de terre)	43	6	19

1. La comparaison des lots A et B teste le rôle des du sol.
Des êtres vivants : A et B ne diffèrent que par leur présence. Sans eux (B), ni CO₂ ni nitrates : la minéralisation est due aux décomposeurs.
2. Azote nitrique produit en 28 jours dans le lot A : mg N par kg de terre.
43 − 6 = 37 mg N/kg.
3. Azote nitrique produit dans le lot C, par l’humus seul : mg N par kg.
19 − 6 = 13 mg N/kg : C sert de témoin pour la minéralisation de la matière organique déjà présente.
4. Azote nitrique fourni par la seule litière, par kg de terre : mg N.
37 − 13 = 24 mg N/kg.
5. Pour le lot A de 500 g, la litière a fourni mg d’azote nitrique.
24 × 0,5 = 12 mg.
6. Le CO₂ est un bon indicateur : les décomposeurs oxydent la matière organique par leur .
Par leur respiration : le carbone minéralisé repart en CO₂, l’azote est libéré en NH₄⁺ puis NO₃⁻. Le lot A dégage le plus de CO₂ et produit le plus de nitrates.
7. Un agriculteur brûle chaque année ses résidus de culture : à long terme, la matière organique de son sol baisse, et avec elle sa , car l’humus porte beaucoup de charges négatives.
Sa CEC : le carbone des résidus part en CO₂ au lieu de nourrir l’humus. Les agrégats deviennent aussi instables, et les décomposeurs (privés de nourriture) sont moins nombreux et fournissent moins d’ions : la fertilité recule.

Problème 4 · Vers de terre, labour et infiltration★★★Moyen

Document 1 — Deux parcelles voisines, sur le même sol limoneux, cultivées depuis une quinzaine d’années : l’une est labourée chaque automne, l’autre est en semis direct (sans retournement du sol), avec un couvert végétal entre deux cultures.

Paramètre	parcelle labourée	parcelle en semis direct
vers de terre (individus/m²)	58	214
biomasse de vers de terre (t/ha)	0,45	1,7
vitesse d’infiltration de l’eau (mm/h)	7	41
matière organique en surface (%)	1,8	2,7

Document 2 — Les turricules. Les rejets des vers de terre, ou turricules, sont de petits agrégats de terre passée dans leur tube digestif.

1. Rapport semis direct / labour pour le nombre de vers : (au dixième).
214 ÷ 58 ≈ 3,7.
2. Biomasse de vers de la parcelle en semis direct, en grammes par mètre carré : g/m².
1,7 t = 1 700 000 g et 1 ha = 10 000 m² : 1 700 000 ÷ 10 000 = 170 g/m², soit moins d’un gramme par ver en moyenne (170 ÷ 214 ≈ 0,8 g).
3. Rapport semis direct / labour pour la vitesse d’infiltration : (au dixième).
41 ÷ 7 ≈ 5,9.
4. Hausse relative de la matière organique en surface avec le semis direct : %.
(2,7 − 1,8) ÷ 1,8 × 100 = 50 % : la référence est la parcelle labourée.
5. Les galeries verticales des vers guident l’eau de pluie vers la profondeur : elle stagne ou moins en surface.
Elle ruisselle moins : le sol s’érode moins et sa réserve en eau se recharge.
6. Dans le tube digestif des vers, argiles et débris végétaux sont mélangés : les turricules sont riches en complexe .
En complexe argilo-humique, stabilisé par des ponts calciques et du mucus : une structure grumeleuse stable.
7. Une hypothèse sur la rareté des vers après labour : la charrue les blesse et les ramène au grand jour, où les les mangent.
Les oiseaux ; le labour détruit aussi leurs galeries. Autre hypothèse : sans couvert et avec moins de résidus (1,8 % contre 2,7 %), ils ont moins de nourriture et d’abri.

Problème 5 · Fertilisation azotée d’un maïs★★★Difficile

Document 1 — Un essai de fertilisation azotée d’un maïs grain sur sol limoneux (mêmes semences, même irrigation, mêmes apports de phosphore et de potassium). Les pertes de nitrates sont mesurées dans l’eau de drainage, sous la parcelle.

dose d’azote (kg N/ha)	0	50	100	150	200	250
rendement (t/ha)	5,8	8,1	9,9	10,8	11,0	10,9
azote lessivé (kg N/ha/an)	23	27	31	44	68	97

Document 2 — Une affirmation. Un agriculteur : « Mettre 250 kg N/ha garantit le meilleur rendement. »

1. Gain de rendement de 0 à 50 kg N/ha : t/ha.
8,1 − 5,8 = 2,3 t/ha.
2. De 0 à 50 kg N/ha, chaque kilogramme d’azote apporté donne kg de grain en plus.
2,3 t = 2 300 kg ; 2 300 ÷ 50 = 46 kg de grain par kilogramme d’azote.
3. Gain de 150 à 200 kg N/ha : t/ha.
11,0 − 10,8 = 0,2 t/ha, soit 200 ÷ 50 = 4 kg de grain par kilogramme d’azote, contre 46 au départ : chaque tranche rapporte moins que la précédente, le rendement atteint un palier.
4. Au-delà d’environ 200 kg N/ha, l’azote n’est plus le facteur : l’eau, la lumière ou la variété limitent la production.
Le facteur limitant. La baisse de 0,1 t/ha à 250 kg N/ha est trop faible pour être interprétée sans répétitions.
5. Même sans engrais, 23 kg N/ha sont lessivés : les nitrates viennent de la de l’humus.
De la minéralisation de l’humus par les décomposeurs.
6. Les nitrates ne sont pas retenus, car le complexe argilo-humique est chargé .
Négativement : il repousse les anions NO₃⁻, qui restent en solution. Quand la dose dépasse ce que la plante absorbe, l’excès est lessivé.
7. De 200 à 250 kg N/ha, les pertes augmentent de kg N/ha.
97 − 68 = 29 kg N/ha, sans gain de rendement : l’affirmation du document 2 est fausse.
8. À 150 kg N/ha, le maïs donne % du rendement maximal (au dixième).
10,8 ÷ 11,0 × 100 ≈ 98,2 %, avec 44 kg N/ha lessivés au lieu de 68 : une dose voisine de 150 kg N/ha est un bon compromis.

Problème 6 · Deux roches-mères, deux sols★★★Difficile

Document 1 — Deux sols cultivés d’une même région, sous le même climat (données choisies pour l’exercice).

	sol 1, sur granite	sol 2, sur calcaire
épaisseur (cm)	80	30
pH	5,2	8,0
terre fine : argiles / limons / sables (%)	12 / 23 / 65	34 / 41 / 25
CEC (cmol+/kg)	7,5	21
Ca²⁺ / Mg²⁺ / K⁺ / Na⁺ échangeables (cmol+/kg)	2,1 / 0,6 / 0,3 / 0	19,1 / 1,3 / 0,5 / 0,1

Document 2 — Une règle d’agronome. On chaule en général un sol cultivé dont le pH est inférieur à 6 environ.

1. Somme S des cations basiques du sol 1 : cmol+/kg.
2,1 + 0,6 + 0,3 + 0 = 3,0 cmol+/kg.
2. Taux de saturation du sol 1 : %.
3,0 ÷ 7,5 × 100 = 40 %.
3. Taux de saturation du sol 2 : %.
S = 19,1 + 1,3 + 0,5 + 0,1 = 21,0 ; 21,0 ÷ 21 × 100 = 100 % : le complexe est saturé, surtout par le calcium venu de la roche.
4. La CEC du sol 2 est fois plus grande que celle du sol 1.
21 ÷ 7,5 = 2,8 : le sol 2 est bien plus riche en argiles (34 % contre 12 %).
5. Le sol à chauler (1 ou 2) : .
Le sol 1 : pH 5,2, inférieur à 6, et 60 % de sites occupés par des ions acides. Son granite, riche en quartz, a donné une arène sableuse, filtrante et pauvre en calcium.
6. Malgré sa richesse chimique, le sol 2, épais de 30 cm, retient peu d’ pour une culture en été.
D’eau : un sol mince a une petite réserve. Chaque sol a ses limites, liées à sa roche-mère : acidité et pauvreté pour l’un, faible épaisseur pour l’autre.

Bloqué sur ce chapitre ?

Moi c'est Ben, j'ai créé ce site pour aider le plus d'élèves possible, partout en France. Je peux aussi reprendre avec toi ce qui coince en cours particulier : en visio, ou à domicile si tu es à Marseille.

Réserver un 1^er cours → Voir les tarifs

Prof de SVT à Marseille · Cours particuliers au collège · Aide aux devoirs