Dans les écosystèmes naturels, tout ce qui permet aux plantes de se développer et de vivre sainement provient de ce qu'elles trouvent dans le sol, excepté la lumière du soleil et le CO2. Les interactions entre les différents organismes du sol sont à l'origine du cycle des nutriments qui pourront parvenir jusqu'aux plantes.
Différentes chaînes alimentaires constituées de producteurs (les plantes), de décomposeurs et de prédateurs, composent ce que l'on appelle le réseau trophique du sol. Comprendre ce réseau, c'est comprendre comment un sol nourrit réellement une plante, et pourquoi l'équilibre biologique du sol est souvent plus déterminant que sa composition chimique.
01. Les microbes à l'origine de la nutrition des plantes
Le premier des niveaux trophiques est constitué de micro-organismes. C'est grâce aux différentes populations de microbes et à leur équilibre que la plante pourra obtenir les éléments nutritifs et l'eau dont elle a besoin pour se développer dans de bonnes conditions.
Le réseau trophique du sol : producteurs, décomposeurs et prédateurs forment un système d'interdépendances au service de la nutrition des plantes.
Les plantes, via leur photosynthèse, produisent des exsudats (différents types de sucres plus ou moins complexes, d'acides aminés, de protéines...) qui leur permettront de nourrir les micro-organismes dont elles ont besoin pour obtenir en échange les éléments nutritifs qui leur manquent. Les exsudats produits au niveau des racines de la plante sont souvent les plus connus, on parle d'exsudats racinaires, mais la plante en produit également partout sur ses parties aériennes : tiges, rameaux, feuilles, bourgeons.
Ces exsudats sont destinés à des bactéries et des champignons spécifiques. Ces décomposeurs produisent des enzymes permettant d'aller chercher des éléments nécessaires à la plante, qui lui sont inaccessibles ou qui lui demanderaient trop d'énergie pour y accéder directement.
02. Le rôle fondamental des prédateurs
Pour que les éléments nutritifs puissent être transférés depuis les microbes jusqu'à la plante, une étape cruciale est encore nécessaire. Exceptées certaines espèces symbiotiques, les champignons et bactéries doivent se faire manger par leurs prédateurs — protozoaires, nématodes et micro-arthropodes — afin que les éléments nutritifs qu'ils ont puisés dans le sol puissent se retrouver sous forme soluble et assimilable par les plantes.
Nématode bactérivore (grossissement 400x)
Amibe à thèque
« Si l'on dispose d'un réseau trophique diversifié, avec les bons ensembles de micro-organismes, les éléments nutritifs nécessaires au bon développement des plantes leur seront rendus disponibles, en quantité adaptée et au moment choisi par les plantes elles-mêmes. »
Cette approche fondée sur le métabolisme des microbes du sol, leurs équilibres et leurs cycles de reproduction et de prédation, est fondamentalement différente des approches consistant à apporter aux plantes, sous formes solubles, ce dont elles pourraient avoir besoin — avec des produits ayant souvent un impact néfaste sur les organismes du sol et sur l'environnement.
Contrairement à une idée répandue, il n'existe que peu de sols qui ne disposent pas suffisamment d'éléments nutritifs pour le bon développement des plantes. Ce qui manque trop souvent dans les sols agricoles, c'est l'ensemble des micro-organismes capables de puiser ces nutriments présents mais non solubles dans le sol.
Il est très fréquent d'observer dans les sols de cultures céréalières, par exemple, des populations très importantes de bactéries mais vraiment trop peu de leurs prédateurs, nématodes ou protozoaires qui, en mangeant les bactéries, pourraient permettre de libérer les nutriments qu'elles contiennent pour les racines des plantes.
Les différentes populations de micro-organismes du réseau trophique : bactéries, champignons, protozoaires, nématodes et micro-arthropodes forment un système interdépendant.
03. Succession écologique
Depuis la formation des sols et la colonisation de la croûte terrestre par les plantes, la Nature produit une succession de plantes correspondant à une succession de micro-organismes, d'insectes et d'animaux pour couvrir le sol nu, l'améliorer et arriver jusqu'aux écosystèmes forestiers les plus stables.
Exemple de succession forestière, de la friche pionnière à la vieille forêt à dominance fongique. (LucasMartinFrey, CC BY 3.0 via Wikimedia Commons)
Les sols encore peu évolués, nus, dépourvus de matière organique (MO), seront couverts en premier lieu par des plantes dites pionnières, ayant des métabolismes nourrissant majoritairement des populations bactériennes. C'est parmi ces plantes que l'on retrouve le plus souvent les adventices de culture. Lorsque l'on analyse les biomasses des micro-organismes dans ces types de sol, hormis certains champignons mycorhiziens, on retrouve majoritairement des biomasses bactériennes (en µg de cellules/g de sol).
Au fur et à mesure de l'avancée de la succession écologique, les plantes produiront de plus en plus de matière organique (MO) et d'exsudats permettant progressivement le développement des populations de champignons. Cette évolution spontanée des écosystèmes, qui favorise progressivement les plantes ligneuses dans la majorité des écosystèmes planétaires, conduit jusqu'aux vieilles forêts secondaires et primaires à dominance fongique (en µg de cellules/g de sol).
Entremêlements d'hyphes mycéliens dans un échantillon de compost.
La plupart des sols agricoles manquent considérablement de biomasse fongique, beaucoup d'adventices de cultures nous l'indiquent lorsque l'on sait les écouter. Les adventices que l'on retrouve le plus fréquemment en cultures se développent rapidement pour couvrir et protéger les sols, produire un minimum de matière organique et stimuler la vie microbienne. Petit à petit, si on les laisse faire, elles augmentent les taux de carbone dans les sols jusqu'à augmenter la biomasse fongique, améliorant ainsi les fonctions écologiques des sols.
Cardamine hirsute
Séneçon commun
Il est possible de renverser cette situation : si l'on augmente suffisamment les populations de champignons dans les sols par une pratique ou une autre, la plupart des adventices posant problème en agriculture n'ont plus leur rôle à jouer et ne se développent pas. Elles ne germent pas car elles ne retrouvent pas dans le sol les paramètres qui conditionnent la levée de dormance de leurs graines.
04. Ratio champignons/bactéries
Ce sont notamment les microbes, et plus particulièrement l'équilibre entre les biomasses fongiques et les biomasses bactériennes (en µg de cellules/g de sol), qui déterminent le stade de succession écologique des sols.
Chaque plante cultivée nécessite un équilibre particulier de bactéries et de champignons, en lien avec leurs prédateurs, afin de pouvoir se développer correctement et rapidement, sans aucun produit chimique de synthèse. Les formes sous lesquelles les nutriments se trouvent dans le sol varient selon l'activité des bactéries ou des champignons et ne nourrissent pas les plantes de la même façon.
« Les analyses chimiques classiques apportent des informations utiles, mais la diversité des micro-organismes et l'équilibre entre les différentes populations seront très importants pour savoir si la vie de vos sols vous permettra de cultiver des plantes saines avec de bons rendements. »
Il est possible, à partir d'un sol de départ, de stimuler ou de revitaliser l'activité microbienne et de développer le ratio champignons/bactéries le plus adapté aux cultures, avec l'équilibre de leurs prédateurs. L'objectif : redonner aux plantes leur capacité de piloter l'activité microbienne des sols, pour être les plus saines, productives et autonomes possible.
Observation d'un sol au microscope : l'analyse microbiologique renseigne sur la diversité et l'équilibre des populations, là où les analyses chimiques classiques restent muettes.
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« Redonner aux plantes leur capacité de piloter l'activité microbienne des sols, c'est retrouver le chemin d'une agriculture productive, autonome et vivante. »