L’élément N et le végétal (3)

 

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Activité végétale et acidification des sols …

L’acidification naturelle d’un sol est le résultat d’une évolution très lente qui met en jeu divers processus.

* L’activité biologique qui produit de l’acidité :
→  libération d’acides organiques : la respiration microbienne et racinaire est source d’acide carbonique H2CO3, acide faible qui se forme à partir du CO2 rejetée ;
→ l’adsorption préférentielle de cations par les plantes qui implique un rejet de H+ pour équilibrer les charges ;
→ la nitrification qui libère 2 H+ par NO3- produit à partir du NH4+.

* La dissolution des roches et des sols qui produit à l’inverse de l’alcalinité par libération d’un excès de base (OH- ou CO32- par exemple). Ainsi, aussi longtemps qu’un minéral carbonaté comme la calcite est présent dans les sols, il consomme des ions H+ par dissolution : CaCO3 + H+ → Ca2+ + CO2 + OH- (décarbonatation).

* Le drainage des sols qui élimine, en fonction de l’excès des pluies sur l’évapotranspiration, plus ou moins de l’alcalinité ou de l’acidité des sols. A titre d’exemple la fraction nitrate NO3- est lessivable tandis que la fraction acide NH4+ ne l’est pas.

* La matière végétale étant concentrées en anions basiques, les divers prélèvements (coupe, récolte, pâture) participent à déséquilibrer les charges du milieu. Pendant la phase de croissance végétale, la plante rejette dans les sols une quantité importante de cation H+ afin d’équilibrer la charge des anions adsorbés. Ainsi quand la plante adsorbe des nitrates (NO3-) elle se doit d’adsorber dans le même temps un cation – K+, Ca2+ et Mg2+ étant nécessaire à son métabolisme, l’expulsion de H+ est privilégié – et/ou d’expulser un anion (HCO3 – ou OH-).

Au final, l’acidification d’un sol implique que les processus produisant de l’acidité soient supérieurs aux processus produisant de l’alcalinité. Sans intervention humaine, les facteurs déterminants, tous rétroagissant les uns sur les autres, sont donc : l’oxygénation des sols, la nature de la roche et du couvert végétal, le régime des précipitations et la qualité du drainage, naturel ou artificiel, des sols.

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L’équilibre acido-basique des sols

Le pH (potentiel hydrogène) d’un sol est définit par la concentration en ions H+ de sa phase liquide. Un sol est acide lorsque son pH est inferieur à 7, inversement basique quand il est supérieur.
L’équilibre acido-basique des sols, soit un pH fluctuant légèrement autour de 7, est un facteur très important pour l’ensemble de ses habitants. Pour le dire grossièrement, il faut une certaine acidité pour casser les molécules de sels minéraux et les rendre adsorbables par les plantes. Lors de leur capture, ceux-ci sont cependant remplacés par des ions hydrogène H+, le sol redevient acide et s’appauvrit. C’est là que calcaire et bases échangeables doivent être légèrement en excès pour « chasser » les ions H+ des colloïdes du sol et redevenir ainsi disponibles à la plante. Un tel processus répété dans le temps tend néanmoins à épuiser les réserves en « chasseurs » de H+ et altérer les conditions de croissances.
Comme le reste de l’économie moderne, l’agriculture est ainsi passée d’une activité à rendement décroissant (appauvrissement naturel en minéraux du sol) à une activité à rendement au minimum constant (dopage des sols par apports exogènes d’engrais minéraux). 

Une plante d’appartement en pot épuise donc petit à petit son sol : acidification, épuisement des réserves de neutralisation, acidification supérieur au seuil de tolérance, ralentissement de l’activité biologique, diminution de la décomposition des matières organiques, toxicité et appauvrissement accéléré. Un champ mis en culture de façon intensive intensifie ces mêmes effets. Dans les deux cas il s’agit d’écosystèmes fragmentés, artificiellement maintenus à un stade d’évolution par des apports exogènes (eau, engrais et autres dopages sélectifs).  Sans intervention extérieure, le devenir de la plante en pot isolée est la mort, celui du champ agricole, la forêt.
Le stade forestier correspond à une économie d’énergie globale dans l’écosystème par une accumulation d’information qui permet comme est permise par :
→ la différenciation d’individus à la fertilité réduite et à la durée de vie allongée ;
→ le développement de systèmes d’interactions complexes permettant en autre un meilleur recyclage des matières comme de tamponner les attaques de ravageurs.

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Image et remontage …

Appauvrissement des sols, l’image de la plante isolée en pot nous renverrait peut-être utilement à l’individualisme atomiste de notre époque, le bain du moi-dieu des puritains modernes de Roger Scruton. J’isole et comme je m’isole, j’ai un besoin croissant en apports extérieurs pour tenir cette position : entertainment, médication et sub-croyances diverses, esthétique performative du détricotage, etc.
L’image du champ agricole, à certain culte de la performance : je pousse très vite et je reste jeune. D’où la valorisation certaine de la vitesse, un encouragement de fait au dopage et un usage croissant de la silicone.

Ceci étant dit avec toutes les limites du genre, des images entre les genres et des montages. Suivons ici une ligne spinoziste. Si l’homme n’est pas un empire dans un empire, ce que peut son corps n’en n’est pas moins tout à fait singulier. En d’autres termes son utile propre lui appartient, même à être ignorant des causes qui le déterminent à agir.
La figure du corps végétale nous permet néanmoins de saisir quelques notions communes. Nous ne sommes pas les seuls à adopter certaines stratégies de développement afin de persévérer dans notre être : un certain mode de colonisation des sols, une certaine vitesse de développement, une certaine stratégie de reproduction, une certaine gestion de l’énergie et certain type d’accumulation de l’information.
On pourrait donc imager peut-être utilement les « conditions de culture » de nos sociétés modernes comme étant productrices de petits fragments de forêts d’hommes en pot.
Si l’accumulation d’information collective commence à produire ses effets au niveau des économies d’énergie globales dans la sociosphère, l’aspect relationnel et symbiote demeure quant à lui relativement sous-développé. Différentiation, à chacun son capital relationnel en tant qu’avantage compétitif dans une stratégie de survie individuelle. Mais les droits de propriété qui en découlent freinent d’autant le recyclage des idées circulantes, créant ces barrières à fragmentation qui font que les idées des uns ne deviennent que trop peu la matière première de celles des autres.

Tout ceci étant dit beaucoup trop rapidement, on en reviendrait plus généralement ici à la compréhension nécessaire de cette écologie des idées chère à Gregory Bateson.

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« (…) ce que je veux dire [i.e. par écologie de l’esprit], plus ou moins, c’est le genre de choses qui se passent dans la tête de quelqu’un, dans son comportement et dans ses interactions avec d’autres personnes lorsqu’il escalade ou descend une montagne, lorsqu’il tombe malade ou qu’il va mieux. Toutes ces choses s’entremêlent et forment un réseau […] On y trouve à la base le principe d’une interdépendance des idées qui agissent les unes sur les autres, qui vivent et qui meurent (…) nous arrivons ainsi à l’image d’une sorte  d’enchevêtrement complexe, vivant, fait de luttes et d’entraides, exactement comme sur n’importe quelle montagne avec les arbres, les différentes plantes et les animaux qui y vivent – et qui forment, en fait, une écologie »

« La monstrueuse pathologie atomiste que l’on rencontre aux niveaux individuel, familial, national et international – la pathologie du mode de pensée erroné dans lequel nous vivons tous – ne pourra être corrigée, en fin de compte, que par l’extraordinaire découverte des relations qui font la beauté de la nature. »
« Autrefois c’est élaboré une hiérarchie de taxa, individu, ligné, sous-espèce, espèce, etc., en tant qu’unité de survie. A présent nous envisageons une autre hiérarchie d’unité : gènes dans l’organisme, organisme dans l’environnement, écosystème… Ainsi l’écologie au sens le plus large du terme devient l’étude de l’interaction et de la survie des idées et des programmes, (qui sont des différences, des ensembles de différences…) dans des circuits. »

« Nos idées sont immanentes dans un réseau de voies causales dont les limites ne coïncident ni avec celles du corps, ni avec celles de ce qu’on appelle communément soi ou conscience. »
« Le système écomental appelé lac Erié est une partie de votre système écomental plus vaste, et que, si ce lac devient malade, sa maladie sera inoculée au système plus vaste de votre pensée et de votre expérience. »

« Il ya une écologie des mauvaises idées, tout comme il y a une écologie des mauvaises herbes, le propre du système étant que l’erreur se propage d’elle-même. »
« Le système de la pensée consciente véhicule des informations sur la nature de l’homme et de son environnement. Ces informations sont déformées ou sélectionnées et nous ignorons la façon dont se produisent ces transformations. Comme ce système est couplé avec le système mental coévolutif plus vaste, il peut se produire un fâcheux déséquilibre entre les deux (…) les erreurs se reproduisent à chaque fois que la chaîne causales altérée (par la réalisation d’un but conscient) est une partie de la structure de circuit, vaste ou petit, d’un système (…) ainsi, si l’utilisation de DDT en venait à tuer les chiens par exemple, il y aurait dès lors lieu d’augmenter le nombre de policier pour faire faire face à la recrudescence des cambriolages. En réponse ces même cambrioleurs s’armeraient mieux et deviendraient plus malin, etc. »

Gregory Bateson, Steps to an ecology of mind, éd. du Seuil, volume 1 et 2.

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A la suite de ces quelques citations, relevons un point important : l’altération des chaines causale naturelles par nos buts conscients dont les exemples débordent la rubrique Terre des différents journaux.

Prenons le cas de la mise en jachère nue. Une telle pratique culturale permet de diminuer les pertes en eau dues à l’évapotranspiration végétale, mais ne permet pas à contrario de structurer correctement les sols. D’où des risques d’érosion et de lessivage de ses éléments fertiles, ceux-ci n’étant certes plus consommés, mais pas plus mobilisés par la plante.
La pratique la jachère nue ne se justifie donc pleinement que dans les lieux où la ressource en eau vient à manquer gravement. Ce qui est le cas aux USA par exemple, la nappe d’Ogallala alimentant l’agriculture du Dakota du Sud Texas se vidant actuellement 8 fois plus vite qu’elle ne se remplit.

Cet illustration des effets de la jachère nue aurait pour but de faire comprendre que l’intervention humaine n’est réellement efficace, voire justifiée, qu’en cas de trouble grave. En effet, laisser opérer l’ingénierie naturelle en ce qui concerne la recolonisation des sols nus est une solution bien plus équilibrée : installation spontanée de plante adaptées aux conditions biotiques du milieu, par exemple économes en eau, structuration du sol et mobilisation des nutriments au niveau de la rhizosphère. Seulement arrivé à un certain niveau de stress hydrique, cette solution n’est plus envisageable.
C’est ainsi que plus les troubles sont graves, et plus l’intervention humaine est nécessaire, et plus les déséquilibrent vont croissants du fait de nouvelles altérations des chaines causale naturelles. Croissant jusqu’au point où l’intervention humaine n’est tout bonnement plus possible, cas de la déprise agricole en cours sur les terres qu’alimentaient en eau la nappe d’Ogallala.

But conscient créateur → Altération d’une chaîne causale du tissu naturel → But conscient correcteur → Nouvelle altération d’une chaine causale → Nouveau but conscient correcteur → Nouvelle altération d’une chaine causale→ etc., etc. → Jusqu’à impossibilité d’intervenir et désertion en sortie de boucle.

L’écologie est ce moment de notre histoire où nous prenons conscience, non seulement d’être pris dans cette boucle, mais également de l’aspect « one way exit » de celle-ci.
Avant de se figer dans une politique ou autres idéologies, l’écologie c’est avant tout le nécessaire passage de nos pensées d’un terreau à un autre. Une nouvelle vision des tissus du système monde, de laquelle découle une pensée de l’incertitude de ses réponses à nos actions. Si cette vision est essaimée, incorporée par une éducation essentiellement non-prescriptive, interactive, expérimentatrice et pluridisciplinaire, qui trace des relations inévidentes plus que des lois, alors sans doute sera-t-elle l’occasion de diversifier profondément nos modes d’existence. Il est alors à parier que le terme d’écologie disparaitra de lui-même pour se fondre dans celui de vie.

Le but de l’écologie, c’est de sortir de l’écologie.

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Pouvoir tampon

Retour à nos moutons acides …
Le potentiel de neutralisation des fluctuations acido-basiques est appelé pouvoir tampon du sol. A titre d’exemple la dureté de l’eau, sa concentration en CaCO₃, est un facteur de réduction de l’acidité.
Le pouvoir tampon est plus généralement fonction de la somme des bases échangeables présentes dans le sol, c’est-à-dire de la somme des cations basiques (Ca2+, Mg2+, K+ et Na+) susceptibles d’être fixés sur les sites négatifs du sol.

Les charges négatives (anion) sont capables de retenir les charges positives (cations). Autrement dit, le contrôle de l’acidité du sol s’effectue à partir de la charge électrique de ses différents constituants. Autour des complexes complexe argilo-humique électronégatifs se forme ainsi un nuage de charge positives constitué par les ions hydrogène (H+ ou H3O+ en solution), les cations basiques (Ca2+, Mg2+, K+, Na+, Fe3+ ou Fe2+, Al3+) ou encore de l’ammonium (NH4+). Or les cations sont classés en deux catégories échangeables. Les cations sans effet sur le pH (Ca2+, Mg2+, K+, Na+) et les cations spécifiques de l’acidité d’échange (Al3+ et H+).
Un sol acide est alors un sol où les ions H+ et Al3+ occupent une majorité des sites négatifs du sol, en chassant pour ainsi dire les autres cations. Il y a donc diminution du taux de saturation en bases qui correspond donc au pourcentage des sites électronégatifs du sol (CEC) occupé par les ions Ca2+, Mg2+, K+, Na+.

En conditions acides, l’acidification se traduit donc par l’augmentation de l’acidité d’échange (Al3+ et H+) et la dissolution de minéraux. Les conséquences en sont des déséquilibres nutritifs pour les êtres vivants et la  détérioration de la structure des sols.
En conditions alcalines, cas des sols sur roches calcaires, l’acidification entraîne la dissolution des particules calcaire CaCO3. Il y a donc une diminution de la réserve d’alcalinité totale du sol sans baisse de pH. C’est pourquoi il est nécessaire de renouveler régulièrement les réserves alcalines des sols qui tendent à s’acidifier (amendement calcique des terres agricoles ou chaulage).

La dissolution de la roche calcaire étant un processus long, la variation naturelle du pH d’un sol est donc limitée à court terme par la capacité de ses différents constituants à piéger ou libérer les ions H+. On peut distinguer trois types de constituants porteurs de charge dans le sol :
→ la matière organique dont la charge négative augmente avec le pH (charge variable) ;
→ les oxydes de fer ou d’aluminium dont la charge est variable selon le pH (charge positive jusqu’à pH 7 ou 8, charge négative au delà de pH 8 ou 9) ;
→ les argiles dont une partie de la charge négative est indépendante du pH (charge permanente).

Du dosage respectif de ces trois constituants et du pH initial dépend principalement la charge variable du sol, donc sa dépendance comme sa capacité à réguler son pH.
Le pH final étant lui-même déterminé par le pH initial, la charge variable négative du sol lui étant corrélée positivement, on devine ici la présence d’un effet de seuil avec irréversibilité possible du processus d’acidification.

Résumons-nous. Les principales conséquences du processus d’acidification sont :

→ En sol non calcaire, une diminution de la capacité d’échange cationique (CEC). Autrement dit la quantité de cations retenus ou le nombre de sites négatifs dans la matrice du sol diminue, les cations non fixés deviennent alors lessivables.
La fertilité du sol est réduite, des éléments comme le phosphore, le potassium et le magnésium devenant de moins en moins disponibles à la plante à partir d’un certain niveau d’acidification. Plus le pH est faible, plus les ions H+ et Al3+ se fixent sur les sites échangeables, et plus le risque de toxicité est également important. L’acidité augmente en effet la solubilisation de certains minéraux pouvant être à l’origine de toxicités pour la vie du sol (Al, Cu et Mn) si le pH descend trop bas (<5,5). Par ailleurs la diminution des concentrations en ions Ca2+ participe à dégrader la structure physique du sol.
Au final, on assiste à une diminution globale de l’activité biologique du sol.

→  En sol calcaire, le tamponnage de l’acidification entraine une décalcification des sols et la production de CO2.

C’est ainsi que la lecture du pH d’un sol nous donne des informations sur les éléments nutritifs disponibles et les risques de toxicité.