FERTILITÉ BIOLOGIQUE DES SOLS : Micro-organismes, vers de terre, champignons, mycorhizes et rhizosphère : comprendre et piloter le vivant sous nos pieds

La fertilité biologique est probablement l’une des dimensions les plus difficiles à mesurer du sol — et pourtant l’une des plus importantes.

Un sol n’est pas simplement un mélange de sable, de limon, d’argile, d’eau, d’air et de matière organique. C’est un écosystème vivant, traversé par des flux de carbone, d’eau, d’énergie et d’éléments minéraux.

Sa fertilité dépend donc aussi de la capacité de cet écosystème à :

décomposer ;
transformer ;
stocker ;
mobiliser ;
transporter ;
recycler ;
protéger ;
redistribuer les nutriments.

Dans une approche Omakëya™, la question n’est plus seulement :

« Combien d’éléments nutritifs contient mon sol ? »

mais :

« Quels organismes sont présents, que font-ils, et comment leurs interactions rendent-elles les ressources accessibles aux plantes ? »

1. La fertilité biologique : définition

On peut définir la fertilité biologique comme la capacité d’un sol à assurer, grâce à ses organismes vivants et à leurs interactions, des fonctions permettant notamment :

le recyclage de la matière organique ;
la minéralisation ;
la formation et la stabilisation des agrégats ;
la circulation de l’eau et de l’air ;
la mobilisation des nutriments ;
la formation de matière organique stable ;
la protection des racines ;
la régulation de certaines populations d’organismes ;
le maintien de la productivité végétale.

Elle ne constitue donc pas une propriété isolée.

Elle est intimement liée aux propriétés :

physiques ;
chimiques ;
hydrologiques ;
biologiques.

2. Le sol comme écosystème

On peut représenter le système ainsi :

                         PLANTE                           │                    exsudats racinaires                           ↓                       RHIZOSPHÈRE                           │          ┌────────────────┼────────────────┐          ↓                ↓                ↓      BACTÉRIES        CHAMPIGNONS       FAUNE          │                │                │          └────────────────┼────────────────┘                           ↓                    MATIÈRE ORGANIQUE                           ↓                  NUTRIMENTS DISPONIBLES                           ↓                         RACINES                           ↺

Ce système fonctionne grâce à des milliers d’interactions.

3. Une immense biodiversité

Une poignée de sol vivant peut contenir une quantité considérable d’organismes.

On y rencontre notamment :

Microorganismes

bactéries ;
archées ;
champignons ;
protozoaires.

Microfaune

nématodes ;
rotifères ;
organismes microscopiques.

Mésofaune

collemboles ;
acariens ;
microarthropodes.

Macrofaune

vers de terre ;
larves ;
insectes ;
cloportes ;
myriapodes ;
mollusques.

Cette diversité constitue un réseau trophique complexe.

4. Le réseau trophique souterrain

Le fonctionnement peut être représenté comme une chaîne :

MATIÈRE ORGANIQUE       ↓BACTÉRIES / CHAMPIGNONS       ↓PROTOZOAIRES / NÉMATODES       ↓MICROARTHROPODES       ↓PRÉDATEURS       ↓NUTRIMENTS       ↓PLANTES

Il ne s’agit toutefois pas d’une simple chaîne linéaire.

C’est un réseau trophique comportant de nombreuses boucles.

5. Les bactéries

Les bactéries sont extrêmement nombreuses dans les sols.

Elles participent notamment à :

décomposition ;
transformation du carbone ;
transformation de l’azote ;
solubilisation de certains éléments ;
formation de biofilms ;
interactions avec les racines.

Certaines vivent librement.

D’autres sont associées aux racines.

D’autres encore vivent en symbiose avec certaines plantes.

6. Les archées

Les archées sont distinctes des bactéries malgré leur petite taille.

Certaines interviennent dans les cycles biogéochimiques, notamment celui de l’azote et du carbone.

Elles peuvent être particulièrement importantes dans certains environnements :

sols pauvres en oxygène ;
milieux humides ;
sols agricoles ;
zones riches en matière organique.

7. Les champignons

Les champignons jouent plusieurs rôles majeurs.

Ils peuvent être :

décomposeurs ;
symbiotiques ;
parasites ;
prédateurs de certains organismes.

Leurs filaments permettent d’explorer un volume de sol très important.

8. Les hyphes

Le filament fongique est appelé hyphe.

L’ensemble des hyphes constitue le mycélium.

On peut schématiser :

                 PLANTE                /     \             racine   racine                \     /                 \   /              ────┼────                 / \                /   \          réseau d'hyphes        ───────────────────       sol • sol • sol • sol

Ce réseau peut connecter différentes zones du sol.

9. Les champignons décomposeurs

Certains champignons sont spécialisés dans la dégradation de matières végétales complexes.

Ils peuvent participer à la décomposition :

cellulose ;
hémicellulose ;
lignine.

Ils sont donc particulièrement importants dans les écosystèmes forestiers et les systèmes riches en matières ligneuses.

10. Les champignons saprophytes

Les champignons saprophytes utilisent de la matière organique morte.

Ils participent ainsi au retour des éléments vers le sol.

Ils constituent l’une des grandes portes d’entrée du carbone mort dans le réseau trophique du sol.

11. Les champignons parasites

Certains champignons vivent aux dépens d’organismes vivants.

Ils peuvent être :

pathogènes ;
régulateurs de populations ;
spécialistes d’une plante ;
spécialistes d’un groupe d’organismes.

Il serait donc faux de considérer tous les champignons du sol comme bénéfiques.

12. Les mycorhizes

Les mycorhizes sont des associations symbiotiques entre des champignons et les racines des plantes.

La plante fournit notamment au champignon :

carbone ;
composés issus de la photosynthèse.

Le champignon peut en retour contribuer à l’acquisition de :

phosphore ;
eau ;
azote ;
certains micronutriments.

13. La mycorhize comme extension de la racine

La racine seule explore un volume limité.

Le réseau fongique augmente considérablement l’interface avec le sol.

       RACINE        │││        │││     ───┼┼┼─────── hyphes       /││\       ─────────      / ││ \───────     /  ││   ─────────────        ││

La mycorhize peut donc être considérée comme une extension fonctionnelle du système racinaire.

14. Ectomycorhizes

Les ectomycorhizes forment notamment un réseau autour des racines et entre certaines cellules racinaires.

Elles sont très importantes chez de nombreux arbres forestiers.

On les retrouve notamment chez des groupes comprenant :

chênes ;
hêtres ;
bouleaux ;
pins ;
épicéas.

15. Endomycorhizes

Les mycorhizes arbusculaires sont extrêmement répandues chez les plantes.

Le champignon pénètre dans certaines cellules corticales de la racine et forme des structures spécialisées appelées arbuscules.

Elles constituent un lieu majeur d’échanges entre plante et champignon.

16. Les arbuscules

Schématiquement :

CELLULE RACINAIRE┌───────────────────┐│       │           ││       │           ││    ───┼───        ││   / / │ \ \       ││  / /  │  \ \      ││ réseau fongique   ││                   │└───────────────────┘

Ils augmentent fortement la surface d’échange.

17. Mycorhizes et phosphore

Le phosphore est relativement peu mobile dans le sol.

Les hyphes peuvent explorer des volumes de sol plus importants et accéder à des ressources qui seraient difficiles à atteindre pour les racines seules.

Cela peut améliorer l’acquisition du phosphore dans certaines conditions.

18. Mycorhizes et eau

Les réseaux mycorhiziens peuvent également participer à l’accès à l’eau.

Cependant, il faut éviter de présenter les mycorhizes comme un simple « réseau de tuyaux ».

Le fonctionnement est beaucoup plus complexe.

Il dépend :

de l’espèce végétale ;
du champignon ;
du sol ;
de l’humidité ;
de la température ;
de la disponibilité des nutriments.

19. Mycorhizes et sécheresse

Les associations mycorhiziennes peuvent contribuer à la tolérance de certaines plantes au stress hydrique.

Plusieurs mécanismes sont possibles :

exploration accrue du sol ;
amélioration de l’acquisition minérale ;
modification de la physiologie racinaire ;
interactions avec le microbiote ;
influence sur la structure du sol.

Mais l’effet est contextuel, et ne doit pas être généralisé à toutes les espèces.

20. Le « Wood Wide Web »

L’expression « Wood Wide Web » désigne de manière imagée les réseaux mycorhiziens présents dans les écosystèmes forestiers.

Ils peuvent connecter :

racines ;
arbres ;
champignons ;
microorganismes.

Le concept est intéressant mais doit être utilisé avec rigueur.

Les échanges de ressources entre plantes existent dans certains contextes, mais les représentations populaires d’un vaste réseau permettant aux arbres de « communiquer librement » sont souvent beaucoup plus simplistes que les connaissances scientifiques actuelles.

21. Les bactéries de la rhizosphère

La rhizosphère est la zone du sol directement influencée par les racines.

Elle peut présenter une activité biologique très supérieure à celle du sol environnant.

Pourquoi ?

Parce que les racines libèrent des composés organiques.

22. Les exsudats racinaires

Les racines libèrent notamment :

sucres ;
acides aminés ;
acides organiques ;
composés phénoliques ;
hormones ou molécules signal.

Ces substances nourrissent ou sélectionnent certaines communautés microbiennes.

23. La plante comme « ingénieur » du sol

Une plante modifie activement son environnement.

Elle peut influencer :

pH local ;
disponibilité des nutriments ;
structure ;
humidité ;
microbiote ;
mycorhization.

Elle n’est donc pas simplement dans le sol.

Elle contribue à construire son propre environnement racinaire.

24. La rhizosphère comme interface

SOL GLOBAL──────────────────────────        ↓   RHIZOSPHÈRE──────────────────────────       RACINE──────────────────────────        ↓     PLANTE

La rhizosphère est une zone d’échanges intenses :carbone↔microorganismes↔nutriments↔racines

25. Les bactéries promotrices de croissance

Certaines bactéries de la rhizosphère peuvent favoriser la croissance végétale.

Elles peuvent agir par :

production de molécules régulatrices ;
mobilisation de phosphore ;
fixation biologique de l’azote ;
amélioration de l’absorption ;
compétition avec certains microorganismes pathogènes.

26. Les nématodes

Les nématodes constituent un groupe extrêmement diversifié.

Certains se nourrissent :

de bactéries ;
de champignons ;
d’autres organismes.

Certains sont parasites des plantes.

Ils jouent donc des rôles très différents.

27. Les protozoaires

Les protozoaires consomment notamment des bactéries.

Cette prédation participe au fonctionnement du réseau trophique et peut contribuer à la redistribution d’éléments minéraux.

28. Les collemboles

Les collemboles jouent notamment un rôle dans :

fragmentation des matières organiques ;
consommation de champignons ;
dynamique de la matière organique.

Ils constituent également une ressource alimentaire pour d’autres organismes.

29. Les acariens

Les acariens du sol occupent différentes niches trophiques.

Certains consomment :

champignons ;
débris ;
petits organismes.

D’autres sont prédateurs.

Ils participent donc à la complexité du réseau trophique.

30. Les vers de terre

Les vers de terre sont parmi les organismes les plus visibles du sol vivant.

Ils influencent :

structure ;
porosité ;
infiltration ;
mélange des horizons ;
incorporation de matière organique.

Mais toutes les espèces n’ont pas le même rôle.

31. Les trois grands types écologiques

On distingue notamment :

Épigés

Vie principalement dans la litière et la matière organique de surface.

Endogés

Vie principalement dans le sol minéral et les horizons superficiels.

Anéciques

Galeries verticales ou semi-permanentes, avec déplacement entre profondeur et surface.

32. Les galeries

Les galeries des vers peuvent devenir des macropores biologiques.

Elles peuvent faciliter :

infiltration ;
drainage ;
circulation de l’air ;
pénétration des racines.

Cela crée une véritable infrastructure hydraulique biologique.

33. Le ver de terre comme ingénieur hydraulique

On peut résumer :

VERS ↓GALERIES ↓MACROPOROSITÉ ↓INFILTRATION ↓STOCKAGE / DRAINAGE ↓RACINES

Dans certains sols, leur rôle peut être considérable.

Mais leur effet dépend du type de sol, de la densité de vers, de la structure et du régime hydrique.

34. Les turricules

Les déjections des vers, appelées turricules, peuvent contenir :

matière organique transformée ;
agrégats ;
microorganismes ;
éléments minéraux.

Elles constituent des micro-habitats particulièrement actifs.

35. Bioturbation

La bioturbation correspond au déplacement de matériaux du sol par les organismes.

Les vers peuvent :

déplacer des particules ;
mélanger matière organique et matière minérale ;
créer des agrégats ;
modifier la structure.

Ils participent ainsi à la pédogenèse.

36. Les vers ne sont pas des « fertilisants »

Une erreur fréquente consiste à dire :

« Les vers produisent de l’engrais. »

C’est beaucoup plus complexe.

Ils transforment la matière organique et modifient :

structure ;
porosité ;
distribution des matières ;
activité microbienne.

Leur fonction est donc écosystémique, pas simplement fertilisante.

37. Le réseau biologique complet

On peut maintenant assembler les différents acteurs :

                         PLANTES                            │                       exsudats                            ↓                       RHIZOSPHÈRE                            │          ┌─────────────────┼─────────────────┐          ↓                 ↓                 ↓      BACTÉRIES         MYCORHIZES        CHAMPIGNONS          │                 │                 │          └─────────────────┼─────────────────┘                            ↓                         MATIÈRE                        ORGANIQUE                            ↓              ┌─────────────┼─────────────┐              ↓             ↓             ↓          NÉMATODES     COLLEMBOLES      VERS              │             │             │              └─────────────┼─────────────┘                            ↓                      NUTRIMENTS                            ↓                          RACINES                            ↺

38. Le rôle du carbone

La fertilité biologique dépend fortement de l’entrée de carbone dans le système.

Les principales sources sont :

feuilles ;
racines mortes ;
exsudats ;
résidus de cultures ;
compost ;
bois ;
fumier.

Mais une partie essentielle vient directement de la photosynthèse.

39. Le carbone liquide

Une idée particulièrement importante pour comprendre les sols vivants est que la plante transfère une partie de son carbone aux racines puis au microbiote.

On peut schématiser :

CO₂ atmosphérique       ↓photosynthèse       ↓sucres       ↓racines       ↓exsudats       ↓microorganismes       ↓nutriments mobilisés       ↓plante

C’est une véritable économie biologique souterraine.

40. La boucle plante-microbiote

La plante fournit du carbone.

Le microbiote contribue à mobiliser certaines ressources.

La plante récupère :

azote ;
phosphore ;
eau ;
micronutriments.

On obtient une boucle :Cplante→microbiote→nutriments→plante

41. Fertilité biologique et structure

Les organismes du sol produisent ou favorisent :

mucus ;
hyphes ;
polysaccharides microbiens ;
agrégats ;
biopores.

Ils contribuent donc directement ou indirectement à la structure du sol.

42. Les agrégats biologiques

On peut imaginer :

PARTICULES MINÉRALES        +MATIÈRE ORGANIQUE        +HYPHES        +SUBSTANCES MICROBIENNES        ↓     AGRÉGATS        ↓   POROSITÉ STABLE

Ces agrégats améliorent potentiellement :

infiltration ;
rétention d’eau ;
aération ;
résistance à l’érosion.

43. Fertilité biologique et hydrologie

C’est ici que le Tome 7 prend toute sa cohérence.

Un sol biologiquement actif peut contribuer à construire une architecture de pores comprenant :

micropores ;
mésopores ;
macropores ;
biopores.

Chaque classe de pores joue un rôle différent.

44. Micropores

Ils retiennent fortement l’eau.

Une partie de cette eau est difficilement accessible aux plantes.

45. Macropores

Ils permettent notamment :

circulation rapide de l’eau ;
drainage ;
aération ;
pénétration des racines.

Les galeries biologiques peuvent constituer des macropores importants.

46. Le sol comme réacteur biologique

Une vision particulièrement utile consiste à considérer le sol comme un réacteur biologique multiphasique.

Il contient :

solide ;
eau ;
air ;
matière organique ;
organismes.

Les réactions sont simultanément :

chimiques ;
biologiques ;
physiques.

47. Mesurer la fertilité biologique

Il n’existe pas un unique indicateur universel.

On peut suivre :

Biomasse microbienne

Carbone microbien, par exemple.

Respiration du sol

Indicateur de l’activité biologique.

Vers de terre

Nombre et biomasse.

Champignons

Biomasse ou indicateurs spécifiques.

Activités enzymatiques

Selon l’objectif.

Matière organique

Stock et évolution.

Agrégation

Stabilité structurale.

48. Indicateurs de terrain

Pour un jardinier, certaines observations sont très utiles :

présence de vers ;
odeur du sol ;
structure grumeleuse ;
racines abondantes ;
présence de mycélium ;
infiltration de l’eau ;
couverture végétale ;
absence de croûte ;
présence de galeries.

Ces observations ne remplacent pas une analyse scientifique, mais elles constituent un excellent diagnostic de terrain.

49. Test d’infiltration biologique

Une méthode simple consiste à observer :

verser une quantité connue d’eau ;
mesurer le temps d’infiltration ;
répéter à plusieurs endroits ;
comparer les zones.

On peut ensuite comparer :

sol nu ;
sol paillé ;
prairie ;
zone cultivée ;
zone sous arbres.

50. Test à la bêche

Une fosse ou un profil à la bêche permet d’observer :

structure ;
racines ;
galeries ;
compaction ;
odeur ;
couleur ;
humidité ;
activité biologique.

C’est un outil extrêmement puissant.

51. Test des agrégats

On peut prélever un agrégat et observer sa résistance à l’eau.

Un agrégat stable résiste mieux à la désagrégation.

Cela donne une indication qualitative de la stabilité structurale.

52. Mesurer les vers

Sur une surface standardisée :

délimiter une zone ;
prélever une profondeur donnée ;
compter ;
identifier les grands groupes ;
peser éventuellement.

On obtient :densiteˊ=surfacenombre de vers

et éventuellement :biomasse=surfacemasse de vers

53. Attention aux indicateurs simplistes

Un sol contenant beaucoup de vers n’est pas automatiquement « meilleur ».

La qualité dépend :

des espèces ;
du contexte ;
de la profondeur ;
du type de sol ;
de la végétation.

La diversité fonctionnelle est plus intéressante qu’un simple comptage.

54. Comment augmenter la fertilité biologique ?

Les principaux leviers sont :

Couvrir le sol

Éviter le sol nu.

Maintenir des racines

Cultures, couverts, plantes pérennes.

Apporter de la matière organique

Compost, résidus, BRF selon le contexte.

Limiter les perturbations

Travail du sol raisonné.

Maintenir l’humidité

Paillage, couverture végétale, structure.

Diversifier

Mélange d’espèces et de familles.

55. Le rôle des plantes vivantes

Un sol vivant préfère généralement une alimentation continue en carbone.

Une succession de plantes :

culture → sol nu → culture

est biologiquement très différente de :

culture → couvert → culture

Le deuxième système maintient plus longtemps :

racines ;
exsudats ;
microorganismes.

56. Les couverts végétaux

Les couverts peuvent fournir :

carbone ;
racines ;
protection ;
habitat ;
structuration.

Ils peuvent également contribuer à limiter :

érosion ;
ruissellement ;
échauffement du sol.

57. Les arbres

Les arbres introduisent une dimension supplémentaire.

Ils produisent :

litière ;
racines profondes ;
exsudats ;
bois ;
ombre.

Le système racinaire peut explorer des horizons différents de ceux des cultures annuelles.

58. Agroforesterie et fertilité biologique

Une agroforesterie diversifiée peut multiplier les niches :

CANOPÉE   ↓litière   ↓racines superficielles   ↓sol   ↓racines profondes   ↓horizons profonds

On obtient une exploitation verticale des ressources.

59. Perturbations

La fertilité biologique peut être réduite par :

travail du sol intensif ;
compaction ;
pesticides selon les substances et usages ;
salinité ;
érosion ;
sol nu ;
sécheresse prolongée ;
saturation prolongée ;
faible diversité végétale.

Il faut cependant analyser chaque pratique au cas par cas.

60. La compaction

La compaction réduit notamment :

porosité ;
infiltration ;
circulation de l’air ;
développement racinaire.

Elle peut donc provoquer une cascade :

COMPACTION ↓porosité ↓ ↓infiltration ↓ ↓oxygénation racinaire ↓ ↓activité biologique ↓ ↓croissance racinaire ↓ ↓structure biologique ↓

Il s’agit d’une boucle négative.

61. Les boucles de rétroaction positives

À l’inverse :

COUVERTURE VÉGÉTALE ↓racines ↓exsudats ↓microbiote ↓agrégation ↓infiltration ↓eau disponible ↓croissance végétale ↓davantage de carbone ↺

C’est exactement le type de boucle de rétroaction positive que la méthode Omakëya™ cherche à construire.

62. Fertilité biologique et résilience climatique

Un sol biologiquement fonctionnel peut contribuer à améliorer :

infiltration ;
réserve hydrique ;
stabilité structurale ;
résistance à l’érosion ;
fonctionnement racinaire ;
recyclage des nutriments.

Il devient alors un élément majeur de la résilience face :

aux sécheresses ;
aux pluies intenses ;
aux canicules ;
aux épisodes climatiques extrêmes.

63. Le sol comme infrastructure écologique

Dans une approche d’ingénierie écologique :

le sol vivant est une infrastructure.

Il peut assurer simultanément :

stockage d’eau ;
filtration ;
transformation biologique ;
stockage de carbone ;
support des végétaux ;
habitat ;
recyclage des nutriments.

Une infrastructure qui fonctionne sans moteur, sans pompe et sans automatisme lorsqu’elle est correctement constituée.

64. Vers un « génie biologique du sol »

On peut alors définir une nouvelle approche :

Génie biologique du sol

Concevoir volontairement les conditions permettant au vivant de construire et maintenir :

structure ;
porosité ;
fertilité ;
infiltration ;
biodiversité ;
recyclage.

Le rôle de l’ingénieur n’est plus seulement de remplacer les fonctions naturelles.

Il consiste à créer les conditions permettant au vivant de les assurer.

65. Le modèle Omakëya™

On peut synthétiser la stratégie :

                 SOLEIL                   ↓              PHOTOSYNTHÈSE                   ↓                 PLANTE                   ↓              CARBONE RACINAIRE                   ↓              RHIZOSPHÈRE                   ↓       ┌───────────┼────────────┐       ↓           ↓            ↓   BACTÉRIES   CHAMPIGNONS     FAUNE       │           │            │       └───────────┼────────────┘                   ↓              AGRÉGATION                   ↓             STRUCTURE DU SOL                   ↓          ┌────────┴────────┐          ↓                 ↓       INFILTRATION      RÉTENTION          ↓                 ↓          └────────┬────────┘                   ↓                RACINES                   ↺

66. Le véritable objectif

Le but n’est donc pas simplement :

« avoir beaucoup de microorganismes ».

Il est de construire une communauté biologique :

diverse ;
fonctionnelle ;
équilibrée ;
adaptée au milieu ;
connectée aux plantes ;
capable de recycler les ressources.

Un sol vivant n’est pas un sol dans lequel tout vit beaucoup.

C’est un sol dans lequel les bonnes fonctions biologiques sont présentes au bon endroit et au bon moment.

67. Cultiver le vivant plutôt que seulement les plantes

La fertilité biologique constitue le pont entre la pédologie, l’hydrologie, l’écologie et l’agronomie.

Les bactéries transforment.

Les champignons décomposent et s’associent.

Les mycorhizes étendent les capacités d’exploration des racines.

Les vers structurent et bioturbent.

La faune régule les populations.

La rhizosphère organise une partie essentielle des échanges entre plantes et sol.

Et la plante elle-même alimente le système en carbone grâce à la photosynthèse.

On passe ainsi d’une conception du sol comme réservoir de nutriments à une conception du sol comme écosystème autorégulé.Fertiliteˊ biologique=diversiteˊ×interactions×carbone×eau×structure

Dans le Tome 7, cette approche permet de franchir une étape supplémentaire : ne plus seulement restaurer la matière organique du sol, mais restaurer les organismes et les réseaux biologiques capables de transformer cette matière en fertilité durable.