La formation du sol, ou pédogenèse, est le processus dynamique par lequel la couche de surface de la terre se développe par l'altération de la roche mère et l'accumulation de matières organiques.Cette interaction complexe de facteurs physiques, chimiques et biologiques façonne les divers types de sols trouvés à travers la planète, influe sur tout, de la productivité agricole à la santé des écosystèmes.

Les sols ne sont pas seulement des saletés inertes; ils sont des systèmes vivants et respiratoires qui fournissent des services essentiels à l'écosystème, notamment la filtration de l'eau, le cycle des nutriments, le stockage du carbone et l'habitat d'innombrables organismes. En examinant les facteurs qui contrôlent la formation des sols — matériel parent, climat, topographie, activité biologique et temps — nous pouvons prédire où se produiront certains sols, comment ils se comporteront et quelles limites ils posent pour l'agriculture ou la construction.

Le processus de la pédogenèse : un aperçu

La pédogénèse commence par le temps de substrat rocheux ou de sédiments non consolidés. L'altération peut être physique] (désintégration par le gel de couverture, l'expansion thermique ou l'abrasion), chimique (décomposition par hydrolyse, oxydation ou dissolution), ou biologique (croissance des racines, enfouissement et production d'acide organique).

Simultanément, matière organique s'accumule à partir des restes de plantes, d'animaux et de microbes. Cette matière organique subit une humification, se transformant en humus stable qui lie les particules minérales, retient l'humidité et fournit des nutriments. La combinaison de minéraux, de matières organiques, d'eau et d'air crée le milieu poreux et dynamique que nous appelons sol.

Au fil du temps, des couches distinctes, appelées «horizons», se développent verticalement, donnant au sol un profil caractéristique. Le rythme et la nature du développement de l'horizon dépendent directement des cinq facteurs qui forment le sol, d'abord codifiés par le pédologue russe Vasily Dokuchaev à la fin du XIXe siècle.

Facteurs clés influant sur la formation du sol

Matériel parent

Le matériau parent est le matériau géologique à partir duquel le sol se développe et il exerce une influence puissante sur la texture du sol, la minéralogie et les propriétés chimiques. Il peut être résiduel (sédiment directement à partir du substrat sous-jacent) ou transporté (mouvant par l'eau, le vent, les glaciers ou la gravité).

  • Les roches ignées et métamorphiques (p. ex. granit, basalte, schiste) produisent des sols riches en minéraux primaires comme le quartz, les feldspaths et les micas. Basalt produit relativement rapidement des sols fertiles, tandis que le granit fait lentement l'objet de conditions météorologiques et donne lieu à des sols sablonneux et pauvres en éléments nutritifs.
  • Les roches sédimentaires (p. ex. calcaire, grès, schiste) produisent des sols qui reflètent leur composition. Les sols dérivés du calcaire sont souvent argileux et alcalins; le grès produit des sols sableux et acides; les conditions météorologiques du schiste sont riches en limon et en argile.
  • Le till et le lavage à l'extérieur gèlent un mélange de fragments de roche, de sable, de limon et d'argile, créant des matériaux parent hétérogènes qui peuvent produire une grande variété de textures de sol à courte distance.
  • Les dépôts alluviaux et colluviaux provenant de rivières et de pentes de collines produisent des couches stratifiées de sédiments, créant souvent des sols profonds et fertiles dans les plaines inondables.
  • Loess, limon émaillé, couvertures de grandes zones dans le Midwest américain, Asie centrale et Chine, formant des sols épais et ensilés qui sont très productifs pour l'agriculture.

La composition minérale du matériau parent détermine la fertilité inhérente du sol. Par exemple, les roches riches en calcium, magnésium et potassium produisent des sols à plus forte saturation de base, tandis que les matériaux parents riches en quartz produisent des sols acides et peu nutritifs.

Climat

Le climat est généralement considéré comme le facteur le plus influent de formation du sol, particulièrement sur les grandes échelles géographiques. Les deux variables climatiques primaires sont température et précipitation[, qui contrôlent les taux d'altération, de décomposition de la matière organique et de lessivage.

  • La température accélère les réactions chimiques : pour chaque augmentation de 10°C, les taux de réaction sont à peu près deux fois plus élevés. Les sols des régions tropicales et subtropicales se développent plus rapidement et atteignent des profondeurs plus élevées que ceux des zones polaires ou alpines.
  • Dans les climats humides, les bases solubles (calcium, magnésium, potassium) sont lavées hors de la zone racine, ce qui entraîne des sols acides et pauvres en éléments nutritifs, sauf si elles sont reconstituées par des matériaux nouveaux ou des modifications humaines. Dans les climats arides, l'évapotranspiration dépasse les précipitations, ce qui entraîne une accumulation de sels près de la surface, formant des sols salins ou sodiques.

L'interaction entre la température et les précipitations définit les principales régions du sol. Par exemple, le régime udique d'humidité (humide, pas de périodes sèches sévères) produit des Ultisols et des Oxisols profondément altérés dans les tropiques. Le régime aridic (sèche les sols pendant la majeure partie de l'année) donne des Arissols avec un développement d'horizon minimal.

Topographie

La topographie, la forme, la pente et l'aspect du paysage, modifie les effets du climat et du matériel parent en influençant le drainage[, l'érosion[ et le microclimat. Les principaux facteurs topographiques comprennent:

  • Tige et longueur en pente: Les pentes de Steeper connaissent un ruissellement et une érosion plus importants, qui peuvent enlever le sol de surface et empêcher le développement de profilés profonds.
  • Position sur la pente: Les sommets et les épaules sont souvent érodés ou ont des sols peu profonds; les pentes des pieds et des pentes des orteils reçoivent des sédiments et de l'humidité, ce qui entraîne des profils plus épais et plus développés.
  • Aspect: Dans les latitudes moyennes, les pentes orientées sud (dans l'hémisphère Nord) reçoivent plus de rayonnement solaire, ce qui les rend plus chaudes et plus sèches.
  • Soulagement local : Les creux et les schelles recueillent de l'eau et des débris organiques, créant des terres humides ou des sols tourbés, tandis que les ronces et les crêtes sont sujettes à la sécheresse et au lessivage.

Les effets topographiques sont plus évidents à l'échelle du paysage, mais ils créent aussi la variabilité du sol dans un seul champ. L'agriculture de précision repose sur la compréhension de ces modèles pour optimiser les intrants.

Activité biologique

Les organismes, des bactéries et des champignons aux vers de terre, aux insectes et aux racines végétales, sont des agents actifs de la formation du sol.

  • Inputs de matière organique: Les plantes contribuent à la litière (feuilles, tiges, racines) qui se décompose en humus. Les exsudats de racine favorisent également l'activité microbienne et la formation d'agrégats.
  • Cyclisme nutrient: Les microbes minéralisent l'azote organique, le phosphore et le soufre, les rendant disponibles aux plantes. Les champignons mycorhiziens étendent le système racinaire et accèdent aux nutriments de la matrice minérale.
  • Bioturbation : Les vers de terre, les termites, les fourmis et les mammifères terriens mélangent les couches du sol, décomposent les résidus organiques et créent des macropores qui améliorent l'aération et l'infiltration. Charles Darwin estime que les vers de terre tournent sur les quelques pouces supérieurs du sol tous les quelques ans.
  • Hébriété chimique: Les lichens, les mousses et les bactéries sécrètent les acides organiques qui dissout les minéraux. Certaines bactéries et champignons peuvent oxyder le fer ou le soufre, modifiant la chimie du sol.

Par exemple, les sols forestiers présentent généralement une couche organique prononcée (horizon O) et des conditions acides dues à la litière de feuilles de conifères, tandis que les sols des prairies accumulent des horizons A épais et sombres riches en matière organique. L'activité humaine – agriculture, déforestation, pâturage – peut modifier radicalement les communautés biologiques et donc modifier les taux de formation des sols.

Heure

La formation du sol est un processus continu et [ qui se déroule au cours de siècles à des millénaires. Le degré de développement du sol est corrélé avec la durée d'exposition aux autres facteurs. Les sols sur les surfaces jeunes (p. ex., moraines glaciaires récentes, plaines alluviales, dépôts de cendres volcaniques) ont une horizonation minimale, des textures grossières et une grande météorabilité minérale. Les sols matures présentent, en revanche, des horizons distincts A, B (zone d'accumulation) et C (matériel parent), avec une illuvation argileuse prononcée, une accumulation d'oxyde de fer ou un enrichissement en carbonate.

Le concept de temps pédogénique[ est relatif: un sol peut atteindre sa maturité en 10 000 ans sous un climat chaud et humide, alors que dans les régions arides ou froides, le même stade peut nécessiter 100 000 ans ou plus. Le temps interagit également avec le changement climatique. Les sols qui se forment pendant les périodes plus humides et plus chaudes de l'Holocène peuvent maintenant être reliquidés et partiellement modifiés par les conditions actuelles.

Horizons du sol et profil du sol

Une section verticale du sol révèle plusieurs horizons distincts, connus collectivement sous le nom de profil de sol . Les horizons principaux comprennent :

  • O horizon: Couche organique de feuilles, de racines et d'humus décomposés.
  • Un horizon: Le sol de dessus, enrichi de matière organique et d'activité biologique. Habituellement plus sombre que les couches sous-jacentes. C'est la zone où poussent la plupart des racines végétales.
  • E horizon: couche Eluviale; zone de lixiviation maximale de couleur claire, où l'argile, le fer et la matière organique ont été enlevés.
  • Ohorizon B: Sous-sol; zone d'accumulation (illustration) où sont déposés des matériaux lessivés des horizons A et E. Des films d'argile, des revêtements d'oxyde de fer ou des concrétions de carbonate de calcium peuvent apparaître.
  • C horizon: Matériel parent aux conditions météorologiques; en grande partie non consolidé mais avec une altération pédogénique minimale.
  • Oural R: Roche de lit; roche consolidée sous le sol.

Par exemple, un horizon épais et sombre Un horizon suggère des prairies ou une forte quantité de matière organique; un horizon Bt proéminent (accumulation d'argile) indique le transport illuvial de l'argile, commun aux Alfisols et aux Ultisols; un horizon calcique (accumulation de CaCO3) indique des conditions arides ou semi-arides.

Principaux types de sols dans le monde

Les systèmes de classification des sols, tels que la taxonomie des sols de l'USDA et la base de référence mondiale pour les ressources en sols (WRB), les sols de groupe basés sur les horizons diagnostiques, les régimes d'humidité et les propriétés chimiques, sont présentés ci-dessous douze ordres principaux de la taxonomie de l'USDA, chacun lié à des facteurs de formation spécifiques et à des distributions géographiques :

  • Alfisols: Sols fertiles et modérément altérés, avec un horizon B riche en argile. Trouvés dans des régions tempérées humides et subhumides (p. ex. Midwest US, Mediterranean).
  • Andisols: Sols dérivés de cendres volcaniques, avec une forte capacité de rétention d'eau et une teneur en nutriments.
  • Aridisols: Sols de climats secs à faible teneur organique, souvent salins ou gypsifères. Largement répandus dans les déserts d'Afrique du Nord, d'Australie et du Sud-Ouest américain.
  • Entisols: Des sols jeunes avec un développement d'horizon minimal, trouvés sur des pentes récentes, des dunes ou des pentes raides. Occur mondialement.
  • Gélisols : Sols avec pergélisol à moins de 2 mètres de la surface, communs dans les régions de toundra de l'Alaska, du Canada et de Sibérie.
  • Historos: Sols organiques (pâte, muck) formés dans des conditions de luges aquatiques. Trouvés dans des tourbières, des marais et des tourbières.
  • Inceptisols : Sols modérément développés, plus matures qu'Entisols mais dépourvus d'un horizon argillique prononcé. Communs dans les paysages montagneux et jeunes.
  • Mollisols: Sols d'un horizon épais et sombre Un horizon riche en matière organique et cations; caractéristiques des prairies (p. ex., les grandes plaines américaines, les steppes ukrainiennes).
  • Oxisols: Sols à faible fertilité et très soumis aux intempéries des forêts tropicales et des savanes, dominés par les oxydes de fer et d'aluminium.
  • Spodos: Sols forestiers acides à horizon spodique (accumulation de matière organique et de fer) trouvés dans des climats frais et humides sous la forêt de conifères (p. ex. Nord-Est des États-Unis, Scandinavie).
  • Ultisols: Sols fortement altérés, acides, à faible fertilité de régions chaudes et humides, avec un horizon B enrichi en argile. Commune dans le sud-est des États-Unis, le sud de la Chine et l'Asie tropicale.
  • Vertisols : Sols riches en argile qui gonflent lorsqu'ils sont humides et qui se fissurent lorsqu'ils sont secs, trouvés dans des prairies ou des zones humides saisonnières où l'argile est fortement en phase de rétrécissement (p. ex., Texas, Inde, Soudan).

Chaque commande a des implications distinctes pour l'utilisation des terres. Par exemple, les oxisols nécessitent une fertilisation intensive pour l'agriculture, tandis que les Mollisols sont naturellement fertiles et supportent des rendements élevés.

Répartition mondiale des sols

La répartition des sols n'est pas aléatoire; elle suit des modèles prévisibles liés au climat, au matériel parental et à la végétation.

  • Les sols tropicaux: Dominés par les Oxisols, les Ultisols et certains Andisols. Les pluies et les températures élevées accélèrent l'altération, produisant des profils profonds, rouges et pauvres en nutriments.
  • Les sols désertiques: Arisisols et Entisols. Les précipitations fines limitent les conditions météorologiques, ce qui donne des profils minces, alcalins, souvent salés. La répartition des sols désertiques est liée aux ceintures de haute pression subtropicales et aux zones d'ombres pluviaux (par exemple, Sahara, Atacama, Gobi).
  • Les sols tempérés: Les alfisols, les Mollisols et les Inceptisols sont communs. Les précipitations modérées et les températures saisonnières supportent l'altération profonde et l'accumulation de matières organiques.
  • Les sols polaires et subpolaires: Gélisols et histosols. Les températures froides sont lentes et la décomposition organique. Le pergélisol limite le drainage, ce qui entraîne des zones humides et des régimes de givre (cryoturbation).
  • Mountain salms: Très variable en raison de l'altitude, de l'aspect et de la pente. Les inceptisols et les entisols dominent les pentes raides, tandis que les alfisols et les spodosols peuvent se produire sur des positions plus douces et boisées.

Pour une carte détaillée des sols mondiaux, la USDA Natural Resources Conservation Service offre également des cartes interactives des sols et des ressources éducatives.

Influences humaines et dégradation du sol

Bien que les processus naturels régissent la formation à long terme du sol, les activités humaines peuvent considérablement modifier les propriétés du sol au cours de décennies, voire d'années.

  • Érosion: L'érosion de l'eau et du vent éliminent le sol de dessus, réduisant les matières organiques et les réserves nutritives. ISRIC World Soil Information[ estime qu'environ 33 % des sols mondiaux sont dégradés en raison de l'érosion.
  • Salinisation: L'irrigation dans les régions arides peut concentrer les sels dans la zone racine, rendant les sols impropres à la plupart des cultures.
  • Acidification: La surutilisation d'engrais à base d'ammonium et de pluies acides peut abaisser le pH du sol, lessiver les nutriments essentiels et mobiliser l'aluminium toxique.
  • Compaction[: Les machines lourdes et le pâturage intensif compressent les pores du sol, réduisent l'infiltration et l'aération et augmentent le ruissellement.
  • Contamination : Les activités industrielles, les mines et les produits chimiques agricoles introduisent des métaux lourds, des pesticides et des polluants organiques persistants qui nuisent au biote du sol et aux chaînes alimentaires.
  • Amenuissement de la matière organique: Labour continu et élimination des résidus diminuent le carbone du sol, affaiblissent la structure du sol et l'activité microbienne.

Ces changements peuvent être permanents sur les échelles de temps humaines, inversant des siècles de formation naturelle des sols en quelques décennies.Dans de nombreuses régions, les taux de perte de sol dépassent les taux de formation des sols, faisant du sol une ressource non renouvelable en pratique.

Conservation des sols et gestion durable

La protection des ressources en sols nécessite une combinaison de pratiques agronomiques, végétatives et mécaniques :

  • Travail de conservation : Non-till ou réduction du travail du sol laisse les résidus de la culture à la surface, réduisant l'érosion et la matière organique du bâtiment.
  • Couverture de culture[: Planter des légumineuses, des herbes ou des brassicas pendant les périodes de jachère protège le sol contre les effets de la pluie, ajoute de l'azote et améliore la structure.
  • La rotation et la diversification des cultures[: La rotation des racines profondes avec des cultures à racines peu profondes, y compris les plantes vivaces, maintient la santé du sol et réduit la pression des ravageurs.
  • Production et terrassement[ : Le ruissellement de surface ralenti sur les pentes empêche l'érosion du ravin et retient l'humidité.
  • La gestion intégrée des éléments nutritifs : L'utilisation de modifications organiques (compost, fumier) aux côtés des engrais optimise l'approvisionnement en éléments nutritifs sans acidification.
  • Afforestation et agroforesterie: Les arbres stabilisent les pentes, recyclent les nutriments des horizons profonds et fournissent de l'ombre qui modère la température du sol.
  • La gestion de la salinité: L'amélioration du drainage, les cultures salantes et la lixiviation avec de l'eau de bonne qualité peuvent récupérer les sols sodiques.

La conservation des sols n'est pas seulement un problème agricole, elle affecte aussi la qualité de l'eau, la régulation du climat et la biodiversité.Par exemple, les sols sont le plus grand puits de carbone terrestre et les pratiques qui augmentent le stockage du carbone organique peuvent atténuer les changements climatiques.

Conclusion

La formation des sols est guidée par cinq facteurs fondamentaux – matériel parent, climat, topographie, activité biologique et temps – qui déterminent ensemble le type, la profondeur, la fertilité et la distribution des sols autour de la planète. La compréhension de la pédogenèse nous permet d'interpréter l'histoire du paysage, de prédire le comportement des sols dans des conditions environnementales changeantes et de concevoir des systèmes durables d'utilisation des terres.