INFLUENCE DES IONS SODIUM SUR lES MECANISMES D

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INFLUENCE DES IONS SODIUM SUR lES MECANISMES D
SCIENCE DU SOL 1988 - Vol. 26 - N° 4 - pp. 215-222 - PLAISIR-FRANCE
INFLUENCE DES IONS SODIUM
SUR lES MECANISMES D'HUMIFICATION
N. MAllOUHI(l) et F. JACQUIN(1)
RESUME
A l'aide d'expériences "in vitro ", nous avons étudié l'influence de la salinité
sur l'évolution et les transferts de composés organiques humifiés obtenus à partir
de substrats carbonés marqués (glucose et paille). Nous avons comparé /'intensité
des mécanismes se produisant dans différents horizons argileux de salinité croissante.
Au cours d'incubations, sous paramètres contrôlés, nous avons démontré une corrélation étroite entre la salinité, exprimée par la conductivité électrique et le degré
d'humification déterminé par le rapport AF / AH.
L'inhibition de l'activité biologique par les sels se traduit par une forte teneur en
composés hydrosolubles ou pseudosolubles, donc très mobiles, au détriment des
composés plus polycondensés. Un rapport AF / AH élevé, une faiblesse de la teneur
en humine d'in solubilisation caractériseraient l'évolution de la matière organique dans
le'8 sols salsodiques.
L'ensemble de ces résultats de laboratoire nous permet de comparer schématiquement les processus d'évolution de la matière organique en sol salé par rapport à
ceux rencontrés dans un mull à garniture ionique classique.
MOTS-CLEFS
KEY WORDS
Matière organique • Humification • Minéralisation • Sols salés.
Organic matter • Humification - Mineralization . Salted soils.
INTRODUCTION
Outre la synthèse concernant les données récentes sur l'humification (JOCTEURMONROZIER, DUCHAUFOUR, 1986), l'étude de l'évolution de la matière organique
dans les sols salsodiques a fait l'objet de plusieurs publications : LAURA (1974),
EL SHAWEER et al. (1976), RONALD et al. (1979), GALLALI (1980), MALLOUHI (1982).
Aussi, dans le but d'approfondir l'influence de la salinité sur Iles mécanismes de
l'évolution de la matière organique et du transfert des composés humiques dans les
sols salsodiques, nous avons procédé à la réalisation, en laboratoire, de deux pl'Otocoles expérimentaux.
- Le premier consistait à suivre les cinétiques d'évolution de la matière organique
en fonction de la salinité du sol lors d'incubation en pïésencel de paille uniformément marquée au 14C.
- Le second nous a permis de déterminel' l'intensité des transferts des composés
humifiés solubles ou pseudosolubles.
Ces études ont été réalisées à partir d'échantillons de sols présentant une
salinité croissante. L'ensemble de cette expérimentation en laboratoire devait d'une
part apporter un complément d'information sur l'impact de la salinité vis-à-vis de
l'activité biologique et d'autre part, mettre en évidence l'intensité des transferts
(1) Service Pédo,fogie et Chimie AgriCOlle, ENSAIA-INPL 2, avenue de lia Forêt de Haye,
54500 Vandœuvre-Ies-Nancy.
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N. MALLOUHI - F. JACQUIN
sels-matière
( 1980).
organique
observés
sur
le terrain
par CHEVERRY (1974)
et GALLALI
1 • MATERIEL ET METHOD'ES
A) Matériel
1.
Sols utilisés
Afin d'étudier l'influence de la salinité, nous avons retenu comme substrat un
sol alluvial tunisien irrigué par des eaux saumâtres (SA), cet apport ayant entraîné
l'évo,luNon du sol vers un solontchak (ST) puis un SOli salé à alcali (SSA) (GALLALI,
1980) ; nous y avons adjoint un sol salé lorrain (SSL) et un sol à teneur vO;lsme en
argiles, pélosol (PE) ; enfin, pour terminer la gamme, nous étudions également
l'horizon Ap d'un sol brun lessivé (SBL).
Les principales caractéristiques des échantillons des sols retenus sont mentionnées
dans le tableau 1.
Tableau 1 : Principales caractéristiques des sols étudiés
Main characteristics of the soifs studied.
Sols
A
+
L
pH
%
------------------------- - - - - - - - ----- - - - - - - - -
S. ALLUVIAL luNISlEN (S~)
80
7,9
N.
C.
org. %
t 0 ta 1
%
-------
CIN
%
CaC0 3
total
%
------
-------
l ,0
O. 13
7,7
4 0.3
caC° 3
actif
C. E .
(1)
%
------- ------ --------
15,6
1,1
SOLONICHAK (S 1)
80
7.9
1,0
0,14
7.1
41.9
15,4
4,1
S. SAL E A AL CALI (S SA)
80
8.1
0.50
0.07
7,1
22,5
Il,2
13,0
S. SALE LORRAIN (SSL)
84
8
l ,9O
0,10
19
PELOSOL (Pe)
89
7,8
1,7
0,16
10,6
92,7
5,8
0,70
0,10
7,0
S. BRUN LESSIVE (SBL)
(1)
(2)
(3)
2.
R. A. S.
(2 )
0,13
8, 10
28,7
3,0
8,7
4,10
0,50
0,14
0, 14
0,29
- (3 )
- (3 )
0,4
0,13
29,3
Conductivité éleotrique expnmee en mS.cm-1 à 25°C.
RAS: taux d'adsorption sodique où les teneurs son texprimées en méq/I.
Absence de CaC03.
Substances organiques incorporées
- Paille de maïs uniformément marquée au 14C. Il s'agit d'un matériel issu de plants
de maïs dont la croissance, jusqu'à maturité s'est effectuée sous atmosphère de
14C02. La teneur en carbone était de 39 % et la radioactivité spécifique de
40000 .dpm/mgC ; ce substrat a été fourni par le service de radioagronomie du CEA
(Cadarache).
- Glucose 14C dont l'activité spéoifique correspond à 45 millicuries par millriatome
de carbone.
B) Méthodes
1.
Protocole d'incubation
Le dispositif d'incubation comprend un bac thermostaté à 28°C dans lequel on
plonge des unités d'incubation constituées par des erlenmeyers de 500 ml. Nous
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HUMIFICATION EN PRESENCE DE SODIUM
avons introduit dans chaque erlenmeyer, l'équivalent de 100 g de sol sec à 105"C
préalablement tamisé à 2 mm et enrichi en carbone à raison de 20 % de sa teneur
initiale en cet élément. Chaque échantillon de sol a été répété 3 fois. L'humidité
au cours des trois semaines d'incubation a été maintenue auXl environs de 80 %
de la capacité de rétention.
2.
Dispositif de transfert
L'étude de la migration de la matière organique a été réalisée à l'aide du dispos1itif
présenté ci-dessous (fig. 1). Après 1 mois d'incubation, les sols radioactifs sont
nomogénéisés et disposés dans des colonnes de verre (33 cm de hauteur, 5 cm de
diamètre), avec une quantité environ 3 fois plus élevée du même sol, mais non
incubé et non enrichi en carbone.
Nous provoquons alors des mouvements ascendants par capillarité ou des mouvements descendants par percolation ; néanmoins, ces migrations sont stoppées
avant sursaturation en surface et percolation à la partie inférieure.
Figure 1 :
ED
,ho
.. ,.
o
3.
Dispositif permettant les transferts.
Deviee
a//owing
the
transfers.
Mesure du carbone 14
Le dosage de la radioactivité a été effectué à l'aide du compteur Packard TRICARB
574. Pour les échantillons liquides, on mesure par comptage direct de 1 ml de
la solution mélangée dans 10 ml d'instagel. Quant aux échantillons solides, on
effectue une combustion au Carmhograph avec piégeage du 14C02 dégagé dans un
mélange érther-monoéthylique de l'éthylène glycol + éthanolamine (8V-2V).
4.
Extraction de la matière organique
Après extraction des composés organiques hydrosolubles, nous employons la technique décrite par DUCHAUFOUR et JACQUIN (1966) ; les aCiides fulviques sont
séparés des acides humiques après floculatiofll de ces derniers à pH = 1.
Il . RESULTATS
A) Influence de la salinité sur le degré d'humification
Au cours de ce protocole d'incubation, il nous avait paru opportun d'étudier
l'influence de la salinité sur les mécanismes d'humification. Celle-ci est prouvée
sans ambiguité, car le rapport AF 1AH, supérieur à deux dans le cadre de cette
incubation de courte durée, augmente en fonction de la concentration saline (fig. 2).
Aussi, il nous a été pOSSible de calculer les équations de régression pour les deux
substats incubés dans les 5 types de sols ; en notant Y 1e rapport AF1AH et X la
conductivité électrique, nous obtenons les valeurs suivantes :
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N. MALLOUHI - F. JACQUIN
-
échantillons incubés en présence de paille
y = 0,62 X + 2,41 et r 2
=
0,994
-
échantillons incubés en présence de glucose
y = 0,1 X +' 1,95 et r2 = 0,995
- Il nous faut constater que la synthèse des aoides humiques est favorisée dans
les sols 'enrichis en glucose ; ce fait est vraisemblablement lié à une stimulation
de l'activité biologique (iMALLOUHI, 1982) ; à l'inv.erse, la nature biochimique du
substrat paille prédispose à une plus grande production de composés fulviques.
AFI AH
(1
So
j
+ pa 1 11 ,.
la
1
2
• e
13
10
S0 l
brdl1
1(
SS i
v&
3 : S0lontrhak
Sol salé
Figure 2
C. E. -J
ms. cm
Sol
~;;~LÉo
à alca]!
lOI'l'é.lll:
Corrélation entre la conductivité électi'ique (CE) et le rapport
des sols salés incubés avec du glucose 14C et de la paille 14C.
AF / AH
Correlation between the electrical conductivity (CE) and the ratio AF / AH
of the salt soils incubated with 14C labeled glucose and 14C labeled straw.
B) Transferts de la matière organique
sous l'influence de la salinité
Nous avons ainsi observé qu'une incubation en présenoe de paille uniformément
marquée engendrait, en fonction du degré de salinité, une plus ou mo'ins grande
quantité de composés humifiés hydrosolubles.
Aussi, chaque type de sol enrichi par de la paille radioactive a été soulnis
alternativement à des mouvements ascendants par capillarité et des mouvements
descendants par percolation suivant la méthodologie présentée en détail par ailleurs
(JACQUIN et MALLOUHI, 1979). Ce dispositif expérimental simple nous permet de
mesurer par dosage les différentes amplitudes de radioactivité des divers composés
organiques solubles et pseudo-solubles (humates).
L'amplitude des mouvements ascendants des humates radioactifs pour le sol brun
lessivé, 1leso:1 alluvial et le so'lontchak, est très faible et toujours inférieure à 2 %
(fig. 3). Dans le cas du sol salé lorrain, on note un accroissement de l'intensité
des migrations de ces composés pseudo-solubles, laquelle oscille aux environs de
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HUMIFICATION EN PRESENCE DE SODIUM
4 à 5 %. Les migrations sont nettement amplifiées pour le sol à alcali, lequel
présente la conductivité électrique maximale et le transfert concerne presque 12 %
du 14C introduit ; {jans ce cas, on assisterait à une remontée capillaire massive des
composés hUm'ifiés solubles ou pseudo-solubles.
,~ " l il
Figure 3
Migration des humates radioactifs en fonction de la salinité.
Migration of the radioactive humates in relation to the salinity.
Les transferts obtenus sous l'influence des migrations descendantes suivent une
même hiérarchie.
Aussi, ces différences de cinétique pourmient expliquer la concentration superficielle des composés organiques présents dans les sols salés à alcali, notamment lorsque
ces derniers sont soumis à des période intenses d'évapotranspiration.
III • DISCUSSION ET CONCLUSION
L'influence de la salinité sur l'évolution de la matière organique et plus particuilèrement celle des ions Na+ a été mise en évidence au cours d'expériences en
laboratoire. Indiscutablement, l'augmentation de la teneur en ions sodium dans l'environnement ionique de ces sols riches en éléments fins (argiles et limons) est
corrélée avec une décroissance du degré de polycondensation. L'évolution du rapport
AF/AH est proportionnelle au degré de salinité et nos résultats confirment les
observations de terrain faites par GALL.A.LI (1980).
Les mécanismes d'humification varient également en fonction de la nature biochimique du substrat. En présence d'un substrat facilement biodégradable, tel que le
glucose, la prépondérance des ions Na+ ralentirait la formation d'humine microbienne
en faveur de composés humiques peu polymérisés, donc de faible encombrement
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N. MALLOUHI - F. JACQUIN
moléculaire ; ,en présence de paille, la formation de composé pseudo-solubles est
réduite mais c'est une hum'ine résiduelle à dégradation très progressive qui prédominerait.
MULL EUTROPHE
Minéralisation primaire et secondaire très
active mais maintien des composés humifiés polycondensés donc bonne stabilité
structurale et bonne alimentation des végétaux.
-
Very active primary and secondary mineralization.
-
Presence of
components.
-
Good structural stability and good feeding
for plants.
'.:(It
polycondensed
humified
of
ISOMULL SODIQUE
Minéralisation primaire relativement active
lors d'apport de composés facilement biodégradables.
Figure 4
-
Présence presque exclusive de composés
peu polvcondensés, donc faible stabilité
structurale.
-
Relatively active
primary mineralization
when brings in of biodegradable components.
-
Almost complete presence
condensed components.
of
low
po/y-
Schémas comparatifs de l'évolution de la matière organique entre un sol
à environnement ionique équilibré et un sol argileux sodique.
Comparative diagram of the evolution of organic matter in an eutrophie
soil and in a clayey sodic soil.
MOL
Mat:ière organique lib~e
Free organic matter
MOR
AF
Acide fulvique
Fulvic acid
AH
: Acide humique
Humic acid
HI
Humil1e d'insolubilisation
HN
: Humine de neosynthèses microbiennes
Humin of microbial neosynrthesis
: Biomasse microbienne
Microbial biomass
Humin
ofinsolubilization
HR
Humine héritée
Residual humin
BM
MI 1
Minéralisation des matières organiques libres
Mineralization of free organic
compounds
Mi 2
Matière organique résiduelle
Residual organic matter
Minéralisation des matières organiques humifiées.
Mineralization of humified organic compounds.
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HUMIFICATION EN PRESENCE DE SODIUM
Quant aux cinétiques d'humification, on constate la prédominance de composés
hum!jfiés mobHes quelle que soit la nature des substrats organiques ajoutés (glucose
ou paille). Nous rejoignons donc les résultats de CHEVERRY (1974) mentionnant dans
les sols alcaHns du lac Tchad une quantité de carbone hydrosoluble comprise entre
8 et 27 % du carbone total.
D'autre part, la migration des produits humifiés hydrosolubles ou pseudo-solubles
présente son amplitude maximale pour les sols dont le complexe absorbant présente
une garniture ionique riche en ions Na+. Ces f2iits expliqueraient l'accumulation de
matériaux organiques peu polycondensés dans les horizons superficiels de sols salés
soumis à une forte évapotranspiration.
Comme d'autres observaNons effectuées en laboratoire par l'un d'entre nous
(MALLOUHI, 1982) mentionnent que la quantité d'humine varie en sens invers,e du
rapport AF / AH, il nous devient possible de comparer schématiquement les mécanismes d'humification rencontrés dans ces sols argileux riches en ions sodium à ceux
d'un mull eutrophe (JACQUIN, 1985).
Ces résultats démontrent donc l'influence de la concentration en ions sodium
sur l'intens'ité des divers mécanismes d'humification ; néanmoins, l'influence de
l'anion d'accompagnement ne serait pas négligeable (MALLOUHI et JACQUIN, 1986)
et l'ampleur de l'inhibition sur l'activité biologique des sols correspondrait à la
hiérarchie suivante : C03 2- > H C03- > S04 2- > CI--. Ces interactions joueraient
un grand rôle à la fois sur la genèse et la potentialité agronomique des sols soumis
à un environnement ionique sodique ; les effets maximum se rencontreraient en
présence de sols alcalins.
Reçu pour publication : Mai 1987
Accepté pour publication : Juillet 1988
INFLUENCE OF SODIC IONS ON THE HUMIFICATION MECHANISMS
Using "in vitro" experiments (fig. 1), we studied the influence of salinity on
the evolution and the transfers of humified compounds obtained from gfucose and
straw labeffed with 14C. The intensity of these mechanisms were examined in different
cfayey horizons with increasing safinity contents (tab. 1). During incubation experiments performed under controf!ed conditions, we found a positive correfation between
salinity inferred trom electrical conductivity measurements and the degree of humification determined by the ratio FA/HA (fig. 2).
The inhibition of the biologicaf activity was associated with the presence of high
amounts of very soluble or pseudosolubfe compounds in the soi! to the detriment of more condensed compounds. A high FA/HA ratio, and a fow residual humin
characterized the evolution of the organic matter in sodic soils.
The extent of the movement of the radioactive humified compounds (soluble and
pseudosoluble) was shown to increase as the sail salinity increase (fig. 3).
The humification mechanisms in saline soils were then compared to those taking
place in an eutrophic mull (fig. 4).
BIBLIOGRAPHIE
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Dynamique des sels lors de la transformation des sédiments argileux et organiques
en milieu continental subaride. Th. Docteur d'Etat, Univers'ité L. Pasteur, Strasbourg,
275 p.
DUCHAUFOUR Ph., JACQUIN F., 1966. Nouvelle recherche sur l'extraction et le
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