Chapitre 3. Matériels et méthodes
3.4 Analyses physico-chimiques et biologiques
3.4.1 Analyses physico-chimiques
La granulométrie, paramètre géopédologique, permet la détermination de la distribution pondérale des particules minérales selon leurs classes de dimension en dessous de 2 mm (Pansu et Gautheyrou, 2003; Bock, 1994 in Mze, 2008). L'analyse granulométrique s’est faite par la méthode à l’hydromètre à chaîne et permet la dissociation du matériau jusqu'à l'état de particules élémentaires, ce qui implique la destruction des agrégats.
Après destruction (oxydation) de la matière organique (action de ciment) par l'eau oxygénée (H2O2 30 %) à chaud et prétraitement à l'acide chlorhydrique dilué (HCl, 0,01N); la fraction sableuse a été séparée par tamisage (crible à trou de 63 ou 5 µm); la fraction argile-limon a été déterminée par la méthode de Köhn, après dispersion avec la solution de hexaméthaphosphate de sodium à 5 %. Les différentes fractions ont été identifiées selon "USA textural triangle", et exprimées en pourcentage massique.
3.4.1.2 Densité apparente
La densité apparente (Da), qui est la masse d’un échantillon de sol sec sur le volume total, était mesurée par la méthode des cylindres sur les échantillons non perturbés et frais, connaissant le poids sec constant des échantillons à 105 °C et le volume des cylindres des prélèvements utilisés (Okalebo et al, 2002; Van Ranst et al., 1999). Et la couleur des sols a été
déterminée à l’état frais à l’aide des références colorées du code de Munsell (Munsell soil color charts, edition 2000).
3.4.1.3 Capacité de rétention au champ (CRC)
La capacité de rétention au champ du sol correspond à la teneur moyenne maximale en eau que peut retenir un sol contenu dans un pot de culture après saturation complète et ressuyage libre. La capacité de rétention au champ a été déterminée en plongeant des pots troués contenant les échantillons dans une bassine d’eau en veillant à ce que le niveau d’eau dans la bassine ne dépasse pas le niveau du sol dans les pots. L’eau monte par capillarité dans les pots. Après 24 heures, les pots sont retirés de la bassine et laissés s’égoutter pendant encore 24 heures. Le seuil en dessous duquel l’eau contenue dans le sol ne peut pas être drainée ou l’humidité résiduelle représente la différence de poids après séchage de l’échantillon à 105 °C pendant 24 heures (Anderson et Igram, 1993).
3.4.1.4 Détermination du pH-Eau et du pH-KCl
Le pH est un indicateur de l'état d'une terre au plan agronomique et renseigne sur sa dégradation chimique éventuelle due à une désaturation, la présence de certains sels toxiques, son activité microbienne, et sur son niveau d'assimilabilité des éléments par la plante (Pansu et Gautheyrou, 2003). Le pH a été mesuré dans une suspension sol/H2O et sol/KCl dans un rapport de 1/5 à température ambiante.
Un échantillon de sol tamisé (10 g) est placé dans l'erlenmeyer, mis en contact avec 50 ml d'eau distillée ou de 50 ml de KCl (1 M) et placé sur une enceinte d'agitation pendant 2 heures. La mesure est alors effectuée sur le surnageant, après un temps d'équilibre d'une demi-heure (dans un bécher après lavage ou décontamination avec 10 ml du même surnageant). Le pH-mètre (EcoScan) à électrode de verre a été utilisé pour mesurer le pH. 3.4.1.5 Acidité échangeable (AE)
L'échantillon est percolé par une solution de KCl 1 M non tamponnée qui permet d'extraire l'acidité échangeable (H+ et Al3+). Le titrage est effectué par volumétrie avec le NaOH 0,02 N. Le dosage de l'Al se fait par complexation avec le fluorure de sodium (NaF) 1 N neutralisé par la soude sous forme de Al(OH)3 et titrage en retour des hydroxydes libérés avec le HCl 0,02 N (Pauwels et al., 1992).
3.4.1.6 Dosage du carbone organique total
Le dosage de carbone permet de déterminer le taux de matière organique. La méthode de Walkley et Black (1934) utilisée à cet effet consistait en une oxydation de la matière organique par le dichromate de potassium (K2Cr2O7) en excès en milieu acide sulfurique concentré (H2SO4, 96 %) à chaud et en présence du catalyseur (Ag2SO4) à partir d’un échantillon de 1 g de sol tamisé à 2 mm. Et le titrage de dichromate de potassium en excès par le sulfate ferreux (sel de Mohr) en présence de diphénylamine comme indicateur d'oxydoréduction. Les deux principales réactions mises en jeu sont:
3.4.1.7 Dosage de l'azote Kjeldahl total
L'azote est déterminé après digestion de la matière organique par l'acide sulfurique concentré à l'ébullition suivi d'une distillation Kjeldahl d’un échantillon de 2 g de sol tamisé à 2 mm (Bremmer, 1965). La méthode s'effectue en trois étapes à savoir:
La minéralisation de l'azote organique par attaque à l'acide sulfurique concentré à chaud en présence des catalyseurs (CuSO4, K2SO4), selon la réaction chimique suivante:
La distillation par entraînement à la vapeur de l'ammoniaque obtenu par l'action de la soude caustique (NaOH 40 %) sur le sulfate d'ammonium formé lors de la minéralisation de l'azote organique. L'ammoniac est recueilli dans une quantité connue du mélange d'acide borique à 4 % plus l'indicateur mixte.
La titration de l'ammoniaque libérée de la distillation par l'acide chlorhydrique (HCl, 0,05 N).
Le titrage est réalisé au moyen du titrateur automatique Radiometer. 3.4.1.8 Dosage de l’azote minéral
L’azote minéral a été dosé sous forme d’ions NH4+, NO2- et NO3- sur l’extrait de 10 g de sol au KCl (0,5 N) après agitation et centrifugation.
L’ammonium est mesuré après alcalinisation au NaOH de l’extrait en présence de l’hypochlorite (sous forme de chloramines) qui réagit avec le nitroprussiate de sodium et le thymol pour former le bleu d’indophénol mesurable par spectrophotométrie à 692 nm (Kit Spectroquant N-NH4+).
Les nitrites ont été mesurés par leur réaction dans l’extrait avec l’acide sulfanilique pour former l’acide diazobenzène sulfonique - 4 qui réagit ensuite avec la N-(1-naphtyl)- éthylènediamine en milieu acide (pH 2 - 2,5) formant un colorant azoïque de couleur pourpre dont l’intensité est proportionnelle à la concentration. La densité optique est mesurée par spectrophotométrie à 525 nm (Kit Spectroquant NO2-).
Les nitrates sont déterminés par la réaction avec le salicylate de sodium qui forme en milieu acide (H2SO4) le nitrosalicylate de sodium. Celui-ci prend une coloration jaune en milieu basique (NaOH/tartrate de sodium-potassium) qui est déterminé par spectrophotométrie à la longueur d’onde de 420 nm.
3.4.1.9 Détermination du phosphore disponible
Le phosphore assimilable a été déterminé par la méthode de Bray 2 (Van Ranst et al., 1999; Okalebo et al., 2002). Après extraction par une solution d'acide chlorhydrique (HCl) et de fluorure d'ammonium (NH4F), le phosphore (extrait) a été filtré, puis coloré en utilisant la réaction de complexation du phosphore avec une solution acide de molybdate d'ammonium et de chlorure stanneux. La concentration en phosphore assimilable a été déterminée par colorimétrie (UV-visible 1205 Spectrophotometer).
3.4.1.10 Dosage du phosphore total et organique
Le phosphore a été déterminé après extraction de 1 g de sol calciné au four à moufle (phosphore total) pendant 2 h à 550 °C ou pas (phosphore inorganique) dans l’acide sulfurique après agitation pendant 16 h et centrifugation. L’extrait est traité au p-nitrophénol et neutralisé par le NaOH à 0,5 N. La détermination du phosphore est réalisée sur ce dernier extrait au bleu de molybdène à l’aide du Kit Spectroquant à 690 nm. Le phosphore organique est obtenu indirectement par différence entre le phosphore total et le phosphore inorganique. 3.4.1.11 CEC et cations basiques
La capacité d'échange cationique exprime sous certaines conditions, la quantité potentielle des cations susceptible de neutraliser les charges négatives du sol.
La capacité d'échange cationique a été déterminée par extraction (percolation) en milieu tamponné à l'acétate d'ammonium 1N, pH 7,0 pour saturer le sol par les cations NH4+ dans un extracteur mécanique sous vide (Centurion). L'excès d'acétate d'ammonium est éliminé par lavage à l'alcool éthylique à 95 %. La quantité de NH4+ adsorbé par le sol étant considérée comme la mesure de CEC, et l'azote ammoniacal est obtenu par distillation Kjedahl directe de
l'échantillon (Van Ranst et al., 1999). L'ammoniac distillé est dosé par la solution de HCl 0,05 N.
Les cations basiques étaient dosés dans l'extrait acétique par spectrophotométrie d’absorption atomique pour Ca2+, Mg2+ et par émission pour le Na+, K+.
Les résultats obtenus (CEC et cations basiques) sont exprimés en méq/100 g de sol ou cmol(+)/kg de sol.
Caractéristiques dérivées des données analytiques, Somme des Bases: ;
Taux de saturation: , ou SB est la somme des bases et la capacité d’échange cationique effective :
3.4.1.12 Les éléments minéraux totaux
Les éléments minéraux totaux (Cu, Fe, Zn, Mn, Pb) ont été déterminés par spectrophotométrie d’absorption atomique sur cendres après calcination de l’échantillon à 550 °C (Okalebo et al., 2002; Biey, 2001).
3.4.2. Analyses biologiques des sols