Effets de composts sur les caractéristiques physiques et chimiques du sol

L’incorporation de composts à pH neutre peut également permettre de réduire l’acidité du sol, et de diminuer ainsi les risques d’exportation de métaux vers la plante. Dans leur étude, Bolan et al. (2003) constatent que l’ajout de compost à un sol permet de réduire l’extractibilité des polluants métalliques par rapport au même sol non amendé. L’incorporation de compost au sol s’avère efficace pour lutter contre la dégradation de la surface du sol (Bresson et al., 2001). L’amélioration de la structure du sol par l’utilisation de composts est généralement attribuée aux polysaccharides et autres biopolymères venant des composts (He et al., 1992). Mais selon Pascual et al. (1998), les polysaccharides des composts ont plutôt une fonction de source de carbone et d’énergie pour la biomasse microbienne, alors que ce sont les polysaccharides d’origine microbienne qui assurent la fonction d’amélioration structurale du sol.

Une étude au champ de Bazzoffi et al. (1998) portant sur un compost d’ordures ménagères pouvant être considéré comme stabilisé montre une réduction significative de la densité apparente du sol pour un apport de 60 t.ha-1 _{durant l’année suivant l’apport. Les auteurs} constatent que cet effet du compost est moins évident à partir de la deuxième année et ils attribuent la réduction de la densité apparente du sol observée à la présence d’inertes au sein du compost.

Les composts ayant un pouvoir de rétention en eau supérieur au sol, l’incorporation de composts au sol augmente la capacité de rétention du sol proportionnellement à la dose apportée (Rousseau, 2005).

2.6.4.1. Influence sur le pH et l’acidité d’échange des sols

En région tropicale humide dominée par les fortes précipitations et des températures très élevées, le lessivage des cations basiques entraîne généralement une diminution du pH (acidification) du sol. L’acidité du sol affecte la solubilité des éléments métalliques, l’assimilation des éléments minéraux par les plantes et leur mouvement, la croissance végétale, l’activité des micro-organismes du sol, et d’autres attributs et réactions du sol (Epstein, 1997). L’acidité d’échange provient des ions hydrogène et aluminium du complexe d’échange. Le pH-H2O est souvent utilisé comme indicateur caractérisant l’activité de l’aluminium. La toxicité aluminique figure parmi les principaux facteurs limitants la productivité des sols tropicaux. Cependant, l’aluminium n’existe pas sous forme échangeable lorsque le pH du sol est > 5,5, suite à la formation de Al(OH)3, composé de très faible solubilité. Dès que le pH de vient inférieur à cette valeur, la teneur en aluminium disponible augmente sensiblement en des formes toxiques (Al3+_{, Al(OH)}+_{, Al(OH)}2+_{), et il devient généralement le cation le plus} abondant pour les sols à 3,5 <pH<5,5 car il provient des argiles en dégradation (Boyer, 1982, Landon, 1990).

Les apports de matières organiques améliorent le pH du sol aussi bien en sol acide par son pouvoir tampon et les apports des bases (Ca, Mg, K, Na) qu’en sol basique par l’augmentation de la capacité d’échange cationique (CEC) au niveau des complexes argilo-humiques. Ces complexes augmentent le pouvoir tampon du sol et sa capacité à résister aux variations de pH (Charland et al., 2001). Par rapport aux engrais inorganiques, ils apportent, en plus des macroéléments, un complément d’oligoéléments très favorables à la végétation (Gobat et al., 1998).

D’après Bray et Weil (2002), l’apport de la matière organique permet d’améliorer l’acidité des sols par les trois voies suivantes : (i) fixation de l’aluminium par la matière humique en limitant ainsi sa toxicité; (ii) formation des complexes solubles de l’aluminium avec les acides organiques à faibles poids moléculaires produits de la décomposition microbienne et exsudation des racines; (iii) l’apport en éléments minéraux peut entraîner l’augmentation de pH et provoquer la formation des composés peu solubles non échangeables de l’Al.

2.6.4.2. Influence sur le complexe adsorbant 2.6.4.2.1 Influence sur la capacité d’échange cationique

La capacité d’échange cationique joue un rôle important dans la croissance des végétaux, car elle détermine la quantité d’éléments nutritifs disponibles aux plantes sous forme de cations échangeables. Dans les sols, la variation de la CEC est fonction de la teneur en matière organique et en argiles qui sont généralement dépendantes en quantité et qualité des conditions naturelles d’altération de la roche mère (Gobat et al., 1998). La matière organique joue un rôle important dans la disponibilisation de la CEC quand celle des fractions minérales

du sol est faible, par exemple dans les sols sableux et de nombreux sols tropicaux dont les charges sont variables et dont la CEC diminue avec le pH (Bertrand et Gigou, 2000). Dans ces conditions le sol retient plus de sels minéraux, ce qui favorise la nutrition des racines et s’oppose à la lixiviation des ions.

La réserve d’éléments nutritifs tient à l’existence sur la fraction humique d’une capacité d’échange des cations concernant notamment les ions K+_{, Ca}2+_{, Mg}2+_{, Na}+_{. L’humus contient} une série des molécules complexes aux chaines carbonées avec de nombreux groupements fonctionnels (carboxyles, phénoliques et alcooliques) chimiquement actifs qui engendrent d’énormes quantités de sites électronégativement chargés. Comme l’argile, ces molécules organiques (l’humus colloïdal) sont capables de complexer les éléments peu solubles et de les rendre aussi plus mobiles et plus assimilables (Bertrand et Gigou, 2000) par les plantes, mais ne sont pas facilement drainés du profil par percolation des eaux. Dans certains cas, l’élimination des métaux lourds et autres polluants peut aussi être obtenue par la formation de complexes (chélation), s’ils sont peu absorbés par les plantes et par conséquent réduire la toxicité et minimiser le lessivage (Rice et al., 2007). Mais l’exemple le plus fréquent est certainement celui, en sol acide, de l’aluminium qui est très efficacement éliminé en solution du sol par toutes les formes de matière organique. Dans ces sols, ils réduisent la toxicité aluminique en complexant les ions Al en composés non toxiques.

Dans certains cas, les composés organiques augmentent la chélation des métaux lourds et autres polluants sous forme des complexes organométalliques et par conséquent réduisent la toxicité et minimisent le lessivage (Rice et al., 2007; Gobat et al., 1998). Ceci est dû à la présence des micro- organismes du sol et à la matière organique qui fixent ou forment des chélates avec les métaux lourds, à l’intérieur de complexes organiques (Charland et al., 2001). De plus, le calcium et le pH basique apportés souvent par la matière organique font en sorte de rendre temporairement les métaux non disponibles aux plantes.

2.6.4.2.2 Influence sur les cations basiques échangeables

La plante puise dans la solution du sol les cations utiles, dont la disponibilité est directement fonction de la garniture du complexe d’échange (Gobat et al., 2003).

Selon Brady et Weil (2002), de fortes quantités de ces nutriments apportés par la matière organique sont associées avec les particules inorganiques et organiques solides du sol. A travers une série de processus chimiques et biochimiques, les nutriments sont libérés à partir des formes solides du sol pour remplacer ceux de la solution du sol. Dans cet échange de cations, les éléments comme le Ca2+_{, Mg}2+_{, K}+_{, sont libérés dans la solution du sol à partir des surfaces} colloïdales et peuvent directement être absorbés par les plantes. Les ions sont également libérés dans la solution du sol à partir de la décomposition des tissus organiques par les micro- organismes du sol.

Ces différents cations étant libérés au rythme de la minéralisation (Schvartz et al., 2003), les quantités mises en jeu sont fonction des apports totaux; elles sont notamment importantes lorsque les résidus sont entièrement restitués au sol. Le potassium par exemple est présent en concentration variable dans les composts de déchets urbains et généralement très faible que dans les sols cultivés (< 1 %) (He et al., 1992). Mais sa disponibilité est très grande, puisque pratiquement tout le K est disponible (de Haan, 1981; Garcia et al., 1992; Jakobsen, 1995; Francou, 2003; Albrecht, 2007). Selon, Pedneault (1994 in Charland et al., 2001), le potassium, le calcium et le magnésium deviennent disponibles rapidement, alors que la libération d’azote, de phosphore et de soufre, qui dépend aussi de la biodégradabilité des matières organiques se réalise par contre plus lentement.

Beaucoup d’études ont montré un accroissement considérable des concentrations des cations basiques principaux (Ca, Mg, K) dans le sol après un apport répété en compost (de biomasse végétale, déchets urbains ou déchets verts) et ou en essais d’incubation (Parkinson et al., 1999; Mbonigaba, 2007; Mze, 2008).