Effets sur les caractéristiques biologiques du sol

Tout apport organique provoque la stimulation de la biomasse microbienne, compartiment vivant de la matière organique du sol (Girard et al., 2005). L’action des matières organiques sur les propriétés biologiques consiste essentiellement à l’hébergement d’organismes vivants du sol et constitue une source nutritive de la microfaune du sol (Adl, 2003; Calvet, 2003; Charland et al., 2001). Les micro-organismes influent sur les propriétés chimiques du sol, dans un sol bien équilibré, la biomasse microbienne se comporte comme un réservoir d’éléments minéraux : elle les maintient (bio immobilisation temporaire) dans les horizons supérieurs du sol, les protège du lessivage, et les restitue progressivement aux plantes (Bhattacharyya et al., 2001; Smith et al., 1993; Michael, 1999; Deubel et Merbach, 2005; Ros et al., 2006a). Les composts sont considérés comme pourvoyeurs, non seulement de micro-organismes nouveaux (diversifiés) au sol, mais aussi de nutriments utilisables par ces derniers (Gobat et al., 2003; Gobat et al., 1998; Charland et al., 2001). Un sol contenant une grande diversité d’organismes a plus de chance d’être en bonne santé et de propager moins de maladies aux plantes (phytoprotection) (Gobat et al., 2003; FAO, 2005). Les études ont montré que le compost agit sur la biodiversité du sol ou il est appliqué en s’attaquant aux micro-organismes pathogènes troisième principale cause des nuisances pour l’agriculture après les insectes et les mauvaises herbes (Charland et al. 2001). D’après, Charland et al. (2001), 12 % des pertes agricoles mondiales en 1995 étaient causés par les maladies dues aux pathogènes qui s’attaquent aux plantes. Le compost assure le contrôle de certaines pathogènes associés aux plantes par : le mycostatisme ou le bactériostatisme (inhibition directe de la germination des spores), la lyse (destruction des mycéliums des agents pathogènes), les actions de type

antibiotique (émission de substances organiques spécifiques et toxiques), la compétition pour l’espace vital et pour les éléments nutritifs, la prédation et le parasitisme.

Les micro-organismes ont la particularité de donner une mesure intégrée de la santé du sol qui ne peut être obtenue par les mesures de physico-chimie ou des organismes multicellulaires. Ce sont des indicateurs sensibles de l’état de changement intervenu dans le sol et sert d’alerte de l’effet du stress sur l’écosystème du sol et aussi de l’intensité de minéralisation du carbone (Carter et Gregorich, 2008; Dilly, 2006; Dilly et al., 2005; Ros et al., 2006b; Rousseau, 2005). Cependant, les indicateurs biologiques ne sont que très peu utilisés dans le suivi de la santé des sols (Rousseau, 2005). Actuellement, toute interprétation des données de fertilité (santé) de sol doit tenir compte aussi bien des indicateurs physico-chimiques essentiels que des indicateurs biologiques traduits en termes de biomasse ou d’activités enzymatiques (Davet, 1996). Ces indicateurs qui estiment la biomasse microbienne dans le sol comme une partie de la matière organique constituée des micro-organismes vivants sont obtenus par: des méthodes directes (dénombrement des cellules microbiennes) ou des méthodes indirectes (fumigation- extraction, respiration induite par substrat, activité de phosphatase, etc.) (Carter et Gregorich, 2008; Ros et al., 2006b ).

L’amélioration des propriétés physiques du sol due à l’incorporation des composts permet d’offrir des conditions favorables aux micro-organismes du sol, augmentant ainsi l’activité biologique des sols. Diaz et al. (1994) observent une augmentation significative de la population fongique et bactérienne durant les deux années suivant l’application d’un compost urbain jeune. Les études de Mbonigaba (2007), Mze (2008), Bhattacharyya et al. (2001), Tejada et al. (2009a), Tejada et al. (2009b), Tejada et al. (2008a), Tejada et al. (2008b), etc. ont montré une amélioration de l’activité biologique (respiration basale, respiration induite par substrat et la biomasse microbienne) sous l’effet des apports en matières organiques issues des composts des biomasses végétales, des fumiers de ferme et des déchets urbains après quatre applications (N’Dayigamiye et al., 2005), seul en comparaison avec le témoin ou celui de l’engrais minéral. Debosz et al. (2002) ont montré qu’après 11 mois d’incubation en conditions contrôlées sur un sol sablo-limoneux, le compost augmente dans son ensemble les proportions de carbone et azote microbiens. Les mêmes effets ont été observés par Pérez-de-Mora et al. (2006) en moins de deux ans d’apport de 150 t.ha-1 _{de compost de déchets urbains dont le carbone} microbien est passé de 19,2 mg.kg-1 _{dans le champ témoin à 443,9 mg.kg}-1 _{dans ceux traités} aux composts dans un Entisol contaminé aux métaux lourd et induisant aussi l’activité enzymatique ainsi que la diversité des différentes communautés microbiennes.

Concernant les activités enzymatiques, elles sont en relation directe avec les cycles des éléments C (β-glucosidase), N (uréase), P (phosphorase) et S (arysulatase) et catalysent l’hydrolyse des molécules simples, permettant leurs assimilations par les racines et les micro- organismes (Tejada et al., 2009a). L’incorporation de compost augmente aussi les activités

enzymatiques du sol qui jouent un rôle considérable dans l’évolution des composés endogènes et exogènes de la dégradation des tissus végétaux, animaux et des corps microbiens, l’humification jusqu’à la minéralisation (Gobat, 1998; Calvet, 2003; Rousseau, 2005; Tejada et al., 2008a; Tejada et al., 2009a; Tejada et al., 2009b ; Ros et al., 2006a). Cependant, les études sur l’activité enzymatique du sol rapportent parfois des effets contradictoires. Les activités enzymatiques dans les sols sont également sensibles aux modifications environnementales et sont de ce fait considérées comme des indicateurs des perturbations naturelles et anthropiques. Les amendements organiques contiennent des enzymes intra et extracellulaires, et stimulent par conséquent l’activité de la plupart d’enzymes du sol (Liang et al., 2003; Tejada et Gonzalez, 2006; Gobat et al., 1998; Tejada et al., 2009b). Les enzymes du sol non directement associées à des réactions métaboliques proviennent des plantes (graines, racines), des animaux et surtout des micro-organismes (Davet, 1996; Dik, 1997). Les enzymes les plus mises en évidences dans les sols sont celles appartenant aux groupes des oxydoréductases (déshydrogénases, catalases, etc.) et des hydrolases (phosphatases, estérases, lipases, uréases, etc.) (Gobat et al., 1998; Alef, 1995). Seules les activités de la phosphatase (phosphatases acides indicateurs typiques du milieu rhizosphérique dans les exsudats racinaires) et de l’uréase (tamponnée et non tamponnée) qui appartiennent au groupe d’enzymes de la minéralisation (phosphore organique -> ortho-phosphate; urée -> NH3 et CO2) et qui jouent un rôle important dans la nutrition des plantes retiendront notre attention dans ce travail (Alef et al., 1995).

Les phosphatases catalysent l’hydrolyse de différents composés phosphatés comme les esters de phosphate, pyrophosphates, métaphosphates, phosphates inorganiques (Alef et al., 1995; Gobat et al., 1998). Elles sont alors responsables de la mobilisation enzymatique du phosphore organique. L’attention est portée sur le groupe des monophosphoesterases qui englobe les enzymes qui catalysent l’hydrolyse des monophosphoesters organiques en phosphore inorganique assimilable aux plantes. Gracia et al. (1997) vont plus loin en précisant que la demande en phosphore des plantes serait responsable de la synthèse de cette enzyme. Martens et al. (1992), Mbonigaba, (2007) ont montré que l’addition de la matière organique sous forme de compost maintenait l’activité de la phosphatase dans le sol à des niveaux élevés.

L’uréase est une enzyme impliquée dans le processus de minéralisation de l’azote. L’uréase catayse l’hydrolyse de l’urée en dioxyde de carbone (CO2) en ammonium (NH3) et il est largement distribué dans les micro-organismes, les plantes et animaux (Tejada et al., 2009b). Perucci (1990) a observé une augmentation significative d’activités enzymatiques (uréases, protéases, phosphatases et sulfatases) dans les sols amendés aux composts. En améliorant le potentiel biologique et enzymatique des sols, le compost crée des conditions optimales de croissance des plantes, de minéralisation et de disponibilité des éléments nutritifs. Cependant,

les composts semblent avoir des effets de stimulation de l’activité microbienne du sol moins marqués que les déchets organiques non compostés, à cause de la réduction de leur concentration en éléments nutritifs pour les micro-organismes du sol (Emmerling et al., 2002). L’emploi des fumures organiques conduit à une augmentation des activités microbiennes et enzymatiques du sol qui dépendent, toutefois, du type de substrat utilisé (caractéristiques chimiques et microbiologiques substrats), de la quantité appliquée, du type de sols à amender (Tejada et al., 2009a; Tejada et al., 2009b; Gobat et al., 2003; Pérez-de-Mora et al., 2006; Mbonigaba, 2007 ; Ruganzu, 2009). De même, ces auteurs signalent une corrélation positive entre les matières organiques et la biomasse microbienne du sol comme l’affirment également Lin et Brookes (1996). A contrario, les fumures organiques riches en cations monovalents et en acides fulviques affectent l’activité microbienne et enzymatique incorporées dans le sol; et aussi la dégradation de la structure de sol (Tejada et al., 2006a; Tejada et al., 2008b; Tejada et al., 2009a). Brendecke et al. (1993), Fielβbach et al. (1994), et Filip et Bielek (2002 in Tejada et al., 2006a) ont rapporté une décroissance de la biomasse microbienne après dix ans d’application de 5 à 15 t.ha-1 _{de matière organique fraîche (boues de station d’épuration) due} principalement à la présence de métaux lourds.