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Etude quantitative de la granulation des sols sous prairies de graminees. 2. Les parametres de granulation
en relation avec la constitution physique du sol et le systeme racinaire
- Bui Huu Tri, Gwendal Monnier
To cite this version:
- Bui Huu Tri, Gwendal Monnier. Etude quantitative de la granulation des sols sous prairies de graminees. 2. Les parametres de granulation en relation avec la constitution physique du sol et le systeme racinaire. Annales Agronomiques, INRA, 1973, 24 (6), pp.651-677. �hal-02730310�
Ann. agron., 1973, 24 (6), 651-677.
ÉTUDE QUANTITATIVE DE LA GRANULATON DES SOLS SOUS PRAIRIES DE GRAMINÉES
IL — LES PARAMÈTRES DE GRANULATION EN RELATION Avec LA CONSTITUTION PHYSIQUE DU SOL
ET Le SYSTÈME RACINAIRE BUI HUU TRI et G. MONNIER *
avec la collaboration technique de C. CLOAREC et C. JEANDET Station d'Agronomie,
Centre national de Recherches agronomiques, I. N. R. A., 78000 Versailles
* Station d'Agronomie,
Centre de Reclurches agronomiques d'Avignon, I. N. R. A., 81140 Montfavet
RÉsure
Les paramètres de granulation étant définis comme le taux cumulé d'éléments structuraux inférieurs à. 10 mm (T„), obtenus par le test à l'alcool, et leur taille moyenne cp, ce mémoire pré- sente les relations qui existent entre ces paramètres et un certain nombre de caractéristiques (taux d'argile, rapport argile/limon AIL, capacité d'échange, taux de matières organiques MO, taux de gonflement potentiel, indice de stabilité structurale, longueur volumique L e, des racines) du système sol-racines.
L'analyse de ces relations porte sur deux aspects principaux du phénomène de granulation, à savoir le degré de développement et la finesse de l'état structural, représentés par T„ et cp respectivement. Les calculs de corrélation linéaire, avec ou sans transformations de variables, montrent que les relations obtenues ne sont pas les mêmes pour les deux types de structures granulaires observées.
L'élément marquant qui ressort de cette enquête est la mise en évidence du rôle considérable que jouent les matières organiques dans les divers aspects de la granulation. Par ailleurs, ce travail a permis également la confirmation d'un certain nombre d'observations qui découlent des études antérieures, notamment l'existence de deux types de structures granulaires distinctes et les hypothèses concernant la dynamique de la granulation des terres normales.
652 BTJI HUIT TRI, G. MONNIER
INTRODUCTION
Dans un article précédent (Ti et MoNNIER, 1973), la concordance entre les résultats du test à l'alcool et les observations visuelles en ce qui concerne les diffé- rents états structuraux, nous a permis de définir les paramètres de granulation, à savoir le taux cumulé d'éléments structuraux < ro mm (T io) et la taille moyenne y de ces derniers. Nous avons pu également montrer qu'un taux T lo de 30 p. roc cons- titue un seuil valable de séparation entre une structure continue (T 10 < 30) et une structure granulaire (T 10 > 30). C'est d'ailleurs à partir de ce seuil que se manifeste l'augmentation de la porosité liée au développement de la granulation.
En poursuivant l'exploitation des résultats de l'enquête décrite dans le précé- dent mémoire (TRI et MoNNIRR, 1973), nous nous efforcerons, dans ce qui suit, de chercher les relations entre, d'une part, l'apparition, le développement et la finesse de la granulation et, d'autre part, un certain nombre de facteurs caractéristiques du système sol-racines. Nous étudierons d'abord l'apparition et le degré de dévelop- pement de la granulation en fonction des critères qui caractérisent ce système. Nous aborderons ensuite les facteurs qui commandent la taille des éléments structuraux présents dans les terres granulaires. Enfin, nous essayerons de faire la part respective de ces facteurs vis-à-vis du phénomène de granulation.
RÉSULTATS ET DISCUSSIONS
A. — Étude des facteurs commandant l'apparition et le développement du phénomène de granulation
Les résultats d'une étude antérieure (TRI, 1968), obtenus par voie expérimentale, ont montré que l'apparition et le développement d'une structure granulaire pou- vaient résulter de l'interaction entre la texture du sol, son état structural initial, la présence d'un enracinement, son fonctionnement et le régime hydrique du sol.
Aussi, avons-nous cherché s'il existait des relations entre les différents types d'états structuraux définis au moyen du test à l'alcool et le niveau de ceux de ces facteurs qui nous étaient accessibles.
i. Étude de corrélations simples.
Le taux cumulé d'éléments structuraux inférieurs à 10 mm, T10, étant un indice d'apparition ou de développement de la structure granulaire sous prairie, notre but a été de rechercher quels sont les facteurs susceptibles d'influer sur ce paramètre en abordant d'abord le problème par des calculs de corrélation simple. En effet, les facteurs étudiés ne sont pas tous et toujours indépendants les tins des autres et certains d'entre eux auraient risqué d'être éliminés par une analyse progressive de variance qui convient mieux à une tentative de synthèse.
L'ensemble des corrélations entre '1` 10 et divers facteurs de constitution ou de comportement figurent au tableau 1.
ENRACINEMeNT Er GRANULATION 653
TABLEAU I
Corrélations simples mettant tn évidencl les facteurs liés au développement de la granulation
Variable dépendante
Y
Variable explicative
x _
Profondeur
(cm) r Régression de y en x
T10 % argile 0-6
6-12
NS NS
T10 Argile/Limon (1) 0-6
6-12
0,30*
0,2i*
y = 25,83 x ± 16,45
y = 19,26 x + 18,55
T10 % gonflement 0-6
6-12
NS NS
T MO 0-6
6-12
0,46-*
0,45' '''
y = 6,17 x ± 13,95
y = 6,05 x ± 12,12
T10 CE (még./100 g) 0-6
6-12
0,45' * 0,32**
y = 1,40 x ± 14,17
y = 1,02 x + 16,59
T10 L0 (cm/cma) 0-6
6-12
NS NS
Tlo 1/S 0-6
6-12
0,29*
0,23*
y = 1,72 x ± 29,17 y — 0,49 x + 29,38
(1) Il s'agit du limon 2-50 i.
NS non significatif.
* significatif P = 0,05.
** significatif P = 0,01.
a) Les facteurs a neutres ».
Il apparaît que le système racinaire, le taux d'argile et le gonflement ne sont pas statistiquement liés à l'apparition et au développement de la granulation.
Le système racinaire.
Il n'existe pas de corrélation significative entre la longueur de racines par unité de volume de sol en place (Lv) et le taux d'éléments inférieurs à ro mm. Autre- ment dit, le degré de granulation d'une structure n'est pas lié à la densité d'enraci- nement. I.4e tableau 2 montre que les valeurs moyennes de L0 étaient très différentes dans les couches étudiées (du simple au double quand on passe de 6-12 à o-6), mais que dans chacune de ces couches elles étaient voisines d'un type de structure à l'autre, à l'exception des terres granulaires légères qui présentent des 1.40 plus élevées, notablement dans la couche o-6 cm. Les figures i et 2 précisent ce dernier point en illustrant la distribution fréquentielle de Lv pour les différents types de structure.
Ainsi, il apparaît que, dans la couche o-6, les valeurs élevées de I, sont les plus fré- quemment associées aux structures granulaires légères.
TABLEAU 2
Éléments descriptifs des états structuraux
Continus Incertains Granulaires légers Granulaires normaux
0-12 cm 0-12 cm 042 cm 0-12 cm
Moyenne Écart type Moyenne Écart type Moyenne Écart type Moyenne Écart type
Argile (%) Limon (%) Argile/Limon (1) Matières organiques (") CE (méq/100 g) Gonflement potentiel (%)
21,2 46,0 0,461 2,27 11,2 11,06
8,6 14,2 0,73 3,9 6,70 0,052
cm
20,4 52,0 2,51 12,0 13,04 0-6
0,392
9,2 11,8 0,047 1,06 5,9 8,57 6-12 cm
12,6 32,5 0,387 3,18 8,4 6,08 0-6 cm
5,6 19,2 0,065 1,84 3,8 4,87
28,3 45,4 0,623 3,84 17,4 21,44
11,2 9,1
5,4 14,75
0,058 2,70
0-6 cm 6-12 cm 6-12 cm 0-6 cm 6-12 cm
Stabilité (S)
Agrégats stables au ben- zène (Agb %)
M E. T. M E. T. M E. T. M E. T. M E. T. M E. T. M E. T. M E. T.
2,58 15,70 2,49
5,33 1,73 2,84
2,74 4,43
1,98 3,47
2,10 8,82
1,36 11,05
2,26 7,73
1,48 10,21
0,95 10,40
0,87 9,00
1,02 10,40
1,05 9,50
2,39 12,90
2,90 15,30
2,51 13,30 Longueur volumique L,
(cm/cm3) 32,3 19,9 13,0 6,3 37,1 18,0 19,8 19,0 43,5 23,9 20,4 18,5 33,0 21,0 13,1 6,2 Él. struct. < 10 mm (%) 3,6 2,5 4,2 2,5 14,3 6,4 12,4 5,2 46,0 12,4
-
48,9 17,5 54,0 21,0 48,0 25,0
Nbre d'échant. étudiés 12 12 21 21 14 14 24 24
(1) Il s'agit du limon 2-50 11.
Structures:
F continue
n incertaine
n grenu lai re légère
NI
granulaire normale Nombre d'échantillons„10
0-10
L y (emlcm 3 ) FIG. I. — Histogrammes des longueurs volumiques de racines, L, (cm/
dans les différentes cat4ories de structure (couche o-6 cm)
• :- -;:-
; ,.•
_A.: _
..k ; - _ • •• .. :
z_ .,:,:.. • , ;.... kee:: : •
• 10-20 20-30 30-40
•
40-50 50-60 60-170
f i
• -
-
7 0 - 8 01 — 8 0 - 9 0 I 90-100•••–_ • •
TÂI
635 ENRACINEMENT mr GRANIJI,ATION
Nombre d'échantillons Structures :
«IP continue
n incertaine
• granulaire légère
• granulaire normale 10
• •
%
•
Vft «'
• ri g ri
20-30
▪
30-401 40.501 5080! 1 80-90
Lv (an/cm 3)
Fic. 2. — Histogrammes des longueurs volumiques de racines, L,, (cmIcm 8), dans des différentes catégories de structure (couche 6-12 cm)
11-10 10-20
53,87**
30,62"
17,62**
9,19**
NS
± 0,896 0 + 0,964 7
± 0,856 9 + 0,623 6 + 0,086 8 0,10
0,25 0,50 1,00 2,00
Taille (mm) Coefficient de régression Valeurs F
656 BUT HTJU TRI, G. MONNIER
Il semble donc que l'intensité de l'enracinement n'intervient ici ni sur l'appa- rition d'une structure granulaire ni sur son degré de développement. Rapprochée des résultats obtenus par voie expérimentale, cette conclusion suggère qu'entre o et 12 cm, la densité d'enracinement sous prairie s'est avérée toujours suffisante pour déclencher la granulation lorsque les propriétés du sol et les conditions de milieu la rendaient possibles ; il se trouve également confirmé que la densité d'enra- cinement n'est pas à proprement parler un facteur de granulation. Nous verrons plus loin qu'elle apparaît, par contre, comme un facteur déterminant de la taille des éléments structuraux granulaires lorsqu'ils existent.
— L'argile ne semble pas entrer directement en jeu dans la granulation. On doit toutefois noter qu'il existe une corrélation hautement significative entre la capacité d'échange et le taux d'argile :
CE -= 0,57 A p. roo ± 0,52 r = 0,84"
Dans ces conditions, la conclusion concernant le rôle de l'argile doit être réservée.
On constate qu'au niveau de notre analyse l'argile en tant que telle n'est pas liée à l'état structural. Ce qui revient à dire qu'on ne peut pas affirmer que la partici- pation reste négligeable dans toute la gamme des assemblages d'éléments consti- tutifs du sol. En effet, ARCA et wEeD (1966) ont montré qu'il existe une liaison linéaire hautement significative entre le taux d'argile et le degré d'agrégation des éléments structuraux de taille relativement petite, ne dépassant pas i mm (tabl. 3).
Ces résultats suggèrent que chaque fois qu'une distribution comprendra un taux suffisant d'éléments compris entre r et Io mm (cas des prairies), cette distribution sera indépendante du taux d'argile.
TABLEAU 3
Relation entre le degré d'agrégation d'éléments structuraux d'une taille donnée et le taux d'argile (ARCA ET WEED, 1966)
— Quant au coefficient de gonflement potentiel, il n'apparaît pas significative- ment lié à l'intensité de la fissuration, si l'on considère comme nous l'avons fait jusqu'ici l'ensemble des échantillons. Ce point mérite discussion. En effet, l'approche expérimentale du phénomène de granulation avait montré (TRI, 1968) que c'est par l'intermédiaire des gonflements et retraits liés aux phases successives de dessic- cation et d'humectation des matériaux suffisamment argileux que se déclenchaient la fissuration et l'individualisation des granules. Par ailleurs, nous avons vu (tabl. 2) que le groupe des structures granulaires normales correspondait à un coefficient de
• G<10%
• 0=10-15%
*G >15%
ENRACINEMENT ET GRANIJI,ATION 657
gonflement potentiel (G) moyen, nettement plus élevé que celui des structures conti- nues ou incertaines. Une telle contradiction peut être levée en admettant que G intervient non pas sous forme d'un facteur agissant de façon continue sur le degré de développement de la granulation, mais qu'il doit exister un seuil de gonflement minimum, et donc de retrait, celui-ci étant évalué approximativement à 15 p. Ioo, valeur devant être dépassée pour qu'un phénomène de granulation normal puisse se déclencher lorsque les autres conditions sont favorables.
En fait, il existe, comme le montre la figure 3, une relation assez étroite entre le coefficient G, la texture en général et le taux d'argile en particulier. L'équation de régression suivante traduit les variations de G en fonction de ce dernier :
G = 0,64 A p. roo — 0,04 avec r = 0,69**
Par ailleurs, il est à noter qu'à l'exception des structures granulaires légères, la répartition des structures continues et granulaires normales se fait essentiellement en fonction du comportement à la fissuration des terres suivant le schéma proposé
%Argile
20 40 60 80
%Limon(2-sog) FIG. 3. — Classement du gonflement potentia G en fonction de la texture
par HENIN et BOSQUET (1964). Ainsi, peut-on constater sur la figure 4, qu'au-dessus de la droite AB (ayant pour équation Argile (p. Ioo) = 0,5 Limon (2-20 + 30) qui constitue le seuil des terres fissurables, au moins 75 p. ioo de ces terres sont
25 50 B 75 % limon 2-20 p
658 Bill HUIT TRI, G. MONNIER
granulaires. Par ailleurs, la zone intermédiaire, comprise entre les droites AB et CD (A = — 1,66 I. 20) qui, selon IIÉNIN et BOSQUET comprend aussi bien des terres fissurables que des terres qui s'effritent (ou non fissurables), comprend à la fois ici des terres à structures granulaires légères et continues. enfin, au-dessous de la droite CD qui délimite la zone d'effritement, on a affaire, selon ces auteurs, à des
%argile
FIG. 4. — Répartition des terres à structure continue, incertaine et granulaire en fonction de leur comportement à l'effritement et à la fissuration
(suivant HEErn et BOSQUET)
• Structures continues
• Structures incertaines à tendance continue
✓ - - - - granulaire
• Structures granulaires normales
▪ — — légères
terres ne présentant pas de cohésion à l'état sec. Or, dans les conditions de notre enquête, les terres qui se trouvent dans cette zone ont toutes une structure granu- laire légère. Il faut cependant préciser que les échantillons qui servaient à l'étude de HùN1N et BosQuer étaient pratiquement dépourvus de matières organiques, alors que les nôtres en contiennent en moyenne 3,15 p. roo (tabl. 2).
Il est à souligner également que les échantillons de l'enquête qui se trouvent dans la zone d'effritement font partie du groupe de terres à structure granulaire
ENRACINEMENT er GRANULATION 659 légère qui, à l'encontre des terres granulaires normales, possèdent un coefficient de gonflement potentiel très faible (voisin de 6 p. roo en moyenne contre 21 p. roo, tabl. 2). Il est vraisemblable que le mécanisme de formation de ces structures est différent. TRI (1968) a montré que la granulation pouvait intervenir soit par fissu- ration lorsque l'état structural initial était continu ou à base d'éléments de grande dimension, soit par agrégation à partir d'un état structural monoparticulaire ou très finement divisé. Dans le premier cas, correspondant à la plupart des sols fissu- rables suffisamment riches en éléments fins, le gonflement à l'origine de la fissuration joue un rôle essentiel : c'est le phénomène de granulation normale. Dans le second, particulier aux sols peu cohérents par constitution, ici le groupe des sols légers, l'agrégation peut avoir pour origine un taux particulièrement élevé en matières organiques (ici plus de 3 p. ro° pour environ 13 p. 100 d'argile en moyenne) et il n'est pas exclu qu'elle soit indépendante de la présence de la prairie actuellement en place.
b) Les facteurs « actifs D,
— Parmi les facteurs de constitution, la matière organique et la capacité d'échange pour les cations (tabl. r) sont en corrélation hautement significative avec T 10. 11 existe également une liaison, moins étroite, entre ce dernier et le rapport A/L. L'in- fluence significative de ce rapport mérite quelque discussion. Il traduit en fait un effet texture et, en particulier, l'influence de l'argile en présence du limon et vice versa. L'examen des figures 3 et 4 montre, par exemple, qu'à un niveau de limon (2-50 p. ou 2-20 p.) donné, le gonflement ou la tendance à la fissuration augmente lorsque le taux d'argile augmente. En revanche, au-dessous d'un certain taux d'ar- gile, ces manifestations diminuent quand le taux de limon augmente.
— En ce qui concerne les paramètres exprimant un comportement physique, la stabilité structurale (r/S) apparaît comme un facteur statistiquement lié à la granu- lation. Lors du choix des échantillons, nous avions éliminé les prairies de plus de 20 mois de façon à éviter une interaction systématique entre deux phénomènes : la granulation et la stabilisation de la structure sous prairie dont les études expéri- mentales séparées (MoNxrER, 1965 ; TRI, 1968) avaient montré qu'ils ne dépendaient pas des mêmes facteurs. La variabilité des teneurs en matières organiques des sols
TABLEAU 4
Relation entre la stabilité structurale (11S),
le taux d'agrégats stables après prétraitement au benzène (Agb p. ioo) et le taux de matières organiques du sol
Variable dépendante
Y
Variable explicative
x
Profondeur
(cm) r Régression de y en x
1/S Ag b (%) 0- 6
6-12
0,54**
0,49**
y = 0,20 x — 0,19 y = 0,58 x — 2,35
Agb (%) MO (%) 0- 6
6-12
0,80**
0,80**
y = 5,22 x — 6,30 y --=- 5,16 x — 6,43
66o BITI HUI' TRI, G. MONNIeR
étudiés et le fait que la stabilité structurale dépend étroitement de cette teneur, en particulier par l'intermédiaire du taux d'agrégats stables après prétraitement au benzène (tabl. 4), ont, malgré tout, permis à cette relation de se manifester. On peut supposer que la stabilité structurale intervient en permettant à une structure gra- nulaire, développée lorsque les facteurs qui commandent son apparition sont à un niveau suffisant, de se maintenir au cours des périodes climatiques défavorables (humidité excessive et prolongée).
2. Étude de corrélations multiples.
De ce qui précède, il apparaît que seuls, le rapport AIL, les matières organiques (MO), la capacité d'échange (CE) et la stabilité structurale (f/S) jouent un rôle positif dans l'initiation et le développement de la granulation. Êtant donné que CE et Ils sont des propriétés qui découlent principalement des taux d'argile et de MO, il semble qu'en fin de compte, ce sont surtout A/L et MO qui sont les facteurs les plus importants.
Les calculs de corrélation multiple ont donné des résultats qui expliquent mieux ou qui font ressortir encore davantage les variations de T 10 en fonction de ces 2 fac- teurs pour chacune des deux catégories de terres granulaires.
Pour les terres granulaires normales, on obtient la relation : -= 26,66 + 4,06 MO 17,23 Ag, avec R = 0,52*
mais seulement pour la couche o-6 cm.
Pour les terres granulaires légères, une équation de régression différente est obtenue :
T10 = 47,26 2,88 MO — 2 1,75 A/14
dont le coefficient de corrélation multiple n'est pas significatif (R = 0,40), mais qui est élevé par rapport aux coefficients de corrélation simple entre T io et MO ou A/L.
En outre, le signe du coefficient de Ag, indique une influence négative de ce rapport sur ces terres.
Dans les 2 cas, les relations précédentes mettent en évidence l'effet de la compo- sition granulométrique des terres sur leur aptitude à la granulation suivant leur nature.
B. — Étude des facteurs commandant la taille des éléments structuraux granulaires
Après avoir examiné les conditions d'apparition et de développement de la granulation, il reste à rechercher les facteurs qui déterminent la taille des éléments structuraux résultant de cette évolution. Pour cela, nous devons disposer d'une évaluation de celle-ci.
1. Évaluation de la taille moyenne des éléments structuraux.
Il est évident que T10 auquel nous avons eu recours jusqu'ici est désormais un critère insuffisant. Malgré la probabilité élevée de rencontrer des éléments structu- raux d'autant plus petits que 1` 10 est plus élevé, on peut envisager — et on a pu observer effectivement — qu'à des taux T 10 voisins, puissent correspondre des tailles
RNRACINEMENT RI` GRANULATION 661
moyennes de granules différentes et réciproquement. Rappelons que les distributions dimensionnelles d'éléments structuraux étant pratiquement normales ou log-nor- males (TRI et MONN1RR, 1973), la taille moyenne cp peut être graphiquement évaluée.
Dans ce qui suit, nous nous intéresserons uniquement aux moyennes.
Dans le cas des structures continues ou incertaines, la taille moyenne ne peut être obtenue, comme le montre la figure 5 (droites C et D), que par extrapolation de la droite de distribution sans transformation. Compte tenu du fait que, d'après le critère de classement que nous avons retenu, T 10 est toujours respectivement < Io p. Io° ou compris entre Io et 30 p. Io°, les moyennes de taille sont, dans le premier cas, plus élevées que les fragments soumis au test, ce qui correspond bien au concept de structure continue ; dans le cas des structures « incertaines », on se trouve en présence d'éléments structuraux d'une dimension moyenne voisine de 25 mm (partie pointillée droites C, fig. 5).
0 2 10 20 30
Taille (mm) ) Fm. 5. — Représentation gausso-arithmélique des distributions d'éléments structuraux
provenant des structures continues (D), incertaines (C), granulaires légères (B) et normales (A)
Dans le cas des structures granulaires, à distribution plutôt log-normales (droites A et B, fig. 6), ce n'est pas la taille moyenne de l'ensemble de chaque distribution qui nous intéresse, mais plutôt celle des éléments de taille < Io mm, caractéristiques de ce type de structure. Compte tenu de la distribution de ces classes de taille dans les structures granulaires, nous avons, en définitive, caractérisé cette sous-distribution par le diamètre correspondant à l'intersection du segment de droite qui la repré- sente avec la droite d'ordonnée 30 p. Io°.
Étant donné qu'apparemment les mécanismes de formation des structures
% cumulé d'éléments structuraux plus petits que la taille indiquée
70 60 _ 50_
40 30 _ 20 _
10—
5 4 _
3_ 6-121 D 0 - 6
662 BUT FIUU TRI, G. MONNIER
granulaires normales et légères ne sont pas les mêmes, comme cela a été souligné dans le mémoire précédent (TRI et MoNxiER, 1973), ces deux types de structure seront étudiés séparément dans ce qui suit.
2._
o
0,5 1 2 3 3 10
Log Taille (mm) ) Pic. 6. — Représentation gaussa-logarithmique des distributions d'éléments structuraux
provenant des structures continues (D), incertaines (C), granulaires légères (B) et normales (A)
2. Relation entre la taille et les caractéristiques du système sol-racines.
a) Terres granulaires normales.
a. Corrélations linéaires simples.
Parmi les facteurs déjà pris en considération pour T i° , un seul, 1/8 est signifi- cativement lié à la taille moyenne y pour la couche o-6 cm seulement, suivant la relation :
5,38 — 0,43 1/S avec r -= 0,42*
f3. Les corrélations linéaires simples avec ajustement exponentiel.
Par contre, un ajustement en log y ( 1) a non seulement amélioré la relation ci- dessus, mais abouti également à d'autres relations significatives rapportées dans le tableau 5.
(,) Dans tout ce qui suit, il s'agit des logarithmes décimaux.
TABLEAU 5
Corrélations simples faisant apparaitre Irs fact( urs susceptibles d'influencer la taille moyenne y des éléments structuraux dans les sols granulaires normaux et légers
Variable dépendante
Variable explicative
Profondeurs (cm)
Granulaires normales Granulaires légères
r Régression r Régression
logy (y en mm)
Argile (o,,,) 0-6 6-12
NS NS
NS NS
AIL 0-6
6-12
NS NS
NS NS
MO 0-6
6-12
— 0,509 5**
— 0,617 3**
10gcp = 0,857 2 — 0,075 2 MO log? = 1,141 5 — 0,1061 MO
NS
— 0,527 9* logy = 0,991 1 — 0,12 MO
CE 0-6
6-12
— 0,603 9**
— 0,481 4*
logy ,--- 1,195 9 — 0,035 2 CE logy — 1,325 0 — 0,032 4 CE
NS NS
G 0-6
6-12
NS NS
NS NS
1/S 0-6
6-12
— 0,453 0*
— 0,6148
logy =- 0,704 6 — 0,059 7 1/S logy --- 0,951 0 — 0,1124 1/S
NS
— 0,533 8* logcp =- 0,712 7— 0,025 1/S
L,, 0-6
6-12
— 0,437 1*
NS
logy = 0,849 0— 0,007 7 L I, — 0,667 9“
NS
logy = 1,136 7— 0,011 3 I-,
Remarque : il s'agit des logarithmes décimaux.
NS : non significatif.
* : significatif à 0,05.
** : significatif à 0,01.
664 BU1 HUIT TRI, G. MONNIER
On constate que ce sont à peu près, à l'exception du rapport AIL, les mêmes facteurs que ceux qui commandent l'apparition et le développement de la granula- tion qui influent sur la taille des éléments, et cela, pour l'affiner. De plus, il est à remar- quer surtout l'intervention significative de la longueur volumique I, des racines, également dans le sens d'affinement, dans la couche o-6 cm.
y. Corrélations linéaires simples avec ajustement hyperbolique.
On constate que la relation log y et CE n'est pas améliorée quand elle est étudiée sous la forme log y et log CE:
r = — 0,591 5** (0-6 cm) et r — 0,444 2* (6-12 Cm) par rapport à r = — 0,603 9" et — 0,481 42' respectivement.
Il_en est de même pour log y et log I, :
r = — 0,423 3* (0-6 cm seulement) par rapport à — 0,437
En revanche, l'ajustement hyperbolique a sensiblement renforcé les liaisons entre y et MO ou 1/S. Nous avons ainsi obtenu les équations de régression hautement significatives suivantes :
— entre log y et log MO:
log y -= 1,133 6 — 1,086 8 log MO (o-6 cm) avec r = —0,517 o log cp = 1,617 2 — 1,694 7 log MO (6-1z cm) avec Y = ^ 0,699 o**
— entre log y et log 1/S:
log p= 0,547 4 — 0,429 4 log 1/S (o-6 cm) avec r = — 0,570 log y = 0,722 0 — 0,620 7 log 1/S (6-12 cm) avec r 0,647
8. Remarque.
En définitive, il apparaît que, lorsqu'ils interviennent, les facteurs du sol le font en affinant la taille suivant une relation exponentielle quand il s'agit de CE et L, et selon une forme hyperbolique lorsqu'on a affaire à MO ou 'M.
b) Terres granulaires légères.
a. Corrélations linéaires simples.
Les calculs ont montré une dépendance linéaire entre Lv et y dans la couche o-6 cm seulement, traduite par l'équation de régression :
= 10,37 — 0,096 L avec r = — o,62*
(3. Les ajustements exponentiels ont non seulement amélioré la relation entre y et L0 (tabl. 5), mais font apparaître en outre des relations significatives entre y et MO ou 1/S pour la couche 6-rz cm.
y. Contrairement au cas des terres granulaires normales, l'ajustement hyperbolique n'a pas donné lieu à des liaisons renforcées entre log y et log MO ou log 1/S. En revanche, la relation entre y et L. est devenue nettement plus étroite sous forme de log y et log Ly (tabl. 6).
ENRACINEMENT ET GRANULATION 665 3. Étude de la variation de la taillc moyenne y en fonction de MO et L i,.
Si l'on considère que la capacité d'échange CE et l'indice de stabilité structu- rale i/S sont des caractéristiques qui découlent en grande partie de la présence des matières organiques et qui sont par conséquent implicitement prises en compte lors- qu'on étudie ces dernières, il apparaît qu'en fin de compte ce sont essentiellement MO et Lv qui influent directement sur y. Une analyse plus poussée des relations entre ces variables se trouve de ce fait justifiée.
TABLEAU 6
Nature des liaisons entre la taille moyennc y des éléments structuraux et la krngueur volumique L,, des racines
(couche o-6 cm)
Granulaires légères Variable
dépendante
Variable
explicative r Régression
y min log y log y
1.,, (emicin3) Lv log L„
— 0,621
— 0,667
— 0,727 6*
9*'*
5**
y = log y = log y =
10,376 2 1,136 7 3,115 0
— 0,096
— 0,011
— 1,554 4 L,, 3 1,,, 0 log L„ (1)
Granulaires normales Variable
dépendante
Variable
explicative Régression
mm log y log y
Li, (cm/cm3) L,, log L„
NS
— 0,437 1*
— 0,423 3*
log y = 0,849 0— 0,007 7 I, log y —= 1,184 1 — 0,425 0 logLi, (2)
a) Relation entre y et MO.
L'examen du tableau 5 a montré que les MO interviennent en affinant la taille cp.
Ces résultats semblent être en contradiction avec ceux présentés par OsTv (1971). A la suite d'un essai de quantification de l'aptitude à la fissuration des terres très argileuses (40-65 p. Ioo argile) se trouvant au sud de la Meurthe-et-Moselle, l'auteur a montré que la taille moyenne D (mm) des éléments structuraux augmente en présence des matières organiques (MO) suivant l'équation :
Io 0,28 (CE — 3 MO) — 3,36
dans laquelle CE =-- capacité d'échange. Ces deux aspects apparemment contra- dictoires proviennent en fait de deux phénomènes différents qui ont été mis en évi- dence.
OSTY a montré par la relation ci-dessus que le comportement des terres à fortes teneurs en argile est en partie lié à leurs teneurs en matières organiques. Ces dernières étant relativement faibles (3-4 p. 100 en moyenne), toute stabilité structurale qui
666 BUI HUU TRI, G. MONNIER
en découle est vraisemblablement négligeable et, par conséquent, ne peut pas être invoquée pour expliquer les différences de comportement observées. L'auteur a, par ailleurs, émis l'hypothèse que la présence des matières organiques limite la fréquence des ruptures du matériau suivant un mécanisme imputable à la cinétique de la dessiccation. Il s'agit donc d'une analyse de l'influence des matières organiques sur l'aptitude à la fissuration.
Dans notre étude, les rapports des teneurs matières organiques/argile sont relativement plus élevés que dans le cas précédent, et il est montré que l'intervention des phénomènes de stabilisation est hautement significative. Les équations obtenues tiennent compte des conséquences de ces phénomènes et expriment dans ces condi- tions les relations entre MO et les tailles moyennes des éléments structuraux stabilisés.
b) Influence du système racinaire sur la taille cp.
Ce système est défini par les paramètres L. (longueur spécifique) et L. (longueur volumique) obtenus par les méthodes que nous avons décrites antérieurement (TRI et MONNIER, 1973). Ces paramètres nous ont permis de déterminer la longueur du système par unité de poids de racines propre à chaque espèce de graminées et de caractériser la densité d'enracinement (tabl. 7).
TABI,EAU 7
Longueur spécifique, L 3, des espèces de graminées fourragères implantées sur les prairies étudiées
Espèces de graminées Nombre d'échantillons
Ls (cm/g)
0 — 6 cm 6— 12 cm
Moyenne Écart type Moyenne Écart type
Ray-Grass Italie 29-34 14 236 3 147 15 210 3 660
Fétuque des Prés 5 12 694 2 286 15 173 2 605
Dactyle ou Fléole 10 10 515 3 310 15 745 4 940
Fétuque élevée 13 9 838 4 260 10 695 3 092
Mélange de plusieurs
graminées 10 9 926 2 531 11 183 3 510
Total 67-72
On constate en premier lieu, une augmentation systématique des L. lorsqu'on passe de o-6 à 6-12 cm. De plus, l'examen des valeurs de L 8 dans chacune de ces deux couches permet de relever des différences entre les différentes espèces de gra- minées. On note par exemple qu'en surface (o-6 cm), ces dernières se distinguent par ordre croissant de L. de la manière suivante : Fétuque élevée < Dactyle ou Fléole < Fétuque des prés < Ray-grass d'Italie. En revanche, elles se classent différemment en profondeur (6-12 cm) : Fétuque élevé < Fétuque des prés ou Ray- grass d'Italie < Dactyle ou Fléole. Ces observations montrent que la taille des racines n'est pas la même pour toutes les espèces et que, pour chaque espèce, elle n'est pas toujours la même non plus en fonction de la profondeur. Dans ces conditions,
tNRACINEMBNT zl‘ GRANULATION 667 les valeurs de 148 présentent un intérêt intrinsèque puisqu'elles peuvent servir comme indices de différentiation entre les espèces de graminées tout en reflétant la finesse du système racinaire tant en surface qu'en profondeur.
Par ailleurs LB est nécessaire pour calculer Lr. Ce dernier est un indice de densité d'enracinement ; il reflète la distribution racinaire dans l'espace que nous allons étudier en relation avec la taille des éléments structuraux obtenus par le test à l'alcool sur les terres granulaires. Les figures r et 2 indiquent la distribution des valeurs de LB dans les diverses catégories de structures et dans les 2 profondeurs étudiées.
c) Relations linéaires simples entre y et L 3.
Les liaisons obtenues sont significatives seulement dans la couche o-6 cm, aussi bien pour les terres granulaires légères que pour les terres granulaires normales.
Le tableau 6 montre que la corrélation linéaire entre y et L3 est également non significative dans la couche o-6 cm des terres granulaires normales et que, par contre, un ajustement exponentiel (log y = AL,» ou hyperbolique (log y = flog LB)) donne des coefficients de corrélations significatifs et hautement significatifs pour les terres granulaires normales et granulaires légères respectivement.
Le caractère non significatif ou relativement lâche de la relation y = f(I43) (tabl. 6) doit être attribué à l'inadéquation du modèle linéaire. Pour les terres gra- nulaires légères, l'examen des coefficients de corrélation (tabl. 6) suggère que c'est l'ajustement hyperbolique log y = f(log I„) qui traduit incontestablement le mieux la relation entre ces z variables. L'étroite relation qui existe sous cette forme est illustrée par la figure 7. Pour les terres granulaires normales les coefficients de corrélation obtenus par ajustement exponentiel (r = — 0,437 I*) ou hyperbolique (r = — 0,423 3*) sont du même ordre de grandeur. La figure 8 illustre la position relative des courbes représentant ces ajustements par rapport aux points expérimentaux. Il est difficile, au vu de cette figure, de dire laquelle de ces 2 courbes traduit un meilleur ajustement.
evidemment, on serait tenté de choisir l'ajustement exponentiel parce qu'il aboutit à un coefficient r plus élevé (— 0,437 I contre — 0,423 3). Par contre, les résultats antérieurs (TRI, 1968) indiquent plutôt une relation hyperbolique. Nous allons essayer de voir d'abord dans quelle mesure cette relation est également vérifiée ici.
d) Mécanisme déterminant la taille y.
— Hypothèse de division cubique.
Dans un travail antérieur (TRI, 1968), nous avons associé l'influence des racines sur la taille des éléments structuraux à une simple division cubique. Soit un cube de sol de r cm de côté. Si ce cube est divisé en n 3 petits cubes de ifn cm de côté, la longueur volumique LB de racines correspondante à la longueur totale des arêtes de ces cubes serait :
LB = 3n3
Introduisons la taille y en posant y = —ro n mm, il vient : y = 17,31, -3,3
C'est une fonction hyperbolique reliant théoriquement y à —
+-
30 40 50 60 80
01) . 15,3 L v -0,4250 ct» 7, 1 e -0,0178L, L v (cm/cm 3 )
668 BTJI HUI' TRI, G. MONNIER
cl ( m m)
30
20, 18 16 la 12 10 8 6 4 2,
0 10 20 30 40 50 100 120 140 L v (cm/Cm 3 )
FIG. 7. - Relation entre la taille moyenne y des éléments structuraux et la longueur volumique L o dans les terres granulaires légères (couche o-6 cm)
Fin. 8. — Courbes représentant les ajustements exponentiel et hyperbolique des relations entre la taille moyenne y des éléments sts ucturaux et la longueur volumique L o des racines
dans les terres granulaires normales (o-6 cm) : points expérimentaux
30
1304 Lv-1,5540
( terres granulaires légères) 20
18 16 14 12 10
2
50 100 120 140
ENRACINEMENT Er GRANULATION 669
Les équations de régression (1) et (2) du tableau 6 peuvent être écrites sous les formes équivalentes respectives suivantes :
= I 30414v -1,554
et =___ 15,314. _ 0,425 0
Les coefficients et les exposants de 1 40 dans ces deux équations montrent que y varie d'une manière différente dans les deux types de structures granulaires obser- vées (fig. 9) et que, seules, les variations de y dans les terres granulaires normales sont conformes au modèle de division cubique.
(mm)
, — 15,5 L50,4250
(Terres granulaires normales) Lv lcm/cm3)
FIG. g. — ComParaison des variations de la taille moyenne cp des éléments structuraux en fonction de la longueur volumique L, des racines
dans les terres granulaires légères et normales (couche o-6 cm)
— Hypothese de division sphérique.
En ce qui concerne les terres granulaires normales, la relation y --- 15,31,-° ,420 °
donne des valeurs qui se rapprochent encore davantage des valeurs théoriques si l'on admet que les éléments structuraux produits par la division du cube de terre initial sont sphériques plutôt que cubiques. Dans ces conditions, on peut considérer les éléments structuraux comme des sphères ayant chacune le même volume que les petits cubes envisagés au paragraphe précédent. Leur diamètre d, exprimé en mm découle alors de l'égalité :
rd io3
6 n
670 BUT H1717 TRI, G. MONNIER
En admettant que 1.4i, conserve la même valeur : L = 3n2 et, en remplaçant n par sa valeur en fonction de d, on obtient une équation théorique de division sphérique :
d = cp = 21,514v -°.5
La figure Io montre la position relative de la courbe représentant les points expéri- mentaux par rapport aux courbes traduisant les hypothèses de division cubique ou sphérique. On voit qu'à partir d'un I, donné (1,, LY. zo), la courbe résultant de l'ajustement statistique des points expérimentaux se confond pratiquement avec celle qui représente une division sphérique.
(mm)
4).15,3 Lv-0,4250
0 2'0 4'0 e0 iôo lio L v cm/cm 3
FIG. Io. - Degré de concordance entre la courbe représentant l'ajustement statistique des tailles observées (x), et les courbes représentant des modèles de division cubique (o) ou de division sphérique (o)
dans la couche 0-6 cm des terres granulaires normales
4. Corrélation multiple entre cf), MO et 1,,,.
Dans les paragraphes précédents, nous avons étudié en quelques détails l'action séparée des matières organiques et de la longueur volumique des racines sur la taille
TABI,EA17 8
Coefficients de corrélation indiquant I': degré et la nature des liaisons entre la taille cp et L,, ou MO
Variable dépendante
Variable explicative
Granulaires normales Granulaires légères
0 - 6 6 - 12 0 - 6 6-12
log tp log L,, Li,
— 0,423 3"
— 0,437 1*
— 0,200 6 NS
— 0,2728 NS
— 0,727 5**
— 0,667 9**
— 0,28 NS
— 0,1,370 NS log cp log MO
MO
-- 0,517 0*"
— 0,509 5**
— 0,699 0"
— 0,617 3**
— 0,426 9 NS
— 0,5074'
— 0,454 6 NS
— 0,527 9 NS
Groupe de terre Prof.
Granulaires 0-6 normales 6-12 Granulaires 0-6
légères 6-12
Variable dépend.
log cp log p
Coeff.
de corrél.
multiple
— 0,660 7*:"
— 0,765 V*
F Cale. F tables
8,908 1 5,72 16,224 2 5,72
Régression multiple
log p = 1,362 0— 1,045 6 log MO — 0,007 3 La, log y = 1,919 4— 1,735 3 log MO — 0,0222 L„
Variable expl.
Variable expl.
L„
log cp log L,, MC — 0,824 2°* 11,6499 7,21 non significatif quel que soit l'ordre et la forme des variables utilisées
log cp = 1,899 3 — 0,6021 log I, — 0,111 3 MO log MO
log MO
TABLEAU 9
Régrcssions multiples mettant en évidence l'action intégrée de .1.„ et MO sur la taille moyenne cp
NOIJNIIIN.VIle
0'1 H
log el) observé
-0,3 0 0,5
loge calculé
log 4, calculé
1,0 .
0,5 0,4 0,3 0,2 0,1
0
-0,3 0,5 1,0
log observé -0,3,
FIG. ii. — Relation entre les log cp calcul:fi; à partir d'une équation de régres.ion multiple et les log p observés dans la couche 0-6 cm des terres granulaires normales
FIG x2. — Relation entre les log p calculés par une régression multiple et les log ep observés dans les terres granulaires légères (couche o-6 cm)
ENRACINEMENT ET GRANIII,ATION 673 moyenne. Il nous reste maintenant à déterminer dans quelle mesure les variations de y pourraient être mieux expliquées, si l'on prend en considération l'action con- juguée de MO et Lu.
A partir du tableau 8 qui donne les coefficients des corrélations simples entre log y et L, ou log Lu d'une part, et entre log y et MO ou log MO d'autre part, et cela, dans les 2 couches o-6 et 6-12 cm des terres granulaires légères et normales, nous avons choisi les coefficients les plus élevés pour introduire en premier lieu la ire variable et pour déterminer la forme de la variable (1. 40 ou log L0; MO ou log MO) à utiliser dans la régression multiple à calculer.
Les résultats obtenus (tabl. 9) indiquent qu'effectivement, 310 et Lu pris en- semble expliquent encore mieux les variations de y (les coefficients de corrélation multiple R sont nettement plus élevés que les coefficients de corrélation simple), et qu'en terres granulaires normales, log MO est la variable la plus importante alors qu'en terres granulaires légères, c'est log L0 qui est le facteur dominant. Les figures ri et 12 illustrent le degré de concordance qui existe entre les log y calculés et les log y observés dans les terres granulaires normales et légères respectivement. Il apparaît qu'au moins 65,5 p. 100 et 71,5 p. Ivo des points qui représentent des log y calculés provenant des terres granulaires normales (fig. II) et légères (fig. 12) respectivement, sont en accord avec les log y observés correspondants, puisqu'ils sont groupés à.
proximité immédiate de la première bissectrice.
En ce qui concerne le mode d'action de L, en terres granulaires normales et légères, des hypothèses peuvent être émises en examinant les coefficients de Lp dans les équations de régression multiples correspondantes (tabl. 9). Le fait que ces coeffi- cients sont très faibles dans le cas des terres granulaires normales (o,007 3 et 0,022 dans les couches o-6 cm et 6-12 cm respectivement) indique que Lu doit atteindre des valeurs assez grandes pour avoir une action notable sur log y. Autrement dit, un certain seuil de Lu doit être atteint pour que l'influence de cette dernière puisse se faire sentir sur log y.
Dans le cas des terres granulaires légères, le coefficient de log Lp est au contraire relativement élevé par rapport à celui de MO. Cela implique que l'effet de log Lp est dominant clans log y et commence à jouer dès qu'il y a un peu de racines. Êtant donné que Lu est liée à L, qui varie suivant l'espèce de graminée, on peut également supposer que le système racinaire jouerait non seulement un rôle dominant, mais éventuellement spécifique dans la granulation des sols légers.
Enfin, lorsqu'il s'agit de terres mises en prairies depuis un certain nombre d'années, comme c'est le cas pour la plupart des échantillons de notre enquête, on peut considérer que les équations de régression multiples ci-dessus traduisent essen- tiellement un effet cumulatif sur log y exercé par l'action combinée des générations de racines vivantes (Lp) et mortes (MO).
CONCLUSIONS
Par les relations qu'elle fait statistiquement apparaître entre les paramètres de granulation et certains facteurs du système sol-racines, la deuxième partie de cette étude de la granulation des sols sous prairie a permis de préciser un certain
