vignette|La biologie des sols est l'étude de la vie microbienne et faunique dans le sol, dont l'activité est visible sur cette photo.
La biologie des sols est l'étude de l'activité et de l’écologie microbienne et faunique du sol. Lédaphon (la vie, le biot et la faune du sol) est un terme collectif qui englobe tous les organismes passant une partie importante de leur cycle de vie au sein d'un profil pédologique, ou de l'interface sol-litière. La liste de ces organismes comprend les vers de terre, les nématodes, les protozoaires, les champignons, les bactéries, des arthropodes variés, certains reptiles (tels que les serpents), ainsi que des espèces de mammifères fouisseurs comme les spermophiles, les taupes et les chiens de prairie.
La biologie du sol joue un rôle essentiel dans la détermination de nombreuses caractéristiques du sol. La décomposition de la matière organique par les organismes du sol influence grandement la fertilité des sols, la croissance des plantes, la structure du sol et le stockage du carbone. En tant que science relativement récente, les mystères entourant la biologie des sols et ses effets sur les écosystèmes souterrains sont encore nombreux.
Description Le sol abrite un pourcentage important de la biodiversité mondiale. Les liens entre les organismes et les fonctions du sol sont complexes. L'interdépendance et la complexité de ce « réseau trophique » du sol signifient que toute analyse de la fonction des sols doit nécessairement prendre en compte les interactions entre les communautés vivantes résidant dans ces derniers. Nous connaissons le processus par lequel les organismes du sol décomposent la matière organique, rendant les nutriments disponibles, en vue d'être absorbés par des plantes et autres organismes. Les nutriments stockés dans les corps des organismes du sol empêchent la perte de nutriments par lessivage. Les exsudats microbiens agissent dans le maintien de la structure du sol. Les vers de terre, quant à eux, jouent un rôle crucial dans la bioturbation. Cependant, nous constatons que nous n'avons pas une bonne compréhension des aspects importants du fonctionnement et de l'interaction de ces populations. La découverte de la glomaline, en 1995, indique un déficit de connaissances nous empêchant de répondre correctement à certaines des questions les plus élémentaires sur le cycle biogéochimique des sols. Il y aura encore beaucoup de travail à accomplir pour mieux comprendre le rôle écologique des composants biologiques du sol au sein de la biosphère.
Dans un sol équilibré, les plantes poussent dans un environnement actif et stable. La minéralité et la richesse structurelle d'un sol sont primordiales pour sa santé. Cependant, c'est la vie dans la terre du sol qui renforce ses cycles et assure sa fertilité. Sans les activités des organismes du sol, les matières organiques s'accumuleraient et joncheraient la surface du sol ; il n'y aurait donc aucun nutriment pour les plantes. Le biote du sol comprend :
la mégafaune : gamme de taille - de hauteur, par exemple les taupes, les lapins et les rongeurs ; la macrofaune : gamme de taille - 2 à , par exemple les cloportes, les vers de terre, les coléoptères, les mille-pattes, les limaces, les escargots, les fourmis et les moissonneurs ; la mésofaune : gamme de taille - 100 micromètres à , par exemple les tardigrades, les acariens et les collemboles ; la microfaune et microflore : gamme de taille - 1 à 100 micromètres, par exemple levures, bactéries (généralement actinobactéries), champignons, protozoaires, vers ronds et rotifères.
Parmi ceux-ci, les bactéries et les champignons jouent un rôle clé dans le maintien d'un sol sain. Ils agissent comme des décomposeurs qui vont venir désagréger les matières organiques, pour produire des détritus et d'autres produits de décomposition. Les détritivores des sols, tout comme les vers de terre, ingèrent les détritus et les décomposent. Les saprotrophes, bien représentés par les champignons et les bactéries, extraient les nutriments solubles du sol. Les fourmis (macrofaunes) aident en décomposant de manière similaire. Les armées de fourmis participent également au mouvement et à l'aération des sols lorsqu'elles se déplacent. Par ailleurs, les rongeurs « mangeurs de bois » soutiennent la capacité d'absorption du sol.
Cadre de la recherche La biologie des sols implique des travaux dans les domaines suivants :
modélisation des processus biologiques et de la dynamique des populations ; biologie, physique et chimie des sols : occurrence des paramètres physico-chimiques et des propriétés de surface sur les processus biologiques et le comportement des populations ; biologie des populations et écologie moléculaire : développement méthodologique et contribution pour l'étude des populations microbiennes et fauniques ; diversité et dynamique des populations ; transferts génétiques, influence des facteurs environnementaux ; écologie communautaire et processus de fonctionnement : interactions entre organismes et composés minéraux ou organiques ; implication de telles interactions dans la pathogénicité du sol ; transformation des composés minéraux et organiques, cyclage des éléments ; structuration du sol.
Il est nécessaire de mobiliser des approches disciplinaires complémentaires impliquant la biologie moléculaire, la génétique, l'écophysiologie, la biogéographie, l'écologie, les processus du sol, la matière organique, la dynamique des nutriments. et l'écologie du paysage.
Bactéries Les bactéries sont les organismes unicellulaires les plus nombreux dans l'agriculture, avec des populations allant de à par gramme. Ils sont capables de se reproduire très rapidement par fission binaire (en se divisant en deux) dans des conditions favorables. Une bactérie est capable de produire de bactéries, en seulement 24 heures. La plupart des bactéries du sol vivent près des racines des plantes et sont souvent appelées Rhizobactéries. Les bactéries vivent dans l'eau souterraine, y compris dans le film d'humidité entourant les particules. Certaines ont d'ailleurs la capacité de nager au moyen de flagelles. La plupart des bactéries bénéfiques à la santé des sols ont besoin d'oxygène (et sont donc appelées bactéries aérobies), tandis que celles qui n'en ont pas besoin sont appelées anaérobies et ont tendance à provoquer la putréfaction de la matière organique morte. Les bactéries aérobies sont plus actives en sol humide (mais pas saturé, car cela priverait les bactéries aérobies de l'air dont elles ont besoin) et dans un pH de sol neutre offrant de nombreuses sources de nourriture (glucides et micronutriments de la matière organique) disponible. Des conditions hostiles ne tueront pas complètement les bactéries. En effet, ces dernières cesseront de croître et entreront dans une phase de dormance. Les individus porteurs de mutations pro-adaptatives pourraient mieux survivre aux nouvelles conditions. Certaines bactéries gram-positives produisent des spores, ce qui leur permet de patienter jusqu’à la venue de conditions plus favorables. Pour finir, les bactéries gram-négatives entrent dans une phase de . Les bactéries sont colonisées par des agents viraux persistants (bactériophages) qui déterminent les expressions génétiques chez l'hôte bactérien.
Nitrification droite|vignette|Du point de vue du jardinier bio, les rôles importants joués par les bactéries sont les suivantes : le cycle de l'azote
La nitrification est une étape essentielle du cycle de l'azote, dans lequel certaines bactéries (qui fabriquent leur propre apport en glucides sans utiliser le processus de photosynthèse) sont capables de transformer l'azote sous forme d'ammonium. Ce dernier est produit par la décomposition des protéines qui deviennent des nitrates disponibles pour les plantes en croissance, puis sont de nouveau convertis en protéines.
Fixation de l'azote Dans une phase différente du cycle, le processus de fixation de l'azote dépose constamment de l'azote supplémentaire dans la circulation biologique. Ceci est réalisé par des bactéries fixatrices d'azote vivant librement dans le sol ou dans l'eau telles qu'Azotobacter, ou par celles qui vivent en étroite symbiose avec des plantes légumineuses, telles que les rhizobiums. Ces bactéries forment des colonies au sein des nodules qu'elles créent sur les racines des pois, des haricots et des espèces apparentées. Celles-ci sont capables de convertir l'azote de l'atmosphère en substances organiques contenant de l'azote..
Dénitrification Alors que la fixation de l'azote convertit l'azote de l'atmosphère en composés organiques, une série de processus appelée dénitrification renvoie une quantité presque égale d'azote dans l'atmosphère. Les bactéries dénitrifiantes ont tendance à être anaérobies ou anaérobies facultatives (pouvant alterner entre les types de métabolismes dépendants et indépendants de l'oxygène). Parmi ces bactéries se trouvent les Achromobacter et les Pseudomonas. Le processus de purification provoqué par des conditions exemptes d'oxygène convertit les nitrates et les nitrites du sol en azote gazeux ou en composés gazeux tels que l'oxyde nitreux ou l'oxyde nitrique. En excès, la dénitrification peut entraîner des pertes globales d'azote disponible dans le sol, ainsi qu'une perte subséquente de fertilité. Cependant, l'azote fixé peut circuler plusieurs fois entre les organismes et le sol avant que la dénitrification ne le renvoie dans l'atmosphère. Le schéma ci-dessus illustre le cycle de l'azote.
Actinomycètes Les actinomycètes sont essentiels à la décomposition de la matière organique et à la formation de l'humus. Elles se spécialisent dans la décomposition de la cellulose, de la lignine, ainsi que de la chitine dure trouvée sur les exosquelettes des insectes. Leur présence est responsable de la douce senteur « terreuse » associée à un sol en pleine santé. Ces bactéries ont besoin de beaucoup d'air et d'un pH entre 6,0 et 7,5, mais tolèrent des conditions sèches plus facilement que la plupart des autres bactéries et champignons..
Champignons Un gramme de terre de jardin peut abriter environ un million de champignons, tels que des levures et des moisissures. Les champignons ne contiennent pas de chlorophylle et ne peuvent pas faire de photosynthèse. Ils ne peuvent pas utiliser le dioxyde de carbone atmosphérique comme source de carbone, ils sont donc chimio-hétérotrophes. Ceci signifie que, faute de pouvoir utiliser la lumière comme source d'énergie, comme les animaux, ils ont besoin d'une source d'énergie chimique et de substrats organiques pour obtenir du carbone pour la croissance et le développement.
Bien que certains champignons aient des relations bénéfiques avec les plantes vivantes (comme illustré ci-dessous), nombreux sont ceux qui se comportent comme des parasites, entraînant régulièrement des maladies chez leur plante hôte vivante. En termes de création de sol et d'humus, les champignons les plus importants ont tendance à être saprotrophes ; c'est-à-dire qu'ils vivent de matière organique morte ou en décomposition, la décomposant ainsi et la convertissant en des formes disponibles pour les plantes supérieures. Une succession d'espèces de champignons va coloniser la matière morte, à commencer par celles qui utilisent les sucres et les amidons, auxquelles succèdent celles capables de dégrader la cellulose et les lignines.