pH du sol - Soil pH

Variation globale du pH du sol. Rouge = sol acide. Jaune = sol neutre. Bleu = sol alcalin. Noir = pas de données.

Le pH du sol est une mesure de l' acidité ou de la basicité (alcalinité) d'un sol . Le pH du sol est une caractéristique clé qui peut être utilisée pour effectuer une analyse informative à la fois qualitative et quantitative concernant les caractéristiques du sol. Le pH est défini comme le logarithme négatif (base 10) de l' activité des ions hydronium ( H+
ou, plus précisément, H
3
O+
aq
) dans une solution . Dans les sols, il est mesuré dans une suspension de sol mélangée à de l'eau (ou une solution saline, telle que0,01  M  CaCl
2
), et se situe normalement entre 3 et 10, 7 étant neutre. Les sols acides ont un pH inférieur à 7 et les sols alcalins ont un pH supérieur à 7. Les sols ultra-acides (pH < 3,5) et les sols très fortement alcalins (pH > 9) sont rares.

Le pH du sol est considéré comme une variable maîtresse dans les sols car il affecte de nombreux processus chimiques. Il affecte spécifiquement la disponibilité des nutriments des plantes en contrôlant les formes chimiques des différents nutriments et en influençant les réactions chimiques qu'ils subissent. La plage de pH optimale pour la plupart des plantes se situe entre 5,5 et 7,5 ; cependant, de nombreuses plantes se sont adaptées pour prospérer à des valeurs de pH en dehors de cette plage.

Classification des plages de pH du sol

Le service de conservation des ressources naturelles du département de l'Agriculture des États-Unis classe les plages de pH du sol comme suit :

Dénomination Gamme de pH
Ultra acide < 3,5
Extrêmement acide 3,5–4,4
Très fortement acide 4,5–5,0
Fortement acide 5.1–5.5
Modérément acide 5,6–6,0
Légèrement acide 6.1–6.5
Neutre 6,6–7,3
Légèrement alcalin 7,4–7,8
Modérément alcalin 7,9–8,4
Fortement alcalin 8.5–9.0
Très fortement alcalin > 9,0

Détermination du pH

Les méthodes de détermination du pH comprennent :

  • Observation du profil du sol : Certaines caractéristiques du profil peuvent être des indicateurs de conditions acides, salines ou sodiques. Les exemples sont :
    • Mauvaise incorporation de la couche superficielle organique avec la couche minérale sous-jacente - cela peut indiquer des sols fortement acides ;
    • La séquence classique des horizons de podzol , puisque les podzols sont fortement acides : dans ces sols, un horizon éluvial pâle (E) se trouve sous la couche organique superficielle et recouvre un horizon B sombre;
    • La présence d'une couche de caliche indique la présence de carbonates de calcium, qui sont présents dans des conditions alcalines ;
    • La structure en colonnes peut être un indicateur de l'état sodique.
  • Observation de la flore prédominante. Les plantes calcifuges (celles qui préfèrent un sol acide) comprennent Erica , Rhododendron et presque toutes les autres espèces d' Ericaceae , de nombreux bouleaux ( Betula ), digitales ( Digitalis ), ajoncs ( Ulex spp.) et Pin sylvestre ( Pinus sylvestris ). Les plantes calcicoles (qui aiment le tilleul) comprennent les frênes ( Fraxinus spp.), le chèvrefeuille ( Lonicera ), le Buddleja , les cornouillers ( Cornus spp. ), le lilas ( Syringa ) et les espèces Clematis .
  • Utilisation d'un kit de test de pH peu coûteux, dans lequel un petit échantillon de sol est mélangé avec une solution indicatrice qui change de couleur en fonction de l'acidité.
  • Utilisation de papier tournesol . Un petit échantillon de sol est mélangé avec de l'eau distillée, dans laquelle une bande de papier de tournesol est insérée. Si le sol est acide, le papier devient rouge, s'il est basique, bleu.
  • Certains autres pigments de fruits et légumes changent également de couleur en réponse au changement de pH. Le jus de myrtille devient plus rougeâtre si de l'acide est ajouté et devient indigo s'il est titré avec suffisamment de base pour obtenir un pH élevé. Le chou rouge est également touché.
  • Utilisation d'un pH-mètre électronique disponible dans le commerce , dans lequel une électrode en verre ou à semi-conducteur est insérée dans un sol humidifié ou un mélange (suspension) de sol et d'eau ; le pH est généralement lu sur un écran d'affichage numérique.
  • Récemment, des méthodes spectrophotométriques ont été développées pour mesurer le pH du sol impliquant l'ajout d'un colorant indicateur à l'extrait de sol. Celles-ci se comparent bien aux mesures d'électrodes de verre mais offrent des avantages substantiels tels que l'absence de dérive, les effets de jonction liquide et de suspension

Des mesures précises et reproductibles du pH du sol sont nécessaires pour la recherche scientifique et la surveillance. Il s'agit généralement d'une analyse en laboratoire à l'aide d'un protocole standard ; un exemple d'un tel protocole est celui du manuel des méthodes de terrain et de laboratoire de l'USDA Soil Survey. Dans ce document, le protocole de trois pages pour la mesure du pH du sol comprend les sections suivantes : Application ; Résumé de la méthode ; Interférences ; Sécurité; Équipement; Réactifs; et Procédure.

Résumé de la méthode

Le pH est mesuré dans des solutions sol-eau (1:1) et sol-sel (1:2 ). Pour plus de commodité, le pH est d'abord mesuré dans l'eau puis mesuré en . Avec l'ajout d'un volume égal de 0,02 M à la suspension de sol qui a été préparée pour le pH de l'eau, le rapport sol-solution final est de 1:2 0,01 M . Un échantillon de sol de 20 g est mélangé avec 20 ml d'eau osmosée (OI) (1:1 w:v) avec agitation occasionnelle. L'échantillon est laissé au repos pendant 1 h sous agitation occasionnelle. L'échantillon est agité pendant 30 s, et le pH de l'eau 1:1 est mesuré. Le 0,02 M (20 ml) est ajouté à la suspension de sol, l'échantillon est agité et le pH 1:2 0,01 M est mesuré (4C1a2a2).


— Résumé de la méthode USDA NRCS pour la détermination du pH du sol

Facteurs affectant le pH du sol

Le pH d'un sol naturel dépend de la composition minérale de la matière mère du sol et des réactions d'altération subies par cette matière mère. Dans les environnements chauds et humides, l'acidification du sol se produit au fil du temps, car les produits de l' altération sont lessivés par l'eau se déplaçant latéralement ou vers le bas à travers le sol. Dans les climats secs, cependant, l'altération et le lessivage du sol sont moins intenses et le pH du sol est souvent neutre ou alcalin.

Sources d'acidité

De nombreux processus contribuent à l'acidification des sols. Ceux-ci inclus:

  • Précipitations : Les précipitations moyennes ont un pH de 5,6 et sont présentées comme légèrement plus acides en raison du dioxyde de carbone atmosphérique ( CO
    2
    ) c'est-à-dire lorsqu'il est combiné avec de l'eau forme de l'acide carbonique ( H
    2
    CO
    3
    ) qui est acide. Lorsque cette eau s'écoule à travers le sol, il en résulte le lessivage des cations basiques du sol sous forme de bicarbonates ; cela augmente le pourcentage d' Al3+
    et H+
    par rapport aux autres cations.
  • La respiration des racines et la décomposition de la matière organique par les micro-organismes libèrent du CO
    2
    ce qui augmente l'acide carbonique ( H
    2
    CO
    3
    ) concentration et lessivage ultérieur.
  • Croissance des plantes : Les plantes absorbent les nutriments sous forme d'ions (ex. NO
    3
    , NH+
    4
    , Ca2+
    , H
    2
    Bon de commande
    4
    ), et ils absorbent souvent plus de cations que d' anions . Cependant, les plantes doivent maintenir une charge neutre dans leurs racines. Afin de compenser la charge positive supplémentaire, ils libéreront H+
    ions de la racine. Certaines plantes exsudent également des acides organiques dans le sol pour acidifier la zone autour de leurs racines pour aider à solubiliser les nutriments métalliques qui sont insolubles à pH neutre, comme le fer (Fe).
  • Utilisation d'engrais : Ammonium ( NH+
    4
    ) les engrais réagissent dans le sol par le processus de nitrification pour former du nitrate ( NO
    3
    ), et dans le processus de libération H+
    ions.
  • Pluies acides : La combustion de combustibles fossiles libère des oxydes de soufre et d'azote dans l'atmosphère. Ceux-ci réagissent avec l'eau dans l'atmosphère pour former de l'acide sulfurique et nitrique sous la pluie.
  • Altération oxydative : Oxydation de certains minéraux primaires, notamment les sulfures et ceux contenant du Fe2+
    , génèrent de l'acidité. Ce processus est souvent accéléré par l'activité humaine :
    • Déchets miniers : Des conditions fortement acides peuvent se former dans les sols à proximité de certains déblais miniers en raison de l'oxydation de la pyrite .
    • Les sols sulfatés acides formés naturellement dans les environnements côtiers et estuariens gorgés d'eau peuvent devenir très acides lorsqu'ils sont drainés ou excavés.

Sources d'alcalinité

L'alcalinité totale du sol augmente avec :

  • Altération des minéraux de silicate , d' aluminosilicate et de carbonate contenant Na+
    , Ca2+
    , mg2+
    et K+
    ;
  • Ajout de minéraux de silicate, d'aluminosilicate et de carbonate aux sols ; cela peut se produire par le dépôt de matériaux érodés ailleurs par le vent ou l'eau, ou par le mélange du sol avec des matériaux moins altérés (comme l' ajout de calcaire aux sols acides);
  • Ajout d'eau contenant des bicarbonates dissous (comme cela se produit lors de l' irrigation avec des eaux riches en bicarbonate).

L'accumulation d'alcalinité dans un sol (sous forme de carbonates et bicarbonates de Na, K, Ca et Mg) se produit lorsqu'il n'y a pas suffisamment d'eau circulant dans les sols pour lessiver les sels solubles. Cela peut être dû à des conditions arides ou à un mauvais drainage interne du sol ; dans ces situations, la majeure partie de l'eau qui pénètre dans le sol est transpirée (absorbée par les plantes) ou s'évapore, plutôt que de s'écouler à travers le sol.

Le pH du sol augmente généralement lorsque l' alcalinité totale augmente, mais l'équilibre des cations ajoutés a également un effet marqué sur le pH du sol. Par exemple, augmenter la quantité de sodium dans un sol alcalin a tendance à induire la dissolution du carbonate de calcium , ce qui augmente le pH. Les sols calcaires peuvent varier en pH de 7,0 à 9,5, selon le degré auquel Ca2+
ou Na+
dominent les cations solubles.

Effet du pH du sol sur la croissance des plantes

Sols acides

Les plantes cultivées dans des sols acides peuvent subir divers stress, notamment la  toxicité de l' aluminium  (Al), de l' hydrogène  (H) et/ou du manganèse (Mn), ainsi que des carences nutritionnelles en calcium  (Ca) et en magnésium  (Mg).

La toxicité de l'aluminium est le problème le plus répandu dans les sols acides. L'aluminium est présent dans tous les sols à des degrés divers, mais l'Al 3+ dissous est toxique pour les plantes; Al 3+ est le plus soluble à faible pH; au-dessus de pH 5,0, il y a peu d'Al sous forme soluble dans la plupart des sols. L'aluminium n'est pas un nutriment pour les plantes et, en tant que tel, n'est pas absorbé activement par les plantes, mais pénètre passivement dans les racines des plantes par osmose. L'aluminium peut exister sous de nombreuses formes différentes et est un agent responsable de la limitation de la croissance dans diverses parties du monde. Des études de tolérance à l'aluminium ont été menées sur différentes espèces végétales pour voir les seuils viables et les concentrations exposées ainsi que la fonction lors de l'exposition. L'aluminium inhibe la croissance des racines; les racines latérales et les extrémités des racines s'épaississent et les racines manquent de ramification fine; les pointes des racines peuvent brunir. Dans la racine, l'effet initial d'Al 3+ est l'inhibition de l'expansion des cellules du rhizoderme , conduisant à leur rupture ; par la suite, il est connu pour interférer avec de nombreux processus physiologiques, y compris l'absorption et le transport du calcium et d'autres nutriments essentiels, la division cellulaire, la formation de la paroi cellulaire et l'activité enzymatique.

Le stress proton (H + ion) peut également limiter la croissance des plantes. La pompe à protons, H + -ATPase, du plasmalemme des cellules racinaires agit pour maintenir le pH quasi-neutre de leur cytoplasme. Une activité protonique élevée (pH compris entre 3,0 et 4,0 pour la plupart des espèces végétales) dans le milieu de croissance externe surmonte la capacité de la cellule à maintenir le pH cytoplasmique et la croissance s'arrête.

Dans les sols à forte teneur en minéraux contenant du manganèse , la toxicité du Mn peut devenir un problème à un pH de 5,6 et moins. Le manganèse, comme l'aluminium, devient de plus en plus soluble à mesure que le pH baisse, et les symptômes de toxicité du Mn peuvent être observés à des niveaux de pH inférieurs à 5,6. Le manganèse est un élément nutritif essentiel pour les plantes, de sorte que les plantes transportent le Mn dans les feuilles. Les symptômes classiques de la toxicité du Mn sont le froissement ou le bombage des feuilles.

Disponibilité des nutriments par rapport au pH du sol

Disponibilité des nutriments par rapport au pH du sol

Le pH du sol affecte la disponibilité de certains nutriments végétaux :

Comme discuté ci-dessus, la toxicité de l'aluminium a des effets directs sur la croissance des plantes; cependant, en limitant la croissance des racines, il réduit également la disponibilité des éléments nutritifs des plantes. Parce que les racines sont endommagées, l'absorption des nutriments est réduite et des carences en macronutriments (azote, phosphore, potassium, calcium et magnésium) sont fréquemment rencontrées dans les sols très fortement acides à ultra-acides (pH<5,0).

La disponibilité du molybdène est augmentée à un pH plus élevé; cela est dû au fait que l'ion molybdate est plus fortement sorbé par les particules d'argile à un pH inférieur.

Le zinc , le fer , le cuivre et le manganèse présentent une disponibilité réduite à un pH plus élevé ( sorption accrue à un pH plus élevé).

L'effet du pH sur la disponibilité du phosphore varie considérablement selon les conditions du sol et la culture en question. L'opinion dominante dans les années 1940 et 1950 était que la disponibilité du P était maximisée près de la neutralité (pH du sol de 6,5 à 7,5) et diminuait à des pH plus élevés et plus bas. Les interactions du phosphore avec un pH dans la gamme modérément à légèrement acide (pH 5,5–6,5) sont cependant beaucoup plus complexes que ne le suggère ce point de vue. Des tests en laboratoire, des essais en serre et des essais sur le terrain ont indiqué que des augmentations de pH dans cette plage peuvent augmenter, diminuer ou n'avoir aucun effet sur la disponibilité du P pour les plantes.

Disponibilité de l'eau en fonction du pH du sol

Les sols fortement alcalins sont sodiques et dispersifs , avec une infiltration lente , une faible conductivité hydraulique et une faible capacité en eau disponible . La croissance des plantes est sévèrement limitée car l' aération est mauvaise lorsque le sol est humide ; dans des conditions sèches, l'eau disponible pour les plantes s'épuise rapidement et les sols deviennent durs et motteux (forte résistance du sol).

De nombreux sols fortement acides, en revanche, ont une forte agrégation, un bon drainage interne et de bonnes caractéristiques de rétention d'eau. Cependant, pour de nombreuses espèces végétales, la toxicité de l'aluminium limite considérablement la croissance des racines et un stress hydrique peut survenir même lorsque le sol est relativement humide.

Préférences de pH des plantes

En termes généraux, différentes espèces végétales sont adaptées à des sols de différentes gammes de pH. Pour de nombreuses espèces, la gamme appropriée de pH du sol est assez bien connue. Les bases de données en ligne des caractéristiques des plantes, telles que USDA PLANTS et Plants for a Future, peuvent être utilisées pour rechercher la plage de pH du sol appropriée d'un large éventail de plantes. Des documents comme les valeurs indicatrices d'Ellenberg pour les usines britanniques peuvent également être consultés.

Cependant, une plante peut être intolérante à un pH particulier dans certains sols en raison d'un mécanisme particulier, et ce mécanisme peut ne pas s'appliquer à d'autres sols. Par exemple, un sol pauvre en molybdène peut ne pas convenir aux plants de soja à pH 5,5, mais les sols avec suffisamment de molybdène permettent une croissance optimale à ce pH. De même, certains calcifuges (plantes intolérantes aux sols à pH élevé) peuvent tolérer les sols calcaires si suffisamment de phosphore est apporté. Un autre facteur de confusion est que différentes variétés de la même espèce ont souvent des plages de pH du sol adaptées différentes. Les sélectionneurs peuvent l'utiliser pour sélectionner des variétés qui peuvent tolérer des conditions qui sont autrement considérées comme inappropriées pour cette espèce - des exemples sont des projets de sélection de variétés de céréales tolérantes à l'aluminium et au manganèse pour la production alimentaire dans des sols fortement acides.

Le tableau ci-dessous donne les plages de pH du sol appropriées pour certaines plantes largement cultivées telles que trouvées dans la base de données USDA PLANTS . Certaines espèces (comme Pinus radiata et Opuntia ficus-indica ) ne tolèrent qu'une gamme étroite de pH du sol, tandis que d'autres (comme Vetiveria zizanioides ) tolèrent une gamme de pH très large.

Nom scientifique Nom commun pH (minimum) pH (maximum)
Chrysopogon zizanioides vétiver 3.0 8.0
Pinus rigide pitch pin 3.5 5.1
Rubus chamemorus chicouté 4.0 5.2
Ananas comosus ananas 4.0 6.0
Café arabica café arabe 4.0 7.5
Rhododendron arborescens azalée lisse 4.2 5.7
Pinus radié pin de Monterey 4.5 5.2
Carya illinoinensis noix de pécan 4.5 7.5
Tamarindus indica Tamarin 4.5 8.0
Vaccinium corymbosum myrtille en corymbe 4.7 7.5
Manihot esculenta manioc 5.0 5.5
Morus alba mûrier blanc 5.0 7.0
Malus Pomme 5.0 7.5
Pinus sylvestris Pin sylvestre 5.0 7.5
Carica papaye papaye 5.0 8.0
Cajanus cajan pois cajan 5.0 8.3
Pyrus communis poire commune 5.2 6.7
Solanum lycopersicum tomate de jardin 5.5 7.0
Psidium guajava goyave 5.5 7.0
Laurier rose laurier rose 5.5 7.8
Punica granatum Grenade 6.0 6.9
Viola sororia violet bleu commun 6.0 7.8
Caragana arborescens Peashrub de Sibérie 6.0 9.0
Cotonéaster entierrimus cotonéaster 6.8 8.7
Opuntia ficus indica Figue de Barbarie (figue de Barbarie) 7.0 8.5

Modification du pH du sol

Augmentation du pH du sol acide

La chaux agricole finement moulue est souvent appliquée sur les sols acides pour augmenter le pH du sol ( chaulage ). La quantité de calcaire ou de craie nécessaire pour modifier le pH est déterminée par la taille des mailles de la chaux (la finesse de son broyage) et la capacité tampon du sol. Un maillage élevé (60 mesh = 0,25 mm ; 100 mesh = 0,149 mm) indique une chaux finement broyée qui réagira rapidement avec l'acidité du sol. La capacité tampon d'un sol dépend de la teneur en argile du sol, du type d'argile et de la quantité de matière organique présente, et peut être liée à la capacité d'échange cationique du sol . Les sols à forte teneur en argile auront une capacité tampon plus élevée que les sols à faible teneur en argile, et les sols à forte teneur en matière organique auront une capacité tampon plus élevée que ceux à faible teneur en matière organique. Les sols avec une capacité tampon plus élevée nécessitent une plus grande quantité de chaux pour obtenir un changement de pH équivalent. Le tamponnage du pH du sol est souvent directement lié à la quantité d'aluminium dans la solution du sol et à l'occupation des sites d'échange dans le cadre de la capacité d'échange cationique. Cet aluminium peut être mesuré dans un test de sol dans lequel il est extrait du sol avec une solution saline, puis est quantifié avec une analyse en laboratoire. Ensuite, en utilisant le pH initial du sol et la teneur en aluminium, la quantité de chaux nécessaire pour élever le pH à un niveau souhaité peut être calculée.

Les amendements autres que la chaux agricole qui peuvent être utilisés pour augmenter le pH du sol comprennent les cendres de bois, l'oxyde de calcium industriel ( chaux brûlée ), l'oxyde de magnésium , les scories basiques ( silicate de calcium ) et les coquilles d' huîtres . Ces produits augmentent le pH des sols par diverses réactions acido-basiques . Le silicate de calcium neutralise l'acidité active du sol en réagissant avec les  ions H + pour former de l' acide monosilicique (H 4 SiO 4 ), un soluté neutre.

Diminuer le pH des sols alcalins

Le pH d'un sol alcalin peut être réduit en ajoutant des agents acidifiants ou des matières organiques acides. Le soufre élémentaire (90 à 99 % S) a été utilisé à des taux d'application de 300 à 500 kg/ha (270 à 450 lb/acre) – il s'oxyde lentement dans le sol pour former de l'acide sulfurique. Les engrais acidifiants, tels que le sulfate d'ammonium, le nitrate d'ammonium et l'urée, peuvent aider à réduire le pH d'un sol car l'ammonium s'oxyde pour former de l'acide nitrique. Les matières organiques acidifiantes comprennent la tourbe ou la tourbe de sphaigne.

Cependant, dans les sols à pH élevé et à forte teneur en carbonate de calcium (plus de 2 %), il peut être très coûteux et/ou inefficace de tenter de réduire le pH avec des acides. Dans de tels cas, il est souvent plus efficace d'ajouter du phosphore, du fer, du manganèse, du cuivre et/ou du zinc à la place, car les carences en ces nutriments sont les raisons les plus courantes de la mauvaise croissance des plantes dans les sols calcaires.

Voir également

Les références

Liens externes