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LES MILIEUX DE VIE DE CES
BIOCENOSES. II — LES SOLS Communautés ou biocénoses, faune et flore vivant dans un milieu (biotope) dont on peut définir les constituants (air, sol, eau) et les conditions physico-chimiques (climats et microclimats), sont donc des « ensembles » définis et décrits par l'écologiste qui s'attache également sans cesse à étudier les actions — des êtres vivants sur le milieu — du milieu, sur les êtres vivants... Analysées ainsi du point de vue écologique, les données de la biologie, toutes les études du milieu rural ou urbain prennent un relief nouveau et permettent aux enfants de découvrir et de comprendre les faits essentiels dans l'organisation du monde d'hier... et de demain. — La science qui étudie les sols est la pédologie. Elle débuta au milieu du siècle dernier et ne prit vraiment son essor que vers la fin du XIXe siècle, en Russie, où la variété et l'importance des divers sols incitèrent des scientifiques à une étude approfondie pour dresser une carte des sols de leur pays. La pédologie est maintenant une science bien constituée. Certaines de ses données et de ses résultats sont accessibles aux enfants : des prélèvements d'échantillons, des photos prises au cours des sorties dans le milieu puis des expériences réalisées en classe permettent de sensibiliser les enfants à une meilleure compréhension du rôle que joue le sol dans un milieu donné. Nous analyserons successivement ce qui peut être fait au cours des sorties, puis les expériences réalisables en classe. A - LES SORTIES : Exemple : étude d'un sol forestier. 1 - Observations « sauvages » durant la première sortie (sortie-découverte) concernant l'exploration d'un « coin de forêt ». — Notes personnelles prises par les élèves dans le carnet de poche. 2 - Première exploitation en classe, au retour. 1) Constitution des équipes dont celle qui étudiera SOL ET SOUS-SOL. a) se munir : — d'une sacoche (genre « musette ») à porter en bandoulière pour avoir les mains
libres ; b) récolter : — un peu de litière recouvrant le sol (feuilles mortes plus ou moins en décomposition) ; c) si possible, prendre des photographies : — de la surface du sol (avec plantes et petits animaux qui s'y trouvent) ; 3 - Deuxième sortie dans le même milieu naturel. Observations - Récoltes - Prises de vues. 4 - Exploitation de cette nouvelle sortie : Essentiellement et d'abord avec les notes des carnets de poche (mises au net par
chacun) et les échantillons récoltés ; 5 - Conclusions : 1 ) Observation : a) de la reconstitution, à l'échelle réduite, de la coupe
du sol (ou profil)
avec, si possible, la roche sous-sol (fig. 1).
2) Interprétation : rapports entre sol et sous-sol. a) La roche du sous-sol a donné ici naissance au sol par suite de longues transformations durant des siècles. Cette « roche-mère » peut être granuleuse (sable, c'est le cas ici), pâteuse quand elle est humide (argile) ou dure (pierre dont on a pu, peut-être, recueillir de petits morceaux). b) A la surface est une litière de feuilles mortes (cas ici de la forêt) ; en plus, s'accumulent plus ou moins les parties mortes de végétaux (brindilles, bois mort, etc.) et les « cadavres » d'autres végétaux et d'animaux. — Toutes ces parties mortes d'êtres vivants renferment des matières organiques qui sont dégradées par les décomposeurs, de plus en plus nombreux au fur et à mesure que le sol se forme (microbes) (voir notions de cycles alimentaires). Ainsi s'élabore en surface l'humus, brunâtre. Les eaux de pluie qui traversent plus ou moins bien cet humus peuvent laisser déposer plus bas certains éléments chimiques, avant de rencontrer la « roche-mère » (sous-sol) ; d'où la formation d'horizons variables avec la roche, le relief, les conditions climatiques, la végétation qui s'est développée et l'âge du sol (durée de,formation). Ainsi, la formation d'un sol dépend :
3) D'où la définition d'un sol : Un sol est la formation naturelle qui résulte de l'action combinée des facteurs climatiques et des êtres vivants sur les roches de la surface des continents. C'est donc un milieu complexe « au carrefour » de la nature minérale et de la nature biologique. B — OBSERVATIONS ET EXPERIENCES REALISABLES EN CLASSE. 1) Recherche des constituants du sol. Observation à la loupe binoculaire. L'observation à la loupe binoculaire fait apparaître deux sortes de particules (grains minéraux et débris organiques) unies par un ciment. Les colorations sont le plus souvent : Séparation des différents constituants La matière organique : Oxydable, cette matière organique peut être facilement détruite par calcination à la chaleur. Une oxydation ménagée par l'eau oxygénée permet de la séparer en deux fractions : • la matière organique humifiée, de couleur sombre qui provient de la transformation des débris végétaux par les micro-organismes (humus au sens strict). Cet humus est détruit par l'attaque à l'eau oxygénée. La coloration sombre disparaît ; • la matière organique brute, composée de débris non attaqués, et qui surnagent après l'attaque à l'eau oxygénée. Ils sont complètement décolorés (lignine, cellulose). Technique : Chauffer légèrement en surveillant (attention à la mousse). L'attaque est terminée lorsqu'on voit surnager les fragments de débris végétaux décolorés. Filtrer pour observation éventuelle à la loupe binoculaire. La matière minérale. • Nature des particules L'observation de la partie minérale peut montrer : — des grains de sable formés principalement de grains quartz (qui rayent
l'acier ou le verre lorsqu'on les frotte entre deux lames) et des particules
calcaires (mises en évidence par effervescence sous l'action de l'acide
chlorhydrique ou du vinaigre) ; • Taille des particules. La connaissance de la taille des particules est d'un grand intérêt, non seulement pour la définition du type du sol, mais pour l'interprétation de ses propriétés physiques (capacité de rétention en eau notamment). La texture désigne la répartition des particules suivant leur taille. Conventionnellement, on classe les particules en trois fractions principales : — sables (diamètre compris entre 2 mm et 20 µ
(un micron = 1/1000e de mm) ; Selon que l'une ou l'autre de ces fractions dominent, on trouvera des textures sableuses, limoneuses, argileuses, sablo-limoneuses, etc. On peut analyser de façon sommaire la granulométrie par tamisage au travers d'une série de tamis. Par exemple, tamis à maille de 2, 1, 1/2, 1/5, 1/10 mm. Les diverses fractions seront disposées dans des tubes. La fraction la plus fine contient les sables fins, les limons et les argiles. Si l'on ne dispose pas de tamis, on peut utiliser du tulle, de la mousseline, des fragments de bas nylon plus ou moins fins. Même si on ne connaît pas la taille des mailles on peut établir un classement relatif entre les particules qui passent à travers ces différents « filtres » improvisés. 1 - L'air dans le sol Expérience a) matériel : 2 boîtes à conserve identiques (une sera remplie d'eau, l'autre
de terre) ; 1 grand bocal à large ouverture ; une éprouvette graduée.
2 - L'eau dans le sol 1) Comparaison des perméabilités de différents sols : (a) Choisir des échantillons de sol déjà mouillés à saturation. (b) Expérience.
Noter le temps. Verser l'eau dans l'entonnoir jusqu'au niveau marqué. Continuer
à ajouter de l'eau.
2) Humidité en place a) Trouver le pourcentage d'eau dans un échantillon du sol. b) Peser 100g d'échantillon. Placer ces 100g dans une assiette en fer ou sur une feuille d'aluminium. Placer le tout au four 6 heures environ à 105° (pas à une température plus élevée pour ne pas détruire les matières organiques). Cette température est obtenue en général dans un four réglé sur la position 2 du thermostat. Retirer après 6 heures. Laisser refroidir. Peser. P1 = 100g
P2 = x g La perte de poids résulte de l'évaporation de l'eau du sol. Donc le sol contenait... et le pourcentage d'eau est ... Résultat probable : 20 à 30% environ. c) La même mesure peut être faite sur un sol arrosé jusqu'à l'excès pendant les deux ou trois jours qui précèdent l'expérience, ce qui permet de déterminer la teneur maximum du sol en eau (limite à connaître pour les programmes d'irrigation). 3) Capacité de rétention. C'est la quantité d'eau que peut contenir la terre après ressuyage de l'eau de gravité. a) Arroser copieusement la terre en place sur 1/2 m2 environ. Cette humidité en pourcentage représente la capacité de rétention. C'est une grandeur caractéristique du type de terre. La capacité de rétention est d'autant plus forte que la terre contient plus d'éléments fins (limons, argiles) et d'humus, substances qui retiennent beaucoup d'eau à leur contact. Cette eau retenue par le sol et mise à la disposition des plantes est donc plus abondante dans les sols argileux et humifères que dans les sols sableux... Si l'on n'a pas la possibilité de faire l'expérience précédente en classe, on peut apprécier l'ordre de grandeur de la quantité d'eau que peut retenir le sol : Expérience : pour apprécier l'ordre de grandeur de la quantité d'eau que peut retenir un sol
a) Verser 100 cm3 du sol à étudier dans la boîte à conserve ;
Les résultats varient évidemment selon l'état de dessèchement du sol en début d'expérience. Un grand pouvoir de rétention présente l'avantage de constituer une réserve d'eau pour les plantes en cas de sécheresse. 4) Point de flétrissement. C'est la quantité d'eau qui reste dans la terre lorsque les plantes ne peuvent plus en absorber. Mesure : Remplir une boîte non poreuse (1/2 à 1 dm3) avec la terre convenablement arrosée. Recouvrir d'un couvercle hermétique muni d'un petit trou par où l'on plante une herbe à croissance rapide (tomate, tournesol, moutarde, épinard). Après avoir poussé pendant quelques semaines et épuisé l'eau disponible, la
plante fane. En pourcentage PF % = (P — p) x 100 / p Ainsi donc, une partie seulement de l'eau du sol est disponible pour les plantes. Lorsque les plantes flétrissent, une certaine quantité d'eau reste dans le sol : les forces qui retiennent cette eau liée aux particules du sol sont plus grandes que les forces de succion des racines.
Intérêt : La connaissance de la capacité de rétention CR et du point de flétrissement PF permet de calculer l'eau disponible ED du sol (pourcentage d'eau utilisable par les plantes). ED % = CR % — PF % Si CR et PF sont des fonctions croissantes de la teneur en éléments fins et en humus, leur différence l'est également. Exemple de terre sableuse :
CR= 8% PF= 2% ED = 6% 3 - Les animaux et les végétaux du sol. Le sol milieu vivant. Observables à l'oeil nu, les racines, les filaments de champignons, les taupes, les courtilières, les vers blancs offrent de nombreux sujets de recherche aux enfants. Et les lombrics ? A - LES LOMBRICS DANS LE SOL : « Est-il bon, est-il méchant » ? Voyant un ver de terre s'agiter sur le sol, les enfants, tout au moins lorsqu'ils sont très jeunes, se précipitent pour le couper en deux ou plusieurs morceaux, ils s'amusent de voir les fragments ainsi obtenus se tortiller un moment. Comment faire comprendre aux enfants le rôle des vers dans le sol ? 1) Comment peut-on extraire les vers du sol ? Un jardinier en train de bêcher peut fournir à toute une classe de nombreux vers de terre mais si l'on désire compter les vers que l'on peut faire « remonter » d'un carré de terre préalablement délimité (1 m de côté par exemple), on peut arroser le sol avec : — de l'eau additionnée de formol (1 cl de formol à 10% par litre d'eau ; Compter les vers au fur et à mesure qu'ils sortent. Les rincer immédiatement à l'eau pure. On gardera quelques exemplaires pour le travail en classe. On remettra soigneusement les autres un peu plus loin sur un sol non traité au formol ou au permanganate. 2) Comment peut-on les garder vivants en classe ? Dans un bocal de verre ou dans un vieil aquarium, disposer du sable, du terreau, de la terre en couches superposées. Recouvrir par des feuilles mortes. Entretenir l'humidité. Le bocal sera recouvert d'un papier noir pour que les vers « colonisent » toute la terre. Lorsqu'on enlève le papier noir, on peut observer les galeries et même les dessiner sur du papier calque. Les dessins successifs permettent ensuite de reconstituer l'évolution des galeries (allongements, augmentation en nombre, etc.). Observations et expériences :
Que sont devenues les feuilles mortes au bout de 8 jours ? D'un mois ?
Même question. 3) Le rôle des vers de terre dans le sol. Les vers absorbent la terre par la bouche et la rejettent par l'anus. Ils utilisent, digèrent les particules nutritives dispersées dans le sol. Le pourcentage de substances utilisables est faible, la quantité de terre qui passe par le tube digestif des lombrics est énorme : Un lombric a des déjections totalisant une livre par an ; pour une densité de 30000 lombrics à l'hectare, ce qui est peu, on évalue que ces animaux peuvent retravailler une tonne et demie de feuilles par saison, les mélangeant à près de 15 tonnes de terre sèche. En moyenne, leurs déjections atteignent 25 tonnes par ha et par an. Ce qui signifie que, en 65 ans, toute la partie superficielle du sol, sur la hauteur d'un sillon de charrue, passe par le tube digestif des lombrics. Créant de nombreuses galeries, dont les parois sont consolidées par un mucus, les lombrics augmentent considérablement la perméabilité du sol à l'air et à l'eau. La masse des lombrics vivants (biomasse) est souvent énorme dans un volume donné. Dans les jardins et cultures richement fumées et dans les forêts, dans le sol argileux riche et frais, le nombre des lombrics peut atteindre 2 500 000 à l'ha à raison de 0,5 g par individu, cela fait presque 1/2 tonnes. Dans l'Europe occidentale pourtant si peuplée, la biomasse des lombrics au km2 est supérieure à celle des hommes. Le rôle des vers de terre est si important qu'on estime qu'ils constituent un véritable «engrais vivant ». Aux U.S.A. il existe des élevages préparant des vers de terre pour la vente. En Hollande, on prend soin « d'ensemencer » les polders avec des vers prélevés dans les terres de l'intérieur... B - LES AUTRES ANIMAUX DU SOL SONT ÉGALEMENT TRÈS VARIÉS.
Un autre groupe extrêmement abondant dans les sols est celui des Protozoaires. On les dénombre par centaines de milliers ou par millions au cm3 de sol. Ils se nourrissent de bactéries et peuvent ainsi contrôler dans une certaine mesure les activités microbiologiques du sol et les chaînes trophiques de décomposition et de minéralisation. Le rôle, des fourmis dans les écosystèmes naturels est généralement sous-estimé, cependant, ces animaux paraissent jouer un rôle très important dans certaines forêts, landes ou tourbières, et il est bon de rappeler ici les fourmis jardinières de l'Amazonie. Sous les tropiques, les termites paraissent, dans bien des cas, être les éléments dynamiques les plus importants de l'évolution des sols ; ils remontent l'argile des terres profondes en termitières souvent énormes (Katanga), et retardent le durcissement superficiel des cuirasses latéritiques... C - EXTRACTION ET OBSERVATION DE LA MICROFAUNE DU SOL. — Disposer une couche de litière fraîche ou de la terre de la couche superficielle du sol (là où les animaux sont nombreux) ; ... — Éclairer par-dessus ; — La lumière et la dessiccation chassent les animaux vers la profondeur où ils finissent par tomber dans l'entonnoir ; — Après 24 heures, enlever les animaux déjà tombés et les fixer dans du formol à 10% — Au bout de 48 heures enlever le reste (filtrer le formol pour récupérer les petits animaux) ; — Observer et énumérer les principaux groupes rencontrés. Expérience :
D - MISE EN ÉVIDENCE DES GERMES DÉTRUISANT LES DÉBRIS CELLULOSIQUES DU SOL. La cellulose constitue une partie importante des parois des cellules végétales (le coton, le papier-filtre sont formés de cellulose presque pure). Principe : On dispose un substrat cellulosique (disque de papier-filtre) au contact de la terre humide dans une boîte cylindrique plate munie d'un couvercle. — Après quelques jours (5 à 10 jours d'incubation à 28°, ou un peu plus à la température de la salle) les colonies apparaissent sur le papier. Comparaison de plusieurs terres : Choisir des terres provenant d'horizons superficiels (c'est en surface que la microfaune est la plus riche). RESULTATS : Les germes détruisant la cellulose ainsi mis en évidence sont des germes aérobies, ce sont : — soit des champignons (présence d'un feutrage de mycélium) diversement colorés suivant les espèces (moisissures noires, blanches, vertes, surtout dans les terres acides) ; — soit des bactéries : colonies en général assez visqueuses colorées en jaune, ocre ou orange (surtout dans les sols non acides). Ces bactéries peuvent être des vibrions (dont les colonies sont extensives) ou des cytophages (dont les colonies attaquent le papier en profondeur) — (Regarder par transparence).
Ces germes- qui détruisent là cellulose provoquent la transformation des feuilles en une « dentelle » très décorative, la trame de lignine des nervures persistant seule après la disparition de la cellulose
5 - LA « ROCHE-MERE » (Sous-sol) Expériences permettant de mettre en évidence sa nature dans le cas des roches sédimentaires. a) action d'un acide : différents cas possibles.
Remarque : il existe des roches mixtes. Exemples : b) perméabilité à l'eau :
c) Réaliser les deux expériences sur la roche du sous-sol récoltée et conclure sur sa nature et sa perméabilité à l'eau. SYNTHESES 1) Observations de quelques types de sols rencontrés en France et autres pays à climat tempéré. D'abord le sol de la forêt explorée au cours des sorties : Observations complémentaires
: projection de diapositives : CONCLUSIONS : Les différents horizons d'un profil pédologique. La « roche-mère » intervient non seulement par sa nature (siliceuse, calcaire, argileuse) mais aussi par ses propriétés comme la porosité et la perméabilité à l'eau. Le plus souvent, la zonation est due au « lessivage » des substances superficielles entraînées par les eaux de pluie, substances qui se déposent plus bas ; d'où un horizon de lessivage, plus clair que l'humus (par suite de la disparition de substances solubles) et un horizon d'accumulation de ces substances au-dessus de la roche-mère. REMARQUES : Inversement, sous climat sec, l'eau s'évaporant en surface peut provoquer des « remontées » d'eau par capillarité d'où des dépôts vers le haut et même des « croûtes » en surface. INFLUENCE DE LA «ROCHE-MERE» SUR LA VÉGÉTATION : NOTION D'ASSOCIATIONS VÉGÉTALES a) Observations : relevé des espèces végétales sur le sol étudié en forêt. b) La comparaison de tels relevés sur des sols différents montre : — que des plantes ne poussent que sur sol calcaire, elles sont dites calcicoles ou calciphiles (phil = ami). Exemples : pour les arbres : le chêne pubescent (= poilu), l'érable champêtre, — que d'autres ne peuvent pousser sur sol calcaire : plantes calcifuges, dites aussi silicoles car elles se réfugient sur les sols siliceux. Exemples : — pour les arbres : le chêne-liège, le bouleau, le châtaignier, — que d'autres sont indifférentes : ex : pin sylvestre. c) « Roche-mère » et sols sont plus ou moins imprégnés d'eau. Au point de vue besoin en eau, on distingue : — les plantes hydrophiles : qui ne vivent que dans les fonds humides : ex
:
aulne, frêne, peuplier, carex, joncs. d) Cas particuliers : Au bord de la mer, certaines plantes tolèrent le sel qui imprègne le sol, ce
sont les plantes halophiles (halo= sel). REMARQUES : Au voisinage des habitations humaines, près des étables, et des « terrains vagues » se trouvent des déchets de toutes sortes. Ces déchets organiques sont riches en matières azotées que des microbes du sol transforment en sels : les nitrates. Beaucoup de plantes ayant grand besoin de ces sels s'y développent en peuplements serrés : les plantes nitrophiles (orties, oseille sauvage, bardane, datura aux fruits épineux, etc.). En conclusion le sol est un milieu poreux. C'est une éponge contenant de l'air et de l'eau. Un sol piétiné, écrasé devient impropre à la culture. Le sol est un milieu vivant. La fertilité du sol est en grande partie liée à l'activité de tous les êtres vivants qui s'y multiplient, à la pénétration des racines, aux activités de respiration et de fermentation. Le climax, en France, c'est, presque partout, la forêt de feuillus. Le défrichement a permis l'exploitation de terres cultivables fertiles donnant ce paysage caractéristique des campagnes françaises, si beau vu d'avion, si différent des vastes étendues de certaines terres latéritiques africaines, par exemple... Une exploitation familiale, dans laquelle les apports (fumier animal, etc.) compensaient largement les pertes subies par le sol, a permis l'établissement d'un sol stabilisé qui gardait sa fertilité grâce à des pratiques agricoles efficaces bien qu'empiriques. Actuellement, les produits ne sont plus consommés sur place puis partiellement restitués, mais exportés, ce qui entraîne un appauvrissement du sol, appauvrissement imparfaitement compensé par les apports d'engrais, en particulier en ce qui concerne les oligo-éléments. La rupture d'équilibre entre élevage et agriculture peut entraîner la disparition de l'humus qui contribue au maintien de la cohésion des sols, empêche le lessivage des substances solubles grâce à son pouvoir de rétention et constitue une source d'éléments minéraux fournis « sous forme de petite monnaie ». Cet humus constitue un milieu de vie indispensable à la fertilité du sol. |
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