Micro­biome du sol : un atout à cultiver

« Le sol n’est pas un substrat inerte mais un écosys­tème vivant extrê­me­ment complexe », rappelle Alicja Niewia­domska, profes­seure et respon­sable du dépar­te­ment de pédo­logie et de micro­bio­logie de l’Université des sciences de la vie de Poznań, en Pologne. Bacté­ries, cham­pi­gnons, acti­no­my­cètes et proto­zoaires : ces orga­nismes invi­sibles à l’œil nu assurent des fonc­tions indis­pen­sables au bon fonc­tion­ne­ment du sol. Depuis des années, la scien­ti­fique étudie les liens entre le micro­biome du sol, la ferti­lité et la santé des cultures. « Une très grande partie des processus qui se déroulent sous nos pieds dépend direc­te­ment de l’activité de ces micro-orga­nismes. Sur un mètre carré de prairie, les 20 premiers centi­mètres du sol abritent environ 100 milliards de micro-orga­nismes, repré­sen­tant quelque 10 000 espèces de bacté­ries. » Des chiffres qui illus­trent le rôle essen­tiel de ces ‘auxi­liaires invi­sibles’.

Le sol, un écosys­tème vivant

Décom­po­si­tion de la matière orga­nique, forma­tion de l’humus, cycle des éléments nutri­tifs, struc­tu­ra­tion… le micro­biome est impliqué dans de nombreux processus fonda­men­taux. « Il contribue au main­tien de l’équilibre biolo­gique du milieu, et se carac­té­rise par une utili­sa­tion très économe du carbone, dont il ne consomme que la quan­tité néces­saire à son fonc­tion­ne­ment », explique la cher­cheuse. 

Cet équi­libre peut néan­moins être fragi­lisé par l’introduction de micro-orga­nismes prove­nant d’un autre milieu, notam­ment lors de l’épandage de fumier insuf­fi­sam­ment fermenté, de lisier, ou de digestat insuf­fi­sam­ment traité. Ces engrais contiennent poten­tiel­le­ment soit des agents patho­gènes, soit des micro-orga­nismes peu effi­cients en carbone. Il n’est donc pas inutile de garder un œil sur l’équilibre biolo­gique du sol et l’éventuelle proli­fé­ra­tion d’espèces indé­si­rables.

Des archi­tectes de la struc­ture du sol

Les micro-orga­nismes jouent un rôle crucial dans la forma­tion d’une struc­ture grume­leuse, qui favo­rise la réten­tion de l’eau et l’aération du sol, tout en limi­tant l’érosion. « Bacté­ries, acti­no­my­cètes et cham­pi­gnons sécrètent des composés orga­niques, par exemple des poly­sac­cha­rides, des acides aminés et des protéines. Ceux-ci agissent comme des liants natu­rels. » Les parti­cules miné­rales et orga­niques forment dès lors des agré­gats plus résis­tants à l’action de l’eau et du vent. Cette struc­tu­ra­tion limite l’érosion et crée des condi­tions favo­rables à l’exploration raci­naire.

Les cham­pi­gnons sapro­phytes apportent eux aussi une contri­bu­tion impor­tante. Leurs hyphes peuvent en effet atteindre une longueur cumulée de 50 km par mètre carré. Jusqu’à dix fois plus fins que les poils absor­bants des racines, ils s’insinuent dans les inter­stices les plus étroits. En se déve­lop­pant, ils écartent légè­re­ment les parti­cules du sol, amélio­rant ainsi son aéra­tion, et sa stabi­lité.

Une source natu­relle d’éléments ferti­li­sants

Mais les micro-orga­nismes sont égale­ment des acteurs centraux de la nutri­tion du végétal. Ils assurent, notam­ment, la miné­ra­li­sa­tion de la matière orga­nique et contri­buent à rendre assi­mi­lables des éléments nutri­tifs présents dans le sol sous des formes indis­po­nibles pour les cultures.

C’est notam­ment le cas du phos­phore. Alors que les sols en contiennent souvent des quan­tités impor­tantes, une grande partie reste immo­bi­lisée sous forme de composés miné­raux. Certaines bacté­ries et cham­pi­gnons dits solu­bi­li­sa­teurs de phos­phore sont capables de le libérer en produi­sant des acides orga­niques ou miné­raux ainsi que des enzymes, notam­ment des phos­pha­tases. Les bacté­ries des genres Pseu­do­monas et Bacillus, de même que les cham­pi­gnons du genre Tricho­derma, se distinguent parti­cu­liè­re­ment par cette capa­cité.

Les substances sécré­tées par les micro-orga­nismes agissent comme des liants natu­rels et favo­risent la forma­tion d’une struc­ture grume­leuse du sol.

La luzerne entre en symbiose avec les bacté­ries fixa­trices d’azote, contri­buant à réduire les besoins en ferti­li­sa­tion des cultures suivantes.

Le travail du sol influence à la fois sa struc­ture et la vie micro­bienne. L’ampleur de cet impact dépend de la profon­deur et de l’intensité des inter­ven­tions.

Les bacté­ries inter­viennent bien sûr aussi dans la fixa­tion de l’azote atmo­sphé­rique, élément indis­pen­sable à la nutri­tion végé­tale… Au champ, les bacté­ries libres (hors symbiose avec des légu­mi­neuses) peuvent fixer jusqu’à 30 unités d’azote par hectare. Concer­nant la symbiose rhizo­bienne, une luzerne peut par exemple capter 450 kg/ha/an, selon des mesures effec­tuées par l’équipe d’Alicja Niewia­domska. (À noter : une grande partie de cet azote est toute­fois utilisée par la culture et donc poten­tiel­le­ment exportée lors des récoltes.)

L’efficacité de cette asso­cia­tion repose toute­fois sur le choix de souches bacté­riennes compa­tibles avec l’espèce cultivée. Car chaque légu­mi­neuse requiert un micro­sym­biote adapté. La présence de nodo­sités sur les racines ne garantit d’ailleurs pas une fixa­tion effi­cace de l’azote : certaines peuvent être colo­ni­sées par des souches bacté­riennes inca­pables de produire une nitro­gé­nase active, l’enzyme indis­pen­sable à ce processus.

Les micro-orga­nismes comme protec­teurs des plantes

Ces mêmes orga­nismes du sol peuvent égale­ment renforcer les défenses des plantes, et freiner le déve­lop­pe­ment des agents patho­gènes. « Certaines bacté­ries et certains cham­pi­gnons produisent des substances aux propriétés anti­bio­tiques ainsi que des enzymes lytiques capables de détruire les cellules de cham­pi­gnons patho­gènes », explique Alicja Niewia­domska. Parmi les bacté­ries présen­tant un intérêt parti­cu­lier pour la protec­tion des cultures figurent notam­ment celles des genres Pseu­do­monas, Bacillus et Azoto­bacter.

Autre méca­nisme de protec­tion : la produc­tion de sidé­ro­phores, des molé­cules capables de fixer le fer. Des micro-orga­nismes comme Pseu­do­monas fluo­res­cens, Pseu­do­monas putida ou les cham­pi­gnons du genre Tricho­derma sont en mesure de capter rapi­de­ment le fer présent dans le sol et de le trans­férer à la plante, tout en rédui­sant la quan­tité dispo­nible pour les agents patho­gènes.

Un soutien en période de séche­resse

La capa­cité des micro-orga­nismes à aider les plantes à supporter les stress envi­ron­ne­men­taux prend égale­ment une impor­tance crois­sante dans un contexte de réchauf­fe­ment. Les cham­pi­gnons myco­rhi­ziens, par exemple, étendent la surface d’absorption du système raci­naire et peuvent ache­miner de l’eau depuis les hori­zons profonds. Ils contri­buent ainsi à améliorer la rési­lience hydrique des cultures.

Certains micro-orga­nismes favo­risent par ailleurs la crois­sance des plantes en produi­sant des phyto­hor­mones, notam­ment des auxines, des gibbé­rel­lines et des cyto­ki­nines. C’est le cas de bacté­ries de la rhizo­sphère appe­lées PGPR (Plant Growth-Promo­ting Rhizo­bac­teria), mais aussi d’autres micro-orga­nismes béné­fiques, notam­ment des cham­pi­gnons.

Quel est l’impact des pratiques cultu­rales sur le micro­biome ?

Il est consi­dé­rable, selon Alicja Niewia­domska. Le labour, notam­ment, provoque la destruc­tion des agré­gats, tout en favo­ri­sant le dessè­che­ment du sol. Ce dernier peut modi­fier l’équilibre des popu­la­tions micro­biennes, notam­ment au profit des acti­no­my­cètes, des bacté­ries fila­men­teuses parti­cu­liè­re­ment résis­tantes aux condi­tions sèches.

Les tech­niques cultu­rales simpli­fiées et les systèmes sans labour sont géné­ra­le­ment plus favo­rables à l’activité biolo­gique du sol. Parmi eux, le strip-till et le semis direct permettent de stimuler le déve­lop­pe­ment des bacté­ries nitri­fiantes et fixa­trices d’azote, tout en limi­tant la proli­fé­ra­tion des acti­no­my­cètes, géné­ra­le­ment favo­risés par les condi­tions sèches.

Cultures déro­bées et couverts végé­taux ont eux aussi leur rôle à jouer. Dans une étude consa­crée à la lutte contre la fatigue des sols en verger, l’équipe d’Alicja Niewia­domska a ainsi montré que le recours à des espèces telles que les tagètes, le radis ou la moutarde permet­tait de limiter le dessè­che­ment et de favo­riser certaines popu­la­tions de protéo­bac­té­ries. Ce groupe comprend notam­ment des bacté­ries nitri­fiantes et fixa­trices d’azote, qui assurent des fonc­tions essen­tielles pour la produc­ti­vité agri­cole.

Quel avenir pour les prépa­ra­tions micro­bio­lo­giques ?

Le dépar­te­ment de pédo­logie et de micro­bio­logie de Poznań mène égale­ment des recherches appro­fon­dies sur les prépa­ra­tions micro­bio­lo­giques desti­nées à l’agriculture. L’objectif : mettre au point des asso­cia­tions de bacté­ries et de cham­pi­gnons béné­fiques, capables d’améliorer la ferti­lité des sols et de stimuler la crois­sance des plantes. La compo­si­tion de ces ‘consor­tiums micro­biens’ exige toute­fois certaines précau­tions. Car, comme le souligne Alicja Niewia­domska, les diffé­rentes souches asso­ciées ne doivent pas exercer d’effets anta­go­nistes les unes sur les autres.

L’agriculture moderne doit apprendre à travailler avec les micro-orga­nismes plutôt que contre eux.

Prof. Alicja Niewia­domska

Une équipe de cher­cheurs a notam­ment déve­loppé des prépa­ra­tions à base de bacté­ries des genres Bacillus, Pseu­do­monas et Azoto­bacter. Elle a égale­ment breveté une formu­la­tion d’engrais orga­nique à base de biochar issu de déchets orga­niques, ainsi que son mode d’application au sol.

La cher­cheuse appelle néan­moins à la prudence face aux produits dont l’efficacité n’a pas été démon­trée. L’étiquette doit préciser le nom scien­ti­fique complet des espèces micro­biennes présentes, leur concen­tra­tion ainsi que les moda­lités de prépa­ra­tion et d’application du produit. La simple mention de bacté­ries fixa­trices d’azote ne suffit pas à garantir l’intérêt agro­no­mique d’une prépa­ra­tion.

Comment préserver les micro-orga­nismes du sol ?

Pour Alicja Niewia­domska, améliorer la qualité biolo­gique des sols passera avant tout par la limi­ta­tion des pratiques suscep­tibles de dégrader leur micro­biome. « L’agriculture moderne doit apprendre à travailler avec les micro-orga­nismes plutôt que contre eux. Ils jouent un rôle déter­mi­nant pour la ferti­lité, la santé des plantes et la régu­la­rité des rende­ments », pointe la scien­ti­fique.