Résumé
– L’acidification du sol est un processus naturel dans les environnements à fortes précipitations où le lessivage acidifie lentement le sol au fil du temps.
– L’agriculture intensive peut accélérer l’acidification du sol par de nombreux processus – augmentation du lessivage, ajout d’engrais, élimination des produits et accumulation de la matière organique du sol.
– De tous les principaux éléments nutritifs des engrais, l’azote est le principal élément nutritif affectant le pH du sol, et les sols peuvent devenir plus acides ou plus alcalins selon le type d’engrais azoté utilisé.
– Les produits à base de nitrate sont les moins acidifiants des engrais azotés, tandis que les produits à base d’ammonium ont le plus grand potentiel d’acidification du sol.
– L’acidification des sols due à l’utilisation d’engrais phosphorés est faible par rapport à celle attribuée à l’azote, en raison des plus faibles quantités de ce nutriment utilisées et de l’acidification moindre par kg de phosphore. L’acide phosphorique est l’engrais phosphoré le plus acidifiant.
– Les engrais potassiques ont peu ou pas d’effet sur le pH du sol.
Contexte
L’acidification du sol est un phénomène naturel répandu dans les régions à pluviosité moyenne à élevée, et les systèmes de production agricole peuvent accélérer les processus d’acidification du sol par la perturbation des cycles naturels de l’azote (N), du phosphore (P) et du soufre (S) dans le sol, par le retrait des produits agricoles de la terre, et par l’ajout d’engrais et d’amendements qui peuvent soit acidifier le sol, soit le rendre plus alcalin (Kennedy 1986). Les changements du pH du sol peuvent être avantageux ou nuisibles selon le pH initial du sol et la direction et la vitesse du changement de pH – par exemple, les diminutions du pH du sol dans les sols alcalins peuvent être avantageuses pour la production agricole en raison des bénéfices en termes de disponibilité du P et des micronutriments, par exemple le zinc (Zn) (Mitchell et al. 1952). D’autre part, les diminutions du pH du sol pour un sol très acide peuvent être préjudiciables en termes d’augmentation de la sensibilité des cultures à la toxicité induite par une solubilité accrue de l’aluminium (Al) ou du manganèse (Mn) lorsque le pH du sol diminue (Wright 1989).
Les processus clés et les raisons des changements du pH du sol dans les systèmes agricoles sont décrits ci-dessous.
Utilisation des engrais
L’utilisation d’engrais minéraux ou organiques en agriculture augmente les apports de nutriments dans les sols, et la forme sous laquelle les nutriments sont appliqués et leur devenir dans le système sol-plante déterminent les effets globaux sur le pH du sol. Les macronutriments (N, P, potassium (K) et S) ont les principaux effets sur le pH car ils sont ajoutés en quantités beaucoup plus importantes au sol que les micronutriments.
Azote
La forme de l’azote et son devenir dans le système sol-plante est probablement le principal facteur de changement du pH du sol dans les systèmes agricoles.
L’azote peut être ajouté aux sols sous de nombreuses formes, mais les formes prédominantes d’engrais N utilisées sont l’urée (CO(NH₂)₂), le phosphate monoammonique (NH₄H₂PO₄), le phosphate diammonique ((NH₄)₂HPO₄), nitrate d’ammonium (NH₄NO₃), nitrate d’ammonium de calcium (CaCO₃+NH₄(NO₃)) sulfate d’ammonium ((NH₄)₂SO₄), nitrate d’ammonium d’urée (mélange d’urée et de nitrate d’ammonium) et polyphosphate d’ammonium (n).
Les molécules clés de N en termes de changements de pH du sol sont la molécule d’urée non chargée (0), le cation ammonium (NH₄+) et l’anion nitrate (NO₃-). La conversion de l’azote d’une forme à l’autre implique la génération ou la consommation d’acidité, , et l’absorption d’urée, d’ammonium ou de nitrate par les plantes affectera également l’acidité du sol (Figure 1).
Figure 1. Acidité du sol et engrais azotés (modifié de (Davidson 1987)). MAP = phosphate monoammonique, DAP = phosphate diammonique, SoA = sulfate d’ammoniac, CAN = nitrate d’ammonium de calcium, nitrate de sodium
On peut voir sur la figure 1 que les engrais à base d’ammonium vont acidifier le sol car ils génèrent deux ions H⁺ pour chaque molécule d’ammonium nitrifiée en nitrate. L’ampleur de l’acidification dépend du fait que le nitrate produit à partir de l’ammonium est lessivé ou est absorbé par les plantes. Si le nitrate est absorbé par les plantes, l’acidification nette par molécule d’ammonium est réduite de moitié par rapport au scénario où le nitrate est lessivé. Ceci est dû à la consommation d’un ion H⁺ (ou l’excrétion de OH-) pour chaque molécule de nitrate absorbée – ceci est souvent observé lorsque le pH augmente dans la rhizosphère (Smiley et Cook 1973). L’ammoniac anhydre et l’urée ont un potentiel d’acidification plus faible par rapport aux produits à base d’ammonium car un ion H⁺ est consommé lors de la conversion en ammonium. Les engrais à base de nitrate n’ont aucun potentiel d’acidification et peuvent en fait augmenter le pH du sol car un ion H⁺ est absorbé par la plante (ou OH- excrété) lors de l’absorption du nitrate.
Phosphore
La forme de l’engrais P ajouté au sol peut affecter l’acidité du sol, principalement par la libération ou le gain d’ions H⁺ par la molécule de phosphate en fonction du pH du sol (Figure 2). Si de l’acide phosphorique (AP) est ajouté au sol, la molécule acidifiera toujours le sol car des ions H⁺ seront libérés – un ion H⁺ si le pH du sol est inférieur à ~6,2 et deux ions H⁺ si le pH du sol est supérieur à 8,2. Le phosphate monoammonique (MAP), le superphosphate simple (SSP) et le superphosphate triple (TSP) ajoutent tous du P au sol sous la forme de l’ion H₂PO₄-, qui peut acidifier un sol dont le pH est supérieur à 7,2 mais n’a aucun effet sur le pH du sol dans les sols acides. La forme de P dans le phosphate diammonique (DAP) est HPO₄²- qui peut rendre les sols acides (pH<7,2) plus alcalins mais n’a aucun effet sur les sols dont le pH>7,2. L’hydrolyse du polyphosphate d’ammonium (APP), où le P présent sous forme de molécule P₂O₇⁴ se transforme en HPO₄²-, a un pH neutre et, par conséquent, toute acidification due à l’ajout de P peut être considérée comme similaire à celle du DAP. Le SSP ou le TSP sont parfois déclarés causer l’acidification du sol en raison des produits de réaction qui sont très acides;
Ca(H₂PO₄)₂+ ₂H₂O -> CaHPO₄ + H⁺ + H₂PO₄-
mais dans les sols dont le pH est inférieur à 7.7, la réaction suivante neutralise l’acidité produite de sorte qu’il n’y a pas d’acidification nette;
CaHPO₄ + H₂O -> Ca₂+ + H₂PO₄- + OH-
Dans les sols à pH élevé (pH >7.2), la dissociation de l’ion H+ de la molécule H₂PO₄- va générer une certaine acidité.
L’absorption de P par la culture a peu d’effet sur l’acidité du sol en raison des petites quantités de P d’engrais absorbées au cours d’une année – par conséquent, la chimie des engrais domine les changements de pH et des différences significatives dans le pH de la rhizosphère n’ont pas été observées pour l’absorption de différents ions orthophosphates.
Figure 2. L’acidité du sol et les engrais P. MAP = phosphate monoammonique, DAP = phosphate diammonique,
SSP = superphosphate simple, TSP = superphosphate triple, APP = polyphosphate d’ammonium.
Soufre
La forme de l’engrais S ajouté au sol peut affecter l’acidité du sol, principalement par la libération d’ions H⁺ par l’ajout de S élémentaire (S⁰) ou de thiosulfate (S₂O3²-, dans le thiosulfate d’ammonium – ATS) (Figure 3). Cependant, les quantités de S ajoutées au sol et absorbées par les plantes sont généralement faibles par rapport à celles de N.
Figure 3. L’acidité du sol et les engrais S. S⁰ = S élémentaire, ATS = thiosulfate d’ammonium, SoA = sulfate d’ammoniaque.
Pour chaque molécule de S⁰ ajoutée au sol, deux ions H⁺ seront générés, et ceux-ci peuvent être équilibrés par l’absorption de H⁺ par les plantes (même chose que l’excrétion des ions OH-) ou la génération de OH- (effectivement des anions organiques) dans la plante pour former un matériel végétal alcalin (« alcalinité des cendres »). Lorsque les produits sont retirés (ce qui est souvent le cas dans les systèmes agricoles), une acidification nette du sol se produira si des S⁰ ou des STA sont utilisés.
Potassium
La forme sous laquelle K est ajouté au sol – soit le muriate de potasse (KCl) ou le sulfate de potasse (K₂SO₄) – n’a aucun effet sur l’acidification du sol.
Acidification par les produits Microessentials
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