Julia W. Gaskin1, Peter Hartel2, Elizabeth Little3, Glen Harris4

• Biologie du sol
• Inoculants du sol
• Utilisation des inoculants du sol
• Résumé
• Ressources supplémentaires

Biologie du sol

La biologie du sol est importante pour maintenir les systèmes agricoles sains et productifs. Le sol vivant est complexe. Il comprend des créatures qui ne peuvent être vues à l’œil nu, comme les bactéries, les champignons, les actinomycètes, les protozoaires et les nématodes, ainsi que des créatures comme les insectes et les vers de terre. Cette communauté d’organismes est liée dans un réseau alimentaire qui affecte les propriétés chimiques et physiques du sol. Nous nous préoccupons de ces propriétés parce qu’elles affectent également la croissance et la santé des plantes.

Actinomycètes microscopiques dans le sol. Certains de ces micro-organismes produisent des antibiotiques.

Des pratiques telles que l’ajout de fumier ou de composts au sol, la plantation de cultures de couverture et la rotation des cultures visent toutes à reconstruire et à maintenir la matière organique du sol, à recycler et à retenir les nutriments, et à diminuer les maladies du sol. Ces pratiques sont généralement associées à une augmentation de la biomasse microbienne et de la diversité des organismes du sol.

Un sol sain peut contenir des milliards de bactéries, de champignons et d’autres micro-organismes dans une cuillère à café. Selon les conditions du sol, les populations de ces différents micro-organismes augmentent et diminuent. Certaines populations microbiennes augmentent rapidement lorsque des cultures de couverture fraîches ou d’autres résidus végétaux sont ajoutés au sol. Par exemple, certains microbes sont capables d’utiliser les sources de carbone facilement disponibles des résidus de plantes fraîches comme les humains utilisent les glucides. Ces microbes diminuent au fur et à mesure que les sources de carbone sont épuisées, ce qui entraîne une augmentation des autres microbes qui décomposent les sources de carbone moins disponibles, comme la cellulose et la lignine. Ce qu’il faut retenir, c’est qu’il y a de nombreux microorganismes indigènes dans le sol qui réagissent rapidement lorsque les conditions sont favorables à leur croissance.

Inoculants du sol

Ces racines de semis de pin sont infectées par des champignons mycorhiziens qui permettent à la plante d’obtenir des nutriments à partir d’un plus grand volume de sol.
(David Read, Université d’État de l’Oregon)

Alors que nous continuons à reconnaître que la biologie du sol joue un rôle important dans la production végétale, l’intérêt pour les inoculants du sol ne cesse de croître. Les inoculants sont utilisés pour une variété de raisons. Dans certains cas, nous ajoutons des organismes du sol qui ont un effet bénéfique connu. Par exemple, certaines bactéries, comme les rhizobiums, entretiennent une relation symbiotique avec certaines plantes hôtes, comme les légumineuses. Une relation symbiotique est une relation qui est mutuellement bénéfique. En échange de l’alimentation de la plante en carbone provenant de la photosynthèse et de l’hébergement de la bactérie, celle-ci peut « fixer » l’azote atmosphérique sous une forme utilisable par la plante. Certains champignons, comme les mycorhizes, peuvent également établir une relation symbiotique avec les plantes, en récupérant le phosphore et d’autres nutriments pour que la plante puisse les utiliser. Certaines bactéries et certains champignons ne forment pas une relation symbiotique avec les plantes, mais, lorsqu’ils sont ajoutés au sol, ils peuvent favoriser la croissance des plantes, supprimer les agents pathogènes des plantes ou les deux.

La façon la plus simple de penser aux inoculants du sol est de les diviser selon leur mode d’action : les biofertilisants ou promoteurs de croissance des plantes, les biopesticides et les stimulants de la résistance des plantes.

Biofertilisants

Les biofertilisants contiennent des micro-organismes vivants qui, lorsqu’ils sont appliqués sur la graine, la plante ou le sol, habitent la zone autour des racines (rhizosphère) ou vivent dans les racines. Ces micro-organismes favorisent la croissance des plantes en augmentant l’apport ou la disponibilité des nutriments, en stimulant la croissance des racines ou en favorisant d’autres relations symbiotiques bénéfiques. Les biofertilisants sont également appelés promoteurs de croissance des plantes.

Les légumineuses telles que le trèfle, les pois et les haricots ont des rhizobactéries colonisant les racines qui peuvent augmenter la disponibilité de l’azote pour la plante en fixant l’azote de l’atmosphère. Chaque légumineuse possède une rhizobactérie spécifique qui fonctionne mieux avec cette plante. Inoculer la graine de légumineuse avec les bonnes bactéries garantit que la légumineuse maximisera la disponibilité de l’azote si l’azote dans le sol est faible Ceci est particulièrement important si vous n’avez pas planté l’espèce de légumineuse auparavant, parce que les bonnes bactéries peuvent ne pas être présentes dans le sol.

Ces racines de soja ont des nodules contenant-
ing rhizobia qui fixent l’azote pour l’utilisation de la plante.
(Peter Hartel, Université de Géorgie.)

Il existe également des bactéries fixatrices d’azote vivant librement qui peuvent fournir de l’azote aux plantes céréalières comme le blé et le maïs. Elles vivent dans la zone située juste autour de la racine (la rhizosphère). En général, la fixation de l’azote avec les fixateurs d’azote symbiotiques et libres est plus élevée dans les sols pauvres en azote.

Dans de nombreux sols, les nutriments tels que le phosphore, le potassium et le fer sont présents en grandes quantités mais sous des formes que les plantes ne peuvent pas utiliser. De nombreuses bactéries et champignons sont capables de rendre ces nutriments disponibles pour les plantes en sécrétant des acides organiques ou d’autres produits chimiques (sidérophores) pour dissoudre les minéraux. Les champignons mycorhiziens qui vivent dans les racines des plantes sont bien connus pour leur capacité à fournir du phosphore aux plantes. Comme dans le cas des fixateurs d’azote, les champignons mycorhiziens sont plus efficaces lorsque le phosphore disponible dans le sol est faible. Lorsqu’il y a suffisamment de nutriments disponibles, les plantes ne semblent pas vouloir échanger leurs produits de la photosynthèse durement gagnés contre davantage de nutriments.

Certaines bactéries et certains champignons produisent des hormones de croissance des plantes qui peuvent augmenter la croissance des racines spécifiquement et la croissance des plantes en général. Une croissance accrue des racines aide la plante à utiliser un plus grand volume de sol pour les nutriments et l’eau et peut aider la plante à « dépasser » les attaques de pathogènes. Par exemple, les champignons sont connus pour produire des gibbérellines qui sont importantes pour la germination des graines et la croissance des cellules, et certaines bactéries peuvent réduire la quantité d’éthylène, qui est une hormone que les plantes produisent en cas de stress.

Biopesticides

Racine de plante entourée d’un film de Bacillus subtilis (fluorescence verte) en réponse à une infection par un phytopathogène.
(Thimmaraju Rudrappa, Université du Delaware)

Il existe de nombreux exemples de sols qui sont naturellement suppressifs pour les parasites des plantes. Les sols suppressifs sont le résultat d’interactions entre certains microorganismes et les organismes nuisibles. Bon nombre des inoculants de sol les plus courants sont formulés avec ces micro-organismes suppressifs et sont utilisés comme biopesticides ou produits de biocontrôle.

La plupart des organismes biopesticides agissent soit en produisant une substance qui inhibe ou tue le ravageur (antagonisme), soit en réduisant la disponibilité de nourriture ou d’abri pour l’agent pathogène (compétition). Le biopesticide le plus largement utilisé est le Bacillus thuringiensis, qui produit une toxine qui tue les vers de terre et les nématodes. Des souches spécifiques de Bacillus subtilis sont largement utilisées comme fongicide. Cette bactérie colonise les racines des plantes, entrant en compétition avec les champignons pour cette niche, et empêche la croissance rapide des champignons pathogènes.

On pense également que les protozoaires et les nématodes qui mangent les bactéries jouent un rôle important dans le contrôle des pathogènes (prédation). Comme dans tout écosystème, la compétition et la prédation tendent à maintenir les populations en équilibre.

Stimulants de la résistance des plantes

En plus d’agir comme un inhibiteur direct des agents pathogènes des plantes, certains champignons et bactéries stimulent la plante à activer ses propres mécanismes de défense. C’est ce qu’on appelle la résistance systémique induite. En réponse aux signaux chimiques émis par les micro-organismes, les plantes peuvent modifier leurs réponses physiologiques afin de réduire les symptômes de l’agent pathogène. Il peut s’agir de renforcer sa paroi cellulaire pour résister à l’infection, ou de libérer des antibiotiques (comme les terpènes) qui réduisent l’attaque du pathogène. Les signaux chimiques qui vont et viennent des microorganismes aux plantes sont spécifiques ; par conséquent, les microorganismes et le produit chimique qui peuvent provoquer une résistance systémique induite chez une espèce végétale peuvent ne pas fonctionner chez une autre.

Utilisation des inoculants du sol

Bien qu’il existe des exemples d’inoculants du sol qui améliorent avec succès la croissance des plantes et le rendement des cultures, leur utilisation n’en est qu’à ses débuts. Le succès d’un inoculant particulier dépendra de l’espèce végétale et du cultivar. Le type de sol, les conditions d’humidité et de température du sol, ainsi que le nombre d’agents pathogènes présents dans le sol autour de la plante auront également une incidence sur le succès des inoculants. Enfin, comme les inoculants contiennent des organismes vivants, la façon dont ils ont été préparés et appliqués peut affecter le résultat.

Les microbiologistes pensent que le succès d’un micro-organisme introduit peut être davantage lié à sa capacité à se reproduire et à établir des populations dans une niche particulière autour de la zone racinaire de la plante qu’au nombre de micro-organismes inoculants appliqués. Les micro-organismes introduits doivent entrer en compétition avec ceux déjà présents dans le sol et survivre à la prédation des protozoaires et des nématodes indigènes. Ils doivent trouver la source de nourriture et les conditions environnementales appropriées pour survivre. Les microorganismes introduits peuvent être stressés par les fluctuations des conditions hydriques du sol, l’utilisation d’engrais ou de produits agrochimiques (organiques ou conventionnels) et les perturbations du sol telles que le travail du sol. En raison de tous ces effets, les micro-organismes introduits peuvent ne pas persister très longtemps dans le sol ; ainsi, les effets bénéfiques d’un inoculant observés sur le terrain sont souvent moindres que ceux observés en laboratoire ou en serre. Il y a aussi des cas où une application d’un type de bactérie ou de champignon aura des effets bénéfiques alors que la co-application de plusieurs ne montre pas d’effets similaires.

En général, les essais sur le terrain des inoculants qui prétendent être des promoteurs de la croissance des plantes ou des stimulants de la résistance des plantes ont des résultats mitigés. Par exemple, les données sur les essais de coton et de sorgho sur plusieurs années au Texas n’ont montré aucune différence dans les rendements avec deux produits différents « activateurs de sol ». Une autre étude n’a constaté aucune différence pour les fourrages, les arachides, le riz, le soja et les tomates. D’autres études en Alabama ont montré que plusieurs souches de Bacillus spp. diminuaient les maladies fongiques chez les concombres et les tomates ; cependant, les résultats n’étaient pas cohérents pour chaque année d’essais sur le terrain (voir Ressources supplémentaires ci-dessous).

Les inoculants sont formulés et vendus sous forme de poudres, de granulés ou de liquides. Des matériaux inertes comme la mousse de tourbe sont souvent utilisés comme support pour garder les organismes vivants et faciliter l’application.

Il existe plusieurs méthodes pour appliquer les inoculants du sol. Elles comprennent l’enrobage des graines ou des semis ou l’application directe sur le sol. Les applications directes dans le sol se font à la base de la plante, près de ses racines. Des formulations différentes nécessitent des méthodes d’application différentes. Il faut suivre les recommandations du fabricant pour avoir les meilleures chances de réussite. Vous ne devez pas ajouter de produits supplémentaires aux inoculants avant l’application, en particulier ceux qui pourraient avoir des propriétés susceptibles de tuer les bactéries ou les champignons.

La durée de conservation peut également être un problème. Comme les formulations contiennent des organismes vivants, elles doivent être conservées dans un endroit frais (de préférence le réfrigérateur) et, une fois mélangées, utilisées le plus rapidement possible. Laisser les inoculants dans la voiture, sur le tableau de bord d’une camionnette, ou à l’extérieur exposés au soleil, à la chaleur ou à des températures très froides peut tuer certains des organismes et réduire leur efficacité.

Aux États-Unis, les inoculants de sol sont enregistrés pour être utilisés par l’USEPA. En Géorgie, ils doivent également être approuvés par le ministère de l’Agriculture de Géorgie. Le ministère de l’Agriculture exige des tests pour montrer que les inoculants ne sont pas susceptibles de nuire aux plantes et des preuves que les allégations sur l’étiquette sont vraies. Cependant, les utilisateurs doivent savoir que ce n’est pas une garantie que les inoculants auront les performances annoncées.

Avant d’acheter, les agriculteurs doivent s’interroger sur les allégations des produits. Le vieil adage, « Si cela semble trop beau pour être vrai, c’est probablement le cas », s’applique toujours. Posez-vous plusieurs questions :

1. Le produit prétend-il tout régler ? Fonctionne dans toutes les situations ? Fonctionne dans tous les sols ?
2. A-t-on présenté des données scientifiques crédibles ou les résultats sont-ils tous basés sur des témoignages ?
3. A-t-on donné une raison crédible pour laquelle le produit fonctionne ?

Comme pour tout produit agricole, l’utilisateur doit faire attention aux précautions de sécurité de base et suivre les instructions de l’étiquette. Bien que les inoculants ne soient pas des agents pathogènes pour l’homme et que les fabricants soient tenus de prendre des précautions pour éviter la contamination par d’autres micro-organismes, les utilisateurs doivent prendre des précautions de bon sens. Il s’agit notamment de ne pas respirer les sprays, de ne pas exposer la peau au mélange d’inoculants et de se laver les mains après utilisation. Certaines bactéries qui ont des effets bénéfiques dans le sol peuvent infecter les personnes dont le système immunitaire est compromis.

Résumé

L’utilisation d’inoculants du sol est prometteuse dans les systèmes agricoles pour améliorer le statut des nutriments, réduire les maladies et les ravageurs des plantes et améliorer les rendements. Cependant, des pratiques de gestion telles que la rotation des cultures, la culture de plantes de couverture et l’ajout d’engrais organiques et d’amendements du sol offrent des avantages similaires. Toutes ces pratiques ont une incidence sur le nombre et la diversité des micro-organismes présents dans le sol. En raison de la complexité du sol et des systèmes de production agricole, il est difficile de prévoir si les inoculants pour sol donneront les résultats escomptés. Sans conditions de sol appropriées, les inoculants élevés en laboratoire ont souvent du mal à concurrencer les populations de microorganismes indigènes.

Ressources supplémentaires

Initiation à la biologie des sols. Disponible en ligne à
soils.usda.gov/sqi/concepts/soil_biology/biology.html .

Inoculation des semences de légumineuses fourragères. Disponible en ligne à l’adresse
www.aces.edu/dept/forages/miscellaneous/Ino_Forage_Seed.pdf

Aditifs de sol non traditionnels : Peuvent-ils améliorer la production des cultures ? Disponible en ligne à
lubbock.tamu.edu/soilfertility/pdfs/nontraditSoilAdditves.pdf

Application de rhizobactéries pour la résistance induite. Disponible en ligne à
www.ag.auburn.edu/~kloepjw/.

Ce document a été soutenu par le Collège de l’Université de Géorgie des sciences agricoles et environnementales Cooperative Extension.

1 Coordinateur de l’agriculture durable, génie biologique et agricole
2 Professeur, microbiologie, sciences des cultures et du sol
3 Professeur adjoint, IPM/agriculture durable des propriétaires, pathologie végétale
4 Agronome de vulgarisation, Sols et engrais environnementaux, Sciences des cultures et des sols

Statut et historique des révisions
Publié le 13 août 2010
Publié avec révision complète le 01 août 2013
Publié avec révision complète le 02 août 2017

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