Qu’est-ce que la capacité d’échange cationique du sol (CEC) ? – Permaculture verte profonde

La capacité d’échange cationique du sol (CEC) est la capacité des sols à lier et stocker un groupe particulier de nutriments par attraction électrique, ceux qui forment des cations chargés positivement, comme le calcium (Ca²⁺), magnésium (Mg²⁺), potassium (K⁺), et de l’azote sous forme d’ammonium (NH₄⁺).

Les sols sont composés d’un mélange de sable, de limon, d’argile et de matière organique. Les particules de argile et matière organique dans le sol portent une charge électrique, ils ont une charge négative nette (-). Cela leur permet d’attirer et de retenir particules chargées positivement (+), parce que « les contraires s’attirent », un peu comme la façon dont les pôles opposés d’un aimant s’attirent. Ils repoussent également d’autres particules chargées négativement (-), parce que « le semblable se repousse », un peu comme la façon dont les pôles similaires d’un aimant se repoussent.

Les sols avec une faible CEC ne sont pas capables de lier beaucoup de molécules nutritives à leurs particules, tandis que ceux avec une CEC élevée sont capables de lier une plus grande quantité de molécules nutritives à la surface des particules de sol.

Que sont les anions et les cations ?

Les éléments chimiques (tels que le calcium, le magnésium, le fer) n’ont normalement pas de charge électrique, mais lorsqu’ils perdent ou gagnent des électrons, ils acquièrent alors une charge électrique et sont appelés des ions.

• Les ions chargés positivement (+) sont appelés cations
• Les ions chargés négativement (-) sont appelés anions

Un excellent moyen mnémotechnique pour se souvenir de qui est quoi, consiste à substituer la lettre ‘t‘ avec un ‘+‘ symbole dans le mot ca+ions.

Quelques cations communs du sol (avec leur symbole chimique et leur charge) comprennent du calcium (Ca²⁺), magnésium (Mg²⁺), potassium (K+), ammonium (NH₄+), hydrogène (H+) et sodium (Na+)

Quelques anions communs du sol (avec leur symbole chimique et leur charge) comprennent le chlore (Cl-), le nitrate (NO₃-), sulfate (S0₄^2-) et phosphate (PO₄^3-)

Remarque : dans la liste ci-dessus, nous pouvons voir que certains cations ont plus d’une charge positive (+), tandis que certains anions peuvent avoir plus d’une charge négative (-) et également être combinés avec de l’oxygène.

Comment fonctionne la capacité d’échange de cations du sol

Les cations qui sont liés aux particules d’argile et de matière organique dans les sols peuvent être remplacés par d’autres types de cations, ils sont échangeable. Par exemple, les cations de potassium (K+) peuvent être remplacés (échangés) par des cations de calcium (Ca²⁺) et vice versa.

La capacité d’échange cationique du sol (ou CCE) est le nombre total de cations qu’un sol peut contenirqui est sa charge négative totale.

Plus la CEC est élevée, plus le nombre de charges négatives est élevé et plus il y a de cations (nutriments du sol à charge positive) tels que le calcium (Ca²⁺), magnésium (Mg²⁺), potassium (K+), ammonium (NH₄+) qui peut être tenu.

Quelle est l’unité de mesure du CEC ?

La CEC du sol est mesurée en milleéquivalents pour 100 grammes de sol (meq/100g) qui est une mesure de concentrationla quantité de quelque chose présent par unité de volume.

Un méq est une mesure du nombre d’ions qui sont nécessaires pour totaliser jusqu’à une quantité d’environ 6 x 10²⁰ charges électriques positives.

La quantité d’ions nutritifs nécessaires pour constituer un meq (6 x 10²⁰ charges positives) diminue à mesure que la quantité de charge qu’ils portent augmente.

• Potassium a besoin 6 × 10²⁰ potassium (K+) ions (le même numéro) pour constituer un meq, car chaque ion ne transporte que une charge positive.
• Calcium a besoin 3 x 10²⁰ calcique (Californie²⁺) ions (moitié moins) pour constituer un meq, car chaque ion porte deux charges positives.
• Aluminium (qui n’est pas un nutriment végétal mais présent dans le sol) ne nécessite que 2 x 10²⁰ aluminium (Al³⁺) ions (un tiers autant) pour constituer un meq, car chaque ion porte trois charges positives.

La liste ci-dessous répertorie les cations d’éléments nutritifs courants dans le sol, avec les quantités (poids par acre) nécessaires pour égaler une concentration de 1 meq/100 g :

• Calcium (Ca++) : 180 kg/acre (400 lb/acre)
• Magnésium (Mg++) : 110 kg/acre (240 lb/acre)
• Potassium (K+) : 350 kg/acre (780 lb/acre)
• Ammonium (NH4+) : 160 kg/acre (360 lb/acre)

Types de sol et CEC

La CEC d’un sol est directement liée à la composition du sol. Les sols à forte teneur en sable ont de faibles valeurs CEC. À mesure que les niveaux d’argile, de limon et de matière organique d’un sol augmentent, les sols ont un CDC de plus en plus élevé.

• Le sable les particules sont les plus grosses particules du sol, elles ont donc la surface la plus faible par rapport à leur volume et ne peuvent fournir qu’un nombre limité de sites où les molécules peuvent se lier sur la surface relativement petite.
• Argile les particules sont beaucoup plus fines, donc pour le même volume, il y aura beaucoup plus de particules, ce qui peut fournir une surface beaucoup plus grande et plus de sites de liaison moléculaire, augmentant la réactivité du sol, créant une CEC plus élevée.
• Matière organique les particules sont encore plus fines, offrant une surface considérablement accrue, beaucoup plus de sites de liaison moléculaire et une CEC encore plus élevée.

Étant donné que la CEC d’un sol provient de sa teneur en argile et en matière organique, elle peut être estimée en examinant la texture et la couleur du sol.

Plage normale des valeurs CEC pour les groupes de sols de couleur/texture communs

• Groupes de sols CEC commun en meg/100g
• Sables clairs……………………..…..…….3-5
• Sables de couleur foncée…………………………..…10-20
• Limons clairs et loams limoneux……………..10-20
• Limons foncés et loams limoneux………………15-25
• Limons argileux limoneux de couleur foncée et argiles limoneuses……30-40
• Sols organiques…………………………….………..50-100

Stabilité du pH du sol et capacité tampon

En chimie, un tampon (agent tampon) est un acide faible ou une base faible (alcali) en solution aqueuse (dissoute dans l’eau) qui a un pH très stable, donc si un acide ou une base est ajouté à une solution tamponnée, son pH ne changera pas de manière significative.

De même, le sol résiste également aux changements de pH pour maintenir des conditions stables. La capacité tampon du sol est définie comme la capacité d’un sol à maintenir un niveau de pH constant lorsqu’un acidifiant ou un alcalinisant y est ajouté.

La capacité tampon d’un sol (sa capacité à maintenir un pH stable) est liée à sa CEC (capacité d’échange cationique). Comment cela fonctionne est expliqué ci-dessous.

CEC du sol et capacité tampon des sols

Comme mentionné précédemment, un tampon (agent tampon) qui stabilise le pH du sol et le protège des changements extrêmes est soit un acide faible, soit une base faible (alcali).

Les cations peuvent être classés comme acides (formant des acides) ou basiques (formant des alcalins).

• Commun cations acides sont l’hydrogène et l’aluminium
• Commun cations basiques sont le calcium, le magnésium, le potassium et le sodium

Les particules de sol ont des sites d’échange à leur surface qui lient les cations. Si les cations de l’eau du sol (qui sont libres et non liés) sont absorbés par les racines des plantes ou perdus par lessivage, les cations qui sont liés sur les sites d’échange du sol peuvent agir comme une source qui peut les réapprovisionner en eau du sol. .

Plus la CEC du sol est élevée, plus il est capable de fournir des cations acidifiants et alcalinisants qui exercent la fonction tampon, c’est ce que l’on appelle la capacité tampon du sol.

L’effet de la CEC du sol sur les herbicides

De nombreux herbicides tels que le glyphosate, le 2,4-D, le dicamba et d’autres sont des acides faibles, ils ont des ions hydrogène (H+) dans leur structure moléculaire. D’autres herbicides, sous certaines conditions, peuvent également incorporer des ions hydrogène (H+) dans leur structure moléculaire. L’atrazine, par exemple, a une charge neutre lorsque le pH du sol est supérieur à 7, mais lorsque le pH du sol tombe en dessous de 7, il peut capter les ions hydrogène (H+) de la solution du sol et prendre une charge positive.

Étant donné que ces molécules chargées positivement sont également des cations, elles peuvent également être liées à la particule de sol chargée négativement de matière organique et d’argile, de la même manière que les éléments nutritifs du sol.

Au fur et à mesure que la CEC du sol augmente, plus d’herbicide est lié aux particules du sol, laissant moins disponible dans la solution du sol que les plantes peuvent absorber pour être empoisonnées.

Ainsi, de nombreux taux d’application d’herbicides dépendent également de la CEC, variant selon le type de sol. C’est pourquoi les étiquettes suggèrent d’utiliser des taux d’application plus faibles sur les sols à texture grossière (sableux) et des taux d’application plus élevés sur les sols à texture fine (argile et limon).

Certains herbicides ne sont tout simplement pas utilisés sur des sols riches en matière organique car la CEC élevée des sols organiques lie si étroitement l’herbicide qu’il devient indisponible et est rendu inefficace.

L’autre problème avec les herbicides se liant aux particules de sol est le potentiel accru de transfert d’herbicide. Les herbicides fixés dans le sol ne sont pas absorbés par les plantes et présentent des pertes réduites par lessivage de l’eau du sol et volatilisation dans l’atmosphère.

Cela signifie qu’une plus grande partie de l’herbicide est conservée en réserve dans le sol et, en fonction de la demi-vie de l’herbicide, peut éventuellement être libérée ultérieurement, pour endommager les cultures sensibles / sensibles plantées dans ce sol à l’avenir. .

En général, les sols à texture moyenne et fine (limoneux et argileux) qui contiennent plus de 3 % de matière organique (en d’autres termes, les sols riches et fertiles qui peuvent contenir le plus d’éléments nutritifs et soutenir le mieux la croissance des plantes) ont le plus grand potentiel de lier ou contenir des herbicides qui peuvent endommager les futures cultures sensibles aux herbicides. Cela place les agriculteurs qui choisissent d’utiliser des herbicides toxiques dans un véritable dilemme, car les dépenses coûteuses et continues de l’utilisation d’herbicides pour plus de commodité signifient également des dépenses plus importantes en engrais chimiques pour compléter artificiellement les sols pauvres avec une faible capacité de rétention des nutriments et sans un écosystème de sol sain. (qui nécessite de la matière organique pour fonctionner), les plantes sont plus sujettes aux ravageurs et aux maladies, nécessitant des dépenses supplémentaires en pesticides et fongicides.

En comprenant la science du sol, nous pouvons voir comment il est plus facile de construire un sol sain et de travailler avec la chimie et l’écologie du sol pour faire pousser des plantes saines. C’est ce que la nature fait depuis plus de 460 millions d’années, c’est de l’horticulture fondée sur des preuves, donc nous savons que cela fonctionne.

Références

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