Température et Aération du Sol

La température et l'aération du sol constituent les composantes thermiques et gazeuses de l'environnement édaphique, régissant les vitesses des processus biologiques et chimiques ainsi que l'approvisionnement en oxygène des racines et des microbes.

Definition

La température du sol est l'état thermique du sol résultant de l'échange d'énergie à la surface et de la conduction thermique à travers le profil ; l'aération du sol est l'échange d'oxygène, de dioxyde de carbone et d'autres gaz entre l'espace poral du sol et l'atmosphère.

Scope

Ce sujet aborde le bilan thermique et les propriétés thermiques qui déterminent le régime de température du sol, la composition et l'échange de l'air du sol, ainsi que le lien entre l'aération, la teneur en eau et l'état redox du sol. Il traite des phases gazeuse et thermique qui complètent le tableau physique du sol, aux côtés de l'eau.

Core questions

• Qu'est-ce qui contrôle le régime de température du sol au cours de la journée et de l'année ?
• Quelle est la composition de l'air du sol et comment s'échange-t-il avec l'atmosphère ?
• Comment la teneur en eau régit-elle l'aération et l'approvisionnement en oxygène ?
• Comment la température et l'aération affectent-elles les processus biologiques et chimiques ?

Key concepts

• Bilan énergétique de la surface du sol
• Conductivité thermique et capacité calorifique
• Régime de température du sol
• Composition de l'air du sol
• Diffusion gazeuse et porosité remplie d'air
• Aération, engorgement et redox

Key theories

Bilan thermique et conduction du sol

La température du sol est déterminée par le bilan énergétique de surface et par la conduction de la chaleur dans le profil, la conductivité thermique et la capacité calorifique dépendant fortement de la teneur en eau, de sorte que les sols humides se réchauffent et se refroidissent plus lentement.

Aération et diffusion gazeuse

L'oxygène atteint les racines et les microbes principalement par diffusion à travers les pores remplis d'air, de sorte que l'aération dépend de la porosité et de la teneur en eau ; lorsque les pores se remplissent d'eau, la diffusion s'effondre et le sol devient anaérobie, modifiant son état redox.

Mechanisms

Le rayonnement, la conduction, la convection et l'échange de chaleur latente à la surface déterminent l'apport de chaleur au sol, qui est ensuite conduit vers le bas, amorti et retardé avec la profondeur, produisant des ondes de température quotidiennes et saisonnières. L'air du sol est plus riche en dioxyde de carbone et plus pauvre en oxygène que l'atmosphère en raison de la respiration racinaire et microbienne ; l'oxygène est principalement réapprovisionné par diffusion à travers les pores remplis d'air. Lorsque l'eau remplit les pores, la diffusion gazeuse diminue fortement, l'oxygène est épuisé et le sol devient anaérobie, modifiant sa chimie et sa biologie.

Clinical relevance

La température du sol contrôle la germination des graines, la croissance des racines et les taux de cyclage des nutriments, tandis que l'aération détermine si les racines et les microbes aérobies disposent de suffisamment d'oxygène ; la gestion du drainage, de la couverture des résidus et du compactage pour maintenir les sols suffisamment chauds et aérés est importante pour la productivité des cultures et pour limiter les pertes telles que la dénitrification.

History

L'étude du régime thermique du sol s'est appuyée sur la théorie classique de la conduction thermique appliquée au bilan énergétique de la surface du sol, tandis que la recherche sur l'aération du sol a lié la diffusion gazeuse, la teneur en eau et la chimie redox, établissant le rôle des phases gazeuse et thermique dans le fonctionnement du sol.

Key figures

• Daniel Hillel
• Nyle C. Brady
• Ray R. Weil

Seminal works

• hillel1998
• brady2016

Frequently asked questions

Pourquoi les sols gorgés d'eau deviennent-ils pauvres en oxygène ?

L'oxygène atteint le sol principalement par diffusion à travers les pores remplis d'air, ce qui est des milliers de fois plus rapide que la diffusion à travers l'eau ; lorsque les pores se remplissent d'eau, l'apport d'oxygène s'effondre tandis que la respiration se poursuit, de sorte que le sol devient rapidement anaérobie.

Pourquoi les sols humides se réchauffent-ils plus lentement au printemps ?

L'eau possède une capacité calorifique élevée et une grande partie de l'énergie entrante est utilisée pour son évaporation plutôt que pour l'augmentation de la température ; par conséquent, les sols humides nécessitent plus d'énergie pour se réchauffer et sont en retard par rapport aux sols plus secs au printemps.