CHAPITRE VI

FIXATION PAR LB SOL DB L*A20TS ATMOSPHÂRiaUB.

Il oonvièrit tdut d'abord de consulter rexpèrietice et dé rechercher comment varie d*une année à l'autre là rtohe««e azotée de champs laissés en Inculture ou cul» tlvès sians addition d'aucun engrais»

Appaut^riêsêment du sot en azote, — Dans un grand nombre de cas, on trouve que la terre s'appauvrit en axote.

A Rothamsted, Lawes et Gilbert ont, sur un même champs cultivé du blê sans engrais pendant plus de quarante années consécutives. D'après leurs calculs, la couche arable, épaisse de 23 centimètresi, renfermait à rhectarê, en 1840^ 3,360 kilogrammes d'axote; une couche égale située au-dessous en contenait 3,460 kilogrammes. La production moyenne de blé était alors d© Il à Vi hectolitres par hectare.

Ce rendement a diminué constamment, et, en 1880^ il n'était que d'environ 7 hectolitres (en moyenne). Cette décroissance de la récolte a été corrélative de rabaissement de la quantité d'azote , qui n'était plus pour le sol actif que de 2,200 kilogrammes au lieu de 8,360, la variation ayant été assez faible dans la couche Inférieure. La déperdition d'azote avait donc^ pendant ces quarante années, dépassé 1,100 kilogrammes ; les récoltes en ayant enlevé environ 800, c^est au drainage principalement qu'il conviendmit de rappoN ter la différence.

Ici l'appauvrissement est manifeste ; les causes natu*

LEÇONS ÉLÉMENTAIIIKS DK CHIMIE AGRtCOLE. 09

relies d'enrichissement en azote n'existent pas^ ou^ si elles s'exercent, sont incapables de lutter contre, les causes de diminution.

Enrichissefnent du sol en azote, — Au contraire, un certain nombre de résultats agricoles fort bien établis conduisent à des conclusions complètement opposées. Diverses cultures pratiquées sans engrais enrichissent le sol en azote, alors même qu'on y prélève de copieuses récoltes. Ce sont principalement les légumineuses fourragères, sainfoin, trèfle, vesce, jarosse, luzerne, et, chose bien digne de remarque, ces plantes sont précisément celles dont la récolte enlève le plus

80 kilogrammes (par hectare), pour le sainfoin;

90 — — • pour les vesces;

160 — — pour le trèfle ;

300 et jusqu'à 800 kil. — pour la luzerne.

Malgré ces prélèvements énormes, un constate que la quantité d'azote B*accrolt r^éellement dans le sol actif. Dans une terre de Grignon, cultivée en sainfoin sans engrais, la proportion d'azote s'est élevée, en cinq ans, de 1«'^47 à U^l par kilogramme (P.-P, Déhérain). De là le nom de plantes améliorantes qu'on donne fréquemment aux légumineuses fourragères*

Les gains d'azote ainsi réalisés par la couche arable et par les récoltes qu'elle supporte, sont ici fort grands et semblent démontrer la réalité de causes naturelles favorables, dont l'exemple tiré des cultures de blé nous avait fait douter.

En présence de faits aussi dissemblables, l'opinion s'est divisée entre plusieurs théories opposées qui ont suscité de vives discussions et provoqué de nombreuses expériences contradictoires.

Thèorio de la fixation de l'axote sur les plantes*

--r D'après M. Georges Ville, les plantes vertes, et plus spécialement les légumineuses, sont capables de fixer directement dans leurs tissus Fazote atmosphérique, qui, au contact de la matière hydrocarbonée, s'y transforme en substances azotées. La sève descendante emporte celles-ci jusqu'aux racines disséminées dans les profondeurs du sol ; la récolte enlevée, les racines se changent en matière humique, accroissant ainsi la teneur azotée du sol.

Cette opinion n'a pas été adoptée. Les expériences de Boussingault ont établi d'une manière à peu près certaine que l'azote gazeux ne peut pas se fixer sur les plantes et contribuer ainsi à leur nutrition azotée.

Tout au plus, pour expliquer la propriété caractéristique des légumineuses, serait-il possible de leur attribuer une aptitude toute particulière à fixer l'ammoniaque de l'air; mais cette affinité spéciale n'est pas démontrée et, le serait-elle, nous ne pourrions raisonnablement admettre qu'elle soit plus que suffisante pour l'alimentation azotée de ces végétaux et permette au surplus l'amélioration de la terre.

Théorie opposée à toute fixation d'azote. — Un

grand nombre d'agronomes, parmi lesquels Boussingault, MM. Schlœsing, Mtintz, Lawes, ont été amenés à penser que l'azote de l'air ne peut en aucune manière ni être absorbé par les plantes, ni se fixer sur la terre pour en accroître la richesse. D'après eux, tout sol cultivé sans engrais s'appauvrit constamment en azote, et les apports restreints d'ammoniaque et d'acide nitrique atmosphériques ne sauraient empêcher cette diminution incessante. Le sol est comme une mine, un gisement plus ou moins riche de matière azotée, qui finira fatalement par s'épuiser, comme s'épuiseront un jour les gîtes métallifères ou les houillères que nous soumettons à une exploitation ininterrompue.

Les plantes dites améliorantes contribuent tout aussi bien et même plus puissamment que les autres à cet appauvrissement du sol en azote. L'amélioration n'est qu'apparente ; elle a bien lieu réellement pour le sol actif, mais c'est aux dépens des couches profondes et du sous-sol.

Les racines de trèfle ou de luzerne pénètrent très abondamment jusqu'à des profondeurs considérables et vont jusque dans le sous-sol chercher l'azote qui y est en réserve et que les céréales y laisseraient. Parfois aussi, sans doute , elles arrivent jusqu'à la couche des eaux souterraines provenant du drainage de champs voisins, et là, elles trouvent des nitrates qu'elles absorbent et utilisent pour se nourrir. Grâce à cet azote puisé très bas, les radicelles se développent nombreuses dans le sdl de surface, et les débris végétaux qui en résulteront sont une vraie fumure azotée originaire des parties profondes de la terre. La luzerne, le trèfle sont pour ainsi dire les appareils extractifs de l'azote du sous -sol; grâce à ce transport d'azote inaccessible aux céréales, le sol proprement dit est amélioré, mais c'est au détriment des couches inférieures devenues pauvres.

C'est pour cela que les légumineuses ne peuvent jamais être cultivées indéfiniment dans une même terre dont elles épuisent assez vite les profondeurs. A Rothamsted, on n'a pu maintenir du trèfle pendant une longue période, même avec le concours de fumures intenses.

Théorie de la fixation d'azote sur la terre végétale. — Historique de la théorie. — Certains chimis-' tes, pour expliquer la nitriflcation des sols, émirent l'opinion que la terre végétale peut condenser abondamment les gaz sur ses particules, et que, grâce à cette condensation, l'oxygène et l'azote de l'air peu-

vent se combiner directement pour fournir de l'acide nitrique. Cette explication est inadmissible, car la terre ne condense pas Tair, et la nitriflcation ne peut s'y développer qu'à partir d'azote déjà combiné.

D'autres savants, ayant remarqué qu'il se forme toujours de petites quantités de produits nitrés, quand on brûle de Thydrogène, du charbon, des matières organiques, supposèrent qu'il peut en être de même dans le cas des combustions lentes effectuées à la température ordinaire, et un travail tout récent de M. Berthelot, paraît leur donner raison dans une certaine mesure. S'il en est ainsi, la combustion lente de l'humus peut être accompagnée de la fixation d'une certaine dose d'azote atmosphérique. Mais il est visible que cette dose doit être minime par rapport à la quantité de matière humique détruite, et inférieure même â l'azote perdu par le fait de cette destruction.

Les expériences de Boussingault, puis celles de M. Schlœsing, renversèrent ces hypothèses, et établirent cette opinion, que l'azote atmosphérique ne peut pas se fixer sur la tert-e végétale, non plus que sur les plantes.

Cependant, il y a une dizaine d'années, MM. Déhérain et Maquenne conclurent de diverses expériences indirectes, que la matière organique du sol est capable d'absorber l'azote gazeux de l'air, pour former des produits organiques azotés. Mais l'opinion n'accepta pas ces conclusions, appuyées sur des démonstrations qui paraissaient insuffisantes.

En 1887, M. Berthelot, qui avait entrepris dans la station agricole de Meudon, une série très étendue d'expériences sur la chimie végétale, a été amené à conclure à la réalité de la fixation d'azote sur la terre arable. A ces résultats positifs, M. Schlœsing a opposé des expériences personnelles négatives. D'autre part, MM. À. Gautier et Drouin ont exécuté d'au-

DE CHIMIE AGaiGOI^E. 108

très recherches, qui ont confirmé le phénomène de fixation. L'année 1888 a été remplie par e«tte discussion. Au milieu de ces contradictions absolues, où se trouvait la vérité?

Les travaux récents exécutés par MM. Hellriegel et Wilfarth en Allemagne, par M. Bréal en France, et lés résultats publiés, au début de cette année, par M, BertbelotS semblent désormais fUcer Vopinion sur ce sujet, en établissant la réalité de la fiœation d'azote sur la terre végétale avec ou sans le concours de la végétation.

Cette question est tellement importante qu'il convient de donner quelques détails sur les résultats obtenus.

Fiœation de l'azote sur la ten^e nue. — Les terres de Meudon, étudiées par M. Berthelot, sont de^ sols argileux, assez riches en acide phospborique, chaux, et surtout potasse, mais médiocrement riches en azote. Elles ont toujours pu donner lieu k des fixations d'azote.

Cette fixation cesse d'avoir lieu si la terre a été préalablement chauffée pendant deux heures à la température de lOO^. Ceci prouve que la faculté de fixer l'azote aux dépens de l'atmosphère n'est pas due à une action chimique proprement dite, mais est réglée par rintermédiaire de certains organismes spéciaux infiniment petits. Ces microbes absorbent pour leur compte l'azote gazeux, et déterminent ultérieurement la production sur les particules terreuses de véritables matières albuminoïdes. Ils existent habituellement dans les terres naturelles, mais la chaleur les détruit, et enlève ainsi au sol son aptitude à assiùiilél' l'azote.

1. Les expériences de M. Berthelot ont été répétées avec succès par M. Frank (de Berlin).

Le gain d'azote est également énergique, si la terre est placée sous une cloche fermée, ou si elle est seulement disposée au dessous d'un abri vitré, ou même si elle reçoit librement les eaux pluviales ; et ceci établit bien nettement que les apports d'azote dus à l'ammoniaque de Fair, ou à la pluie, n'ont qu'une importance tout à fait secondaire.

Le phénomène, qui a lieu indifféremment à la lumière et dans l'obscurité, est intimement lié à la vitalité propre des microbes qui le dirigent. // ne se produit qu'au dessus de 10^ et au dessous de 40^. Il faut, en outre, une aération convenable de la terre, la présence de l'azote et aussi de l'oxygène étant absolument nécessaire à l'activité des micro-organismes. Le sol doit aussi présenter une certaine dose d'humidité^ mais il en faut beaucoup moins que pour la nitrification. Les deux actions, fixation d'azote, oxydation de la matière azotée, peuvent d'ailleurs fréquemment coïncider; toutefois, dans un milieu trop oxydant^ où la nitrification est excessive, Vazote se fixe difficilement.

Les proportions d'azote qui peuvent ainsi être combinées à la terre végétale, sont d'autant plus grandes que la richesse azotée initiale était plus faible, M. Berthelot ne croit pas qiîe la teneur azotée puisse s'élever au-delà d'une certaine limite ^ : pour les terres argilosableuses qu'il a étudiées, cette limite ne serait pas supérieure à l^'S d'azote par kilogramme.

Voici quelques exemples de ces variations de l'azote :

Dans un sable argileux jaune, très pauvre, la teneur azotée, qui était seulement 0»'ll par kilogramme, s'est élevée après deux ans à 0«'15 (environ).

1. Les observations récentes de M. Tacke ont pleinement confirmé ces prévisions : ce savant a remarqué qu'une terre, très enrichie en azote par la culture des légumineuses, perd de l'azote au lieu d'en fixer davantage.

Dans une argile, encore plus pauvre, la proportion s'est élevée en deux ans de 0«'06 à 0»'13.

Dans des terres végétales normales, le gain d'azote réalisé pendant dix à douze semaines de Tété, s'est trouvé approximativement :

Pour une terre ayant 0»''97 d'azote, de 8 »/o.

Ces derniers nombres se rapportent à des sols assez argileux, bien pourvus de l'ensemble des matières nutritives nécessaires. On conçoit que la nature de la terre exerce une influence énorme sur le phénomène, dont la facilité paraît être en quelque manière corrélative du pouvoir absorbant. Les sols pauvres en argile et humus, les sols sablonneux ou calcaires sont sarfs doute peu aptes à fixer l'azote atmosphérique.

L'introduction naturelle d'azote n'implique pas nécessairement l'enrichissement azoté de la terre nue. Les causes multiples de. déperdition azotée, dont la plus importante est la nitrification suivie de l'entraînement des nitrates par les eaux pluviales, tendent simultanément à abaisser la proportion d'azote, et le sol ne deviendra plus riche que si l'action favorable est prédominante. Pendant un été sec, la formation des nitrates sera peu marquée, la fixation d'azote sera très manifeste. Au contraire, une succession de pluies abondantes, alternant avec des journées chaudes et sèches, réaliserait le mieux possible la production et l'élimination des produits nitriques, et, en définitive, le taux de l'azote se trouverait abaissé.

Fixation' de Vazote sur les terres cultivées, — Comme on vient de le voir, les expériences de M. Berthelot sur la terre nue ont établi l'existence d'une cause spéciale de fixation d^azote, et, pour des sols argileux

moyennement riches en azote, cette cause parait en général suffisante pour compenser les déperditions naturelles et môme réaliser un certain enrichissement de la terre.

Dans un champ cultivé sans engrais, l'alimentation des récoltes doit être réalisée à partir de Tazote nutritif, qui provient de la matière azotée du sol. Les pertes définitives d'azote sont beaucoup plus grandes que pour le sol nu, et on ne peut prévoir à pri07H si elles seront ou non compensées en quelque façon par l'action réparatrice des microbes.

Il convient de distinguer deux cas principaux :

1» La végétation n'accélère pas, ou môme retarde, l'action propre des microbes chargés de fixer l'azote atmosphérique;

2<^ La végétation accélère cette action.

• Premier cas. — Habituellement, dans les terres de richesse moyenne, la végétation de la plupart des plantes parait être légèrement défavorable à la vitalité des microbes qui fixent l'azote, et cela tient probablement à la manière dont les racines végétales modifient le milieu nutritif où les micro-organismes doivent aussi vivre et se développer.

Dans des expériences spéciales faites sur des amarantes au laboratoire de Meudon, le gain d'azote réalisé pendant le cours de la végétation pour l'ensemble du sol et des plantes, a été trouvé égal à 13 ®/o de l'azote initial, tandis que pour la terre seule il était de 22 ^U et même supérieur.

Néanmoins, dans l'exemple cité, la terre s'était enrichie, et c'est ce qui arrive sans doute d'ordinaire dans le cours de la végétation spontanée : la richesse azotée du sol tend à s'accroître jusqu'à une certaine limite où il s'établit un équilibre entre la cause de fixation et les causes multiples de déperdition,

Mais dans les cultures toujours plus ou moins inten-

PB CHIMIE AORirOLE. 107

sives où le poids des végétaux est très grand par rapport à celui du sol, la quantité d'azote enlevé par la récolte et par les actions naturelles surpassera notablement la compensation possible par les microbes spéciaux, et l'épuisement vieAdra assez vite. C'est ce qu'on observe particulièrement pour les céréales, comme le montrent bien les résultats de Rothamsted.

Deuxième cas, — En p7'ésence des légumineuses fou7'?'agère*s, la fixation d'azote a lieu plus énergiquement que sur la terre nue.

Les expériences de MM. Hellrîegel et Wilfarth sont sur ce point tout à fait décisives, et elles accusent bien nettement d'abord le caractère microbique du phénomène, et ensuite son allure absolument différente pour les légumineuses et les céréales.

Afin de réaliser des conditions culturales connues et toujours identiques, ces savants ont pris, au lieu de terre végétale, du sable quartzeux naturel extrêmement pauvre en azote, convenablement arrosé avec un liquide nourricier, pourvu des éléments minéraux nécessaires : acide phospborique, potasse, magnésie, chaux, chlore, acide sulfurique, auxquels ils ajoutaient quelquefois des doses variables de nitrate de chaux.

Un échauffement préalable à 150 degrés permettait de stériliser, c'est-à-dire de débarrasser de tous les germes vivants le sable et aussi le liquide nutritif.

1° Dans ces conditions, si on n'ajoute pas de nitrates, la végétation est très mauvaise pour toutes les plantes sans exception, pour les céréales comme pour les légumineuses. La nutrition n'a lieu qu'à partir des réserves azotées de la graine; on peut cependant atteindre la floraison et même la fructification, mais le poids total est très faible, les fruits obtenus sont excessivement petits, les racines sont fort grêles, quoique saines et ne présentant aucune nodosité.

2^ Si on ajoute un peu de nitrates, le développement

devient meilleur et croît proportionnellement au poids des nitrates. On peut alors réaliser des cultures normales, la racine étant volumineuse et toujours dénuée de nodosités.

3<^ Au sol stérilisé, maintenu privé de nitrates, on mélange quelques centimètres cubes d'un liquide obtenu en plaçant une bonne terre végétale en suspension dans l'eau distillée et décantant après un repos de dix heures. Ce liquide doit contenir un certain 'nombre des germes microscopiques qui existaient dans la terre végétale.

Dans ces conditions, la végétation des graminées demeure toujours misérable.

Au contraire, les légumineuses, après un début assez malingre, ne tardent pas à prendre un développement rapide, et la quantité d'azote qu'elles renferment surpasse de beaucoup celle qui se trouvait dans les graines et dans le sol. En même temps, on constate qw^ les racines très volumineuses sont toujours couvertes de nodosités spéciales qui paraissent contenir un grand nombre de microbes. La présence de ces tubercules est corrélative de la fixation azotée, qui est ici visiblement intervenue par l'addition de germes vivants issus de la terre végétale ^

Si on stérilise par la chaleur la délayure de terre, le phénomène n'a plus lieu, et les légumineuses croissent aussi mal que les graminées.

4» Dans une terre végétale non stérilisée et bien pourvue de nitrates, les légumineuses demandent leur azote non seulement aux nitrates, mais encore au mécanisme spécial des microbes chargés de fixer celui de l'air, et l'existence constante des nodosités caractéris-

1. Les recherches de M. Bréal Tont conduit à des résultats semblables : il a pu obtenir des cultures de ces microbes, qui sont de petits corps allongés, très fins, renflés aux deux bouts.

tiques affirme bien que les deux sortes d'alimentation s'exercent à la fois.

On arrive ainsi à une propriété spéciale assez inattendue des légumineuses fourragères : celles-ci sont bien réellement capables de déterminer une fixation d'azote, non pas sur leurs feuilles, comme on l'avait pensé jadis, mais sur leurs racines, ce gain étant d'ailleurs l'œuvre de microbes parasites de ces racines. Les microbes qui peuvent fixer Tazote sur les particules de la terre végétale nue, trouvent dans les racines des légumineuses un milieu favorable à leur développement, et entre les plantes fourragères et les microbes parasites il s'établit une sorte d'alliance intime utile aux uns et aux autres. Les micro-organismes logés dans les nodosités fixent l'azote gazeux et forment des matières albuminoïdes qu'ils fournissent au végétal supérieur; en échange, celui-ci, par sa sève descendante, leur envoie les produits carbonés élaborés dans les feuilles.

Le grand développement des racines des légumineuses assure leur union plus intime avec le sol, dont elles accumulent en proportion énorme les matières minérales nutritives, et il offre aux parasites infiniment petits un immense champ d'action fertilisante.

Les expériences de M. Berthelot, effectuées avec des terres végétales normales de composition connue, établissent d'une manière non moins parfaite l'influence favorable que la culture des légumineuses exerce sur la fixation d'azote. La quantité totale d'azote fixé, en partie sur les plantes, en partie sur le sol, surpasse habituellement celle qui se fixe sur la terre nue. Les cultures de jarosse, de vesce, de luzerne, ont donné les résultats les plus décisifs : leur développement a été très actif; les racines vigoureuses étaient chargées de nombreux tubercules caractéristiques de la fixation d'azote.

llO LËyONB ÉLÉMENTAIRES

Pondant une période comprise entre onze et vingtdeux semaines, le gain fotal d'azote, calculé à Thectare pour une épaisseur de terre de IScentimètres^ a été :

Yesce. Jaroase. Luzerne

Terre à 0«W d'azote. ... 316 kilog. 195 kilog. 617 kilog.