Le sol est la partie la plus superficielle de l'écorce terrestre, à l'interface entre géosphère, biosphère et atmosphère, car en effet il possède des constituants minéraux, venant de l'altération de la roche-mère, des constituants organiques, venus de la décomposition d'êtres vivants, et des constituants gazeux circulant dans ses interstices. De plus, le rôle du sol est fondamental, nous l'avons vu, dans la production primaire, puisqu'il fournit aux végétaux chlorophylliens les ions minéraux dont ils ont besoin.
On réalise une coupe de terrain pour pouvoir observer directement le sol, en effectuant si besoin des analyses de laboratoire sur certains échantillons prélevés. On peut déjà constater visuellement qu'on a en fait plusieurs couches de couleur et de structure différentes, qu'on appelle horizons. Dans ses horizons, le plus profond est celui correspondant à la roche mère, recouverte par d'autres couches supérieures. L'ensemble des horizons et leur structure constitue le profil pédologique, qui est en fait la coupe, et ce profil varie grandement suivant les différentes catégories de sols que l'on peut étudier.
Afin de caractériser chaque horizon, on peut étudier les caractéristiques suivantes :
Les principaux constituants du sol sont de quatre types : constituants organiques (débris d'organismes végétaux par exemple), constituants minéraux (sable, argile…), des gaz qui circulent dans les interstices du sol, et enfin la " solution du sol ", formée d'eau et d'ions. A partir de là, un sol va avoir différentes caractéristiques que l'on peut déterminer en effectuant des analyses physico-chimiques :
Schéma : un complexe argilo-humique
Un sol est le résultat d'une altération superficielle d'une roche mère, et d'un enrichissement en matières organiques issue d'êtres-vivants, du fait de la décomposition de la litière par des organismes décomposeurs. On a ainsi 3 facteurs entrant en jeu dans la formation d'un sol :
On peut distinguer globalement 3 étapes :
Un sol possède donc une dynamique, dépendante des divers facteurs qui constituent son milieu.
Les débris végétaux (feuilles et bois mort dans les forêts, paille ou chaumes dans les terres cultivées…) représentent une source de matière organique pour le sol. Ces débris sont fragmentés puis minéralisés, et subissent aussi un processus d'humification.
La fragmentation des débris se fait en plusieurs vagues successives. Pour les feuilles mortes par exemple, elles sont d'abord attaquées par des bactéries et des champignons, ces derniers assurant une digestion partielle des débris grâce à la sécrétion d'enzymes, libérés par leurs filaments mycéliens pénétrant à l'intérieur des feuilles par des pores dans leur épiderme. Ensuite, des arthropodes, des vers de terre continuent cette digestion, rejetant dans leurs excréments des fragments encore incomplètement digérés qui serviront de nourriture à d'autres espèces de taille plus réduite encore. La litière disparaît ainsi progressivement au cours d'un véritable travail à la chaîne.
La minéralisation consiste en la libération des éléments chimiques qui sont dans les divers composés organiques (carbone, azote, oxygène…) de la litière sous forme de substances minérales diverses. Ce sont les organismes décomposeurs, bactéries et champignons, qui principalement réalisent cette minéralisation. Mais celle-ci est assurée en partie par tous les êtres-vivants du sol au cours de la respiration : les composés organiques entrant en jeu laissent bien place au rejet de dioxyde de carbone, le carbone a été minéralisé. Les protéines par contre sont minéralisées au cours de diverses réactions chimiques par les microorganismes du sol, avec tout d'abord une minéralisation en composés ammoniacaux (NH4+) puis par un processus de nitrification en nitrites (NO2-) et enfin en nitrates (NO3-).
L'humification est une mise en réserve de la matière organique végétale qui est présente sur le sol sous forme de déchets : certaines substances difficilement digérables par les organismes détritivores (par exemple la cellulose) sont en effet utilisées par des bactéries humifiantes pour faire la synthèse de molécules organiques différentes qui vont former l'humus (notamment les acides humiques). L'humification est un phénomène très lent (2 à 3 ans), ainsi que l'utilisation de ces réserves de matière organique.
La minéralisation de la matière organique