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ISSN 0079-0419

PEDOLOGIE Edité avec l'aide financiêre de la Fondation Universitaire

et du Ministêre de I 'Education nationale et de la Culture française et du Ministêre de l'Education nationale

et de la Culture néerlandaise

Uitgegeven met de financiële steun van de Universitaire Stichting en van het Ministerie van Nationale Opvoeding

en Nederlandse Cultuur en van het Ministerie van Nationale Opvoeding en Franse Cultuur

Bulletin de la Société BeIge de Pédologie

Bulletin van de Belgische Bodemkundige Vereniging

1984

XXXIV-l

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P. Bullock (Rothamsted, U.K.), J. D'Hoore (Leuven, België), R. Dudal (FAO, Roma, Italy), R. Frankart (Louvain-Ia-Neuve,

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BRD), C. Sys (Gent, België), M. Van Ruymbeke (Gent, België).

Chief Editor: W. Verheye (Gent, België).

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SOCIETE BELGE DE PEDOLOGIE

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FONDEE A BRUXELLES LE 18 jUILLET 1950

OPGERICHT TE BRUSSEL OP 18 JULI 1950

Samenstelling van de Raad van Beheer voor 1984

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j. Lozet

F. De Coninek L. Baert

w. Verheye

R. Vermeire

A. BolHnne, J. Dufey, J. Feyen, Membres Leden R. Gombeer, j. P. Heek, G. Hofman,

L. Mathieu, G. Stoops, K. Vlassak.

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PEDOLOGIE, XXXIV,I, p. 5-22, Ghent, 1984

LE CONTREPOINT ET LE CORTEGE DE DOKOUCHAEV : QUELQUES CONTEMPORAINS OU FONDATEUR DE LA PEDOLOGIE GENETIQUE

j. BOULAINE

Rêsumê

La naissance de la pêdologie gênêtique dans la deuxième moitiê du XIXème siècle et l'êmergence d'une science du sol gênêralisêe rêsultent d'une dialectique entre naturalistes et fondamentalistes.

Les initiateurs et les prêcurseurs furent surtout les agrogêolo­gues allemands. Les russes surent accepter et valoriser les idêes et la vaste vision de Dokouchaev. Les chimistes britanniques et les naturalistes amêricains apportèrent une contribution impor­tante tandis que leur esprit d'analyse entralnait les français à un certain retard dans l'acceptation des nouveaux concepts.

Outre qu~lques prêcurseurs isolês qui ont existê dans de très nombreux pays c'est grace à ces quatre êcoles de pensêe que la science du sol gênêrale ou pêdologie s'est diffêrenciêe en science autonome entre 1860 et 1900.

Mots-clés

Histoire, XIXe siècle, science du sol, initiateurs.

De nombreux auteurs ont salué, en 1983, Ie centenaire de la pa­rution duo livre de V. V. Dokouchaev, "Le chernozem russe", par un rappel de l'oeuvre de celui-ci et grace à un retour aux sources . (Boulaine, 1983 et 1984); Sastriques Garcia, 1983; Kovda, 1984; ... }

11 convient peut-être de montrer aussi que l'oeuvre des fondateurs de la Pédologie s'inscrit dans une recherche illustrêe par de grands noms de la science et de .rappeler l'existence de tout un ensemble de tentatives dont celle de l'êquipe de Saint-Pêtersbourg a étê ' la plus importante.

J. Boulaine - Laboratoire de Pêdologie, Institut National Agrono­mique, 16, rue Claude Bernard, 75 231 Paris Cedex 05, France.

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1. LES GERMANOPHONES, PRECURSEURS ET INITIATEURS DE LA PEDOLOGIE

On trouvera dans d' autres textes (Dickson, 1804; Grandeau, 1879; Bolens, 1975; Krupenikov, 1981), des études détaillées sur les loin­tains prêcurseurs de la Science du Sol : il s'agit, Ie plus souvent, d'agronomes ou de chercheurs polyvalents qui ont abordê l'êtude du sol, soit pour des raisons pratiques, soit à travers des disciplines bien dêfinies.

Au début du XIXème siècle c'est incostestablement la science agronomique allemande qui fait faire Ie plus de progrès à la con­naissance des sols de A. Thaer à J. von Liebig.

On peut, arbitrairement, faire commencer la concept ion du sol comme un objet en soi et même comme un corps naturel indêpen­dant avec Carl Sprengel (1787-1859). C'est l'avis de J.S. joffe (1949) qui rappelle la concept ion de cet auteur pour lequel "les forces qui dêcomposent les roches originelles et les convertissent en sol sont : l'eau, l'oxygène, Ie dioxyde de carbone de l'air, Ie froid et Ie chaud, la vêgêtation et l'êlectricitê".

Chimiste allemand, êlève de Berzelius ou en relation avec lui, il êtudie la composition de I'Humus et dêtermine Ie pourcentage moyen du Carbone (63%) qui sert encore aujourd'hui à calculer la matière organique totale. 11 écrit, en 1837, une "Bodenkunde" qui est la première publication de ce genre appuyêe sur des recherches personnelles.

D'après Müller (1980) il avait reconnu, vers 1820, l'intêrêt des élêments minêraux comme êlêments nutritifs pour les plantes. C'est donc un prêcurseur de Liebig.

Mais Sprengel est aussi un prêcurseur de Dokouchaev. Pour lui, des phénomènes naturels décomposent les roches vives et les convertissent en sol.

De même, il constate que "la valeur du sol dêpend non seulement de ses propriêtês chimiques ou physiques mais aussi de sa position en relation avec Ie climat". 11 avait aussi une notion assez claire de la dynamique de la matière ' organique en fonction du rêgime êco­logique du sol (d' après J offe, 1949).

Sprengel, avant Fallou, est un prêcurseur de la 'Pêdologie russe, comme il est un prêcurseur des chimistes tant minêraux qu'organi­ciens. 11 apparaît, avec Ie recul et derrière Liebig, comme un des "grands" de la science allemande du XIXème siècle.

Mais l'inventeur du mot Pêdologie (Allgemeine Bodenkunde = science du sol générale) par opposition à l'Agrologie (= science du sol spéciaie) reste Albert Fallou (I794-1877). Le mot Pédologie ne figure guère d'ailleurs que dans Ie titre de son livre de 1862 et dans une page de l'introduction (page 9, ligne 1), avec une no te infrapaginale qui donne l'êtymologie du mot.

Nê en Saxe, il étudia Ie droit à Leipzig. La Minêralogie fut son violon d'Ingres et son amour de la nature Ie fit êtudier Ie sol. 11 êtait poète et écrivait des vers. Il vêcut en ermite les 25 dernières annêes de sa vie, ne se maria jamais et mourut à 83 ans.

fallou était considêrê par Yarilov (1938), historien russe de la

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Pêdologie, comme Ie père de cette science. Au congrès de Moscou en 1974, Ie reprêsentant officiel de l'Allerriagne de l'Ouest rappela avec une certaine insistance l'influence de ses idêes sur V.V. Dokouchaev.

11 y a dans Ie livre de J .S. J offe (1949) une longue analyse de 1 'oeuvre scientifique de Fallou : "ses vues apparaissent modernes et sont dans la ligne de la conception scientifique du sol en tant que corps naturel, même si Ie point de vue gêologique est apparent".

A. Fallou êtait un thêoricien dont Ie livre ne comporte pratique­ment aucune donnêe sur Ie sol (pas un chiffre, ' pas un dessin, pas un graphique), mais par contre un discours très approfondi sur Ie sol qui dênote une grande culture, beaucoup d'expêrience et surtout une rêflexion approfondie dont la modernitê êtonne Ie lecteur de 1984.

Si A. Fallou a dêfini la plupart des caractères et des dêmarches concernant Ie sol : historicitê, gêographicitê, êtude conjointe des constituants, des structures et du fonctionnement, c'est P.E. Müller (1840-1926) qui devait apporter, très jeune, dès les annêes 1875-1880, des êclairages três prêcis, des analyses très soigneuses et des vues très nouvelles sur les sols et notamment les podzols du Danemark. Forestier, chargê à partir de 1866 d'un programme de recherches sur la rêcupêration des sols et la reforestation des landes de son pays, il êtudia três soigneusement les sols à Ortstein (aujourd'hui horizon Bs spodique) et les Bleicherde, horizon à couleur de plomb (aujourd'hui A2 albique) dans des podzols plus ou moins dêgradês ou superposês ou rajeunis. Sa publication en français, dans les An­nales de la science agronomique, est remarquable : il avait claire­ment montrê l'enrichissement en aluminium de ce que nous appelons maintenant un horizon spodique et sa planche de profils en couleurs dênote une analyse três fine des diffêrents types de sol autour du type central.

En outre, il a dêfini vers 1880 les Humus de type mor, moder, muIl. C'est lui qui a montrê Ie premier l'importance gênêtiques des horizons B que l'êcole de Dokouchaev jnterprêtait comme des hori­zons de transit ion. 11 utilisait couramment Ie terme profil 'qui fut repris par. Ramann et ne fut adoptê par les pêdologues des autres pays que vers 1930. 11 a fait faire de gros progrês à la Pêdologie à la fin du XIXème siècle mais reste un peu oubliê aujo.urd'hui.

Emil Ramann (1851-1926) a tenu une place êminente en Alle­magne par sés travaux, ses êcrits et son enseignement.

Nê près d'Erfurt, il reçut de bonne heure une êducation scienti­fique de la part de son pèr.e qui s'êtait intêressê aux sciences na­turelles. A l'origine, Ramann se consacra à la pharmacie et plus tard êtudia la chimie à l'Universitê de Berlin.

En 1880, il est assistant à l'Ecole For.estière d'Eberswalde et en 1886 directeur du dêpartement "forêts" de la Station Expêri­mentale Forestiêre de Prusse. Titulaire de la chaire de Science du Sol et de Chimie Agricole de l'Universitê de Munich en 1900, il occupa ce poste jusqu'en 1925. Il fut aussi directeur de l'Institut de Science du Sol de la Station Expêrimentale de Bavière.

Dans les domaines qu'il aborda, il fut un maître à penser pour son

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époque. Son livre "Pédologie forestiêre et théorie de la réparti tion des sols" est un classique de la pédologie. On peut penser qu'il a contribué, avec d'autres, à lui donner une certaine autonomie et à la développer en Europe de l'Ouest, en y faisant pénétrer une par­tie des idées de l'école russe.

Mais il n'alla pas aussi loin que cette derniêre. Sa définition du sol en témoigne : "couche ultime de la croQte solide de la terre, constituée de pierres réduites en fragments minuscules, plus ou moins chargées chimiquement, en combinaison avec les restes de plantes et d'animaux qui y vivent et utilisent ces éléments".

Cette définition ne fait pas la différence entre Ie sol et Ie res­te des matériaux rocheux, elle ne limite pas la profondeur et ne considêre pas Ie sol comme une entité naturelle.

n mit en évidence les sols bruns sous Ie nom de "Braunerden". Pour lui, ce sont des sols argileux, toujours légêrement lessivés, dont la coloration est due en plus grande partie à la présence d'hy­droxydes de fer bruns. La teneur en humus varie entre 1 et 2%. Cet humus se décompose moyennement vite en donnant générale­ment des produits brunatres qui imprêgnent comme une teinture les parties minérales du sol et concourent à donner la couleur jaune­brun ou brun.

J.S. Joffe (1949) considêre E. Ramann comme un homme qui a fait Ie lien entre les agrogéologues et les pédologues. Il prit con':' tact três t6t avec l'école russe et fut un des tout premiers colla­borateurs de la revue Pochvovedenie à la fin du XIXême siêcle. Ramann a été, aprês Sibirtzev, Ie second titulaire d'une chaire universitaire de Pédologie.

Beaucoup d'autres savants germanophones ont contribué natu­rellement au développement de la science du sol au XIXême siêcle, derriêre Liebig qui reste Ie plus grand. Deux d'entre eux sont par­ticuliêrement notables par Ie contrepoint que certains aspects de leur oeuvre apportent à une pédologie génétique et globaliste.

Le baron Ferdinand von Richthofen (1833-1905) est avant tout un géographe et un voyageur. Tout jeune géologue, à 24 ans, il s'il­lustre par la rédaction du rapport d'une mission géologique dans les Alpes qui éclaire en particulier Ie problême des t~rrains triasiques.

De nombreux voyages dans les Carpathes, les Rocheuses, la Sierra Nevada et surtout en Chine, en 1856, Ie rendent célêbre et il devient, à la findu siêcle, Ie grand maître de la géographie al­lemande et son influence s'étend à toute l'Europe centrale.

Richthofen a largement contribué à promouvoir la géographie comme une science autonome, qu'il définissait comme "tout ce qui concerne les interrelations causa les entre toutes les formations et phénomênes relatés à la surface de la terre".

Cette science de la surf ace de la terre ("Erdoberflächenkunde"), fondée sur les observations du terrain, comportait deux parties, correspondant à deux approches du géographe ; - la géographie SPECIALE (étude en profondeur, sur de petites sur­

faces, des causes et de la dynamique des phénomênes), - la géographie GENERALE {étude des arrangements spatiaux des

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phénomènes terrestres sur une large échelle). Richthofen avait étudié les loess de Chine en 1868-1872 et il en

avait constaté la grande fertilité. Il opposa donc aux théories de Dokouchaev ses constatations personnelles, faisant rebondir Ie pro­blème de la définition du sol, que Martin Ewald Wollny (1846-1900 se fit un plaisir de souligner.

Celui-ci, docteur de l'Université de Leipzig en 1872, puis assis­tant à l'Institut Agronomique de Berlin, puis professeur, fut direc­teur du Laboratoire d'Agronomie de l'Université de Münich jusqu'à ­sa mort en 1901.

Il s'intéressa, dès Ie début de sa carrière, à l'étude expérimen­tale du röle des agents physiques (chaleur, lumiêre, humidité, élec­tricité) sur la product ion des plantes de grande culture et sur la formation et la fertilité des sols.

Il créa, en quelque sorte, la physique agricole et sa branche, la physique du sol.

Wollny montra la nature biochimique des acides humiques du sol et s'intéressa au phénomène de la qégradation des résidus organiques.

Lui et ses élèves mirent au point des procédures de détermina­tion des phénomènes physiques du sol, qu'il considérait comme un mélange, croyant en l'additivité des propriétés des constituants du sol. .

Il étudia aussi les interactions sol-végétaux-climat ... et beaucoup d'autres sujets. Agronome et physicien du sol, il a contribué à la description de presque tous leurs caractêres physiques; Ramann fut son élève et il faisait remarquer son humilité qui explique peut­être qu'il fut moins connu que d'autres savants de sa stature à cette époque.

Wollny publia de 1878 à 1890 un journal ou parurent des articles de Kostychev et de Hilgard.

C'est lui qui lança la formule : "pour fabriquer du chernozem il suffit de prendre 30 % d'argile, 50 % de sable, 10 % de calcaire et 10 % d'humus".

Le simple énoncé de cette recette met en relief, mieux que tout commentaire, la différence de point de vue entre M.t. Wollny et V. V. Dokouchaev, entre les hom mes de laboratoire et les natura­listes, entre les thématistes et les globalistes.

2. L'ENTOURAGE IMMEDIAT DE DOKOUCHAEV

Si les savants allemands de la deuxiême moitié du XIXême siêcle ont préparé l'éclosion des idées de Dokouchaev et s'ils ont joué Ie röle à la fois de càntrepoids et de transmetteurs de cette conception de la science du sol, V.V. Dokouchaev a eu la chance de trouver dans son entourage de nombreux amis, collêgues ou élè­yes qui ont su formaliser, accepter, transmettre et propager ses idées avec un enthousiasme parfois étonnant.

Lorsque Dokouchaev aborda l'étude du chernozem en 1877, il s' agissait en fait d'un problème à l'ordre du jour. En Ukraine et dans Ie Middle-West américain, l'agriculture avait commencé la conquête des prairies pour les transformer en terres de culture et Ie manque

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de bois, à une époque prê-industrielle, s'y faisait sentir d'une ma­nière aiguë. La réussite, à long terme, des plantations d'arbres dans ces steppes êtait une condition de la rentabilitê des investissements et de la pêrennitê de la colonisation.

Le spêcialiste Ie plus important de la Russie de la deuxiême moitiê du XIXême siècle êtait alors Pavel Andreievitch Kostychev (1845-1895). Celui-ci n'êtait l'aînê de Dokouchaev que d'une annêe. 11 était professeur à l'Institut Forestier de Saint-Pêtersbourg et a eu des êlèves brillants, notamment Kossovich qui lui succêda et eut lui-même comme êlève Gedroitz. C'est un forestier, bon chimiste du sol et qui sut devenir un excellent microbiologiste. En 1875, Kostychev vêrifia expêrimentalement les idêes de Grandeau sur l'humus et sur sa capacitê à fournir de l'azote. 11 pass a, en 1881, une thèse à Saint-Pétersbourg sur les composés phosphoro-acides insolubles du sol.

En 1882, il accomplit en Allemagne et en France une mission d'êtude pour êvaluer la possibilitê de faire des "greffes préventives contre Ie chancre sibêrien" (?). 11 en profite pour faire un stage au laboratoire de Pasteur à Paris et pour s'initier à la microbiologie.

A la fin de sa vie, P.A. Kostychev qui s'était opposé à V.V. Dokouchaev dans les annêes 80 se rallia aux idées de celui-ci, qui d'ailleurs appréciait son collègue, et Sibirtsev cite, en 1897, les "travailleurs infatigables et ênergiques parmi lesquels B. Dokout­chaiew et P. Kostychew".

L 'oeuvre de Kostychev interfère avec celle de Dokouchaev sur Ie sujet de l'Humus des chernozems qu'il commence à étudier dês 1877 et sur lequel il publie en 1881 et 1886. 11 critiqua fortement son confrère lors de la thèse de celui-ci, mais "les discussions perdirent peu à peu de leur acuité" (Kroupenikov, 1981). Son point de vue était que l'accumulation de I'Humus dans les chernozems n'était pas en relation avec Ie climat mais avec des caractères physiques des sols hérités de la roche-mère, puis il tira les conclu­sions de sa nouvelle optique de microbiblogiste en disant que c'était un problême de physiologie des végétaux inférieurs.

P.A. Kostychev semble avoir été un remarquable analyste pour son temps. Il a êtudié une foule de problèmes sur l'effet de la tempêrature, de l'aération et des propriétés physico-chimiques du sol. 11 était en relation avec Grandeau, Wollny et de nombreux sa­vants européens qui. Ie connaissaient mieux que Dokouchaev (Gran­deau l'a fait traduire par Feltz en 1892). C'est Kostychev qui, Ie premier, a montré que I'Humus contient des produits synthétisés par les bactéries.

Kostychev a été à l'origine de nombreuses plantations forestiêres en Russie, notamment dans la zone des steppes, ce qui justifie ses efforts de forestier pour comprendre les problèmes du chernozem.

Kostychev fut un des tous premiers biologistes et microbiologis­tes du sol; il reprit en particulier la suite de Darwin pour ce qui est de l'importance de la vie animale sur Ie sol.

D'après Stefanovits, il a été Ie premier à définir Ie podzol par les trois horizons Al, A2, Bh (1888), s'appuyant sur les travaux de Müller et de Georgievski qui aurait été Ie premier à soupçonner Ie

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röle de la complexolyse pour la migration des minéraux très peu soIubies.

11 a eu la sagesse de contribuer à l'unité de vue de l'école pé­dologique russe en se rapprochant de Dokouchaev et il est considé­ré par les auteurs russes (Sibirtsev, Glinka mais aussi Williams), comme un des fondateurs de la Pédologie.

Nicolas Mikhanovitch Sibirtzev (1860-1899) avait une quinzaine d'années de moins que Dokouchaev. Il fut son collaborateur direct après avoir été son élève. (

Né à Arkhangelsk en 1860, il fit comme Dokouchaev des études de théologie à Saint-Pétersbourg, mais se tourna lui aussi vers les sciences naturelles. Après avoir obtenu ses diplömes en 1882, Doko­chaev Ie prit comme collaborateur, pour Ie projet de recherches entreprises pour Ie compte du gouvernement de Nijni-Novgorod. En 1894, il fut appelé à la nouvelle chaire de pédologie de l'Institut Agricole de Novo-Alexandria, la première au monde. 11 mourut de tuberculose en 1899.

Sibirtzev a eu une grande influence sur les jeunes étudiants qu'il a formés et son livre · "Pochvovedenie" (Pédologie) a été longtemps , ainsi que les textes de ses cours, la source des théories, des con­cepts et des méthodes des pédologues russes (fridland, déclaration orale). .

On doit à Sibirtzev les notions de sols zonaux, azonaux et intra­zonaux et la mise en forme de nombreux concepts de la pédologie.

Sibirtzev a écrit en français, à l'occasion du 7ème con grès in­ternational de Géologie de Saint-Pétersbourg (1897), un texte sur la pédologie qui est Ie premier exposé général de cette science dans notre langue.

F. Y. Levinsson-Lessig (1860-1929) avait Ie même êge que Sibirt­zev .. Il avait fait des études en Belgique et il fut un des premiers élèves de Dokouchaev et membre des équipes de Nijni-Novgorod et de Poltava (1882 à 1894). En 1887, il est membre (et fondateur !) de la Société BeIge de Géologie et donne au Bulletin beIge, de 1887 à 1892, des analyses de publications russes, géologiques et pédologiques. 11 fait inscrire Dokouchaev en 1890 et devient lui­même membre d'honneur.

Nommé en 1892 professeur à l'Université de Dorpat (Tartou en Estonie), il est directeur d'une excursion géologique du congrès géo­logique international de 1897.

En 1918, °il participe à la réorganisation du comité des sols Do­kouchaev qui devient, sous sa direction, la Division des sols du Conseil des forces product.ives de l'Académie des Sciences de P U.R.S.S.

En 1927, l'Institut des sols Dokouchaev est créé comme un in­stitut indépendant de l'Académie des sciences, sous la Direction de Glinka qui meurt avant la fin de l'année. f.Y. Levinsson-Lessig Ie remplace comme directeur jusqu'à sa disparition en 1929.

Pédologue de terrain, puis professeur, enfin administrateur, Levinsson-Lessig a été un des fidèles élèves de Dokouchaev, et il a largement contribué à en diffuser les idées.

Dokouchaev a donc été entouré d'une constellation de collègues,

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de collaborateurs et d'élèves qui ont beaucoup fait pour la diffusion de ses idées.

Il faudrait citer K.D. Glinka, Ie successeur de Sibirtzev comme professeur de pédologie et qui fut Ie chef de file des pédologues jusqu'en 1927, Vernadsky, Ie fondateur de la géochimie, Winogradsky, Ie grand microbiologiste, 0 Agafonoff qui transmit en France la pensée de Dokouchaev, Ototzky, Ie successeur au poste de conservateur du Cabinet de Minéralogie et qui fut jusqu'à la fin Ie disciple dé­voué de son maître malade. Et aussi Mendeleev, Ie grand chimiste, qui supervisa, un tem ps, les analyses de laboratoire ... et fut mem­bre du jury de thèse de Dokouchaev en 1883.

Et aussi A. Ferkhmine, W. Amalitzky, P. Baranoff, P. Zemiat­chensky, ceux de Nijni-Novgorod et tous ceux, ils sont des dizaines, qui s'y ajoutèrent ensuite ...

En 1900, 1 'Exposition pédologique comportait, à Paris, 32 cartes, 193 profils de sols, 5 sondes et 81 volumes de travaux écrits.

3. LES ANGLOSAXONS : CHIMISTES ANGLAIS ET NATURALISTES AMERICAINS

11 faut revenir vers 1840 pour évoquer l'action des chimis~es an­glais. On sait que la chimie minérale avait fait d'énormes progrès dans ce pays; la Société Royale de Londres avait demandé, en 1837, à J. von Liebig, en lui suggérant de collaborer avec J.B. Du­mas, de faire Ie point sur les rapports de la chimie et de l'agri­culture. Le savant français avait autre chose à faire et tout Ie mérite de la publication de 1840, "La chimie dans ses rapports avec l'agriculture", revint au grand savant allemand. En Angleterre, même Lawes aurait aussi bien pu traiter Ie problème.

3.1. L' aventure et Ie poids de Rothamsted

La science du sol britannique a été dominée, depuis près d'un siè­cle et detpi, par l'existence d'un centre ode recherches exceptionnel créé par sir J ohn Bennet Lawes (1814-1900).

Celui-ci, né en 1814 au Rothamsted Manor (Harpenden), hérite de son père en 1822 et fait ses études à Oxford ou il s'intéresse aux plantes médicinales. A partir de 1837, il commence, chez lui, des expériences en pot sur la nutrition des plantes et, deux ans plus tard, fait des expériences au champ. En 1842, il prend un brevet pour la fabrication de superphosphates par l'action de I'acide sulfurique sur des phosphates nature Is. L 'année suivante, en 1843, il recrute un chimiste J .H. Gilbert, élève de Graham, qui sera son collaborateur pendant plus de cinquante ans et qui sera annobli par la reine en 1854. Lawes est membre de la Royal Society de Londres et il est fait baronnet en 1882. En 1889, il lègue 100 000 livres sterling pour assurer l'avenir de la station expérimentale de Rothamsted ou se trouvent depuis 1843 des parcelles expérimen­tales pour des essais · de longue durée. Cette station, après la mort de Gilbert en 1901 sera réorganisée et dirigée par Hall.

Les travaux de Lawes, puis de Lawes et Gilbert, recoupaient ceux de Liebig et de Boussingault sur l'action nutritive des substances

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minérales et sur la possibilité qu'ont les plantes de les absorber directement. Mais Lawes et Gilbert posaient Ie problème de l'azote. Contrairement à Liebig, ils pensaient avec Boussingault que l'azote de l'air pouvait, d'une manière ou d'une autre, passer dans la ma­tière végétale.

Lawes et Gilbert ont dominé la science du sol en Angleterre pendant 60 ans, jusqu'à la fin du siècle. Le contexte économique n'était pas favorable à des recherches agronomiques dont la néces­sité n'apparaissait pas dans un pays qui importait presque toute sa nourriture. Il fallut les taxes sur Ie whisky, à la fin du siècle, et la décision d'en affecter une partie au monde agricole pour relancer 1 'enseignement et la recherche agricole. Ce fut l'affaire de Hall et de RusselI à partir de 1900 ...

Il y acependant une exception notabie au manque d'intérêt des Britanniques pour l'étuoe du sol au XIXème siècle et c'est Darwin, Ie plus grand biologiste du siècle.

Charles Darwin (1809 - 1882) est certes con nu dans tout 1 'uni~ vers comme Ie grand théoricien et l'inventeur de l'évolution des espèces, mais son oeuvre en science du sol suffirait à Ie rendre célèbre à nos yeux.

Naturaliste, géologue, zoologiste et botaniste, de 1831 à 1836, il participa à la croisière du Beagle àutour du monde, par l'Améri­que du Sud, l'Australie et les îles Galapagos. Il publia en 1839, Ie "Voyage d'un naturaliste autour du monde" et, en 1859, "De l'origine des espèces au moyen de la sélection naturelle".

L 'oeuvre de Darwin en matière de science du sol est moins con­nue bien que très notabie.

On trouve en effet dans ses récits de nombreuses observations très· pertinentes sur les sols et sur l'érosion. Il a notamment observé, au large de l'Afrique, en plein Océan, une pluie de poussières sur Ie pont du navire qui l'emmenait en Amérique du Sud qui attira son attention sur ce facteur mal connu de la dispersion géochimique des éléments du sol. Mais c'est surtout dans son dernier ouvrage de 1881, traduit en français dès 1882 sous Ie titre "Röle des vers de terre dans la formation de la terre végétale", édité par C. Reinwald à Paris, qu'il a apporté une contribution importante à la pédologie (il avait déjà publié une no te sur Ie sujet en 1837).

Darwin utilise dans ses coupes et schémas la notation A, B, C mais uniquement comme référence positionnelle : contrairement à une opinion parfois exprimée chez les pédologues modernes, il n'est donc pas l'auteur du concept d'horizon.

Par contre la rigueur d~ ses observations, Ie choix rigoureux des sites ou il fait des constatations d'expériences invoquées en font un des fondateurs de la pédologie expérimentale.

Ses idées sur Ie rale essentiel des vers de terre dans la forma­tion de la terre "végétale" Ol préférait Ie terme "terre animale"} sont évidemment dépassées mais il reste Ie premier à avoir observé et quantifié la pédoturbation par la faune du sol (dans les sols cal­cimagnésiques du bassin de Londres).

Dans sa préface, E. Perrier (l882) analyse ainsi la démarche de Darwin : "(S'il) pouvait planer au dessus des plus vastes horizons,

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nul ne savait mieux que lui, quand il Ie fallait, descendre dans Ie menu détail des phénomènes, démêler leurs rapports et reconnaître souvent, dans de grandioses résultats, les effets des causes qui au­raient pu paraître négligeables à des esprits moins pénétrants".

C. Darwin avait une vue dynamique du sol très proche de celle de Dokouchaev. Il écrit dans sa préface (page 2) : "La couche su­perficielle de terre végétale remonte, sans doute, dans son ensemble à la plus haute antiquité, mais pour ce qui est de sa permanence, no us verrons ei-après qu'il y a au contraire des raisons de croire que ses particules constituantes sont, dans la plupart des cas, renou­velées d'une façon assez rapide et remplacées par d'autres dues à la désagrégation des matériaux sous-jacents".

3.2. Les racines de la pédologie américaine

La seience du sol devait prendre un tout autre itinéraire en Amérique du Nord. Ce sont, dans ce pays, les naturalistes qui ap­paraissent, avec Ie recul du temps, comme les fondateurs et les initiateurs des études sur Ie sol.

Au milieu du XIXème siècle, ce sont les idées simplistes de E. Ruffin qui dom inent la conception du sol du grand public améri­cain car son livre "Essay on calcareous Manures" fut aux U.S.A. un des tous premiers ouvrages si ce, !l'est Ie premier -( 1832 et einq é­ditions jusqu'en 1853) concernant les sols et leur chimisme. Son influence fut énorme et elle était encore sensible dans la classifi­cat ion de Marbut avec les Pedocals.

Ruffin a donné à la présence du calcaire dans les sols une im­portance considérable et exagérée. Sans en avoir la notion précise, il a même eu l'intuition des sols saturés en calcium mais non cal­caires.

Son influence a quelque peu limité l'adoption des résultats de la chimie du sol par les premiers agronomes américains et justifié peut-être la réaction de Whitney qui donna, vers 1900, la priorité au stockage de l'eau par Ie sol dans l'appréciation de ceux-ci.

C'est en fait Eugène Woldemar Hilgard (1833-1916) qui fut Ie grand pionnier de la science du sol aux U.S.A., plus solitaire et moins concepteur que Dokouchaev, plus dispersé que Müller mais contribuant puissamment aux progrès de nombreux domaines de la pédologie.

11 étai t né Ie 5 janvier 1833 à Z weibrücken en Bavière. Son père, président libéral d'une Cour d'appel, émigra aux U.S.A. en 1836, et prit une ferme à Belleville dans l'Illinois. Il envoya son fils faire ses études à Heidelberg en 1849. Hilgard y passa son doctorat en 1853. Il étudia aussi à Zurich et à Fribourg (Saxe). De 1853 à 1855, il séjourne en Espagne ou il se marie. En 1855, il commence sa carrière au Mississipi, comme géologue de l'Etat, puis professeur de Chimie à 1 'Université de Oxford (Mississipi) en 1866. En 1873, il passe à l'Université du Michigan, à Ann Harbor, comme professeur de Géologie et d'Histoire naturelle. En 1875, il est appelé à Berkeley, Université de Californie, comme professeur d'Agriculture et de Botanique. Il devient directeur des stations expérimentales et

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doyen du Collège d'agriculture. Professeur émérite en 1906, il meurt à 83 ans Ie 8 janvier 1916. .

L'oeuvre de E. W. Hilgard est immense par Ie nombre et la di­versité de ses contributions. Elle est absolument remarquable par la nouveauté de celles-ci et par l'importance des notions qu'il a dé­gagées, Ie premier, dans des branches très différentes de la science du sol.

Dès 1860, dans son rapport sur la géologie et l'agriculture de l'Etat du Mississipi, Hilgard énonce une série d'idées fondament ales sur Ie sol. Sa définition en est "la couche superficielle de la terre atteinte par les racines des. plantes" et il étudie Ie sol en décrivant des coupes et en découpant celles-ci en plusieurs tranches qu'il appelle surface soil, subsoil, under subsoil, etc ... 11 préfêre étudier les sols vierges pour connattre Ie cas général dont les sols cultivés ne sont que des cas particuliers et il est conscient de 1 'évolution naturelle des sols et des modifications chimiques qui s'y produisent.

E. W. Hilgard contribua largement à perfectionner l'étude des I~chantillons de sols au laboratoire : analyse mécanique et granulo­métrie, analyses chimiques dont il vulgarise les méthodes euro­péennes (notamment les méthodes de Grandeau pour l'humus). On lui doit la not ion de C/N et celle de "faim d'azote".

En 1880, il publie, avec des collaborateurs : "The Cotton census of 1880", énorme rapport de prês de 2 000 pages. Une grande par­tie en est consacrée à la description de "régions de sols" avec des sous-catégories et des variétés. Hilgard insiste sur les passages pro­gressifs et les imbrications de sols. Ses descriptions de sols sont três détaillées et accompagnées de nombreuses analyses. Il nuance beaucoup la division en sols calcaires et non calcaires qui était celle de Ruffin et donne au calcaire Ie premier röle dans Ie stocl<age de l'humus notamment dans les sols de prairie, ce qui se­ra repris par la suite et opposé à Dokouchaev par des auteurs européens.

Hilgard est aussi l'auteur de recherches, plus connues, sur les sols salés et les sols à alcali et son act ion dans ce domaine a été décisive en Cali fornie.

En 1892, Hilgard a publié en allemand, en anglais et en fran­çais un texte majeur sur l'action du climat sur la formation du sol. Ce texte, qui a été longtemps oublié, a eu probablement. plus d'im­pact chez nous que les travaux de Dokouchaev, bi en que ce dernier ait été crédÏié de certaines idées de Hilgard.

Les dernières années de Hilgard ont été marquées par sa contro­verse avec Whitney (autour. de 1903), qui reste une des sombres . pages de la Science du sol et qui a longtemps marqué la pédologie américaine. Whitney prétendait que Ie sol était d'une fertilité quasi infinie et que les seules études à faire concernaient Ie bilan de 1 'eau. Il avait du sol et de son étude une concept ion très "fragmen­tiste", alors que Hilgard était globaliste . . De plus, des appuis poli­tiques différents et des intrigues à Washington compliquêrent beau­coup les choses; outre que Hilgard, qui avait un esprit très caus­tique et vivait en Californie, ne sut pas manoeuvrer et n'eut pas les appuis qu'avait, de son cöté, Ie chef du Soil Survey.

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La retraite, en 1906, et Ie silence organisé par Whitney ont fait que Hilgard a été oublié par la majorité des pédologues américains jusqu'en 1935, et notamment par Marbut.

Hilgard a été, en quelque sorte, redécouvert par les Américains et notamment par J enny et J offe. 11 est considéré maintenant comme un des très grands et comme un fondateur, au même titre que Dokouchaev, de la pédologie. Ses apports scientifiques sont pro­bablement beaucoup plus importants mais il n'a pas su clarifier suffisamment sa vis ion pour en faire une théorie et il n'a pas eu de disciples immédiats pour chanter sa gloire. Son influence à l'étranger a été plus grande que dans son pays. Des hommes comme Ramann, De Sigmond, Mohr, Prescott, et, en France, Grandeau, lui ont rendu un éclatant hommage.

11 y a eu bien d'autres chercheurs en science du sol aux U.S.A. à la charnière du XIXème et du XXème siècle.

11 suffira d'évoquer ici la figure de G. N. Coffey (autour de 1900) qui fut, semble-t-il, Ie premier aux U.S.A. à proposer de considérer Ie sol comme un corps naturel qui devait être classé sur la base de propriétés propres et dont les di fférences entre ces propriétés étaient dues aux changements de climat et de végétation. 11 proposa des grands groupes de sols (apparemment, c'est lui qui utilisa ce terme de groupe Ie premier) : aride, prairie, marécage, organique et forestier (d' après Buol et al, 1980).

11 est aussi connu pour sa découverte de l'érosion éolienne des sols salés.

11 a publié, en 1913, "A study of soils of the United States", dans lequel il décrit les travaux russes bien avant Marbut. 11 y ex­pose d'autre part des idées générales très en avance sur son temps (aux U.S.A.) et définit Ie sol comme "un corps naturel ayant une genèse définie et une nature propre et distincte et occupant une position indépendante ... à la surface de la terre".

Kellogg (1974) dit de lui "An important extension for a better concept of soils in the U.S.A. was made by G. N. Coffey (1912). He worked under Whitney who wrote a derogatory preface for his excellent bulletin, and Coffey left the Soil Survey", et ce n'est que bien plus tard que de jeunes pédologues ont "redécouvert" l'oeuvre de Coffey. Rust (in litteris) indique qu'il aurait quitté Ie Soil Survey en 1906 pour un poste à l'Université de l'Illinois.

D'après D. Rust, . Coffey avait assisté au Congrès International de Géologie à Saint-Pétersbourg en 1897, et c'est sans nul doute I 'un de ceux qui a reçu Ie message des pédologues russes à travers la conférence de Sibirtzev à ce congrès.

Coffey a été président de The American Society of Agronomy en 1909.

Avec Hilgard, Coffey est un des fondateurs de la pédologie gé­nétique aux U.S.A.

La science du sol, c'est-à-dire la pédologie au sens Ie plus large, s'est développée progressivement dans ce pays entre 1910 et 1940 dans une marche impressionnante vers la puissance des moyens mis en jeu, la convergence des efforts et l'ampleur du champ concep­tuel. Marbut, puis Kellogg ont été les artisans, avec beaucoup d'au-

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tres, de ce développement exemplaire.

3.3. Les francophones ou Ie triomphe de l'esprit d'analyse

Avant tout, la science du sol en France est dominée par la per­sonnalité de Jean Baptiste Bous_singault (1808-1887), l'un des plus grands agronomes du XIXème siècle.

A 14 ans, libéré d'études secondaires, c'est pour la chimie, la géologie et la minéralogie qu'il se passionne; suivant des cours au Museum et au Collège de France, et travaillant les ouvrages de Thénard, il est admis à l'Ecole des Mineurs de Saint-Etienne, ou il se distingue par des travaux de grande valeur sur Ie rale du sili­cium dans l'acier.

11 accepte alors un poste de professeur à l'Ecole des Mines de Bogota. 11 poursuit des travaux de nature très variée : géologiques, minéralogiques, topographiques, chimiques. C'est là que naît son in­térêt pour l'agronomie, car il organise des cultures pour ravitailier ses mineurs.

Colonel de l'armée de Bolivar, auquel il avait été chaudement recommandé par Humboldt, cette période de 10 ans lui a permis de rédiger plus de 40 notes dans les "Anna les de Chimie et de Physique".

Nommé doyen de la Faculté des Sciences de Lyon en 1834, il se marie en 1836, et ses travaux agronomiques commenceront alors avec l'acquisition de la ferme de Pechelbronn qu'il transforme, avec son beau-frère Le Bel, en ferme expérimentale.

Elu en 1839 à l'Académie des Sciences et, en 1842, à la Société Nationale d'Agriculture, il publie en 1843 son "Economie rurale"; il est nommé, en 1845, à la Chaire d'Agriculture du Conservatoire National des Arts et Métiers.

En 1848, il est député du Bas-Rhin; nommé conseiller d'Etat en 1849. Le coup d'état du 2 décembre 1851 devait entraîner pour lui un imbroglio politico-administratif à la suite duquel il est réintégré, gräce à la pression unanime de ses collègues, dans Ie poste de professeur de chimie agricole qu'il occupa jusqu'en 1873, et ou il fut remplacé par J. J. Schloesing. En 1876, il fut chargé de la di­rection des laboratoires de chimie de l'Institut National Agrono­mique par E. Tisserand.

Depuis 1847, i1 séjournait_l'été au Liebfrauenberg en Alsace, ou il applique I'analyse chimique quantitative à ses expériences agrono­miques. 11 réalise ainsi des bilans de la teneur en certains éléments à différents stades chez les plantes, des animaux, dans les assole­ments. Ses travaux portent surtout sur l'azote, et son cycle sol, -plante - animaux. 11 met en évidence Ie départ de silice dans l'al­tération des feldspaths en kaolin. 11 fait des recherches sur les nitrates, les phosphates et autres engrais minéraux, et sur Ie fumier.

11 fait aussi des recherches sur la teneur en ammoniaque des eaux de drainage, la diffusion verticale et horizontale, la nitrifica­tion. 11 montre que les éléments se trouvent sous deux états dans Ie sol, assimilables ou non, donc que I' analyse chimique globale des

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sols n'a que peu d'utilité pratique. Pour lui, la qualité d'un sol ara­bIe dépend surtout de ses propriétés physiques : faculté d'imbibi­tion, densité, couleur, conductibilité pour la chaleur, rapport sable/ argile, propriétés vis à vis de l'eau, présence de "terreau".

J. B. Boussingault fut en France Ie créateur de la chimie agri­cole; s'il a créé ou précisé certains concepts, comrne la nitrifica­tion, la présence d'éléments sous forme assimilabie, Ie lessivage oblique, il n'a point eu - malgré ses voyages en Amérique du Sud -la notion de sol au sens pédologique, et a davantage été un agro­nome qu'un pédologue, bien que la lecture de ses oeuvres réserve en la matière des surprises de taille. Il avait notamment une vision très dynamique du sol et savait pertinemment que les éléments d'un sol sont en perpétuel transfert, verticalement, horizontalement et obliquement ! ...

Son nom reste associé, avec ceux de Liebig et de Lawes, à la naissance de la chimie agricole à partir de 1840 et au dévelop­pement de la recherche agronomique moderne.

J. B. Boussingault eut des disciples et des élèves : Schloesing, Müntz, des contemporains : Ville et Deherain, des collègues : J. B. Dumas, Berthelot ou Choiseul. Tous, à des degrés divers, ont fait progresser la science du sol mais surtout par des contributions à la physiologie végétale, à la nutrition des plantes et à l'analyse de leurs conditions de croissance.

Le plus généraliste de tous ces hommes remarquables fut Louis Grandeau (1834-1911).

Dès 1872, Grandeau avait étudié un chernozem en collaboration avec un certain Galland, agronome du comte Potocki. Ses méthodes et ses résultats sont déjà très "pédologiques".

Animateur remarquable, Grandeau a été, après Boussingault, une figure de tout premier plan de la science du sol et de l'agronomie française de la deuxième moitié du XIXème siècle.

Grandeau a probablement été tenté par les approches globales de Dokouchaev, mais outre Ie scepticisme, voire l'indifférence des chimistes, il se heurte à l'opposition des agronomes qui étaient bien au courant du développement exemplaire de la géologie en France. Après Delesse et Carnot, c'est Eugène Risler (I828-1905) qui représente Ie mieux cette tendance.

Risier naquit Ie 5 novembre 1828 à Cernay en Alsace, au sein d'une riche famille . manufacturière. Il fut donc bien placé pour ob­server la misère ouvrière, et songea à rechercher les moyens de la soulager. Aussi, après ses études secondaires, il étudia l'économie. Ses maîtres furent sans doute les physiocrates, car il fut vite con­vaincu que la terre, source de tant de richesse, devait être à la base de l'économie sociale de la France.

Il décida donc de suivre les cours de l'Institution Royale Agro­nomique de Grignon comme élève libre. Cette Ecole avait, à peu près, l'age de Risier et son fondateur, Auguste Bella, y enseignait encore.

En 1849, Risier partit pour l'Allemagne. Il fréquenta les écoles et les personnalités marquantes du monde agricole de ce pays.

Lorsqu'il revint, en 1851, en France, il vint travailier comme

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prêparateur à l'Institut Agronomique de Versailles qui avait êtê fondê en 1848. En 1852, cet Institut disparaissait. Cependant, Risier s'y êtait fait des amis parmi les professeurs : L. de Lavergne, Boitel, Lecouteux et parmi les êlèves : Tisserand.

C'est avec Tisserand que Risier part faire un voyage en Angle­terre et en Ecosse. De retour en France, Risier se marie avec une genevoise. Il achête alors, en 1857, dans Ie canton de Vaud un do­maine, Calèves, au bord du lac Lêman. Ce domaine devient bien­töt une vêritable station agronomique et de là, Risier publie les rêsultats de ses recherches.

Lorsqu'en 1876, l'Institut National Agronomique fut rêtabli à Pa­ris, la direction en fut confiêe à Tisserand qui, depuis sa sortie · de Versailles, connaissait une brillante carrière administrative. Tisserand appela Risier à la chaire d'Agriculture comparêe. Lorsqu'en 1878, on confia à Tisserand la direction de l'Agriculture au Ministère, Risier devint directeur de l'Institut National Agronomique. C'est pendant cette pêriode de direct ion de l'I.N.A. que Risier publie sa "Gêologie agricoie", dont Ie premier tome parut en 1884 et Ie qua_­trième et dernier en 1897.

Risier, très frappê par la valeur des cartes gêologiques françaises et aussi par les relations êtroites qui existent dans notre pays en­tre les sols et les roches, ne trouvaif pas utile la rêalisation de cartes de sols. 11 a convaincu des génêrations d'agronomes que la carte géologique êtait nécessaire, mais aussi suffisante.

Au fond, il constate : 1- que les premiers essais ont donnê des cartes incomplètes, bien

que très compliquêes; 2- que les "êconomistes" ne pouvaient guère s'en servir car elles

ne pouvaient pas donner tous les renseignements dont ils avaient besoin;

3. ·qu'elles ne serviraient "à rien du tout" pour les cultivateurs car ceux-ci ne s'intéressent qU'à leurs propres terres et les renseig­nements de la carte proviendraient d'eux-mêmes !

Sa forte personnalité, la valeur de ses écrits ont fait qu'il a fallu 70 ans après la deuxième êdition de son livre (1898-1968) pour que Ie Service d'Etude des Sols et de la Carte Pêdologique de France prenne naissance, bien après ceux de nombreux pays.

En son tem ps, il avait raison : la carte gêologique de France é­tait dêjà un document exceptionnel, alors que les technfques et les concepts de -la science du sol ne permettaient pas de rêsoudre mieux Ie problème de l'inventaire des sols.

Mais tout change. Comf!le tous les secteurs de la sociêtê moder­ne, celui de la science du sol a connu non seulement des progrès techniques, mais des mutations intellectuelles. Nous abordons les problèmes avec d'autres moyens, mais surtout avec d'autres con­cepts que nos prédécesseurs. Leur oeuvre reste admirable et la lec­ture de la "Gêologie Agricole" d'Eugène Risier est encore aujour­d'hui une mine de renseignements sur les sols français.

Son analyse fut renforcêe par celle de son collègue, professeur de Gêologie à l'Institut National Agronomique, Ad. Carnot qui pu­blia, en 1894, son Rapport sur les cartes agronomiques. Les nom-

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breuses cartes qui avaient déjà été établies à cette époque, tantöt départementales, tantöt cantonales ou communales, sans unité de méthode et sans lien entre elles, rendirent en fait peu de services et Carnot Ie constata, sans s'apercevoir que la pédologie génétique apportait peut-être une réponse à ses critiques.

4. CONCLUSIONS

Pendant toute la deuxième moitié du XIXème siècle il y a eu des savants d'origines diverses : géologues, chimistes, biologistes, agro­nomes qui abordaient l'étude du sol avec leurs langages, leur mé­thode et les techniques de leurs disciplines. Cela ne les empêchait pas d'être aussi d'excellents naturalistes généralistes et de conce­voir Ie sol aussi comme un système dynamique de la nature. V. V. Dokouchaev a mieux exprimé cette concept ion synthétique du sol, "primus inter pares". Les chercheurs du début du XXème siècle fu­rent en général plus analystes : moins peut-être en U.R.S.S. ou aux U.S.A., plus encore en France et en Angleterre, aux hasards des héritages philosophiques et historiques. Après une période mar­quée par les remarquables progrès des analyses, grace aux décou­vertes des disciplines voisines : chimie, physique, minéralogie, etc ... et qui s'étend de 1900 à la seconde guerre mondiale, Ie renouveau d'une démarche globaliste pour étudier Ie sol comme un système complexe et dynamique devait se produire à part ir de 1930 mais, comme il est écrit dans Ie Soil survey manual "d'une façon peu théätrale" par opposition avec l'apparition de la chimie du sol en 1840 et de la pédologie génétique en 1883.

BIBLIOGRAPHIE

La plupart des informations contenues dans ce texte proviennent de sources très diverses. Elles seront publiées dans un ouvrage "Matériaux pour une histoire de la pédologie" - Revue "SOLS N° 13, sous presse, sous la signature J. Boulaine (1984). Les références suivantes concernent seulement les textes expressé­ment cités dans Ie texte et donnent elles-mêmes de nombreuses références notamment Boulaine, Krupenikov, J offe, Müller, etc.

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Tegenhangers en volgelingen van Dokouchaev : enkele tijdgenoten van de stichter van de genetische bodemkunde

Samenvatting

Het ontstaan van de genetische bodemkunde in de tweede helft van de XIXe eeuwen de opkomst van een veralgemeende weten­schap van de bodem zijn het gevolg van een meningsverschil tussen naturalisten en fundamentalisten.

De initiatiefnemers en de voorgangers waren in hoofdzaak Duitse agro-geologen. De Russen wisten de ideeën en de grootse visie van Dokouchaev te aanvaarden en te valoriseren. De Britse scheikundi­gen en de Amerikaanse naturalisten zorgden voor een belangrijke bijdrage, terwijl de analytische geest van de Fransen hen een ze­kere achterstand bezorgde in het aanvaarden van de nieuwe concep­ten.

Behalve enkele gersoleerde voorgangers in diverse landen is het echter hoofdzakelijk aan deze vier denkscholen te danken dat de veralgemeende kennis en studie van de bodem, of m.a.w. de bo­demkunde, zich gedifferentieerd heeft tot een onafhankelijke weten­schap tussen 1860 en 1900.

Antagonists and disciples of Dokouchaev : some contemporaries of the founder of the genetical soil science.

Summary

f30th the birth of genetical pedology during the second half of the nineteenth century and the emergence of a generalized soil science result from a dialectic between naturalists and fundamen­lists.

German agrogeologists were the main pioneers. Russians were able to accept and valorize Dokouchaev's ideas and broad vis ion, Britisch chemists and American naturalists made an important con­tribution, whereas the French we re driven to a certain delay in the acceptance of the new concepts by their analytical spirit.

Notwithstanding a few isolated precursors in many countries, it is mainly due to these four Schools that a generalized soil science and pedology became an independent science between 1860 and 1900.

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PEDOLOGIE, XXXIV-I, p. 23-33, 2 tab., 5 fig., Ghent, 1984

SEASONAL FLUCTUATION OF MINERAL NITROGEN IN THE ROOTZONE OF SANDY SOILS

Abstract

Y. M. KHANIF O. VAN CLEEMPUT

L. BAERT

Research project financed by I. W.O.N.L. (Institute for Encour­aging Scientific Research in Industry and Agriculture, Brussels, Belgium).

On sandy soils, covered by maize (Zea Mays . L.) and barley (Hordeum vulgare L.) in rotation, the changes of mineral N in the soil up ·to 100 cm depth (rootzone) were investigated every six weeks over two years. It was found that the NO;-N was affected by N fertilization, crop uptake, mineralization, denitri­fication, leaching and groundwater movement. The total NO;-N content in the 100 cm soil profile ranged between 20 and about 200 kg N/ha. The NH!-N content was generally low and did not exceed 50 kg N/ha. The results indicated th at leaching of NO;-N in the summer was negligible, except under heavy rainfall. A substantial amount of NO;-N was found at the end of the grow­ing season. This amount, however, was lost during the following winter, mainly by leaching.

Key-words

Mineral nitrogen, soit, leaching, groundwater, nitrate, ammonium.

1. INTRODUCTION

The amount of mineral N in the soil is the net result of several processes. It is positively influenced by the mineralization of organ­ic N and by fertilizer and manure application. The harvested plant parts do not recover all of the applied N. In . many cases plant re-

Y. M. Khanif - Soit Science Department, University of Agriculture Malaysia, Serdang, Selangor, Malaysia. O. Van Cleemput & L. Baert - Faculty of Agriculture, University of Ghent, Coupure 653, 9000 Ghent, Belgium.

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covery is less than 50% (Westerman et al., 1972; Patrick and Reddy, 1976; Riga et al., 1980; Van Cleemput et al. 1981). Thus, a substantial amount is left in the soil or gets lost.

The mineral N in soil is negatively influenced by plant uptake, leaching, denitrification and in some cases by volatilization. Sub­stantial leaching loss can occur in sandy soils under heavy rainfall (Wild and Cameron, 1980). Denitrification can only occur under anaerobic conditions, with a sufficient supply of organic matter, at temperatures between 5 and 40°C and at pH values higher than 5 (Bremner and Shaw, 1958).

The objective of this study was to follow the changes of min­eral N in the root zone under the current agricultural practices. A knowledge of the seasonal fluctuations of mineral N in the root­zone is helpful to understand reasons for groundwater pollution. It also helps to formulate a fertilization program me (Stanford, 1973; Hofman et al., 1981).

Therefore, the soil mineral N content of the rootzone was de­termined every six weeks during a two-year period. The samples were taken from fields grown with maize (Zea mays L.) in rotation wi th barley (Hordeum vulgare L.).

2. MATERlALS AND METHODS

Soil samples were taken from four fields (Evergem : E-l and E-2 and Sint-Laureins : SL-l and SL-2), all located in the sandy area of Belgium. Some properties of the soils studied are given in table 1. The study was conducted during a two-year period (October 1979 to December 1981). The rainfall during this period was about 800 m m per year and the monthly distribution is presented in ta­bIe 2. The fluctuation of the depth of the groundwatertable is given in figure 1.

Three core samples of 1 m depth were taken from each field at a six weeks interval. To minimize variability, all samplings throughout the study were done within the same confined area. Soil sampling was do ne by using the tube method (Verdegem et al., 1981). The soil core was cut into 10 segments of 10 cm each. Ammonium and NO~-N were extracted from each segment by shak­ing with IN KCI for 1 hour and a 1:2 soil to solution ratio. To avoid microbial interference on the mineral N content, the samples were extracted immediately (without drying) or kept at low tem­perature if immediate extract ion was not possible (samples were

Table 2 Monthly rainfall (mm) during the sampling period.

Year Month Total

J F M A M J J A S 0 N D

1980 73 64 71 32 20 93 161 55 14 86 52 102 823

1981 90 32 95 40 93 71 25 32 51 145 70 52 796

24

t--:)

CJ1

Table 1 Relevant chemical properties of the studied soils.

Profile depth pHK'CI pH(H

2O) % C % N C:N

(cm)

E-l 0-10 4.3 5.6 1.04 0.12 8.67 10-20 4.2 5.4 0.98 0.11 8.91 20-30 4.3 5.6 0.74 0.06 12.33 30-40 4.0 5.4 0.34 0.06 5.67 40-50 4.1 5.2 0.23 0.04 5.75 50-60 4.2 5.2 0.10 0.03 3.33 60-70 4.2 5.1 0.05 0.02 2.50 70-80 4.1 5.0 0.05 0.02 2.50 80-90 4.3 5.7 0.05 0.01 5.00 90-100 4.4 5.9 0.04 0.01 4.00

SL-l 0-10 5.0 6.1 1.20 0.10 12.00 10-20 4.9 6.0 1.16 0.12 9.67 20-30 4.8 5.7 1.10 0.12 9.17 30-40 4.9 5.7 0.99 0.12 8.25 40-50 4.6 5.6 0.72 0.08 9.00 50-60 5.5 5.4 0.59 0.03 19.67 60-70 4.8 5.6 0.34 0.02 17.00 70-80 5.0 6.1 0.14 0.01 14.00 80-90 7.9 8.3 0.16 0.01 16.00 '90-100 7.8 8.4 0.19 0.01 19.00

Profile depth pHKCI pH(H

20) % C % N C:N

(cm)

E-2 0-10 4.2 5.9 1.36 0.16 8.50 10-20 4.0 5.2 1.24 0.15 8.27 20-30 4.0 5.2 1.18 0.13 9.08 30-40 4.2 5.1 0.86 0.10 8.60 40-50 4.4 4.9 0.87 0.09 9.67 50-60 4.5 5.1 0.48 0.06 8.00 60-70 4.5 5.3 0.23 0.03 7.67 70-80 4.6 5.4 0.18 0.02 9.00

.80-90 4.6 5.5 0.14 0.02 7.00 90-100 4.5 5.4 0.10 0.01 10.00

SL-2 0-10 5.0 6.2 0.91 0.10 9.70' 10-20 4.9 5.9 0.90 0.11 8.19 20-30 5.5 6.5 1.03 0.11 9.36 30-40 5.1 5.8 0.69 0.09 7.67 40-50 4.6 5.3 0.57 0.07 8.14 50-60 4.4 5.0 0.65 0.05 13.00 60-70 4.5 5.1 0.38 0.04 9.50 70-80 7.2 7.9 0.15 0.03 5.00 80-90 7.8 8.5 0.18 0.04 4.50 90-100 7.8 8.7 0.21 0.04 5.25

Ti me of t he year (month ) 1980 1981

o J F MAM J JAS 0 N 0 J F MAM J JAS 0 N 0 o~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~--~~~--~--

40

80

120

180 _ Sl-l

<>--0 Sl- 2 200 .... _ .. E-1

()--.() E-2

Fig. 1 Depths of groundwatertable as a function of time.

? 1 I I I , 1--.

, It'

,\ ! \ , A/I ',b..o-d' ,'ó

.... ' \ f , , --.-

never kept for more than one day). Ammonium and NO;-N we re determined by steam distillation (Bremner, 1965). The results are presented in kg/ha for the 0-30, 30-60 and 60-100 cm layers by summation of the va lues per 10 cm.

3. RESULTS AND DISCUSSION

3.1. Nitrate Nitrogen

3.1.1. Evergem-l (E- 1)

The NO;-N content in the root zone of the E-l soil profile during t he two-year period is presented in figure 2. Early 1980, the NO;-N in the top 60 cm does not change importantly. In the 60-100 cm zone, there was first an increase followed by a decrease. Part of this change can be explained by the dilution and movement of the groundwatertable which drops down in J anuary and February and rises in March-April. Af ter the addition of 113 kg N/ha as NH4 N03

in April, 1980, there was a sharp increase in the NO;-N content of the 0-30 cm layer. However, it feIl back to a few kg/ha in less than six weeks. The decrease of the N03-N from this layer could be due to plant uptake, leaching and denitrification. The losses from this layer can not be totally explained byerop removal, only since the maize was not fully established. To a minor extend, also some NO;-N could have disappeared by incorporation in the organic mat­ter pool. Leaching might have been important, because at this time there was an unusually heavy rainfall (tabie 2). A corresponding in­crease in the deeper Iayers, however, was not observed simultaneous­Iy. It was onIy observed at the subsequent sampling. This can be explained by the fact that at the earlier sampling, there was an unusually high watertable (fig. 1), so that the NO;-N increase could not be observed, probably due to dilution. In the latter sampling,

26

MAIZE BARLEY

180 0--0 0 -30cm

__ 30 -60cm

15 0--0 80 -100cm

/' I \ 120 \

\ - \

\ 90

• /\ / \

/ \ 1 \ / \

1 \ 1 \

1 \ \ \ \

\ \ \ \

\ ''iM \

\ \ •

8

3

0

----., ,

1979 1980 1981 T i me of the year (IIIOnth)

Fig. 2 Soil NO;-N content as a function of time in Evergem-l (E- 1).

however, the watertable was low and the NO;-N increase could thus be observed in the 60-100 cm zone.

At harvesting time (September, 1980), there was still a sub­stantial amount of residual NO;-N remaining in the rootzone (most­ly in the 60-100 cm zone). Af ter the maize, barley was sown in October 1980. Nitrogen uptake by the barley during the winter would not be substantial. Thus, most of the NO;-N in the profile would be lost by leaching and can accumulate in the groundwater. Analyses of groundwater samples up to 2.0 m depth indeed showed a high amount of NO;-N (Khanif et al., 1984). Substantial denitrifi­cation was not expected due to the low temperature and insufficient supply of energy in the 60-100 cm zone, where most of the NO;-N was found.

The addition of fertilizer N to the barley plot in March 1981 was not reflected in the soil samples. This can be explained by the rapid N-uptake by the already established barley plants. Af ter the barley was harvested there was an important increase in the NO;-N content of the 30 cm layer as a result of N mineralization and fertilizer application for the" following erop, i.e. turnips. By Novem­ber 1981, the NO;-N in the 0-30 cm zone was largely reduced due to erop uptake and to some extend due to leaching and the diluting effect of the rising groundwat~rtable.

Concerning variability, it was found that for nitrate determina­tion, including sampling and analysis, the variation coefficient was in the order of 20%. This is comparable with values found on Bel...., gian sandy loam profiles (Hofman, 1983).

L 27

3.1.2. Evergem-2 (E-2)

This field was covered by barley, followed by 'turnips in 1980 and by maize in 1981. As can be seen in figure 3, the total amount of NO;-N was very high in the 1979-80 winter, especially at the lower depths (30-100 cm). Af ter J anuary 1980, an important part of this amount was leached from the 100 cm profile.

'[he application of 50 kg N/ha in March 1980 did not increase the NO~-N content of the 0--30 cm or the 30-60 cm layers. There was only a slight increase in the 60-100 cm zone. Most of the applied fertilizer N was lost, most probably by denitrification, since N up­take was low (the plants showed deficiency symptoms) and the evi­dence of substantial leaching was not observed. Due to the high loss of the fertilizer N, an additional amount of NH .. N0 3 , at the rate of 50 kg/ha, was applied on April 19, 1980. As a result of the application and probably also by mineralization, the NO;-N con­tent in the 0-30 cm layer increased to about 120 kg N/ha. At harvesting, the NO;-N content of the 0-30 cm layer had dropped to about 30 kg N/ha due to crop uptake and substantial movement in­to the 30-60 cm layer. There was a corresponding decrease in the total NO;-N content of the 100 cm profile.

On July 30 1980, af ter the barley was harvested, slurry and NH4 N03 fertilizer were added and turnips were planted. As a con­sequence, there was at first an increase in the NO;-N content in the 0-30 cm layer, followed by a continuous decrease of the total NO;-N content of the 100 cm profile till a very low level was reached in wintertime. The addition of farm yard manure and slurry in February 1981 did not affect the NO;-N content of any of the

BARLEY

180

80

30

1878 18ao

Fig. 3

F = Fertil i zer appl ication MAllE 'i. '1anure application

H • Harvest

0---0 0 -30cm

FJ

,4 I

\ \ \ \ \ \

~30-eocm F /

M Y \ Hr

\ i \ .... /

/

/ /

/ /

\

~.......... ---.

1881 Time of the yen (month)

Soil NO;-N content as a function of time in Evergem-2 (E-2)

28

layers. However with the addition of fertilizer N on April 16, 1981, and on June 10, 1981, the NO;-N content was largely increased, especially in the 0-30 cm layer. During the first growing period, the NO;-N level remained high and there was little movement into lower depths. At harvesting time (September 1981), the NO;-N con-· tent in the 0-30 cm layer was reduced. The total residual NO;-N remaining in the root zone was still substantial (150 kg N/ha). This amount would most probably be lost by leaching in wintertime, contributing to the increase in NO;-N content of the groundwater (Khanif et ai., 1984).

3.1.3. Sint-Laureins-1 (SL-1)

In the 1980 growing season, as shown in figure 4, the NO;-N content in the 100 cm profile was low (less than 40 kg N/ha) before N fertilization. Following the application of fertilizer N (NH4 N03 ) at the rate of 83 kg N/ha on May 1980, the NO;-N content of the 0-30 cm layer increased sharply to more than 100 kg N/ha, with little change at lower depths. The NO;-N content in the top 0-30 cm layer remained high until the middle of July. The NO;-N content in the soil profile reflects the net result of the plant uptake, mineralization and -loss processes. The high NO;-N contents enregistered from May to July suggests that loss processes are not very important.

In J uly 1980, a high rainfall was noted and the groundwatertable was unusually high. This was reflected by the decrease of the NO;-N content in the 30-60 cm layer in the August sample.

At the harvesting time of the maize (October 1980), the NO;-N content of the 0-30 cm layer was largely reduced to less than

180

1&0

120

- 90

~

ISO

30

Fig. 4

MAIZE 0--0 0- 30 cm

BARLEY

M

I

_ 30-ISOcm

F .......... ~ 0--0 1S0-l00cm

I! \ .--"H ,.,., I \

I ' I \ I \ I \ , .• --.. , / ,, / \

I ~// \

F • F~rtl1iz~r application

M • Manur~ application

H • Harvest

F

H

I \ I \ /~ I " ~

\ • __ ... 'e.. .---.--

. I .............. ' , I ........... ",/'"

,~ ~----'--~ . ...,

1980 1981 Time of th~ y~ar (IIIOnth)

Soil NO;-N content as a function of time in Sint-Laureins-1 (SL-l).

29

15 kg N/ha, mostly due to plant uptake. Some loss through leaching out of the top 30 cm was also observed, as the NO;-N content in the 30-60 cm zone and the 60-100 cm zone in the subsequent samplings increased. During the 1980-81 winter and up to the be­ginning of the next spring (March 1981), the NO;-N content in the 0-60 cm layer was very low and the total NO;-N content in the 100 cm profile continued to decrease. The loss of NO;-N during this period was most probably due to leaching, since rainfall was high and losses through denitrification or plant uptake were ex­pected to be minimal due to the low winter temperature (Bremner and Shaw, 1958) . . .

Addition of fertilizer N to the barley in the 1981 growing season did not result in a sharp increase of NOrN as compared to the maize plot. A low fertilization level (60 kg N/ha) and field hetero­geneity can partly be the reasons for the absence of any fertili­zation response in the soil samples. The main reason might weIl be the fact that the uptake of fertilizer N started immediately, be­cause the crop was already established. The NO;-N content re­mained low throughout the growing season. The slight increase in total NO~ -N in October was most probably due to mineralization.

3.1.4. Sint-Laureins-2 (SL-2)

On this field, barley and rye were grown in the 1980 season and maize in 1981. As shown in figure 5, the NO;-N content of the barley plot remained low even af ter the application of 48 kg N/ha of NH4 N03 • During the 1980-81 winter the NO;-N remained low (less than 30 kg N/ha), with a minimal content in the 0-30 cm layer.

In the 1981 growing season, with the addition of manure on the maize plot, and by mineralization the NO;-N level was raised and

BARLEY

l!iO

F 120

~,., 80

60

30

1979

Fig. 5

0--00-30 cm .

_30-eOcm

0----0 eO-l00cm

1880

M

MAIZE

F • Fertilizer application

H '"' r1anure application

H • Harvest

1881 Ti,.., of the year (month)

Soil NO;-N content as a function of time in Sint-Laureins-2 (SL-2).

30

remained high in the top 30 cm during the entire growing season. No substantial increase was observed at the lower depths. Af ter harvesting, the NO;-N content of the 100 cm profile decreased substantially. Due to high rainfall in October and the rising ground­watertabie, a decrease of the NO;-N in the top 30 cm was noted. Denitrification loss also could be expected, but direct evidence was not available.

3.2. Ammonium Nitrogen

The NH! -N content in the di fferent layers at the four sites does not differ importantly . and is therefore not presented. The to­tal NH! -N content in the 100 cm profile ranges between a few and 50 kg N/ha. In most cases it is lower than the NO; -N content. This is a consequence of conversion of NH! -N to NO;-N by nitrifi­cat ion. The well-aerated conditions prevailing in the fields favour this conversion.

The source of NH!-N in these fields was mainly from the appli­cation of NH4 N03 (or (NH4 b 504 ) and slurry (animal manure). The slurry is normally applied in early autumn or spring, not only in order to supply plant nutrients but mostly as a means of waste dis­posal. Next to fertilization, mineralization of organic matter is also a source of a continuous NH!-N supply.

Comparison of the NH!-N contents in the three layers, shows that in most cases the amount in the 0-30 cm layer was the highest. The amount at lower depths was usually low. · The lower NH! -N contents in the deeper layers suggest that downward move­ment through leaching was limited, mainly as a consequence of the (positive) electrical charge of the ion.

4. CONCLUSIONS

The NO;-N content of the soit is affected by fertilization, crop uptake, leaching, denitrification, mineralization, and groundwater movement; all these parameters are associated with the season. In the four locations, the NO~-N content in the 100 cm soil profile ranges between a few and about 200 kg N/ha, with the highest amounts in spring and summertime, and the lowest amounts in wintertime. The NH!-N contents are generally low due to rapid conversion to NO;-N. Due to the difference in soit properties and soit management, a higher NO;-N content is found in Evergem than in 5int-Laureins. Movement of NO;-N by leaching is observed main­ly during wintertime. It should be taken in mind that a sandy soil profile favours the leaching process. There is little movement dur­ing the growing period. The data indicate little evidence for deni­trification. The amount of residual NO;-N is affected by the types of crop, showing a higher amount af ter maize than af ter barley cultivation.

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REFERENCES

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32

I .

Seizoenale fluctuatie van de minerale stikstof in de wortelzone van zandgronden

Samenvatting

Gedurende een periode van twee jaar werden om de zes weken de veranderingen aan minerale N in het bodemprofiel tot 100 cm diepte (wortel zone) nagegaan in een aantal Belgische gronden. Dit onderzoek greep plaats op zandbodems begroeid met mais (Zea Mays L.) en gerst (Hordeum vulgare L.). Er werd vastgesteld dat het nitraatgehalte bernvloed werd door de N bemesting, plantopname, mineralisatie, denitrifikatie f uitloging en grondwater-beweging. Het totaal NO; -N gehal te in het 100 cm diep bodem profiel varieerde tussen 20 en ongeveer 200 kg N/ha. Het NH~ -N gehalte was over het algemeen lager dan 50 kg N/ha. De resultaten toonden aan dat uitloging van NO;-N in de zomer verwaarloosbaar is behalve bij hevige regenneerslag. Een niet-onbelangrijke hoeveelheid NO;-N werd gevonden op het einde van het groeiseizoen. Deze hoeveelheid gaat echter verloren door uitloging gedurende de volgende winter.

Fluctuation saisonnière de l'azote minéral dans la zone racinaire de sols sableux

Resumé

Les auteurs ont examiné toutes les six semaines, et ceci durant une période de deux ans, les changements intervenus en azote miné­ral dans Ie profil du sol jusqu'à 100 cm de profondeur (zone racinaire). Cette recherche fut entreprise sur quelques sols sableux de la Bel­gique après une culture de mars (Zea Mays L.) et d'orge (Hordeum vulgare L.). L'on a pu constater que la teneur en nitrate était influencée par l'apport d'engrais azotés, ainsi que par l'incorpora­tion par les plantes, la minéralisation, la dénitrification, Ie lessivage et Ie mouvement de la nappe phréatique. La teneur totale en NO;-N dans les 100 cm superficiels du sol a varié en moyenne en­tre 20 et 200 kg N/ha. La teneur en NH~-N était en général infé­rieure à 50 kg N/ha. Les résultats indiquent que Ie lessivage de NO;-N pendant I'été est négligeable, excepté dans Ie cas de préci­pitations violentes. En fin de la saison de croissance I'on peut re­trouver une quantité appréciable de NO;-N. Cette quantité disparatt toutefois par lessivage durant l'hiver suivant.

33

PEDOLOGIE, XXXIV-I, p. 35-42, 3 tab., Ghent, 1984

CORRELATION BETWEEN VARIOUS PROPERTIES AND THE MINERALOGICAL COMPOSITION OF SOME TROPICAL SOILS

E. TESSENS

Abstract

A stepwise multiple linear regression procedure was used to evaluate the suitability of a number of weathering indicators for tropical soils, such as CEC (pH 7) per 100 g clay, ECEC per 100 g clay, Index of Silica Reaction, Net Charge, pH o and Specific Surface. The weathering stage of the soil was quantified through the mineralogical composition of its diagnostic B horizon.

It was found that only the net charge at soil pH was really successful as a weathering indicator, and that its use should be encouraged.

Key-words

Weathering index, regression.

1. INTRODUCTION

Weathering of soils is a continuous process, whereby many prop­erties are modified as a result of the disequilibrium between the soil minerals and the prevailing conditions in terms of temperature and pressure. As the alteration of the minerals progresses, chemical and physical parameters change accordingly, and some of these have been used to assess quantitatively the extent of the alteration, or "the degree of weathering". The highest weathering intensity occurs in the humid areas of the tropics, and the determination of their particular weathering stage is of considerable importance. Sys (1978) has indicated the link between erop yield and weathering stage for some food crops.

A number of parameters have been proposed to quantify the degree of chemical weathe'ring : some of these are based directly on the mineralogical composition (Goldich, 1938; Jackson, 1968), but they are of ten not suited for routine analysis, and are at best semi-quantitative. The majority of weathering indicators are based

E. Tessens, Dr. Ir. Agr. - Present address : Spurriestraat, 14, B-9030 Wondelgem, Belgium.

35

on a chemicalor physico-chemical property which is supposed to reflect the clay mineralogy. The adequacy of the indicator chosen is inferred from its ability to arrange the investigated soils in a pre-conceived logica I (of ten taxonomic) order, or to reflect the relationship with an external factor such as elevation (Eswaran and Sys, 1976) or distance from a loess source (Beavers et al, 1963). Seldom, however, is the indicator tested against the actual minera­logical composition.

This paper investigates the correlation between some chemical and physical parameters and discusses the suitability and efficiency of a number of them for reflecting the mineralogy of the soil, and thus the extent of weathering.

2. MATERIALS AND METHOOS

Thirty-eight soils from Peninsular Malaysia were used in this study. Their morphology, physico-chemistry and mineralogy have been reported extensively elsewhere (Tessens, 1982; Tessens and Shamshuddin, 1983). The range of some basic variables is given in table 1.

Table 1 Lowest, highest and mean va lues of the amount of kaolinite, gibbsite, dithionite-Fe2 0 3, mica/chlorite, sand+silt and organic carbon (in g/ 1 00 g soil) for the soils under study.

VariabIe Lowest Highest Mean

kaolinite 0 63.2 27.8

gibbsite 0 16.6 1.9

Fe203 0.01 17.9 4.9

m ica/ ch lori te 0 30.2 6.4

sand+silt 8.5 83.7 54.2

O.C. 0.05 1.2 0.5

Charge properties and texture were determined as described by Tessens and Shamshuddin (1982) and Tessens and Siti Zauyah (1982). The Index of Silica Reactivity (ISR) was determined following the method of Gallez et al. (1977), and the Index of Silica Saturation (ISS) is found according to Herbillon et al. (1977). KCI-exchangeable aluminium was extracted with IN KCI in a 1: 10 soil solution ratio. The aluminium was determined with aluminon (Hsu, 1963). The con­cept of "mean horizon thickness" (MHT) was introduced by Biot (1977) and is a morphological parameter for estimating the weather­ing stage. lts calculation is explained by Tessens and Shamshuddin (1983). Specific surface was estimated from EGME - adsorption

36

(Heilman et al, 1965). A stepwise multiple linear regression was used as statistical evaluation procedure (Draper and Smith, 1966), and a computer program was written following the guidelines of Efroymson (1960). Actual calculations we re performed on a Univac 1100/System.

3. RESULTS

The parameters investigated in this study can, in genera 1, be subdivided into those independent of the actual clay content, and those that are influenced by the texture of the soil. The former include : (a) the weathering index (W.I.) as defined by Tessens and

Shamshuddin (1982), as the ratio net charge/negative charge, at soil pH;

(b) the commonly used CEC (lN NH 4Ac-pH 7) per 10q g clay (Sys, 1978); - .

(c) this value divided again by the amount of clay, gives the index proposed by Martini (1970) (hereafter called Martini-index);

(d) the ratio ECEC/I00 g clay as in (b), but using the effective CEC, the sum of KCI-AI and exchangeable bases.

Other parameters refer to the Index of Silica Reactivity (ISR), the Index of Silica Sorption (ISS), the negative, positive and net charge at soil pH, KCI-exchangeable Al, pHo (Hendershot and Lavkulich, 1978) and the specific surface of the whole soil. The calculations were also performed for the MHT and the silt/clay ra­tio (Van Wambeke, 1962), but any relationship with the mineralogy of the soils should be deemed fortuituous. All these indicators were determined for the di agnost ic B-horizons of the studied soils.

As independent variables, the following data we re used on a whole soil basis : % kaolinite, % gibbsite, % dithionite-extractable Fe203, % mica and/or chlorite, % sand+silt (tabie 1). In a second run, the %. O. C. was added to the independent variables, to assess its importance. The principle of the stepwise multiple regression is to admit a variabie into the regression, if its partial F -value ex­ceeds a chosen critical F -value. In this case, since the total number of degrees of freedom is 38, ~he critical F -value was set at 3.00, corresponding to a 95-97.5 % level of confidence. Further details regarding the procedure are given by Draper and Smith (1966).

Table 2 presents the relevant data for the parameters inde­pendent of clay content.

Table 3 presents similar results for the properties that are a function of the clay content.

Low determination coefficients were obtained with MHT (54.67%) and silt/clay ratio (33.52 %) as dependent variabie. This is to be expected since th ere is no obvious relation between these par­ameters and the mineralogy.

Some of the properties listed in tables 2 and 3 can be used as an indicator of the weathering stage of the soil, and it has to be concluded that the most suitable one is the net charge at soil pH. Not only is the determination coefficient the highest, but the

37

Table 2 Parameters, independent of clay content, and the respective deter­mination coefficients and variables in regression. A double entry signifies an increased determination coefficient wh en O.C. is included.

Parameter Determ. Variables in regression coeff (Ofo) (in order of importance)

W.1. 77.43 Fe203 ; m ica/ ch lori te

80.28 Fe203 ; mica/chlorite; O.C.

CEC pH 7 71.12 mica/chlorite; FezÜ3 (per 100 clay)

Martini 55.61 kaolinite; Fe203 index

ECEC per 70.95 Fe203; mica/chlorite; kaolinite 100 g clay 71.47 Fe203; mica/chlorite; O.C.

Table 3 Chemical and physical properties, determination coefficients and variables in regression. A double entry signifies an increased determination coefficient when O.C. is included.

Property

ISR

ISS

Negative charge

Positive charge

Net charge

KCI-AI

pHo

Spec. surface

Determ. coeff. (Ofo)

81.48

85.16

23.48

84.56

91.95

92.96

81.20

65.90

75.77 79.02

Variables in regression (in order of importance)

sand + silt; FezÜ3; kaolinite; O.C

Fe203

mica/chlorite; sand + silt

Fei}3; mica/chlorite; sand + silt; kaolinite

mica/chlorite; Fe203; kaolinite

mica/chlorite; Fe203; sand + silt

Fe203; m.ica/chlorite; kaolinite; gibbsite

sand + silt; kaolinite; gibbsite sand + silt; kaolinite; O.C.; gibbsite

38

I

L

regression includes all major minerals and does not include the influence of texture and organic carbon.

The net charge can be determined by a number of methods, among which the compulsive exchange method (Gillman, 1979) can readily be developed as a routine method. The complete regression equation is : Net charge (meq/l00 g soil) = -0.07 - 0.24 (% mica/chlorite) + ' 0.13 (% Fe203) - 0.02 (<yo kaoI)

whereby F (calculated) = 149.63 *** R2 = 92.96 = 93

Standard errors : on Y : 0.52 bI : 0."014 b2 : 0.021 b3 : 0.007

Standard partial regression coefficients b\ 0.88 b'2 0.34 b'3 0.16

It has been shown already (Tessens and Shamshuddin, 1983) that the net charge obtained from ion adsorption measurements from a 0.05N KCI solution (the value used in the above equation) is statistically similar to the net charge obtained with the com­pulsive exchange method at an ionic strength approximately 10 times lower. It can be added that a stepwise multiple linear re­gression with the compulsive exchange net charge as dependent variabie, yields a determination coefficient of 86.26 %, with a regression equation containing the same variables, and regression coefficients virtually equal to the ones above.

None of the other indicators investigated appears convincingly suitable, since they do not possess following characteristics : (1) a high determination coefficient; (2) independence from the organic matter content, since this can

be altered by management practices; (3) absence of theoretical contradictions, e.g. a CEC factor or

KCI-Al should not be a function of the free iron oxides. Provided some of the currentdifficulties in the determination

of pHo (Madrid et al, 1983) are solved, pHo may have some appli­cation as a · weathering indicator.

It can also be remarked that the influence of gibbsite is negli­gible in almost all cases. This is in agreement with its "near­uncharged" behavior, as postulated by Greenland and Mott (1978) in analogy with the octahedral layer of kaolinite. Interestingly, gibbsite is a factor in the equation for specific surface. As has been suggested already elsewhere (Herbilion, 1981; Tessens and Shamshuddin, 1983) gibbsite is not a reliable indicator of extreme weathering, and some of the Acrorthox in this study contained less than 1 % gibbsite; this is in line with the observations and calculations above.

39

4. CONCLUSIONS

A stepwise multiple linear regression shows that the net charge at soil pH, expressed in meq per 100 g soil, proves to be a very suitable and reliable indicator of the weathering stage of a soil, as this is expressed by the mineralogy of its di agnost ic B horizon. The net charge is statistically independent of the clay or organic carbon contents. None of the other properties studied can be rec­ommended as weathering indicator for humid tropical soils.

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Correlatie tussen diverse eigenschappen en de mineralogische samenstelling van sommige tropische bodems

Samenvatting

Een trapsgewijze meervoudige lineaire regressie-analyse laat toe een aantal verweringsindikatoren te testen op hun efficiëntie in tropische bodems. Zo worden onder meer de volgende parameters beschouwd: de kationenuitwisselingskapaciteit bij pH 7 per 100 g klei, de effektieve kationenuitwisselingskapaciteit per 100 g klei, de index van silica reaktie, de netto lading, pHo en het specifieke oppervlak. Het verweringsstadium van een bodem wordt kwantita­tief uitgedrukt in de mineralogische samenstelling van zijn diag­nostische B horizont.

Alleen de netto lading bij de bodem pH is een uitstekende verweringsindex en het gebruik ervan is dan ook sterk aan te raden.

Corrêlation entre les différentes propriêtés et la composition minêralogique de quelques sols tropicaux

Résumé

Une procédure, utilisant une régression linéaire multiple en gradins, a êté employée afiti d'évaluer l'efficacité d'un nombre d'indicateurs de l'altération chimique des sols tropicaux, comme la CEC-pH 7 sur 100 g d'argile, la CEC-effec,tive sur 100 g d'argile, l'index de la réaction du silica (ISR), la charge nette, pHo et la surface spêcifique. Le stade d'altération d'un sol a été quantifié par la composition minéralogique de son horizon-B "diagnostique".

On peut constater que seulement la charge nette au pH du sol est vraiment appropriée comme indicateur d'altération, et son usage est vivement recommandé.

42

PEDOLOGIE, XXXIV-I, p. 43-66, 3 tab., 8 fig., 1 photo, Ghent, 1984

DISSOLUTION D'OXYHYDROXYDES DE FER ET AL TERATION DIFFERENTIELLE DE MINERAUX PHYLLITEUX EN MILIEU HYDROMORPHE

M. CAILLIER M. GURY

B. GUILLET

Résumé

Un sol brun lessivê glossique dêveloppê dans une formation limoneuse dêposêe sur du matêriel alluvial grossier prêsente un système de glosses blanchies en continuitê directe avec des "macrofentes" verticales comblées d' argiles ferrifères.

L 'installation de conditions rêductrices et acides induit au ni­veau des entonnoirs de glosses deux effets remarquables : dis­solution d'oxyhydroxydes de fer et appauvrissement en argiles très fines. La disparition des argiles fines peut s'expliquer par deux processus : transfert de faible importance d'argiles déferri­fiêes et dêgradation de minéraux phylliteux. Les êtapes de leur transformation cristallochimique sont nettement mises en êvidence dans les entonnoirs de glosses ou l'on distingue deux processus essentieis. Le premier est une microdivision des chlorites des limons qui s'altèrent pour donner naissance à des interstratifiês (14C-14V) instables dans les conditions plus agressives de leur nouveau milieu. Leur dêgradation aboutit à des vermiculites et à la libêration de magnêsium. Le second est la destruction des feuillets hydroxyalumineux d'une population d'interstratifiês (7-14 SmAl).

Mots-clês

Dissolution, altêration, oxyhydroxyde, phyllite, hydromorphie.

M. Caillier - Dêpartement des sols, Université Laval, QUêbec, P.Q. Canada GIK 7P4. M. Gury et B. Guillet - Centre de Péqologie Biologique du C.N.R.S., B.P. 5, 54500 Vandoeuvre-les-Nancy, France.

43

1. INTRODUCTION

Les sols lessivés glossiques rencontrés habituellement sont sou­vent três anciens et présentent une morphologie caractéristique bien différenciée, sans que l'on puisse observer les stades intermé­diaires de leur évolution. L 'horizon A2' appauvri en argile et déco­loré, pénêtre profondément dans l'horizon Bt sous forme de bandes verticales étroites totalement blanchies et évasées vers Ie haut. Ces bandes ou glosses, limoneuses dans leur part ie supérieure, plus argileuses en profondeur, traversent tout Ie solum (Duchaufour et al., 1972; J amagne, 1973; Bullock et aL, 1974; De Coninck et aL, 1976; Eimberck-Roux, 1977).

La vallée de la Moselle, en aval d'Epinal, présente un systême de terrasses étagées dont les niveaux moyens, recouverts de li­mons, fournissent des exemples remarquables et rares de glossifica­tion en cours. Sur un fond de sol brun lessivé s'observe, sous l'hori­zon A2 , un réseau de langues blanchies évasées, développées aux dépens g des parties supérieures des horizons Bt. Les glosses qui évoquent, en coupe, la forme d'un entonnoir, se prolongent vers la profondeur du solum par des macrofentes comblées d'argile ferrifêre gris rouge~Hre foncé. Ce remplissage argileux freine Ie drainage vertical et se trouve être à l'origine des nappes perchées hiver­nales responsables de la différenciation morphologique des glosses.

Des analyses minéralogiques et chimiques effectuées à diffé­rents niveaux du systême glosse - macrofente ainsi que dans les matrices des horizons Bt no us offrent la possibilité de suivre les processus de dégradation de minéraux soumis à l'influence saison­niêre d'une nappe acide dont Ie plancher se situe au niveau des entonnoirs des glosses.

2. LE SOL BRUN LESSIVE GLOSSIQUE DE GOLBEY

Le profil étudié se situe à 325 m d'altitude sur une terrasse alluviale en rive gauche de la Moselle (fig. 1). Cette terrasse constitue un vaste replat occupé par des prairies. Elle domine Ie lit majeur actuel d'une vingtaine de mêtres.

La coupe, au lieu-dit Ie "Rang du Xay", fait apparattre plusieurs mêtres de matériel grossier emprunté au massif vosgien et mis en place au quaternaire récent. Au sommet de ce dépot alluvial sub­siste un paléosol tronqué épais de 80 cm et riche en charbon de bois dont l' age 14 C ~st supérieur à 40 000 ans. Il a été fossilisé par une formation limoneuse de 150 cm. d'épaisseur au sein de laquelle se développe Ie sol glossique (photo 1).

Sous un horizon Ap bien structuré s'observe un horizon A2 g brun jaune pale (IOYR 6/4, couleur à l'état humi.de) ou une hydro­morphie temporaire se décêle par l'existence de quelques taches diffuses et peu contrastées jaune rougeatre (7,5YR 6/6) et jaune brun (10YR 6/8). 11 lui succêde un horizon de transition A2B t à structure polyédrique subangulaire à lamellaire fine. De couleur générale jaune rougeatre (7,5YR 6/6), on y observe des taches dif­fuses jaune brun (1 OYR 6/8) abondantes, ainsi que des bandes ver­ticales gris pale (7,5YR 7/1) soulignées par un liseré jaune brunatre

44

Fig. 1 Situation géographique. Esquisse géologique et des formations superficielles

~ Terrasse 55-60 m

8 Terrasse 30-35 m

0 Terrasse 15-20 m

8 Te rrasse 8-12 m

8 Terrasse 6-8 m

0 A11uvions rêcentes

~ L imon argi 1eux

8 L i mon argi lo-sableux

D Sans 1 imon

U --- Muschelka1k

.. " " [J Tri as i nft5rieur

45

11 St

Photo I Profil du Sol Brun Lessivé Glossique étudié

46

(10YR 6/6). Ces bandes grises, évasées vers Ie haut, ébauchent l'entonnoir des glosses. Au niveau de l'horizon B2 tg sous-jacent, plus argileux et plus compact, à structure lamellaire três bi en dé­veloppée, les glosses se prolongent et passent progressivement à des macrofentes remplies d'argile gris rougeatre foncé (5YR 4/2) à structure fondue. Ces macrofentes verticales se poursuivent vers Ie bas à travers Ie paléosol (horizon IIBt) jusqu'aux alluvions (horizon IIIC) 00 on ob serve leur dichotomisation dans Ie cailloutis.

Ce profil à forte différenciation morphologique présente en fait un lessivage global d'argile et de fer três modéré si on se réfêre aux indices d'entralnement définis classiquement, respectivement 1,2 et 1,5. Le sol est modérément acide et Ie taux de saturation oscille aux environs de 30 %. On peut noter la prépondérance de Mi+ sur Ca2 + dans les horizons B2 tg et IIBt, notamment dans les glosses et macrofentes (tableau 1). L 'ensemble de ces caractêres correspond à un Sol Brun Lessivé, mais la morphologie en langues décolorées et la présence d'une nappe perchée temporaire au ni­veau de l'horizon A2Bt justifient Ie qualificatif "glossique". Se Ion les critêres de U.S.D.A. (1975),. ce sol serait classé comme "Typic Glossudalf".

3. METHODES

Les échantillons de sol séchés à l'air ont été tamisés à 2 mm et homogénéisés par quartage avant chaque analyse de la terre fine « 2 mm).

L'analyse des phases ferriques et alumineuses amorphes s'appuie sur l'extraction par Ie tampon (pH 3) acide oxalique-oxalate d'am­monium (Schwertmann, 1964). Une étude préliminaire d'extraction à l'obscurité en fonction du temps nous a montré que Ie fer libre des horizons matriciels obéissait à une cinétique de dissolution. En ef­fet, les quantités de fer extraites en 16 heures sont Ie double de celles extraites en 4 heures sans qu'il y ait dissolution supplémen­taire significative de Al et Si. Dans les autres échantillons (A~, glosse, macrofente), les valeurs sont quasi-identiques.

Nous avons retenu les valeurs ob tenues aprês extraction de 4 heures comme critêre d'extraction du fer amorphe (Feo) ou três réactif (Schwertmann, 1973). Par contre, en préalable aux analyses granulométriques, géochimiques et minéralogiques, c'est l'extraction de 16 heures qui a été retenue.

Fe, Al, Si ont été dosés par absorption atomique. L' analyse du fer libre (Fed) re pose sur la dissolution opérée par

Ie Citrate-Bicarbonate-Dithionite (Mehra et Jackson, 1960). Pour l'analyse granulométrique on traite 30 g de sol par l'oxalate

pendant 16 heures. Ce traitement provoque la dissolution des oxydes ferriques mal cristallisés tout en préservant les oxydes les mieux cristallisés. L 'analyse granulométrique est faite selon la méthode de Rouiller et al. (I972), qui utilise des résines cationiques Na +

pour maintenir les argiles en suspension stabie. Les argiles sont recueillies par siphonages répétés dans les suspensions jusqu'à leur épuisement total. Un fractionnement en trois classes granulomé-

47

~ 00

Tableau 1 Caractéristiques physiques et chimiques du sol brun lessivé glossique.

Prof. en cm.

0-15

15-60

60-80

80-140

140-220

> 220

Horizons

Ap

A2g

matr. A2 Bt

gl.

matr. B2 tg

gl.

. matr. IIBt

IIIC

macrof.

matr. gl. macrof.

pH H20 KCI

5.10 4.15

5.05 3.95

4.65 3.70

4.50 3.60

4.90 3.65

4.90 3.55

5.00 3.70

4.90 3.60

5.20

matrice glosse macrofente

GRANULOMETRIE %

SG SF LG LF A

7.6 5.3 ·20.5 40.5 18.2

5.6 7.3 24.2 34.5 25.6

8.4 11. 7 17.7 29.9 27.2

8.7 11.9 24.6 30.3 21.5

17.8 10.0 15.2 23.0 30.1

17.8 8.5 12. 1 19.9 37.8

26.7 12.5 9.0 17.1 29.3

21.0 9.5 7.8 15.3 42.8

91.8 3.7 1.2 0.3 3.0

AI+++ est déterminé par échange avec KCI N

M.O.

5.30

1.50

0.68

0.64

0.62

0.80

1.27

1.32

0.22

BASES ECHANGEABLES 100 ~ AI+++

me/l00 g T me/l00 g Ca Mg K S T

3.07 0.28 0.11 3.46 10.4 33 0.71

2.93 0.40 0.07 3.40 10.9 31 1.11

2.01 1.06 0.13 3.20 10.2 31 4.33

1.06 0.72 0.17 1.95 8.2 24 3.33

1. 36 1. 71 O. 12 3. 19 14.6 22 4.44

1.91 2.76 0.23 4.90 20.1 24 6.56

0.76 1.19 0.08 2.03 15.8 13 4.00

1.66 2.74 0.21 4.61 23.7 19 8.00

0.63 0.33 0.05 1.01 1.7 59

triques « 0,1 ~m; Q,1-0,5~m; 0,5-2~m) est alors effectué à l'aide d'une ultracentrifugeuse à flux continu de typ'e SharpIes (Brethes, ' 1971; ' Guillet et al. 1975; Caillier, 1977). Le pourcentage de chaque frac­tion est calculé par rapport à l'argile totale et par rapport à la terre fine.

L 'étude diffractométrique est réalisée sur des lames d'argiles orientées saturées Mg ++ ou K +, sur poudres pour les limons. Les tests de gonflements des minéraux 2/1 ont été assurés par l'éthylène-glycol et de la kaolinite par l'hydrazine. Les tests de chauffage à 330°C et 550°C des argiles-Mg sont destinés à préciser la stabilité thermique des feuillets "brucitiques" hydroxylés des in­tergrades alumineux et des ' chlorites.

L 'analyse chimique totale est réalisée sur une prise de 500 mg de chaque fraction traitée par Ie Citrate-Bicarbonate-Dithionite. Le fer dosé dans la solution est assimilé au fer des oxydes bien cris­tallisés associés aux fractions. Le résidu lavé et séché est fondu au métaborate de strontium (J eanroy, 1972) et les éléments dosés par absorption atomique.

4. RESUL TA TS

4.1. CONSTITUANTS DU COMPLEXE D'AL TERATION

4.1.1. Evolution quantitative des argiles fines « 0,1 lJm)

Par rapport à I 'horizon A2g, les plus fortes teneurs en argile des matrices des horizons A2Bt et B2tg Iaissent supposer un Iéger les­sivage général comme Ie confirme l'étude micromorphologique (Caillier, 1977). En effet, des cutanes d'argile brune s'insèrent dans les plans horizontaux de la structure lamellaire de ces horizons.

Les taux d'argile du système vertical glosse/macrofente livrent deux enseignements capitaux (figure 2) :

- Dans les entonnoirs des glosses blanchies, Ie déficit d'argile est considérable par rapport à la matrice de l'horizon A2Bt (21,5 % contre 27,2 %) et par rapport à l'horizon A2g susjacent (25,6 %).

- Bien plus, comme en témoigne Ie parallélisme des courbes de la figure 2, Ie déficit porte sélectivement sur la fraction ar­gileuse fine « 0, IlJ m). Celle-ci ne représente en effet que 39 % de l'argile totale alors que cette fraction équivaut à prês de la moitié de I'ar­gile de la matrice de l'horizon A2Bt. L'élimination de I'argile fine ne peut s'expliquer que par un mécanisme d'éluviation ou encore par destruction en milieu hydromorphe.

- Au niveau des macrofentes verticales qui traversent la base de l'horizon ~tg et tout l'horizon IIBt, l'illuviation d'argile paratt importante et concerne plus particulièrement les argiles les plus fines. Ces argiles illuviées remplissent la partie infé­rieure des macrofentes, de sorte que les taux d'argile (43 % au niveau de l'horizon IIBt) y sont nettement plus élevés que dans les matrices voisines (29 % en IIBt).

49

Fig. 2 Distribution des frac­tions argileuses 0-0,1 llm et 0-2 llm et rapport des argiles 0-0,1/0-2 llm.

0 10 20 30 40

Ap

A 2950

A2 Bt

100 B2t9

150

TIB, 200

me Profondeur en cm

Argile 0 - 2 P m motrice

Argile 0 - 2 P m glosse Imocrofente

Argile 0 - 0.1 pm motrice

Argi le 0 - 0.1 pm glosse/macrofente

4.1.2. Formes du fer libre (figures 3 et 4)

- Matrices des horizons A2Bt, B2tg et IIBt.

50

Les taux de fer libre (fig. 3) varient peu et la constance du rap­port fed /argile . exprime une parenté géochimique certaine entre les limons de couverture (A2Bt et ~tg) et Ie paléosol humifère sablo-limoneux (IIBt).

Le rapport Feo/Fed est constant et donne les plus faibles va­leurs observées dans cette étude (0,21; 0,25). L'extraction à l'oxa­late pendant 16 heures dissout une quantité de fer supplémentaire importante probablement attribuable à des particules cryptocristal­lines d'oxyhydroxydes héritées du matériau, des traces de goethite pouvant être identi fiées aux rayons X.

- Horizon A2g. Il présente un taux de fer libre plus faible que les horizons ma­

triciels. La décroissance du rapport Fed/argile illustre bien la mobilité préférentielle du fer oxyde en milieu hydromorphe (Mc Keague et Day, 1966; Blume et Schwertmann, 1969).

Comme Ie fer amorphe reste constant en valeur absolue et que Ie rapport Feo/Fed augmente par rapport aux matrices, il est clair (fig. 3) que Ie déficit de fer libre porte principalement sur les for­tes cristallines. Ce sont précisément les cristallites désordonnées qui ont disparu car l'extraction par l'oxalate pendant 16 heures ne solubilise pas plus de fer que l'extraction pendant 4 heures.

On peut donc conclure que les conditions d'hydromorphie tempo­raire qui règnent dans l'horizon A 2g provoquent la dissolution, via réduction, des particules ferriques les plus désordonnées et les plus mal cristallisées.

50

U1

Glo ••• _ Macrofente

o , • 6 8 10 I ' , , , ',Fe,.

A,g

. A,Bt

~tg

11 Bt

Fig. 3

E!o Fed

0 .• '

0.27

0.2g

Diagramme cumulé du fer : oxyhydro­xydes amorphes, cryptocristallins et bien cristallisés.

E!d Arg.

1.3

1.1

1.g

Matrice

" ? t ? ~ ',0 ',2 ,,. , Fe,-

D Oxyhydroxydes amorphes; fraction 0-2 ~rn

[IJ] Oxyhydroxydes cryptocrista11ins; fraction 0-2 urn

§ Oxyhydroxydes bien crista11is/!s; fraction 0 - 0 ,1 ~rn

[lllI[l] Oxyhydroxydes bien crista11is/!s; fraction 0,1-0,5 urn

g Oxyhydroxydes bien crista11is/!s; fraction 0,5-2 ~

e_e

Feo Fed

0.31

0.21

0.21

0.25

Fed Arg.

3.7

5.2

5.0

4.8

Fig. 4 Schéma comparatif des te­neurs en fer extraites au Citrate - Bicarbonate -Dithionite dans la glosse, macrofente, Ie liseré et la matrice.

- Système glosse-macrofente

28.5 ---H

18.0 ---+1

8.2

2.9

4.8 15.0

8 .3 14.2 11 St

L'augmentation notabie 'du fer libre de l'entonnoir de glosse (ni­veau A2Bt) vers la macrofente (niveau IIBt), reporté sur la figure 4, est conforme aux observations de terrain. Cette variation du taux de fer libre résulterait de la conjonction de deux processus qui ont dO se succéder dans Ie tem ps, à savoir lessivage et dissolution.

L 'illuviation simultanée d'oxyhydroxydes ferriques et d'argiles par Ie processus de lessivage expliquerait les plus forts taux de la macrofente. Dans les glosses, la soustraction du fer est attestée par la décroissance du rapport Fed/argile (fig. 3). La dissolution par réduction du Fer1ll

, s'accompagne d'une amorphisation des for­mes cristallines (Feo/fed = 0,41) qui tendent à disparaître des en­tonnoirs de glosses, et notamment les formes associées aux argiles les plus fines.

Le fer mobilisé des sites les plus soumis à l'engorgement hydri­que temporaire, c'est à dire dans l'horizon A2g et surtout dans les entonnoirs de glosses, se redistribue dans des taches rouilles et no­dules de I 'horizon Azg et surtout dans les liserés qui bordent les glosses (fig. 4).

4.1.3. L'aluminium

Les taux d'extraction par l'oxalate (4 heures) des polymères alu­mineux amorphes sont reportés sur la figure 5. lis montrent que l'entonnoir des glosses est moins pourvu en Al amorphe que les autres horizons.

Le rapport Al échangeable/AI amorphe est intéressant à consi­dérer. Comme Rouiller et al. (I 980) l'ont montré dans une étude des sols brunifiés et podzolisés, un rapport bas suggère un con fine­ment vis à vis de l'aluminium, un rapport élevé traduit une lixivia­tion de l'aluminium corrélable à une plus forte acidité.

Les valeurs de ce rapport (fig. 5) confirment que l'entonnoir des glosses et Ie niveau de transition vers la macrofente sant les si t es les plus acides (tableau 1) et les moins favorables à la polymérisa­tion de l'aluminium d'oû il est évacué sous forme ionique par l'eau des nappes (Caillier, 1977).

52

Aléch. Alo 100 Aléch./AIO

0.10 1.9 5.2

~O~O r:.;: ~ 1.2 ~ ~25.0~

0.59 0.40 2.5 2.7 23.6 14.8

0.72 0~6 3.5 4.1 20.6 8.7

Fig. 5 Aluminium échangeable et amorphe (Alo) en 0/00 de la terre fine; rapport 100 Al éch./ Alo.

4.2. COMPOSITION MINERALOGIQUE ET CHIMIQUE DES FRACTIONS GRANULOMETRIQUES

4.2. 1. Les argiles fines < 0, I urn 4.2.1.1. Originalité et inventaire minéralogique

La finesse des particules ne permet pas une bonne résolution des diffractogrammes car on observe des bandes plutöt que des

A29

A2 Bt

B2 tg

11 Bt

pics pour tous les traitements à température ambiante. Cependant, il a été possible de distinguer deux grandes familIes de minéraux : celle des minéraux 2/1 gonflants,apparemment majoritaires, car la bande à 14,4 À est dominante, et celle des minéraux 1/1.

Aucune de ces deux familles de minéraux ne présente des com­portements typiques. Les tests en principe spécifiques d'une fa­milIe interférent sur Ie comportement de l'autre. Ainsi Ie test à .. l'éthylène - glycol assure Ie gonflement des édifices 2/1 vers 17 À en même temps CU1'il provoque l'étalement vers 10 À de la bande centrée sur 7,25 A. De même, l'hydrazine ne favorise pas la for­mation d'un pic à 10,45 À caractérisant la kaolinite, mais provoque Ie décalage vers 08,8 À de la bande à 7,25 À, en même temps que la bande à 14,4 A se déplace vers 12 À.

Les comportements résumés sur Ie tableau 2 évoquent ceux des interstratifiés kaolinite-smectite (7-14 Sm) décrits par AltschuIer et al. (1963), Shimoyama et al. (1969), Lucas et al. (1974), Chamley et al. (1976), mais en diffèrent par liabsence de surstruc­ture explicable par la finesse des particules.

Nous considérons que ces argiles fines constituent une population complexe formant une série continue entre deux pöles, l'un smec­titique, I'autre métahalloysitique. En outre, la fermeture incom­plète à 10 À lors du chauffage à 330°C et par saturation K+ sug­gère l'intercalation d'hydroxypolymères alumineux dans les espaces interfoliaires des smectites. Pour ces raisons, cet ensemble sera

53

Tests Espaeement. r6t1eula l re. en AO

3,57 7,25 10 14 17

Mg 3,50 - - -_7,8 1 14,4

\

Tableau 2 Comportement des minéraux argileux de la classe 0-0,1 lJm lors des différents test d'identification. Mg EJi 3,38 _

; 15,2

r---

MgHy 3,29 _ 1--__ 8~,8-l 0:4~ I 12

{:g 330 3,33- 7,15 _ - i 9,6 -+----i\

Mg 550 ~

Bande Ou plateau

Sens du dêplacerrent lors des trai "ten"nts

Formation d'un plateau ave c déplacellent vers ..

Pic net d ' un tni néral répondant au test considéré

appelé "interstrati fiés 7-14 SmAl". Outre ce groupe des interstratifiés 7-14 SmAllargement majo­

ritaire dans tous les horizons du sol, la fraction argileuse fine com­porte des interstratifiés (l0l-14V) peu abondants, et sans doute dioctaédriques, et des chlorites três minoritaires. Ces derniêres semblent mieux représentées dans les horizons A2g et IIBt.

4.2.1.2. Evolution géochimique

Les rapports moléculaires établis à part ir des analyses chimiques (tableau 3) permettent de suivre les modifications cristallochimiques. Ainsi les rapports Si02/ Ah03 (fig. 6) confirment les inte rprétations diffractométriques. Ces argiles fines constituent une population complexe de minéraux hyperalumineux (7-14 SmAl) dont Ie rapport Si02/Ab03 est peu élevé. Les argiles qui ont comblé la macrofente sont peu transformées par rapport à celles des matrices des hori­zons AJ3t et B2tg. Elles ont des rapports Si02/ Ah03 voisins (2,8-2,9) et un même comportement diffractométrique. Au niveau de l'entonnoir des glosses, l'hydromorphie conduit à d'importantes transformations. En effet, Ie rapport moléculaire qui passe de 2,8 à à 3,3 exprime une désaluminisation nette des minéraux. L 'aluminium éliminé peut provenir des minéraux 1/1 qui seraient en part ie so­lubilisés ou de l'hydroxyaluminium interfoliaire des intergrades alu­mineux (7-14 SmAl).

Plusieurs arguments laissent penser à la disparition des polymê­res hydroxyalumineux. Tout d'abord, en diffractométrioe X, on ob­serve un meilleur gonflem~nt à I 'éthylêne-glycol (17 A) et I' appa­rition d'un pic net à 9,6 A lors du chauffage à 550°C. Un autre argument appuie l'hypothêse d'une dissolution sélective de l'hydro-

54

Tableau 3 Analyses chimiques anhydres (en %0) des fractions argileuses.

0.1 ~m Si02 Al20 3 Fe203 MnO MgO CaO Na20 K20 Ti02

A~ 548 338 65.0 0.2 23.0 0.4 2.1 16.0 6

matrice 555 324 70.0 0.2 23.0 0.4 1.5 20.6 5 A2Bt

glosse 580 300 65.5 0.2 22.5 6.1 1.6 19.3 5

matrice 554 336 62.0 0.2 22.0 0.3 1.6 18.0 5 B2tg

glosse 556 334 61.0 0.2 21.0 0.5 2.3 18 .. 3 6

matrice 550 354 53.0 0.2 20.0 0.6 1.3 15.2 5 IIBt

macrof. 558 342 56.5 0.2 19.7 0.2 1.3 16.5 5

0,1-0,5 ~m Si02 Ah0 3 Fe203 MnO MgO CaO Na20 KP Ti02

A2g 551 312 61.0 0.4 28.0 0.8 1.6 33.7 11

matrice 545 314 61.5 0.2 27.3 0.7 0.8 35.5 14 A2Bt

glosse 560 306 55.0 0.4 26.0 0.6 1.4 36.5 14

matrice 544 324 56.5 0.3 26.6 0.6 0.9 32A 14 ~tg

glosse 550 327 50.0 0.4 23.0 0.5 1.0 32.0 16

matrice 541 326 67.0 0.4 26.0 0.5 1.1 . 25.8 12' IIBt

macrof. 552 330 53.5 0.4 24.0 0.4 0.7 25.4 14

0,5-2 ~m Si02 Ah0 3 Fe203 MnO MgO CaO Na20 K20 Ti02

A2 g 645 223 43.5 0.5 20.5 0.5 0.7 35.0 29

matrice 636 228 49.0 0.4 23.4 1.1 0.7 39.7 21 A2Bt

glosse 641 228 39.5 0.4 19.7 0.8 1.6 ·38.3 30

matrice 656 215 46.3 0.3 21.5 0.8 0.5 36.4 23 ~tg

glosse 651 231 38.3 0.3 19.5 0.8 0.5 37.7 21

matrice 620 242 52.6 0.3 23.0 0.9 0.5 35.5 24 IIBt

macrof. 633 247 42.2 0.2 23.0 0.8 0.1 36.0 17

55

.IO~I,Ol Fe,'1IK,O ",o/K,O Fe,0y'MgO

Cc.Le.l

,.7. u. a,. UI (1.71 (., .. ) ~2.00~ ~u.~ ~,m~ ~ ~ 12. r.: A,8'

~ (1IU)

I

0 Ul uo ... 7 2.Ol 8,'g U, U7 Q7l Q71 · (.,.,)

! · 2.71 U4 2.01 2.05 "BI UI 110 (1.71 a.. ~U)

J.Oo "'. .,g ~. o.a.

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0

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~ 435 ..,5 Cl70 ~7 "8' UO '''2 0 •• 0.51

Fig. 6 Rapports moléculaires des différentes fractions argileuses.

xyaluminium interfoliaire : la capacité d'échange cationique se cor­rêle três bien avec Ie rapport Si02 / Ab03, signifiant que les argiles fines de I'entonnoir des glosses sont dotées de plus nombreux sites d'échange (fig. 6).

Dans l'horizon A2 g, Ie fait marquant est la perte sélective de K 20 par rapport à fe203 et MgO. eeci suggêre une vermiculitisa­tion d'illites et d'interstratifiés (l0I-14Y) dont les spectres X ne rendent pas bien compte.

En résumé, l'analyse minéralogique et géochimique des minéraux phylliteux de la classe granulométrique la plus fine « 0,1 ]Jm) met en évidence une dynamique de désaluminisation des espaces inter­foliaires de smectites alumineuses soumises à la dégradation dans les entonnoirs de g~osses sous l' influence de I 'hydromorphie.

56

4.2.2. Argiles moyennes 0,1-0,5 urn 4.2.2.1. Inventaire minéralogique

Comme les speetres de diffraetion RX (figure 7) sont mieux ré­solus que pour la classe granulométrique fine, on peut définir trois groupes.

Le groupe des illites et interstratifiés (101-14V) est bien repré­senté dans tous les hori zons.

La kaolinite, bien eristallisée avee des pies étroits et nets entre 7,13 et 7,17 A, passant à 10,45 A lors du traitement à I 'hydrazine, est elle aussi présente yartout.

Les minêraux à 14 À représentent Ie groupe Ie plus important. Les minéraux gonflants à l'éthylêne-glyeol sont absents. Ce groupe est eomposé de eh lori te, vermieulite sensu-strieto (rétraetion à 10 A par saturation K+) et d'une population d'intergrades alu­mineux (VAl) et/ou d'interstratifiés (14C-14V). A la saturation K+,

7,15 7,15

Fig. 7 Diffraetogrammes X des argiles 0,1-0,5 lJm.

57

ces intergrades et interstratifiés demeurent à 13,8 Ä ou se rétrac­tent três imparfaitement vers 10 Ä. La thermostabilité de leurs cations hydroxylés interfoliaires est variabie. Certains édifices se contractent à 10 Ä à 550°C. Par convention, nous admettrons qu'il s'agit de vermiculite alumineuse. D'autres y échappent et, dans ce cas, les spectres présentent un élargissement vers les petits angles de la raie à 10 Ä. Nous considérons alors que ces épaulements sont attribuables à des interstratifiés (l4C-14V) dont les entités chloritiques ont des interfoliaires hydroxylés thermiquement sta­bles à 550°C.

Si l'on admet ces critêres de diagnostic, les spectres montrent que les intergrades alumineux (VAl) et interstratifiés (l4C-14V), présents dans les matrices en A2g disparaissent de la glosse et no­tamment de l'entonnoir ou vermiculites s.s. et chlorites deviennent les minéraux à 14 Ä prépondérants.

4.2.2. Evolution géochimique

Les rapports Si02/ Ab03, bas et constants, se justi fient par la présence de kaolinite (fig. 6). Dans l'entonnoir de glosse, Ie rapport plus élevé est Ie reflet de la désaluminisation des intergrades.

Si l'on considêre que K20 varie peu dans les trois horizons supé­rieurs (tableau 3), la chute des rapports FeP3/K20 et MgO/K20 (figure 6) dans l'entonnoir de glosse et dans la zone ·de transit ion glosse-macrofente suggêre une dégradation de minéraux ferromagné­siens. Avec les données diffractométriques, on peut conclure qu'il s'agit bien de minéraux interstratifiés (l4C-14V) qui tendent à disparaître alors que les chlorites restent apparemment stables.

En résumé, l'hydromorphie temporaire provoque l'altération sé­lective des intergrades alumineux et des minéraux ferromagnésiens interstratifiés (14C-14V) qui peuvent dériver de chlorites primaires (De Coninck et al., 1976).

4.2.3. Argiles grossiêres (0,5-2 urn) et limons

4.2.3.1. Minéralogie et évolution des argiles grossiêres

En dehors du quartz, on observe les mêmes minéraux què dans la fraction argileuse. moyenne. Les illites, interstratifiés (101-14V) et la kaolinite sont minoritaires et apparemment constants dans tous les horizons.

~es chlorites représentent la plus grande part des minéraux à 14 A. Comme dans la fraction moyenne, il leur est associé des vermiculites S.S., des intergrades et des interstratifiés (l4C-14V).

Au plan chimique, cette fraction grossiêre se caractérise par l'abondance .du titane (tableau 3) et la présence de quartz rend non significatifs les rapports Si02/Ab03' En conservant comme hypo­thêse l'invariance du K20, les interstratifiés auraient tendance à se déstabiliser dans la glosse ou l'on observe les plus faibles rapports Fe203/K20 et MgO/K20 (fig. 6).

58

4.2.3.2. Les limons

Les limons fins (2-20 llm) sont constitués de quartz, de feldspaths et de chlorites, ces derniêres présentes dans tous les horizons. L 'in­tensité relative des raies (002 = 004 > 001 » 003) permet de les définir comme des chlorites à fer octaêdrique et à Mg brucitique dominants (Pochon, 1974).

5. DISCUSSION

L 'étude granulométrique jointe aux observations structurales et microstructurales du sol met en évidence un processus initial de transfert mécanique privilégiant des particules argileuses fines et s'effectuant sans dissociation du couple argile-fer-oxyde. Ce pro­cessus de lessivage s'apparente aux phases d'illuviation primaire décrites par De Coninck et Herbillon (1969). 11 est à la fois res­ponsable de I' appauvrissement en argile des horizons A2 g et du comblement du réseau fissural vertical par des argiles brunes. Nous pensons que Ie réseau des structures décimétriques verticales a canalisé les migrations de suspensions argileuses lors de la phase d'illuvation primaire. C'est aussi à part ir de ces fentes d'écoule­ment préférentiel que les argiles fines auraient diffusé dans les plans horizontaux délimitant les surstructures lamellaires des hori­zons Bt (Caillier, 1977).

L 'illuviation primaire et la structuration du matériau qui en est Ie préalable sont des processus difficiles à situer dans Ie tem ps. Leur développement au cours des phases froides du domaine péri­glaciaire est probable et s'expliquerait par 1 'intervention conjuguée d'un permafrost générateur de fentes verticales et de phénomênes de ségrégation par Ie gel, responsables des structures lamellaires observables dans les horizons A2 Bt et B2 tg (Van Vliet, 1976; Van Vliet et Langohr, 1981). Dans ces conditions, I 'illuviation primaire a pu être contemporaine des phases de structuration d'un matériau ·moins acide qu'actuellement.

Le colmatage des horizons Bt par Ie remplissage argileux des fentes est à l'origine d'une nappe temporaire au plancher digité et circulant Iatéralement. A l'interface A2 g-Bt, spécialement dans les entonnoirs qe glosse situés à l'aplomb supérieur des fentes comblées d'argiles ferrifêres, l'installation de conditions réductrices et aci­des a eu deux effets remarquables : dissolution d'oxyhydroxydes de fer et appauvrissement en argiles três fines.

L 'étude des formes du fer montre que ce sont les particules cryptocristallines d'oxyhydroxydes et celles mieux cristallisées associées aux fractions argileuses fines et moyennes « 0,5 llm) qui se sont dissoutes en priorité. 11 est ainsi montré que Ie processus de dissolution par réduction du fer, dépend de la cristallinité, de l'état de division et donc des surfaces spécifiques des oxyhydroxydes ferriques (Munch et Ottow, 1980; Ottow et al., 1981; Berthelin, 1982). Avec Ie tem ps, Ie fer libre a presque disparu des entonnoirs de glosse qui se sont spécialement développés aux dépens odes par­ties matdcielles des horizons voisins A2 Bt.

La disparition d'argiles fines peut résulter de deux processus

59

dont la contribution respective est difficile à évaluer. Un transfert, peut-être oblique, d'argiles déferrifiées s'est sans doute produit en conditions hydromorphes comme en témoignent des argilanes tapis­sant les pores des horizons blanchis (Caillier, 1977). En outre, les entonnoirs des glosses sont les sites privilégiés d'une véritable dé­gradation des minéraux phylliteux.

Les phyllites présentes dans les matrices des horizons Bt sont héritées de sols antérieurement développés dans des conditions mal définies, mais assurément confinantes vis à vis de l' aluminium. En effet, à cóté de la kaolinite et des illites, des chlorites et des interstratifiés qui en dérivent, les intergrades alumineux (smectites et vermiculites-AI) constituent une abondante population témoignant de conditions confinantes (Blum, 1976).

Certains minéraux phylliteux placés au contact des nappes acides se sont adaptés aux conditions du milieu et ont évolué. Les étapes de leur transformation cristallochimique (fig. 8) ont été bien mises en évidence dans les entonnoirs des glosses ou l'on distingue deux processus essentieis.

- Microdivision des chlorites et altération des interstratifiés chlori te-verm iculi te.

Il est bien établi que dans les sols acides, l'altération et la fragmentation des chlorites trioctaêdriques donnent naissance à des édifices interstratifiés chlorite-vermiculite (Weaver, 1956; Lelong et Souchier, 1972; Duchaufour, 1977) et à des vermiculites (Tardy, 1969; Schwertmann, 1976) susceptibles d'être totalement détruits en milieu organique acide comme dans les horizons A2 des podzols (Robin et al., 1981).

L'analyse des minéraux phylliteux des horizons A2 Bt et ~tg du sol brun lessivé glossique nous permet de retrouver ce schéma classique des transformations minéralogiques réalisées à partir de chlorites magnésiennes et ferrifères présentes dans les fractions limoneuses et argileuses grossières.

Dans les entonnoirs des glosses, les interstratifiés chlorite­vermiculite sont quasi absents, notamment dans la fraction argi-

7 _14 SmAI __ DESALUMINISATION

~sm redialrlbu6

6limin6 par

0,1_ 0,5 "m DESALUMINISATION '~cuilie {

dans Ie profil AI

I' eau des nappa.

DESTABILISATION

~ 6limin6 par

{

I' aau des neppe. Mg

redislrlbu6

sur la C . E.C.

dlvlsion al16ralion

\/ Ch'orile Mg

Fig. 8 Principales évolutions chimiques et minéralogiques résultant des dégradations dans les entonnoirs des glosses.

60

leuse moyenne (0,1-0,5 urn). Cela suggêre que sous l'influence des nappes acides, les feuillets "brucitiques" deviennent instables et se dissolvent, rappelant ainsi les études expérimentales de Vincente et Robert (1977) et de Berthelin et Belgy (1979), qui observent qu'en milieu peu complexant et modérément acide (pH 4,5), Ie magnésium est un êlément três mobile.

La dêgradation des interstratifiês aboutit à des édifices de type vermiculite et à la libération de magnésium et sans doute de fer. On peut d'ailleurs observer avec J amagne (1973) et Gury (1976) que la mobilisation du magnésium se traduit par une notabie aug­mentation du magnésium échangeable du complexe absorbant des horizons Bt du sol. La prépondérance de Mg++ sur Ca++ pourrait donc constituer un bon indice de la dégradation d'interstratifiés à feuillets chloritiques en milieu hydromorphe.

- Désaluminisation

Ce processus est globalement perceptible par la moindre abon­dance de l'aluminium amorphe dans l'entonnoir des glosses. 11 af­fecte particuliêrement les intergrades alumineux hérités du ma­tériau.

11 est bien mis en évidence par l'étude minéralogique et chimi­que de la fraction argileuse fine « 0,1 iJm). Les entonnoirs des glosses sont les lieux de dêferrification et de dégradation des structures. L'alternance des conditions de réduction et l'oxydation du fer peuvent accrottre temporairement l'acidité du milieu. Ce processus décrit par Brinkmann (1970, 1977) sous Ie nom de ferro­lyse pourrait contribuer à l'acidification du milieu, ce qui favorise la destruction des feuiliets hydroxyalumineux d'une population com­plexe d'interstratifiés (7-14 SmAl). 11 est probable que la dépolymé­risation acidolytique des espaces interfoliaires alumineux favorise ainsi la mobilité (De Cortinck et al., 1976) et même la dissolution des feuillets 2/1 expansibles. Ce double mécanisme aurait l'avantage de rendre mieux compte de la disparition, par lessivage et de­struction, des argiles três fines des entonnoirs des glosses.

6. CONCLUSIONS

Le profil étudié offre l'exemple d'un sol glossique en pleine êlaboration. Son êvolution incomplête perrnet de bien suivre les diffêrents stades de transformation et de dégradation des minéraux argileux et de comprendre les diverses phases du processus de glossification dont on ne constate, Ie plus souvent, que Ie rêsultat final : des langues totalement blanchies traversant tout Ie solum .

. Le caractère glossique apparaît sur des matériaux à texture limono-argileuse ayant subi un lessivage d'argiles ferrugineuses en milieu aérê, utilisant comme voie prêfêrentielle un rêseau de fen­tes verticales. Ce lessivage primaire aboutit au comblement des macrofentes, au colmatage des horizons Bt et à l'apparition d'une nappe perchée temporaire. La glossification se développe avec l'hydromorphie qui provoque dêferrification et décoloration, destruc­turation avec illuviation secondaire et enfin altêration des minêraux.

61

Ces processus apparaissent à la base de l'horizon A2g et se pour­suivent en s'amplifiant dans les fentes qui ont déjà canalisé l'illu­viation primaire. Le front de dégradation débute à la limite de l'horizon A~ et progresse, per descensum, par la voie des macro­fentes en donnant naissance aux glosses blanchies. Outre la réduc­tion et l'élimination du fer, l'altération, particuliêrement accentuée dans les sites les plus engorgés par l'eau (entonnoirs des glosses), se traduit par la micro-division et la dégradation des chiorites magnésiennes et des interstratifiés (14C-14Y), ainsi que par la désaluminisation des smectites. Les éIéments libérés, Mg et Al, sont pour une part redistribués dans Ie profil et pour Ie reste éli­minés par I 'eau de la nappe temporaire.

BIBLIOGRAPHIE

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Dissolution of iron oxihydroxides and differential weathering of phyllitic minerals under hydromorphic conditions

Summary

A bleached glossic brown soil developed in a silty formation deposited on a coarse alluvial material shows a white gloss pattern in continuity with vertical "macro-cracks" filled with ferric clays.

Reductive and acid conditions create two remarkable effects on the wide albic tongues : dissolution of the iron oxihydroxides and

65

a reduction in the very fine clay content. This reduction in the fine clay content may be explained by two processes referring resp. to transfer of iron depleted clays and alteration of phyllitic minerais. The stages of their crystallochemical transformation are clearly shown in the wide albic tongues, where two essential processes can be distinguished. First, a microsplitting of the chlorite present in the silt fraction that alterates into interlayer clays (14C-14V) which are instabie in their new aggressive environ­ment; their alteration results in the formation of vermiculite and in a liberation of magnesium. The second process is the destruction of hydroxyalumina layers of an interlayer population (7-14 SmAl).

Oplossing van ijzer-oxihydroxiden en differentiële verwering van fyllitische mineralen onder hydromorfe omstandigheden

Samenvatting

Een uitgeloogde bruine bodem met glossic eigenschappen, ontwik­keld in een lemige zone afgezet boven een grofkorrelig alluviaal materiaal, vertoont een systeem van gebleekte tongen die recht­streeks in verband staan met vertikaal-geöriënteerde macro-spleten, opgevuld met ijzerhoudende kleien.

Reducerende en zure milieu-omstandigheden geven aanleiding tot twee opmerkenswaardige effekten op het niveau van de tongen: oplossing van ijzeroxihydroxiden en verarming aan fijne klei. Het verdwijnen van de fijne klei kan uitgelegd worden door twee pro­cessen : een geringe verplaatsing van ontijzerde klei en een degra­datie van fyllitische mineralen. De diverse stadia van deze kristal­lochemische verandering kunnen duidelijk onderscheiden worden in de bredere tongen. Ze behelzen twee processen, waarbij de eerste betrekking heeft op een micro-splitsing van de chlorieten in de leem fraktie die, na verwering, aanleiding geven tot ge"fnterstratifi­ceerde 14C-14V mineralen; deze blijven onstabiel in hun nieuw aggressief milieu en hun degradatie leidt tot de vorming van ver­miculieten en tot de vrijmaking van magnesium. Het tweede proces komt neer op een afbraak van de hydroxiele aluminiumstrukturen binnen de ge"fnterstratificeerde mineralen (7-14 SmAl).

66

PEDOLOGIE XXXIV-I, p. 67-73, 2 fig., Ghent, 1984

DETERMINATION EN ROUTINE DE LA TENEUR EN CARBONATE DES SOLS, ROCHES ET SEDIMENTS PAR CHROMATOGRAPHIE EN PHASE GAZEUSE

J. M. MARCOEN M. SEVERIN

Résumé

Cette note dêcrit un montage, en verre borosilicatê, simple à rêaliser et à utiliser, destiné à être couplê à un chromatographe monocolonne bon marchê pour dêterminer en routine la teneur en CO2 des sols, roches et sêdiments de façon rapide, prêcise et sensible.

Mots-clés

Carbonate, chromatographie en phase gazeuse (C.P.G.)

l. INTRODUCTION

La connaissance exacte des teneurs en carbonate des sols, roches et sêdiments n'a pas seulement un intérêt descriptif, mais est indispensable dans les êtudes concernant aussi bien la strati­graphie que la pêdochimie.

De nombreuses analyses sont gênêralement nêcessaires dans ce type d'études, ce qui justifie la recherche d'une méthode rapide.

Dans les "calculs pêtrochimiques" rêalisés à partir des rêsultats de l'analyse complète des roches ainsi que des sêdiments et des sols, (Voinovitch, 1971) en vue d'obtenir leur composition minêrale rêelle ou virtuelle, la teneur en CO2 influence fortement les résultats. Cela nêcessite l'emploi d'une mêthode d'analyse précise.

11 arrive souvent que les teneurs à dêterminer soient faibles ou que I'on ne dispose pas d'une quantitê suffisante d'êchantillons pour les analyses chimiques conventionnelles, ce qui justifie Ie recours à une mêthode sensible.

Opêration de routine, la dêtermination du carbonate de calcium est proposêe dans tous les livres d' analyse des roches et des sols selon de nombreuses mêthodes.

J ones et Kaiteris (I983) estiment que quatre techniques analyti-

J. M. Marcoen - Chaire et Laboratoire des Sciences de la Terre. M. Severin - Chimie gênêrale et organique, Facultê des Sciences Agronomiques de l'Etilt, 8-5800 Gembloux Belgique.

67

ques restent actuellement les plus utilisêes : 1. la technique gazomêtrique rapide de Hülsemann (1966), 2. la technique "Karbonat-Bombe" de Müller et Gastner (1971), 3. Ie "LECO Carbon Analyser" dêcrit par Boyce et Bode (1972), 4. Ie système gazomêtrique sous vide prêconisê par J ones et

Kaiteris (1983). Ces derniers auteurs ont êtabli un tableau de comparaison très

utile reprenant les avantages et inconvênients de ces quatre tech­niques.

Siesser et Rogers (1971), et plus rêcemment, Dunn (1980) ont comparê entre elles ces mêthodes ainsi que d'autres plus ou moins sophistiquêes.

A notre sens, il reste que, pour Ie dosage des faibles teneurs en carbonate, I'idêe d'utiliser la chromatographie en phase gazeuse est sêduisante.

Cette technique s'avère en effet cent fois plus sensible (::: 0,2 ppm en poids) que les mêthodes gravimêtrique et volumê­trique usuelles capables de dêtecter à la limite 2 II möles de CO2 ,

ainsi que Ie soulignait Carpenter (1962). L'appareil que nous avons mis au point dêrive d'un montage

rêalisê par J effery et Kipping (1972), modifiê en vue d'en simplifier la rêalisation et l'utilisation.

Le principe consiste à dêcomposer I'êchantillon carbonaté par de l'acide orthophosphorique diluê, dans un système fermê rattaché à un chromatographe et d'injecter dans ce dernier un volume dêter­minê du CO2 libêrê pour en rêaliser Ie dosage.

2. DESCRIPTION DE L'APPAREIL ET MODE OPERATOIRE

La figure 1 donne Ie schêma de la chaîne d'analyse. Le vase de rêaction en verre borosilicatê consiste en un ballon

de 12 mI (A) à rodage sphérique 18/9, auquel on a adapté une tubulure avec raccord à vis (SVL 15) pouvant être fermê de façon étanche par un capuchon percê en phênoplaste (SVL), comprimant un septum en caoutchouc remplaçable.

Ce ballon de réaction (A) peut être fixé hermétiquement à un petit rêfrigérant droit (B) de 160 mm de longueur utile qui Iui-même cQmmunique, par un robinet (Rl), avec un vase d'expansion (C), rem­pH d'une solution à 10 % d'acide citrique et, par R2' avec Ie cir­cuit gazeux.

En vue d'analyse, une petite quantité d'êchantillon (fonction du contenu en carbonate de I'échantillon et de I'échelle de sensibilité du système dêtecteur) finement broyê est pesêe directement dans Ie ballon de rêaction (A), qui est alors fixê sous le rêfrigêrant (B) à I'aide d'une pince à ressort avec vis de blocage.

Les robinets Rl et R 2 en position fermée, 3 cc d'acide ortho­phosphorique diluê (1 + 1) sont introduits sur la poudre d'êchan­tillon à I'aide d'une seringue piquée à travers du septum.

Simultanément, Rl est ouvert pour permettre au CO2 qui se dê­gage de gagner Ie vase d'expansion (C) en repoussant la solution d'acide citrique dans Iaquelle Ie gaz n'est pas solubie. On chauffe

68

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69

Ie ballon avec un micro-brOleur à gaz pour que la rêaction soit complète, puis on Ie refroidit tout en stabilisant la température en l'immergeant dans un récipient ou circule de l'eau de conduite. La même eau de conduite alimente également Ie réfrigêrant et main­tient ainsi une température constante dans tout Ie système de rêaction. Le robinet R 2 est ouvert et Ie mêlange CO2 -air contenu dans Ie système de rêaction est poussé vers Ie circuit gazeux.

Le noyau de ce circuit gazeux consiste en une vanne d'êchantil­lonnage - vanne à piston Varian Aerograph L td, ici - avec boucle d'ê-chantillonnage interchangeable (b) dêterminant l'aliquote de gaz injectê dans Ie chromatographe.

Sous la poussée de la solution d'acide citrique, dont Ie niveau sera maintenu Ie plus constant possible lors des essais successifs, Ie gaz à analyser s'échappe à la pression atmosphêrique (bulles s'échappant dans Ie tube témoin t) via la vanne en position d'échantillonnage. On laisse Ie ballon (A) se remplir d'acide citri­que jusqu'au 2/3 de façon à être certain qu'un échantillon gazeux homogène et reprêsentatif remplit alors la boucle d'échantillonnage. On enfonce Ie piston de la vanne (position d'injection) et l'aliquote de gaz est injectêe dans Ie chromatographe.

Eventuellement, une deuxième injection de contröle peut être réalisêe sur un même essai.

Un tube rempli de driêrite grossièrement broyée (dessicant) pla­cé dans Ie circuit prêvient une dêtêrioration trop rapide de la co­lonne par les vapeurs d'eau et d'acide.

Le robinet R 2 est à trois voies et facilite l'écoulement de l'eau lors du lavage, par jet de pissette, de l'intérieur du rêfrigêrant entre chaque essai.

Les conditions de l'analyse chromatographique ont êtê définies après étude de l'influence : - du conditionnement et de la longueur de la colonne, en tenant

compte du fait qu'une plus grande sensibilitê est obtenue avec la colonne la plus cour te qui fournit encore une séparation suffi­sante (J effery et Kipping, 1972);

- du dêbit du gaz vecteur sur la sêparation, des tempêratures de cellule et four, etc ... Ces conditions opératoires sont rêsumêes ci-dessous :

- Appareil : Intersmat IGG 12M - Colonne : inox 1 m x 1/8 - Phase stationnaire : PORAPAK Q - Température :

- dêtecteur : 75° C - colonne : 29° C (par conduct ion)

- Gaz vecteur : He - dêbit : 25 ml/min. - pression entrêe : 1,05 Bar

- Détecteur : catharomètre - courant de rêf. : 150 mA - attênuation : 16

- Enregistreur : SERVOGOR - vitesse papier : 600 mm/h.

70

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Fig. 2a Fig. 2b Enregistrements de l' appareil Lourbe d'étalonnage

- Echantillon : quantité injectée ~ 0,5 mI (boucle d'échantillon­nage interchangeable). En fonction de ces conditions opératoires, on voit sur la figure

2a, comment se présentent les enregistrements : il apparaît d'abord un grand pic (composite) de -l'air contenu dans la chaîne de réaction, et puis, Ie second pic aigu nettement séparé, dû au CO2 •

3. ET ALONNAGE ET PRECISION

L 'étalonnage a été réalisé, dans notre cas, à partir de carbonate de calcium pur. Comme aussi bien la hauteur que la surface du pic varie linéairement avec la concentration en CO2 , la simple mesure des hauteurs de picsuffit lors des mesures (voir figure 2b: courbe d'étalonnage).

A titre d'exemple, des dosages réalisés à partir de sols reconsti­tués (résidus de sols décarbonatés par HCl bouillant, lavés et sèchés, auxquels on a ajouté des quantités connues de CaC03) ont condui t aux résultats suivants :

Sol reconstitué 1 2 3 4 5

ajouté (CaC03) 10,10 mg 4,70

28,90 17,65 25,10

dosé (CaC03) 10,000 mg 4,65

28,20 17,50 25,00

N.B. : Ie pourcentage de carbonate des sols est exprimé en calcite (CaC03) 71

4. DISCUSSION

Cet analyseur de CO2 est de réalisation simple et peut être couplé à un chromatographe monocolonne bon marché.

Cette méthode répond aux cri tères de rapidi té, précision et sensibilité que nous nous étions imposés.

Quoique Ie degré de précision atteint suffise pour nos investiga­tions de routine, il est encore possible, vraisemblablement, d'affi­ner les mesures en contrölant plus précisément et en standardisant les conditions opératoires (temps d'attaque, chauffage, refroidisse­ment et stabilisation de la température, remplissage de la boucle d'échantillonnage).

En particulier, étant donné la grande sensibilité de la méthode, on peut réaliser Ie dosage de traces de carbonate en prévoyant l'élimination préalable du CO2 de l'air de la chaîne de réaction par circulation d'hélium. On peut, à ce propos, recourir à des dilutions à partir d'une solution standard de Na2C03 pour réaliser l'étalonnage.

On envisage également l'utilisation de cette technique pour Ie dosage du carbone total des sols sur Ie même échantillon.

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Routine determination of the carbonate content in soils, rocks and sediments using gas chromatography

Abstract

This paper describes a borosilicate glass mounting, which is easy to set up and to use, and which has to be connected with an inexpensive monocolumn chromatograph, in order to determine the CO2 content of soils, rocks and sediments in a quick, precise and sensitive manner.

Routine bepaling van het carbonaatgehalte van bodems, gesteenten en sedimenten door middel van gaschromatografie.

Samenvatting

Deze bijdrage beschrijft een eenvoudig te realiseren en te ge­bruiken opstelling in borosilikaat glas, die kan gekoppeld worden aan een go~dkope één-kolom chromatograaf, waarmee het CO2 -

gehalte van bodems, gesteenten en sedimenten kan bepaald worden op een snelle, preciese en gevoelige wijze.

73

I

PEDOLOGIE XXXIV-I, p. 75-89, 8 tab., 5 fig., Ghent, 1984

INTERPRET ATION OF K(CaCh)-AMOUNTS IN THE SOIL PROFILE

C. OSSEMERCT G. HOf MAN

M. VAN RUYMBEKE G. IDE

Research subsidized by I. W.O.N.L. (Institute for encouraging Scien­tific Research in Industry and Agriculture, Brussels).

Abstract

Interpretation norms for extractable potassium with 0.1 N CaCh (on wet soils) are proposed, based on theoretical consid­erations of the so called "exchangeabie" potassium (NHI+-lactate), ' the C.E.C. of the soil and the lineair relationship between the extractable K with respectively NH 4-lactate and CaCh.

Some favourable aspects of using CaCh to evaluate the K status of a soil are mentioned too.

further on, under our temperate marine climate, many Belgian soils show an enrichment of the available potassium in the soil profile. Therefore, attent ion is paid to the significance of the K status in the total soil profile in soil fertility research.

Key-words

Extractable potassium, K status, soil profile.

I. INTRODUCTION

In soils, potassium ions occur in mineral structures and as hy­drated ions either in solution or adsorbeci on cation-exchange sites.

Under natural conditions, 'the main K-source for plants comes from the weathering of potassium-containing minerais, e.g. feld­spars, micas and 2: 1 clay minerais.

C. Ossemerct ..:. Committee of Applied Pedology, G. Hofman, M. Van Ruymbeke and G. Ide - Laboratory of Agricul­tural Soil Sciences, faculty of Agricultural Sciences, State Univer­sity of Ghent, Coupure, 653, B-9000 Ghent, 4, Belgium.

75

In weathered soils developed under a moderate marine climate, a Si-AI-O residue is formed around the unweathered core of feld­spars, preventing further degradation and K restitution (Rich, 1972).

Weathering converts micas to secondary 2: 1 clay minerais, such as illite, vermiculite and beidellite, resulting in a K release. In addition, due to the structure of these clay minerais, not only K release but also K fixation is possible, depending on the concentra­tion of potassium and other cations in the soil solution.

On the other hand, the K concentration in the soil solution is mostly very low, ranging between 6-20 mg KIl (Chevalier, 1971).

These statements prove the importance of the clay content and the type of clay minerals to evaluate the potassium status of a soil.

In the clay fraction of the Belgian soils, about 3 % K 20 is de­termined, indicating that the illite amount is of the order of 50 %. The rest is mainly weathered illite, i.e. vermiculite and beidellite, chiefly present as mixed layers or as intergrade minerais.

The relationship, influenced by equilibrium processes, of the three K fractions in the soil can be presented as follows

slow rapid non exchangeable K ~ exchangeable K ~ K in solution (mineral and fixed) (adsorbed)

Measurements of potassium in the soil solution, only of the order of about 10 kg.ha- 1 in the arabie layer, give an insufficient idea of the real K status of the soil (Hagin & Tucker, 1982). Therefore, the exchangeable potassium, of ten based on the extraction by salt solutions, measuring in this way mainly the potassium in the soil solution and the potassium adsorbed on clay minerals and organic matter, is mostly used for estimating the available potassium. ' .. _

In soU laboratories, the determination of extractable cations is of ten based on the exchange with NHt-ions. Therefore, NHt-ions, as a buffered NH 4 -lactate solution (pH = 3.75), neutral NH 4 -acetate, NH 4 -acetate (pH = 4.80) or NHlj-acetate-EDTA (pH = 4.65); are regu­larly employed as extracting agent for potassium (Lakanen & Erviö, i 971; Cottenie et al., 1975).

Nevertheless, the combinated action of H+ -ions, due to the low pH of some extraction solutions, and NH;-ions, having the same cation radius of K+ -ions, results in a determination, not only of the adsorbed K+, but also of a part of the fixed potassium.

As the fixed potassium is directly correlated with the clay con­tent, a correct interpretation of the potassium status of a soil is only possible knowing the soil texture.

To diminish the important influence of the clay content of the soil on the extractable potassium, a dilute CaCh solution can be used (Van Ru ym beke & De Leenheer, . 1964; Schach tschabe I & Heinemann, 1974).

According to Bolt et al. (1963), the use of CaCh mainly results in the determination of the potassium in solution and especially of the adsorbed potassium. As the adsorption capacity of a soU is best reflected by the C.E.C. of the soU, the potassium status is of ten given as a function of th is value.

The aim of this study is to evaluate the interpretation norms

76

for K coiltents, determined af ter an extraction with a 0.1 N CaCh soiution, in comparison with the more classical norms, obtained af­ter extraction with NH .. -Iactate.

Further on, the determination of the potassium status of a soil is mostly limited to the plow layer. As potassium migrates slowly in the soil profile, some subhorizons can be enriched. Therefore, special attention is paid to the importance and significance of these K amounts in the soil profile.

2. MATERIALS AND METHODS

To cover a great part of our soil textures, th is research is performed on three pilot farms, situated in a temperate marine climate and belonging to respectively the sandy, silt loam and loamy to clayey area of Belgium.

For each farm, some characteristics of one of the fields are given in tables 1, 2 and 3.

Analogous with the study of the mineral nitrogen evolution in . the soil profile (Hofman et al., 1981), soil samples are taken in layers of 25 cm until a depth of 125 cm.

The extractable potassium is analysed with a flame photometer after an extraction with 0.1 N CaCh (pH = 6.5 and soil-extraction ratio 1/10), according to the method described by Van Ruymbeke & De Leenheer (1964).

To prevent a supplemental K-fixation or K-restitution by dry­ing, the extractions are made on wet samples (Van Ruymbeke, 1967).

These phenomena are illustrated in figure 1 for the studied silt loam soils.

At low K concentrations, the lamellae of the illitic clay will open partially with drying and higher K contents are determined.

On the contrary, a desiccation of soils with high K contents results in a lower potassium extraction, due to K-Cixation.

Table 1 Some physico-chemical characteristics of one of the fields in the sandy area (Aeric Haplaquent).

Horizon Depth Particle size distrib. O.M.* pHH20 CaC0 3 K(mg/lOOg) %clay %silt %sand % %

NH .. - CaCh incm 0-2lJm 2-501-lm >50l-lm lact.

APl 0-20 3.8 10.9 · 85.3 2.40 6.35 - 15.64 9.59

AP2 20-39 4.1 7.0 88.9 2.22 6.45 - 11.59 7.50 ACg 39-60 1.6 3.1 95.3 0.36 6.20 - 6.22 4.72 Cg 60-76 0.8 1.3 97.9 0.05 5.90 - 5.10 3.54 CgIICg 76-98 3.7 2.3 94.0 0.10 5.90 - 4.14 0.90 IICg > 98 8.7 31.7 59.6 0.54 8.00 1.05 4.62 0.78

* : % O.M. = % O.C. (Springer and Klee) x 2 (Van Hove, 1969)

77

Table 2 Some physico-chemical characteristics of one of the fields in the silt loam region (Typic Hapludalf).

Horizon Depth Particle size distrib./O.M. * pH . \ H20 CaC0 3 K(mg/l00g)

incm %clay %silt %sandl % % NH 4 - CaCb

0-211m 2-50 llm >5011m lact.

Ap 0-28 8.4 61.1 30.5 1.85 8.00 X 22.14 A 2 28-46 7.8 64.9 27.3 0.69 7.90 0 16.72 B21 t 46-60 14.3 71.1 14.6 0.40 7.30 0 11.07 B22t(g) 60-91 14.2 71.6 14.2 0.12 7.20 0 9.42 BIICg 91-125 8.9 26.0 65.1 0.04 7.50 0 9.42

* fragments of sugar lime

Table 3 Some physico-chemical characteristics of one of the fields in the loamy to clayey area (Typ ic Fluvaquent).

11.66 9.87 5.22 0.97 0.46

Horiz. Depth Particle size distrib. O.M. * pHH20 CaC0 3 K(mg/l00g)'

incm %clay %silt %sandl % % NH 4 - CaCb 0-211m 2-50 llm > 50 llm lact.

Ap 0-40 20.3 35.6 44.1 1.95 8.00 10.7 22.57 6.84 ACg 40-50 21.5 25.6 52.9 0.93 8.30 8.9 25.37 7.55 Cg l 50-60 13.1 10.0 76.9 0.48 8.50 10.7 13.36 0.87 Cg 2 60-125

10~8 14~ 1 75.1 0.42 8.50 12.9 12.14 0~52 (85-90) (110-115) 9.5 11.4 79.1 0.40 8.60 11.6 11.01 0.47

* % C (Springer and Klee) x 2 = % organic matter (Van Hove, 1969)

Thè K(CaCb)-results are compared with the exchangeable K­amounts determined af ter an extraction of dry soil with NHI+-lactate, pH = 3.75 and soil extraction ratio 1/20 (Egner et al., 1960), the most common procedure in our country.

3. RESUL TS AND DISCUSSION

3.1. Interpretation norms

Many Belgian soils show a sufficient amount of extractable po­tassium in the plow layer (tabie 4).

In the silt loam and silt region, more than 85 % of the soils have a "favourable" to "rich" exchangeable K status in the plow layer.

On the lighter textures, the situation is less favourable, dU'e to:

78

extraction on dry soil mg K(CaC1 2)/100g

10

5

layer 0-25 cm

25-50 cm

50-75 cm

bissectrice

/

n = 36 y = 0.89x + 2.21

y = O.72x + 2.17

y = 0.67x + 2.68

extraction on wet soil rog K(CaC1 2)/100g

o 5 10 15 Fig. Influence of soil drying on K-fixation and K-restitution.

Table 4

r = 0.98** '

r = 0.96**

r = 0.98**

K status in the plow layer of arabie land in some Belgian areas Results for 1981-1982 (Pedological Service of Belgium, internal note).

Texture % Soils with K-arnounts * (mg K/I00 g soiI)

0-10 11-15 16-20 20 low normal favourable rich

medium coarse sand 32.2 29.4 19.4 18.0 fine sand 15.1 24.3 24.2 36.4 silt loam 3.2 12.0 25.8 59.0 silt 1.1 9.4 26.7 62.8

* extraction with NH,+-lactate (method Egner et al., 1960)

- a smaller adsorption and water retention capacity, leading to a more pronounced K-migration (Piot & Boon, 1977);

- lower amounts of interlayer, but with NHt-ions, exchangeable potassium. As already mentioned, this statement lets presume that it should be better to base the interpretation norms on soil texture or on the C.E.C. of the soil. Indeed, it has been sug­gested that calculating the percentage of exchangeable potassium

79

relative to the cation exchange capacity improves predictive values of potassium availability (Hagin and Tucker, 1982). The calculated theoretica 1 C.E.C. values for the plow layer, ac­

cording to De Leenheer (1975), and confirmed by some determina­tions of the cation exchange capacity on some fields are of the order of :

- 6 meq/l00 g for the sandy soils; - 10 meq/l00 g for the silt loam soils; - 15 meq/l00 g for the loamy soils .. According to Braunschweig & Mengel (1971), the highest yields

were obtained by maintaining the K status in the soil solution to an optimum level, i.e. between 0.45-1.2 meq/l. This concentration seems to be obtained by equilibration with certain amounts of po­tassium (1-2 mg K/g clay in illitic soils) adsorbed to clays (Hagin & Tucker, 1982).

In soils, the normal exchangeable K-amount is of the order of 3-4 % of the C.E.C., corresponding with a sufficient K:"'level of about 1-2 mg K/g clay.

Supposing K-amounts < 3 % of the C.E.C. are insufficient and K-concentrations higher than 5 % are superfluous, four zones of K(NHt.-Iactate) can be plotted in function of the C.E.C. (fig. 2).

from figure 2 and table 4, it is clear that the limits, used by the Pedo logica I Service of Belgium, are best adapted to soils with a C.E.C. of about 10 meq/l00 g, i.e. grosso modo for silt loam and silty soils.

Changes in organic matter and even in soil texture with depth can cause important variations in the C.E.C. value. Therefore, a rough delimitation of the exchangeable K, limited to the upper two soil layers (0-25 and 25-50 cm) of all the fields of the farm per soil texture, is shown (fig. 2).

This figure illustrates that only the sandy textures overlap the four interpretation zones. On the opposite, soils with higher clay , contents will seldom reach the "Iow" zone because NH:-ions ex­tract a part of the dehydrated (fixed or mineral) potassium.

To have a more theoretical chance to cover the four zones and furthermore to avoid the tremendous influence of the physico­chem~cal composition of the soil, potassium is determined af ter an extraction with 0.1 N CaCh in the laboratory.

Dependent of soil texture, significant linear relationships arc found between the two extraction procedures (fig. 3).

A combination of the exchangeable K-amounts per interpreta­tion zone and per soil texture (fig. 2) with the linear regressions between the two extraction procedures (fig. 3) makes it possible to calculate norms for the K(CaCh)-amounts (fig. 4).

The meaning of the different norms is : - "Iow" : a higher K-fertilization than the K-output by the crops

is necessary; "normal" : apply the balance of import and export (De Leenheer and Van Ruymbeke, 1966; Van Ruymbeke, 1975), supplemented with possible losses by drainage;

- ' "favourable" : in the total rotation, K-inputs equal K-outptits,

80

10

5

rng K/100g

30

20

10

o

tig. 2

5 10

CoEoCo rneq/100g

15

Exchangeable K-amounts (NH 4-1actate) in function of the CoE.C. of illitic soils.

K(CaC1 2) mg/IOOg

K(NH4-1actate)

I mg/ lOOg .. I o 5 10 15 20 25

Fig. 3 Linear relationship between K(N'H 4-1actate) and K(CaCh) for "two soil layers (0-25 & 25-50 cm), in function of soil texture.

81

rog K/IOOg

10

5

o Fig. 4

5

SANDY

SOI1S

10

C.E.C. roeq/ lOOg

15

Interpretation norms of extractable K(CaCh) in func­tion of the C.E.C. of illitic soils.

i.e. for less excessive crops, such as winter cereals, a K-fertili­zation is not necessary; "rich" : for less excessive crops, a K-fertilization can be omitted.

Out of these considerations, it is clear that for the farmers the most critical zones are the limits of the norms "Iow" and "normal". For these zones, the influence of the C.E.C. on the absolute va lues of extractable potassium seems to be Ie ss impor­tant as compared with the NH .. -lactate method (tabie 5) . .

An.other favourable aspect of the use of CaCh is the determina­tion of only the easily available potassium for the crops.

On the opposite, the NH .. -Iactate method gives an idea of the potentially available K-amounts in the soil. Nevertheless, these latter quantities are only partly available in one year.

3.2. Potassium mobility

Applied potassium is mostly so effectively stored by adsorption and fixation that leaching processes are very slow. Nevertheless, in sandy soils but even in more clayey soils with a long tradition of excessive K-inputs, an enrichment of the soil profile is stated.

82

Table 5 Adapted norms of the extractable potassium.

mg K/100 g soil NH4 -lactate CaCh

Norms C.E.C. (mg/l00 g) C.E.C. (mg/l00 g)

± 6 ± 10 ± 15 ± 6 ± 10 ± 15 sand silt loam loam sand silt loam loam

low 0-8 0-10 0-20 0-3 0-3 0-4 normal 8-10 10-15 20-25 3-4 3-5 4-7 favourable 10-12 15-20 25-30 4-5 5-7 7-10 rich > 12 > 20 > 30 > 5 > 7 > 10

Therefore, a knowledge of the extractable K-amounts in the pro­file is another important factor to evaluate the K status of a soil.

Until now, potassium fertilizer advices are commonly based on the K status in the plow layer. This can be explained by the normally significant correlation between the potassium content in the plow layer and the subhorizons, as is illustrated for the re­sults obtained on the silt loam soils of the pilot farm at the start of our experiments, in spring 1976.

15 mg KI lOOg (20-40em)

10

5

• (field 1)

2)

y = 0.62x + 2.97 r = 0.59* n = 12

mg KIlOOg (0-20em)

o 5 10 15 20

Fig. 5 Linear relationship between K(CaCh) in the soil layers 0-20 and 20-40 cm in the silt loam soils of our pilot farm.

83

Nevertheless, figure 5 shows that on some fields the deviations from the linear regression were important. Further on, dependent on the K-supply, soil texture, precipitation, rotation, etc., this linear relationship between the extractable K quantities in the plow layer and the deeper subhorizons was less pronounced and even non-significant (tabie 6).

The high extractable K-contents in the soil profile (fig. 5 and table 7) and the possible variations in the subsoil accentuated the significance of a K-measurement in the total soil profile as an addition to the classical determinations, limited to the plow layer.

Table 6 Linear relationship between the K(CaCh) in the plow layer and the other subhorizons in silt loam soils - Results of spring 1980.

Depth Mean extractable K Linear regression n r cm mg K/100 g

0-25 Kl 25-50 K2 K 2 = 0.96 Kl + 1.13 12 0.76** 50-75 K3 K3 = 0.65 Kl +0.10 12 0.65* 75-100 K4 K4 = 0.18 Kl +0.32 12 0.56 (n.s.)

100-125 Ks Ks = 0.02 Kl +0.59 12 0.13 (n.s.)

** a = 0.01 * a = 0.05 n.s. = non significant

Out of these high K(CaCh)-amounts in the soil profile, it was recommended to omit the mineral K-fertilization for sugarbeets and winter cereals (uptake of nutrient elements until a depth of about 125 cm in the studied silt loam soils) until a more accept­able potassium level was attained. Exception was made for crops with a lower root extension such as potatoes, recelvmg an organic manure, completed with an additional mineral K-fertilization.

Table 7 Evolution of the K(CaCh) in the soil profile of all the experimen­tal fields on silt loam soils.

Time Depth K(CaCh) Interpretation Period 1976-1979 in cm mg K/100 g

spring 0-20 10.88 rich mean export : 1976 20-40 9.71 rich ± 775 kg K/ha

40-60 8.25 rich

spring 0-25 6.04 favourable 1980 25-50 6.92 favourable

mean import 50-75 4.09 normal

:

75-100 1.41 low ± 200 kg K/ha

100-125 0.74 low

84

Table 8 Yields, K-contents and K-exports in function of the K-fertilization.

field* Year Crop K-fert. Yield 0/00 K K-export kg K2O/ha kg D.M./ha

1 1978 winter grain 0 5 770 4.48 .26} 102 wheat straw 7 040 10.7.9 76 }

grain 150 5 870 5.07 30 } straw 6 940 16.68 116} 146

1979 winter grain 0 4 760 6.28 30} 106 barley straw 5 270 14.33 76 }

grain 250 4 370 6.28 27 } straw 5 600 22.77 128} 155

2 1978 winter grain 0 5 140 6.04 31 } 89 barley straw 4 450 12.95 58 }

grain 150 5 260 5.77 30} 115 straw 4 980 17.08 85 }

1979 sugar- roots 0 17 225 7.07 122} 268 beets leaves 4 135 32.38 134 }

tops 960 12.56 12 } sugar 12 400 roots 250 17 725 8.08 143 } leaves 4 565 47.10 215}374 tops 1 050 15.50 16 } sugar 12 760

* m·g K(CaCb)/100 g at spring 1978

field Depth in cm · 0-25 25-50 50-75 75-100 100-125

1 7.48 3.08 1.88 0.62 0.48 2 4.49 4.41 1.48 1.02 1.13

This procedure was followed from 1976 till 1979. A comparison between the mean K-export and K-import during this period shows a net K-Ioss of about 575 kg K/ha, . corresponding with a clear drop of the K(CaCb) in the soil profile (tabie 7).

No yield decrease for sugarbeets or winter cereals was however stated. To confirm this, the · fields 1 and 2, with about the lowest K status at the start of our experiments (fig. 5), were since 1978 divided in two parts, i.e. a plot "with" and a plot "without" a K-fertilization (tabie 8).

The only marked statement between the plots was a systemat­ie lower K-content in the crops, inducing lower K-exports on the objects "without" a K-fertilization.

These results prove again the long-known luxury consumption of crops growing on soils with high amounts of available potassium.

85

Advising a K-input corresponding with the excessive K-outputs, due to a luxury consumption, maintains the high K level in the soil without any benefit for the farmer.

To avoid K-losses by drainage or (and) a K-luxury consumption by the crops, a drop of the available potassium in the different horizons of the soil profile until a "favourable" to "norm al" level is recommended. Therefore, occasional determinations of the ex­tractable potassium in the total soil profile are recommended.

4. CONCLUSIONS

Based on theoretical considerations, interpretation norms of the K-status of the soil, determined af ter an extraction with O.lN CaCh at pH = 6.5 and soil extraction ratio 1/ 10, are proposed. As compared with the NH .. -lactate method, the influence of the C.E.C. on the absolute va lues of extractable potassium (with CaCh) is less important, especially for the "low" and "norm al" zones, the most critical zones in farmers' practice.

Because of higher K-inputs than K-outputs an enrichment of the . soil profile is stated in many Belgian soils.

Therefore, a knowledge of not only the K-concentration in the plow layer, but also in the total soil profile is another important factor to evaluate the K-status of a soil. Maintaining the high K-amounts in the deeper soil layers is unnecessary and will result in K-losses by drainage and luxury consumption. A limitation of these losses is possible by a modification of the K-fertilization, in function of the crop and taking into account the available potassium in the total rooting zone.

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Interpretatie van de K(CaCI2 )-hoeveeiheden in het bodemprofiel

Samenvatting

Interpretatienormen voor extraheerbare kalium, na extractie met 0,1 N CaCh op vochtige bodemmonsters, worden voorgesteld. Dit gebeurt op basis van theoretische beschouwingen betreffende de zogenaamde uitwisselbare kalium, geëxtraheerd met NH .. -lactaat, de kationen-uitwisselingscapaciteit en het lineair verband tussen de kaliumhoeveelheden, respectievelijk geëxtraheerd met NH .. -lactaat en CaCh.

Daarnaast worden een aantal voordelen bij de aanwending van CaCh voor de evaluatie van de K status van een bodem vermeld.

Wegens de kaliumaanrijking van het bodemprofiel in vele Bel­gische bodems, wordt bovendien aandacht geschonken aan de uit­breiding van het bodemvruchtbaarheidsonderzoek tot het volledige bodemprofiel bij de bepaling van de K status van een bodem.

Interprêtation des quantitês K(CaCb) dans Ie profil du sol

Résumé

Des norm es d'interprêtation du potassium assimilabie, extratt par 0,1 N CaCh sur sol humide, sont proposêes. Ces normes sont basêes d'une part sur des considérations thêoriques concernant l'extraction du K soi-disant échangeable parNH .. -Iactate en fonc­tion de la C.E.C. et d'autre part sur la relation linéaire entre l'ex­traction du K respectivement par NH .. -Iactate et par CaCb.

La seconde partie de la publication traite de l'état potassique du profil entier.

Certains aspects favorables pour l'emploi de CaCh sont êgale­mEmt mentionnés. La plupart des sols Belges montrent un enrfchis-

88

se ment de la réserve potassique dans Ie profil du sol. C'est pour­quoi nous attirons l' attention sur la signification de cet enrichisse­ment dans la recherche concernant la fertilité chimique des sols.

89

PEDOLOGIE XXXIV-I, p. 91-114, 11 tab., Ghent, 1984

OPTIMUM FERTILITY CONDITIONS FOR IMPROVING YIELD AND QUALITY Of BUSH BEANS ON DIFFERENT SOIL TEXTURES

J. VANDAMME K. VAN NERUM

R. BISTON

Abstract

D. LAMBERTS

Research project financed by I. W.O.N.L. (Institute for Encourag­ing Scientific Research in Industry and Agriculture, Brussels, Belgium

Together with the study of the suitability of different soils for bush beans, an investigation has been undertaken about the optimum nutrient conditions on those soils.

The influence of the nutrients on the productivity has been examined by means of a correlation study and of a factorial analysis. The results have been compared with the top-data from the practiGe. Using these results, the optimum nutrient condi­tions have been deduced.

The yield increased markedly, with an increase of the Mg­content in the plough-Iayer 'on all soils. There was a distinct relationship between the P-content in the soil and the fructifica­tion (number of pods per plant), mainly on polder soils. On these soils there was a positive yield response on the P-manuring.

On the different soil textures, an increase in yield of 25 % and even .more might be realized by an increase of the nutrient status. On the lighter soils (sand to sandy loam) the N-content was more than sufficient. This was due to the abundant applica-tion of drift-manure. '

As for the quality of the canned product, the K/Mg ratio had a distinct influence.

J. Vandamme, Dr. Ir. - Research worker at the Study Centre for Horticultural Soils, Leuven, Kard. Mercierlaan, 92, 3030 Heverlee, Belgium. K. Van Nerum, Dr. Ir. and D. Lamberts, Dr. Ir. - Research work­ers at the Faculty of Agronomy, Catholic University of Louvain, Kard. Mercierlaan, 92, 3030 Heverlee, Belgium. R. Biston, Ir. - Former research worker at the I.N.A.C.O.L., , Wezembeek-Oppem.

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Key-words

Fertility, yield, quality, bush beans.

1. INTRODUCTION

The "Studiecentrum voor Tuinbouwgronden" of the Catholic Uni­versity of Louvain, Belgium, is charged with the study of the suit­ability of the Belgian soils for different economically important crops, especially for vegetables; it also deals with the investigation of the optimum nutrient conditions on thOe different soils for those crops.

Similar research has already been completed for strawberries (Van Nerum et al., 1966), for asparagus (Van Nerum et al., 1968), for Belgian endive (witloof) (Van Nerum & Palasthy, 197Ó), for to­matoes (Vandamme 1978), scorzonera (Appelmans & Vandamme 1980 and 1982), carrots (Vandamme & Biston 1982 a, b) and beans. The results of the study on the suitability of soils for bush beans grown for canning were dealt with in a preceding report by Vandamme et al. (1981 b).

These results revealed significant differences in productivity. The highest yields were obtained on weil drained loamy soils while the lowest productions were found on dry sandy soils and on heavy polderclays.

This report discusses the influence of the nutrient conditions on different soil texture classes, confirming the data of previous re­ports (Vandamme et al. 1979, 1981 a).

2. GENERAL DATA CONCERNING THE RESEARCH

2.1. Method of investigation

In view of the proposed study 491 samples we re taken on plots under normal cultivation, with no apparent interference. These plots were spread over the different geographic regions of Belgium and Zeeland (Netherlands). They comprised 13 soil classes, with textures ranging from heavy clay to sand and weil drained soils as weil as imperfectly drained ones. This survey was run over 3 years.

When thè beans we re ripe, a sample of about 4.5 m2 area (2 rows of 5 m) was harvested. The pods were gathered and weighed. The number of plants was noted and an additional sam­ple of 25 plants was taken, intended for various measurements and chemical analysis in the laboratory. A more detailed description about the soil classes, the technique and conditions of growing and sampling has been given in Vandamme et al. (1979, 1981 a,b).

2.2. Analytical methods

The extractant used for the soil was ammonium lactate and acetic acid, pH 3.7. Cations we re determined by atomie adsorption photometry, while phosphorus was determined colorimetrically. The pH was measured in water by means of a calomel electrode. The

92

analysis of the crop was performed by wet ashing (H CI0 4 and HN0 3). N was determined according to the Kjeldahl method, Pand the cations were determined as mentioned above.

2.3. Statistical treatment

More than 40 variables were noted; they we re collected on punch cards and computed by the I.B.M. ordinator.

The applied methods for calculating the statistical results re­ferred to the study of the correlation matrix and of the factor analysis (Hartman 1967, Van Nerum & Palasthy 1971) as weIl as to the variance analysis.

3. THE NUTRIENT CONDITIONS IN PLANT AND SOIL

3.1. In the soil

The upper part of table 1 gives the average nutrient status of the plough layer of the examined plots at the moment of the harvest.

In order to get groups with reliable average data and statisti­cal results, the 13 soil classes are brought back into 4 texture groups with similar properties : the sandy soils, (loamy sand and sand*); the sandy loam,' soils (sandy loam and light sandy loam), the loamy soils (loam) and the polder soils on (light) clay and heavy clay.

The available phosphorus-content (P) is lower on the heavier soils, i.e. on loam and on polder clay; the Ca-content and the pH are distinctly higher, especially on polder clay; the Mg-content is rather variabie. The polder soils differ mainly in composition and in proper ties from the others, not only by their texture but also by

. their origine The polder soils are recent estuarine or marine de­posits, and are therefore to be distinguished from the others, which have a (niveo)-eolian origin and which can thus be specified as "eolian soils".

The variability of Mg and Ca is higher than that of K and P or of the pH. It is more pronounced on the sandy loam soils.

3.2. In the plant

Table 1 provides as weIl the nutrient status of the leaves and the pods for the same texture groups; here, the data are however expressed in meq.

On the calcareous loamy and polder soils the Ca-content is higher in the leaves but there is little difference in the pods. On the lighter soils the Mg-, K- and N-contents are much higher. This is more pronounced in the leaves but is still notlceable in the pods. The P-content is more variabie, especially on the polder soils. There is no relation to the soil content.

(*) Loamy sand and sand and other texture classes, according to the texture triangle used by the Soil Cartographic Centre of Belgium (Tavernier & Marêchal, 1958).

93

<.D ,j:::o..

Table 1 Nutrient contents in the top layer (0-30 cm) and in the erop (leaves and pods), at harvest time, per texture group, and variation coefficient.

Eolian soils Polder soils

sand and loam y sand ligh t sandy' loam and loam light clay and heavy sandy loam clay

Number of plots 173 91 191 36 mean var. coeff. mean var. coeff. mean var. coeff. mean var. coeff.

nutrients in pH H20 5.76 7.7 6.19 10.3 6.81 9.3 7.87 6.1 the soil P 21.6 39.1 23.2 46.9 17.9 40.3 14.5 39.8 (mg/100 g) K 21.4 42.7 20.5 39.0 19.6 28.8 21.4 27.6

Mg 6.1 47.8 7.1 59.7 6.4 62.0 54.2 34.3 Ca 73.9 43.4 135.8 120.0 216.4 56.8 1416.4 40.1

nutrients in N 249.6 14.4 230.1 16.8 231.2 11.8 223.7 19.9 the leaves P 25.5 47.9 21.6 46.3 24.2 45.0 21.4 62.2 (meq/100 g K 63.0 37.4 51.7 29.4 49.0 32.2 41.4 42.5 O.M.) Mg 27.6 28.8 22.9 29.9 17.1 36.1 29.9 25.4

Ca 195.3 22.7 218.6 16.5 226.2 18.1 238.0 12.5

nutrients in N 232.1 11.5 216.3 12.1 202.3 12.5 205.4 20.5 the pods P 42.6 31.7 41.9 38.6 43.8 33.2 41.1 28.2 (meq/l00 g K 65.1 21.3 55.0 19.3 49.4 ·23.7 55.7 27.3 O.M.) Mg 19.3 17.4 17.0 15.8 16.7 20.4 17.1 24.9

Ca 33.9 23.8 31.3 22.2 32.6 23.6 35.0 30.5

I

I

4. CORRELATIONS BETWEEN THE NUTRIENT CONDITIONS AND THE PRODUCTION

The same four texture-groups are used. For each group the correlations have been computed between the productivity param­eters and the soil and erop characteristics. The results are given in table 2.

There are 3 main productivity parameters. The first is the yield, the second is the pod density, which corresponds to the number of pods per are as an indication of the generatie prolifica­tion; the third is the pod weight or average weight of the individ­ual pod, which reflects the degree of development of the pods. Only for the significant relations, the correlation coefficients r are displayed. The signs + or - point to a positive or negative correlation, which is less significant than 0.05, corresponding with a lower value of r; n.s. refers to a not significant correlation. A higher P-content in the soil involves an increase in yield, especial­lyon the loamy soils. The higher yield is due as weIl to a better development of the pods as to an increased density. The influence of K is evident on the lighter, more sandy soils, especiaIly with regard to the pod density. The role of Mg is obvious. On each texture class of the eolian soils there is a significant correlation with the yield. This is due to a better development of the pods. On the polder soils the Mg-content is too high. There is no re­lationship with the yield. The influence of Ca and the pH is pos­itive on the sandy soils; like for Mg, it brings about a higher pod weight. It is negative on the calcareous soils, on loam or on polder clay.

The influence of N in the erop is not directly clear. On the eolian soils a higher N-content, especiaIly in the pods, goes togeth­er with an increase in pod density but the pods are smaller and less developed. Higher N contents do not realise higher produc­tions, except on the loamy soils where the N-content is lower.

Higher P-contents and higher N-contents in the pods increase pad density. Unlike the N-content, an increase in P means a bet­ter development of the pods. The K-content in the pods is coupled with a higher pod weight, rather than with an increased pad den­sity. The Mg- or Ca-contents in the pods seem to have little re­lationship, either to the density or to the pad weight.

Finally, the relations on the polder soils are controversial. The significanee level is very high because of the low number of plots. Many results are opposite to those obtained on the eolian soils. The antagonism between Ca and P is obvious. More Ca in the soil corresponds with a higher pod density, but with a strongly re­duced pod weight, whereas an increase in P permits a bet ter de­velopment of the pods.

The data of table 3 demonstrate th at the Ca/P ratio is very important for the fructification (the number of pods per plant) and for the pod density (number of pods per m2

). Both data are given for each texture and drainage class in comparison with the P con­tent in the soil and the Ca/P ratio. The relationship is obvious.

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<.0 0')

Table 2 Correlations between produetivity parameters and nutrient eonditions in soil and erop, on the 4 texture groups.

Sandy soils (173 plots) Sandy loam soils Loamy soils (191 plots) Polder elay soils (91 plots) (36 plots)

rO,O 1 = 0.195; rO.05 = rOiO 1 = 0.267; rO.05 = rO.O 1 = 0.184; rO.05 = rO.01 = 0.418; rO.05 = 0.149; + of - : = 0.100 0.205; + of - : = 0.140 0.142; + of - : r = 0.100 0.325; + of - : r = 0.200 à 0.148; n.s. : r < 0.100 à 0.204; n.s. : r <0.140 à 0.141; n.s. : r <0.100 à 0.324; n.s. : r <0.200 ·

yield pod- pod- yield pod- pod- yield pod- pod- yield pod- pod-density weight density weight density weight density weight

Nutrients in pH 0.169 n.s. + - + n.s. - 0.159 - 0.201 n.s. - 0.473 - 0.691 in the soil P + + + n.s. n.s. n.s. 0.218 + + + - 0.391

K 0.152 0.274 n.s. 0.238 + n.s. n.s. + n.s. - n.s. -Mg 0.237 n.s. 0.245 0.287 - + 0.245 + 0.210 n.s. + -Ca · + - 0.181 0.246 n.s. - 0.261 - - 0.175 n.s. n.s. 0.330 - 0.616

Nutrients N - n.s. - 0.182 n.s. n.s. 0.205 0.163 0.164 + n.s. - + in the P n.s. n.s. n.s. + + 0.327 + + 0.203 - n.s. -leaves K n.s. n.s. - - + n.s. n.s. + 0.155 0.343 + - 0.354

Mg + n.s. n.s. n.s. - n.s. 0.157 0.146 + + 0.379 n.s. Ca n.s. n.s. n.s. n.s. + n.s. + + 0.305 + n.s. +

Nutrients N n.s. 0.247 - 0.306 + 0.268 n.s. n.s. 0.242 - 0.182 - - n.s. in the pods P 0.293 0.393 - 0.330 0.213 0.208 0.335 0.220 · 0.239 n.s. + -

K 0.224 0.225 n.s. 0.305 + 0.237 0.226 + 0.176 n.s. + -Mg n.s. n.s. n.s. - - 0.205 n.s. n.s. n.s. · 0.182 n.s. n.s. n.s. Ca n.s. n.s. n.s. - n.s. + + + n.s. n.s. n.s. -

c.o -.]

Table 3 Fructification (number of pods per plant and per m2

) as a function of the P-content in the soil, and Ca!P-ratio.

Eolian soils Polder soils

Texture classes : Sandy soils Sandy loamy soils Loamy soils Clay soils

Drainage classes : dry humid dry humid dry humid humid

Cartographic symbols Z Q.. SQ.· c.' c.

Zd., Sd. pQ.. LQ.· c.' c.

Pd., Ld. Ab., Ac. Ad . . Udp, Edp

Number of plots 95 78 45 46 181 10 36

Number of pods/plant 20.5 20.2 18.7 19.1 17.9 13.9 12.9

Number of pods/m 2 409 402 445 444 461 367 372

P mg/l00 g soi! 21.5 21.8 22.9 23.4 18.2 14.9 14.5

Ca/P ratio in the 3.0 3.9 5.9 5.3 11.8 16.9 98 soil

-

It reveals a marked contrast between the calcareous polder and humid loamy soils with the less calcareous soils.

5. RESUL TS OF THE FACTOR ANAL YSIS

All data have been subjected to a factor analysis, using the method of the principal components (Hartman, 1967; Van Nerum & Palasthy 1971).

By rotation of the axes in a multidimensional system the original variables are transposed to as many variables as are a function of the original variables; hence, several situations can be approach ed. For each variabIe the factor-Ioading changes according to the ro­tation of the axes and a new situation is proposed. In this way, for each texture-group, 7 factors (7 situations) have been com­puted, together explaining the maximum of the variance.' The sit­uation or factor, we are most interested in, is the one which pro­vides the best information. This is the factor with the highest factor-Ioading for the production and for the controiable variables and at the same time with low factor-Ioadings for extraneous in­fluences as texture, climate (year) and cultivar. Factor-Ioadings of less than 0.300 are considered as not being significant.

The results of the factor-analysis can be transposed into quan­titative data. This is obtained by multiplying the factor-Ioading by the standard deviation. Then th is single (S) or double (2S) _product must be added to or substracted from the mean (M). Applying this computation, a tabulation from M-2S to M+2S is worked out, which describes the improvement of the situation.

for the sake of brevity, only the factor-loadings for the most useful factor, the tabulated factor, are given. A discussion of the results of the factor-analysis for each texture-group follows.

5. 1. On the sandy soi Is

The situation proposed by factor 1 is the most interesting one and has been tabulated (see table 4). An increase in production of 36 % can be obtained by a higher fructification or pod density, and at the same time by a bet ter development of the pods. This top product ion is caused by a marked increase of the nutrient status, corresponding with the results of the correlation matrix in table 2. Also the N-content in the crop may increase, unlike the data of the correlations. The situation for the other nutrients in the crop is not given.

5.2. On the sandy loam soils

The highest yield increase is propo'sed by factor 2. This increase is the product as weIl of a higher pod density as of a higher pod weight. Neither the harvest date nor the cultivar nor the year interferes. This remarkable increase is projected by decreasing the Ca-content and the pH, and by increasing the N in the crop. factor 1 describes an opposite situation. Here, the higher produc­tion is afforded by agiobal increase of the nutrient status of the

98

Table 4 Factor analysis on sandy soils : tabulation of factor 1, plus ratio computed optima versus the mean , (173 plots).

Factor M-2S M M+2S M+2S/M loading in %

Yield (kg/are) 0.624 85.6 132.9 180.2 136 Number of pOds/m2 0.450 301.8 406.1 510.3 125 Pod weight (gram) 0.318 2.97 3.42 3.87 113 Number of pods/plant · 0.389 15.7 20.3 24.9 122 % underdeveloped pods - 0.232 22.2 18.0 13.8 77 % rotten pods 0.016 1.9 1.9 1.9 100

Nutrients in the pH 0.604 5.22 5.76 6.30 109 soil (mg/l00 g) P 0.554 12.3 21.6 30.9 143

K 0.429 13.6 21.4 29.2 136 Mg 0.501 3.2 6.1 9.0 148 Ca 0.505 41.2 73.9 106.6 144

Total N leaves 0.117 241.0 249.6 258.2 103 (meq/ 100 g O.M.) pods 0.256 218.2 232.1 246.0 106

soil and by a small decrease of the N content in the plant. Both factors give useful complementary information which must

not be omitted. In table 5 the data of both factors have been tabulated, but for the sake of brevity, only the results for M+2S are given.

The comparison of both situations however asks for a general conclusion, a synthesis of both the results and a computation of the deduced optima. These are found in the next to the last column. They are the weighted means between the calculated data forM+2S of factor 1 and factor 2. Indeed, according to factor 2, an increase in product ion of 33 % is possible, whereas factor 1 proposes an increase of only 17 % : (158.6 x 1.1"7) + (180.5 x 1.33)

2.50 170.2

Considering these deduced results, we may conclude th at on the sandy loam soils a product ion increase of 26 % is possible. This can be obtained by improving the nutrient status in the soil.

5.3. On the loam y soils

Factor 2 presents an optimal situation. The loading for the yield is very significant and is not complemented by high factor loadings for year, cultivar or harvest date.

According to the· tabulated results of this factor the yield can increase up to 23 %, due to a higher fructification (more pods per plant and per are) (tabie 6).

Also the pods are bet ter developed. This is shown by a higher

99

o o

Table 5 Factor analysis on sandy loam soils : tabulation of factor 1 and 2; computation of the deduced weighted optima and ratio versus the mean (91 plots).

M Factor 1 Factor 2 Deduced Deduced Factor M+2S Factor M+2S welghted optima/mean loading loading optima

Yield kg/are 135.4 0.328 158.6 0.645 180.5 170.2 126 Number of pods/m 2 444.6 0.231 488.0 0.535 545.5 518.6 117 Pod weight (gram) 3.21 0.263 3.55 0.443 3.79 3.68 115 Number of pods/plant 18.9 0.234 21.7 0.472 24.7 23.3 123 % underdeveloped pods 21.6 - 0.143 19.0 -0.171 18.5 18.7 87 % rotten pods . 1.9 0.150 2.5 0.255 2.9 2.7 142

Nutrients in the pH H20 6.19 0.737 7.14 -0.296 5.81 6.42 104 soil (mg/100 g) P 23.2 0.385 31.6 -0.057 21.9 26.4 114

K 20.5 0.455 27.9 0.131 22.6 25.1 122 Mg 7.1 0.511 11.4 - 0.113 6.1 8.6 121 Ca 135.8 0.676 357.1 -0.331 28.4 182.2 134

Total N leaves 230.1 - 0.105 221.6 0.333 255.6 239.4 104 (meq/l00 g O.M.) pods 216.3 0.007 216.8 0.519 243.5 231.0 107

Table 6 Factor analysis on the loamy soils : tabulation of factor 2; ratio computed optima versus the mean (191 plots).

Factor M-2S M M+2S M+2S/M loading in %

Yield kg/are 0.541 121.1 158.2 195.3 123 Number of pOds/m2 0.418 367.8 457.6 547.5 120 Pod weight (gram) 0.222 3.26 3.60 3.94 109 Number of pods/plant 0.447 13.7 17.7 21.7 123 % underdeveloped pods -0.067 20.3 19.1 17.9 94 % rotten pods -0.012 1.8 2.7 3.6 140

Nutrients in the pH H20 0.389 6.30 6.81 7.32 107 soil (mg/l00 g) P 0.633 8.8 17.9 27.0 150

K 0.469 14.3 19.6 24.9 127 Mg 0.342 3.6 6.4 9.2 144 Ca 0.302 142.7 216.4 290.1 134

Total N leaves 0.375 211.0 231.2 251.4 109 (meq/100 g D.M.)pods 0.390 182.5 202.3 222.1 110

average pod weight and by a diminished percentage of underdeveloped pods. On the other hand, there are some more rotten pods. This result ' should be obtained by an improvement of the nutrient level of the soil, for every element, and by an increase in the N-content in the erop.

5.4. On the polder soils

The highest yield increase can be obtained in the situation, shown by factor 5. There should be an increase of 26 % (see table 7) by raising the Mg- and P-content and by reducing the Ca- and K-con­tent in the soil. The N-content may increase in the leaves.

6. RELATION BETWEEN PRODUCTION CLASS AND NUTRIENT CONDITIONS

6.1. Division in product ion classes The calculated optimal nutrient conditions for maxlmlzmg the

product ion have been compared with the data obtained in practice. For that pur pose all the plots have been subdivided into 4 classes, according to their yield, viz.

class I 11 111 IV yield in kg/are , > 160 120-159 80-119 < 80

For each class the average nutrient in the soil and the Neontent in the leaves and in the pods have been computed.

The differences between the classes have been checked on their

101

Table 7 Factor analysis on polder soils : tabulation of factor 5; ratio computed optima versus the mean (36 plots).

factor M-2S M M+2S M+2S/M loading in %

Yield kg/are 0.579 94.2 128.1 162.0 126 Number of pods/m 2 0.175 341.6 372.3 403.0 108 Pod weight (gram) 0.248 3.06 3.38 3.70 109 Number of pods/plant 0.231 11.8 12.9 14.0 108 % underdeveloped pods 0.167 12.1 15.6 19.1 122 % rotten pods -0.045 1.8 1.6 1.4 87

Nutrient in the pH H20 0.057 7.82 7.87 7.92 100 soil (mg/100 g) P 0.284 11.2 14.5 17.8 123

K -0.172 23.4 21.4 19.4 91 Mg 0.335 41.7 54.2 66.7 123 Ca -0.120 1552 1416 1280 90

Total N leaves 0.238 202.5 223.7 244.9 109 (meq/100 g D.M.) pods 0.050 201.2 205.4 209.6 102

significanee by applying a varianee analysis. The results of these calculation are presented in table 8. Some conclusions can be drawn from the data which emphasize and complete the above calculated results. The loamy soils are the most productive : 87 out of 191 plots or 46 % be long to the first class. This ratio is respectively 28 % on the sandy soils, 22 % on the sandy loam soils and only 11 % on the polder units.

On all texture classes, except on the polder soils, there is a systematic and significant increase in Mg-content with a higher yield. On the sandy soils the K-content has a positive influence but this is not significant. The same can be said for Ca and the pH value. On the sandy loam soils, the variability is higher (cfr. table 1) and the differences are not significant. On loam however the P content has a significant influence just like the Mg-content. Also on the loamy soils the N-content in the leaves is significantly higher in the first class, reflecting a positive relation with the production. On the sandy soils the N-contents are too high and the results are opposite.

On the polder soils, the results seem to be miscellaneous. There is an indication for a higher N-content in the leaves of the first class. The P-content in the soil is higher with an increasing yield. The differences however are not significant because the variability is too great and the number of plots is too limited.

102

-o VJ

Table 8 Production classes and nutrient conditions in soil and crop, on the 4 texture groups, plus the F -value for the differences.

Classes

I 11 111 IV F -value

I 11 111 IV F -value

I 11 111 F -value

I 11 111 IV

Numbers of

plots

Yield (kg/are)

Nutrient status in the soil (mg/l00 g soil)

sandy soils 48 60 46 19

pH H20 p

(text~ sand & loamy sand) 180 5.84 22.6 138 5.77 21.7 102 5.78 22.6 67 5.56 16.2

2.48 3.09* ford.f. 3 and 169 : FO.05 = 2.67, FO.Ol =

K

23.4 20.4 21.1 19.8

1.47 3.90

sandy loam soils (text. light sandy loam & sandy loam)

Mg

7.1 6.4 6.0 4.6 3.58*

20 185 6.20 26.2 23.3 9.1 33 139 6.19 21.3 20.6 7.3 32 100 6.27 21. 7 18.9 6.5

6 67 6.08 21.8 23.0 5.5 < 1 1.02 < 1 1.89

for d. f. 3 and 87 : FO.05 = 2.71, FO.O 1 = 3.99

loamy soils (text. loam) 87 I 190 6.78 76 140 6.82 28 109 6.87

19.7 16.7 16.2

< 1 for d.f. 2 and 188 fO.05 =

4.17* 3.05, FO.O 1 =

polder soils (text. clay & heavy clay) 4 172 7.98 16.4

17 139 7.66 16.3 11 102 8.09 13.9 4 58 8.00 13.0

no significant differences all F -va lues <

19.9 19.7 19.2 < 1

4.73

21.6 20.9 22.0 23.0

7.2 6.4 4.1 6.83**

65.1 56.1 51.3 65.5

Ca

77.4 73.8 74.2 68.5 < 1

123.0 128.6 184.6 114.2 < 1

217~6 218.4 212.9 < 1

1362 1274 1655 1065

Total N (meq/l00 g O.M.

leaves

246 242 260 259 2.68*

228 233 231 223 < 1

234 233 219 3.50*

236 216 230 214

pods

237 230 230 235 < 1

218 218 207 204 1.51

200 206 199 < 1

182 202

. 224 175

o ~

Table 9 Optimum nutrient eonditions in the soil and N-uptake in the erop per texture group.

Nutrient status of the soil (mg/100 g soil)

pH H2 0 P K Mg Ca

Sandy soils 5.80 - 6.20 20 - 25 20 - 25 7 - 9 80 - 100 (sand & loamy sand)

Sandy loam soils 6.20 - 6.70 20 - 25 20 - 25 8- 10 100 - 180 (light sandy loam & sandy loam) .

Loamy soils 6.70 - 7.20 20 - 25 20 - 25 8 - 10 200 - 250 (loam)

Polder soils 7.50 - 8.00 17 - 20 20 - 25 > 40 > 500 (elay)

Total N (meq/100 g dry matter)

leaves pods

230 - 250 220 - 240

220 - 240 210 - 230

220 - 240 200 - 220 I

220 - 240 180 - 210

6.2. The optimum nutrient conditions

By comparison of the calculated optima with the top data from the practice the optimum nutrient conditions can be deduced for maximizing yield and quality. These optima are proposed in table 9.

According to these results there is very little difference due to the texture class. Putting the optima in the quantum of the com­puted and the really obtained top data, an optimum content of 20-25 mg is proposed as well for K as for P. On the calcareous polder soils however these scores may be beyond range for P, and an optimum of 20 is more realistic.

The Mg-content may reach up to 8 and 10 mg; on the sandy soils it may be somewhat lower. The Ca-contents, as weIl as the pH are variabie and have optimal values as a function of the tex­ture class.

On the sandy soils the N-content is normally higher but the optimum would range within about the same limits as on the other soils.

7. INFLUENCE OF MANURING

The influence of manuring has been examined. Exact and relia­bIe data were available for 150 plots, 36 plots in the polders and 114 plots on sand to sandy loam. The loamy soils were excluded since they all received about the same dose, 100 N, 90 P eind 150 K.

The input of nutrients with organic manure was very important. In accordance with the normally used criteria, the percentages of N, Pand K which we re available the first season, we re taken into account. The avarage data for N, Pand K are rather high and there is a great variability (see table 10). The same table gives

. the correlation coefficients between the manure supply and its con­tent in the soil or in the plant, and the production.

On the eolian soils, the correlation for N with the leaves and the pods is negative, although it has a positive tendency for the production. On the polder soils the relation with N is negative. It seems th at the N-supply is more than sufficient, as can be con­cluded from the high average contents. On the eolian soils, the P-supply shows little correlations. On the polder soils however the correlation is significant and positive as weIl with the content in the soil as wi th the product ion.

The K-input reveals little or no relation. In the polder units . however a positive tendency is observed.

8. QUALITY OF CANNED BUSH BEANS

An examination on the quality of canned bush bean~ has been undertaken. This could be realized thanks to an intense collaboration with the I.N.A.C.O.L. In this institute, which specializes in the problems concerning the amelioration and conservation of vegeta­bies, the quality of the canned product of 88 different plots has been examined.

105

-o en

Table 10 N.P.K. input by manuring, organic and chemical; correlations between the input and the nutrient content in soil or crop and the product ion.

Soils Elements N.P.K. input Correlation with : nutrient conditions in: production

in units/ha var. coeff. soil leaves pods

Eolian soils : N 171 54 - 0.356** - 0.094 o. tl4 sand to sandy loam n = 114 P 152 47 0.112 - 0.140 rO.O 1 = 0.240; rO.05 = 0.184 K 205 31 0.006 - 0.237

Polder soils : N 161 53 - 0.217 - 0.102 - 0.184 n = 36 P 166 50 0.344* 0.545** rO.O 1 = 0.418; rO.05 = 0.325 K 165 73 0.158 0.200

Table 11 Quality test on bush beans (88 plots on sand to loam) Tabulation of the results of factor 4.

Factor M+2S M loading

Yield kg/are - 0.263 102.8 119.2 Number of pOds/m 2 0.098 360 347 Pod weight (gram) - 0.423 2.77 3.44 Pod length (mm) - 0.277 5.31 6.66 Nutrients in the pH H2 0 - 0.236 6.07 6.35 soil (mg/l00 g) P - 0.099 16.9 18.1

K - 0.358 15.3 19.3 Mg .- 0.203 9.5 10.1 Ca -0.351 99.2 148.8 Na 0.027 10.0 9.2

Parameters of appearance - 0.341 2.80 3.39 1 to 5 colour - 0.013 2.77 2.79 1 to 4 homogenei ty - 0.444 2.62 2.35 1 to 4 seam 0.335 2.97 2.51 1 to 3 taste - 0.333 3.14 3.90 1 to 6 texture - 0.200 2.42 2.85 1 to 4 I general apprec - 0.377 2.03 2.83 1 to 6

Quality product ion 41. 7 67.5

M-2S ratio M-2S/M

in %

135.6 114 334 96

4.11 119 8.01 120 6.63 104

19.3 107 23.3 121 10.7 106

198.4 133 8.4 91

3.98 117

2.81 101

4.08 122

2.05 82

4.66 120

3.28 115 I I

3.63 128

98.4 146

Besides many determinations and measurements as well on the fresh pods as on the canned ones, a special panel was selected which estimated the main quality parameters of the canned pods, namely : the appearance, the colour, the homogeneity, the development of the seam, the texture, the taste and consequently as a synthesis of these characteristics, the general appreciation. This evaluation was do ne us­ing quota from 1 (bad) to 3, 4, 5 or 6 (optimum), depending on the im­portance of the parameter, (see table 11). More details about this examination have been described by Vandamme et al. (1981 a).

The correlations between the quality parameters and the produc­tion and the main characteristics for soil and crop, have been com­puted. There is only a small relationship between the quality and the quantity of the yield. There is a distinct negative relationship be­tween the quality and the pod weight. Coarser pods are characterized by a poorer appearance, a coarser texture with a more pronounced seam, a less fine taste and consequently a lower appreciation.

107

The cultivar has a distinct influence. Cultivars with finer pods present a bet ter quality, especially a finer texture and a more delicious taste.

There is little or no influence from the soil class, neither from the texture, which goes from sand to loam, nor from the drainage class.

As to the fertility conditions of the soil, there is only a signif­icant positive correlation between the taste and the K-content. A higher K-content brings a finer taste and a better general appre­ciation. Higher Mg- and Ca-contents tend to have a positive in­fluence on the appearance.

It must be noted that the average Mg-content for the pros­pected plots was 10.1 mg, being more than sufficient. The average K-content was 19.3. The ratio K/Mg was rather low and might increase to more than 2.

In addition, the data have been subjected to a factor-analysis. The factor which provides the maximum information about the quantity and quality is factor 4; at the same time the influence of the soi I texture has been reduced.

Tabulation of this factor describes an optimum situation for maximizing yield and quality. The results are presented in table 11.

In this situation the yield may increase by 14 %. The pods are bet ter developed and much longer but the average weight is not yet too high. The quality is markedly bet ter. The pods have a better appearance, are more homogeneous, have a finer taste and a firmer texture. The general appreciation of the quality is in­creased by 28 %.

The evaluation of these two parameters, yield and quality, al­lows to calculate the quality product ion, i.e. the product of the yield with the quality coefficient. The latter is obtained by dividing the value of the genera I appreciation by 5. The mean quality product ion is then :

119.2 x 2.83/5 = 67.5

According to the data of table 11, the quality product ion can in­crease by 46 %, especially by raising the K-content. The K/Mg ratio has a higher value, being 2.18. The P- and Mg-contents un­dergo few changes, but the Ca-content should be raised too.

Finally it can be concluded that the nutrient level should be in good equilibrium, especially with re gard to the K/Mg ratio. Where the Mg-content is about 10 mg and thus sufficient, the K-content may be increased to a ratio of more than 2. This is important, as weIl for the quantity as for the quality of the bush beans.

9. DISCUSSION

9.1. Product ion as a function of the nutrient conditions

According to the results of the factor-analysis, confirmed by the top productions in the practice, the average yield on the sandy soils can increase by 30 %. This can be obtained by raising the fertility level (K, Mg, Pand Ca). The optimum ratio would approx-

108

imate a value of 3 for K/Mg and 3 to 4 for Ca/Po The fructifica­tion or number of pods increases obviously by a higher P- and K­content. The pods gain in size and weight by an increase in Ca and Mg supply. The N-content in the crop however would be too high.

On sandy loam soils a surplus -product ion of 25 % is possible. This result can be obtained by increasing the fertility level, espe­cially the K-, Mg- and P-contents. The optimum K/Mg ratio would be about 2.8 and the Ca/P ratio would range bet ween 4 and 8. The N-content in the crop is sufficient.

The loamy soils can give productions up to 20 % higher, espe­cially by improving the Mg- and the P-levels. The Ca-content and pH are sufficient, and a light increase of the K-level would be favourable. The ratio K/Mg, which now has an average of more than 3, may decrease to 2.5. The Ca/P ratio, now being 12, may get a value of 10. An increase of N in the crop would have a positive effect.

On the polder soils there is a distinct antagonisrri between Ca and P. On these soils an increase in yield of 25 % is proposed, mainly by a higher fructification and thus a higher pod density. This should be related by an increase in P; indeed, a higher P­manuring has a direct positive influence on the product ion, more than the N-supply.

9.2. Relation K/Mg

for all eolian soils, ranging in texture from sand to loam, it is obvious that a yield increase is possible by increasing the Mg-con­tent in the soil. Also the K-content may be raised. This improves the quality, more than the quantity. It seems that in all these

. soils the K/Mg ratio may decrease to 3 or less. J ohansson & Hahlin (1977) ascertained an optimum ratio by 3 or

lower, for different crops. Mengel (1977) noted an increased pro­duction of oats by an increase of K and Mg in the soil to a cer­tain level. This optimum level was reached sooner for K than for Mg. Yet the Mg-content in the crop decreased by interaction with K, even with high yields.

Piot and ' Boon (1977) established that the Belgian soils are over­manured with K, whereas the Mg-input may be increased, especial­lyon the loamy soils. Based on long-term investigations they checked the connections between the K-balance. and the K-content in the soil. With a manuring according to the need of the crop (the export by the crop), the K-content still increased very slightly on loamy or deep humiferous sandysoils. On poorly humiferous sandy soi Is however there was a loss by leaching.

In the Netherlands, Prummel (1968) ascertained that bush beans responded scarcely to a K-manuring. For an average content of 16-20 mg in the soil, he proposed a supply of 200 units per ha. In the lighter soils of Belgium, i.e. on sands to sandy loams, this dose is of ten exceeded, but with no crop response. On the polder soils, the average is lower and there is a tendency for yield increase by

109

higher K-supplies. Together with the mentioned high K-input, Prummel advised a manuring of 50 to 100 units of Mg, supplied as kieserite or with patent kali or as magnesia-lime.

9.3. The relation K : Mg : Ca

The crop uptake is selective : K is taken up more easily than Mg or Ca. This is due to its smaller size as a hydrated ion and consequently to its quicker transport.

Notwithstanding an unequal uptake, there is still a positive cor­relation between the nutrient contents in the leaves and in the pods, at least on the eolian soils. On the polder soils, the too high Mg- and Ca-contents oppose the uptake of K. Studying these rela­tions for wheat, corn and sugarbeets Louê (1977) found also a distinct antagonisme A higher uptake of K was attended by a lower uptake of Ca and Mg; he noted as weIl a negative interaction be­tween Ca and Mg.

9.4. The need of P

Higher P-contents in the soil have a distinct influence on the fructification; this is quantified by the occurrence of more pods per plant and by better developed pods. On the other hand, a higher P-content implies more rotten pods, but the connection is indirect.

for the soils of the Netherlands, a manure dose of 150 to 200 uni ts per ha was advised, which is more than is usual in Belgium. On the Belgian lighter soils, with textures ranging from sand to sandy loam, an average of 152 units was supplied and the relation with the yield was rather negative. On the polder ' soils, where the average P-supply was 166 units, there was a significant favourable effect on the yield. On these calcareous soils the antagonism be­tween available Pand Ca is obvious, although this is not the case in the crop.

9.5. The N-supply

Bush beans be long to the papillionaceous family, which fixes the N directly from the air. They need however a good N-manuring, mainly due to their short vegetation period and high biomass­production. High uptake of N causes a wealthy crop with a dense stand and long leaves.

The fructification or number of pods per plant, and the density or number of pods per area, increase markedly by a higher uptake of .N, · as weIl as of P.

There is however a certain antagonism, in the sense th at high N-uptake provides smaller pods .while a higher P-uptake advances the development of the pods.

In the Netherlands, a N-supply of 60 to 120 units is usual. On the Belgian soils the N-supply is higher; it is more than sufficient and even too high, except on the loamy soils and on the polder clays.

110

In contrast to our expectations, no relationship has been noted between the N-content in the crop and the appearance of botrytis. The latter was found on the field of ten af ter the application of large doses of drift-manure. This could be a result of a deteriora­tion of the soil structure, caused by this drift-manure.

Botrytis has also been found on the loamy soils, mostlyon the imperfectly drained sites. This is due to a slighter percolation in the surface soil and again to a degradation of the structure.

ACKNOWLEDGEMENT

The authors are largely . indebted to the managers of the differ­ent canning-factories for their useful collaboration in the field. Also special mention should go to Dr. Seeger, director, and to the personnel of I.N.A.C.O.L. at Wezenbeek-Oppem, for calibration, quality testing and complementary research as weIl on the fresh pods and beans, as on the canned product.

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Optimale voedingscondities. voor oogst- en kwaliteitsverbetering van stamslabonen op bodems met verschillende textuur

Samenvatting

Bij de studie van de bodem geschiktheid voor stamslabonen werd meteen een onderzoek uitgevoerd naar de optimale voedingscondi­ties per textuurklasse.

De invloed van de chemische bodem- en gewascomponenten op de produktie werd onderzocht bij middel van correlatiestudies en factor-analyses, en getoetst aan de gegevens die in de praktijk ge­vonden werden bij topprodukties. Uit die resultaten werden optimum­voedingscondities afgeleid, waarbij volgende belangrijke punten naar voren kwamen.

De produktie steeg gevoelig bij toename van het Mg-gehalte in de bodem op alle gronden. Er was een duidelijk verband tussen het P-gehalte in de bodem en de peulbezetting per plant, vooral op de kalkrijke poldergronden. Op die bodems was er trouwens een posi­tieve reactie van de produktie op de P-toediening via de bemesting.

Op de verschillende textuurklassen kan de gemiddelde produktie nog toenemen met 25 % of meer door verhoging van het voedings­niveau in de bodem. Het N-gehalte evenwel is meer dan voldoende op de lichtere gronden (zand tot zandleem), waarschijnlijk als ge­volg van zeer hoge doses drijfmest. Voor de kwaliteit van de inge­blikte bonen is een goede K/Mg verhouding va"n essentieel belang.

Conditions nutritives optimales pour l'amélioration des récoltes et de la qualité de haricots-princesse sur des sols à texture variabie

Résumé

Une étude effectuée sur l'aptitude des sols à la culture des haricots-princesse s'est étendue à une recherche portant sur les conditions nutritives optimales par classe de texture.

L'effet de la composition chimique du sol et de la plante sur la production a été examiné à l'aide d'études de corrélations et d'analyses factorielles, atlant de pair avec Ie contröle des données obtenues à l'occasion des productions maximales. Ces résultats ont

113

permis de déduire les conditions nutrltlves optimales. Les points importants suivants ont été mis en évidence.

Sur tous les sols, hormis les polders riches en Ca et Mg, la production a augmenté sensiblement en fonction de l'accroissement de la teneur en magnésie dans Ie sol. 11 y a eu une relation nette en­tre la teneur en phosphore du sol et la densité des gousses par plante, particulièrement dans les sols des polders riches en chaux; une réaction positive de la production à l'apport de phosphore par la fertilisation y a d'ailleurs été démontrée. L'examen par classe de texture indique que la production moyenne peut encore augmenter de 25 % et plus, en améliorant Ie niveau nutritif du sol. Sur les sols légers (sabie à limon sableux) la teneur en Nest largement suffisante, même trop élevée, situation à laquelle de très hauts apports de lisier ont contribué. En ce qui concerne la saveur et la qualité des haricots, notamment après leur mise en conserves, il a été démontré que Ie rapport K/Mg joue un röle essentiel.

114

New publications

Genesis of Podzols. By f. De Coninck

Nouvelles publications Nieuwe uitgaven

Overprint from : Meded. Kon. Acad. Wetensch., Letteren en Schone Kunsten in België (Klasse Wetensch.), 45 (2), 1983, 65 p. Edited by Brepols NV, Bar. f. du fourstraat, 8, B-2300 Turnhout, Belgium. Price 800 Bf.

Dans l'introduction (p. 3) l'auteur constate, non sans raison, que les term es "Podzol" et "podzolisation" (il aurait pu ajouter "podzolised" et "podzolic", qui ont en plus une signification différen te dans diverses langues) sont très populaires, mais mal définis. Ces concepts viennent de la Russie et de l'Europe de l'Est; ferait-il allusion à l'école du Maître Dokuchaiev, fondateur de la science du sol et oublié dans la liste bibliographique, pourtant impressionnante (p. 60-65) ? Probablement a-t-il aussi oublié un article de niveau international de R. Dudal (90 Years of "Podzolic" Soils - 1970 -Bucharest, etc.). L 'école scandinave, pourtant réputée dans Ie monde podzolique, a également été oubliée. Que d'oublis, et j'en passe.

Toujours en p. 1, un système récent se nommerait tout simple­ment "Taxonomy"; s'agirait-il du prestigeux "Soil Taxonomy", oeuvre maîtresse de notre regretté ami et collègue Guy D. Smith, qui n'a pas trouvé une toute petite place dans la bibliographie. Bien sur, on ne peut y mettre tout Ie monde. Bien sur, ce "Taxonomy" est un lapsus évident. De même que Ie "placic horizon", qui n'est pas un "iron pan" mais un "thin iron pan", qui n'est pas "black or dark reddish", mais "black to dark reddish" (Soil Taxonomy, p. 33). Que de lapsus.

Evidemment, tout cela ne sont que des détails qui ne font qu'effleurer "the question". Mais ••• enfin De Coninck vint. Et, dans Ie titre déjà, voilà qu'il voudrait renvoyer aux oubliettes Ie terme de Spodosol. Je sais, depuis 1960 pas mal ont eu mal à Ie digérer, ce Spodosol, mais chez d'aucuns il ne passe pas. A quand Ie retour des Latosols et au tres latérites, et ce sympathique Gray Brown Podzolic Soil (cité) et ses frères Brown, Red et Yellow, ou restent­t-ils ?

Je m'excuse de ce long commentaire sur une si courte "Introduc­tion", mais personnellement j'attache beaucoup d'importance à ce genre de choses, qui souvent renseignent ou préviennent Ie lecteur de ce qui l'attend. Mais l'auteur nous assure qu'il va donner "a logical explanation" de la podzolisation. Heureusement. Ni plus, ni moins. Que tous les podzolophiles qui avaient la prétention d'avoir une petite chance génétique abandonnent tout espoir. "Lasciate ogni speranza, voi ch'entrate" un antre podzolique autre que celui qui vous est proposé : vous êtes sur la mauvaise voie, celle de la "non-Iogic explanation".

En résumé : cette "Introduction" contient quelques oublis et lapsus (parfois pénibles pour Ie professioneI), elle est plutöt préten­tieuse (this is an underestimation) et rédigée d'une façon assez

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décevante (this is just a personal statement). Après cette "introduction", j'hésite à utiliser encore Ie terme

Spodosol. La définition ne nous plaisait guère; elle n'était pas fa­cile, imposée par les spécialistes de l'extraction, rendant la vie dure aux pédologues de terrain. Les rapports Fe/C et au tres é­taient devenus un cauchemar, mais étaient-ils vraiment au goût de Guy D. Smith ? J'en doute. J'ai l'impression que même l'éminent spécialiste De Coninck en doute. En tous cas, il tend la main au pédologue de terrain et il propose une d~fférenciation nouvelle de l'horizon B avec critères qui laissent rêveur: 1) Horizons B à consistence "loose to friable". S'agit-il de term es

du "Soil Survey Manual" ? Si oui, il faudrait Ie dire, et il fau­drait spécifier s'il s'agit de matériaux "wet, moist or dry". S'agit-il d'horizons Bh, Bfe ou Bhfe, ou est-ce sans importance ?

2) Horizons partiellement ou totalement cimentés. Plus loin (en bas de la p. 4), on mentionne des horizons B (Bh, Bfe ou Bhfe, ou est-ce sans importance ?) cimentés ou nodulaires, ce qui n'est pas du tout la même chose et que Ie pédologue de terrain ne mettrait pas dans Ie même sac. Ensuite je voudrais bien savoir quel auteur (allemand ?) a qualifié un horizon B nodulaire d'Ortstein.

3) Horizon B à nodules-Fe etc. et un matériau meuble à composés organiques. 11 me semble que Ie n° 3 ressemble au n° 2, mais probablement je me trompe; une rédaction un peu moins obscure me remettrait peut-être sur Ie bon chemin.

4) Horizons B du type placique. Pas de commentaire sinon que l'ex­pression "peat deposits" ne me plait guère ici. Et voilà, quatre "classes" de Podzols sont nées, nommées "con­

ventionally" : Podzols friables, P. cimentés, P. nodulaires et P. placiques. Que c'est beau et simpie, une classification de terrain bien conçue et probablement basée sur une genèse à toute épreuve.

Peut-être avez-vous l'impression que je suis en train de reécrire l'article en question. Rassurez-vous, il n'en est rien. Au contraire, nous entrons dans Ie vif du sujet (micromorphologie, chimie et physico-chimie de la matière organique, minéralogie, etc.), ou nous suivons inconditionnelement l'auteur, à quelques détails près, qui no us étonnent de l'expert podzoliste à qui rien n'échappe. Voilà que réapparaissent les symboies fam1liers, mais un peu délaissés, de Bh et Bfe. Une question concernant Ie tableau 2-1 (p. 15) : pourquoi des horizons contenant 1,0, 1,2 et 9,3 de Fe sont ils des Bh, alors qu'un horizon avec 1,4 de Fe est un Bhfe ? (Fe : extraction au dithionite-citrate, en mg/g)

J'ai été profondément impressionné par les admirables formules de chimie organique des p. 17 et 18. Je m 'incline devant ces chefs­d'oeuvre, qui ont comme seule réference : from De Coninck 1980, etc. Mais, curieux de nature, j'ai consulté De Coninck 1980a etc. dans Geoderma 24, 1980. Et là, dans un article sur les "spodic ho­rizons", j'ai retrouvé les mêmes merveilles; ou plut5t, elles se trou­vent \à depuis 1980, mais avec une référence en bas de la p. 103, que les "data on structure and behavior have been obtained from numerous papers" (voir p. 127). Puis-je en conclure que la mention De Coninck 1980a etc. prête à confusion et que les dites merveil-

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les sont dues à quelqu'un d'autre ? A défaut de résumé (qui peut-être aiderait Ie lecteur) contentons

nous du "General discussion and conclusions". L 'évolution du sol doit être expliquée au-moyen des processus qui se situent dans Ie sol même (dixit l'auteur). Les facteurs externes (végétation, climat, activité humaine) peuvent influencer ces processus (quand-même !), mais ils ne sont pas directement et exclusivement responsables. Là je ne comprend plus; s'il g'y avait pas ces facteurs externes, à quels procédés mystérieux doit-on avoir recours pour expliquer la pédogenèse ? Hans J enny et ses "Factors of Soil Formation" serait­il se trompé à ce point là ?

Les quelques conclusions quant au "management", l'age, la nomen­clature (d' après la végétation, sans référence, sinon "in the litera­ture") et une classification inédite (mais recommandée par l'auteur) des Podzols font l'effet d'un atterissage forcé après un vol à haute altitude.

Le prix de cet "overdruk" de 65 p. n'est que de 800 francs bel­ges; n'est-ce là une preuve indiscutable de sa qualité exceptionelle?

J. AMERYCKX

Environmental Biogeochemistry. Proceedings 5th International Symposium on Environmental Biogeo­chemistry. By R. Hallberg, editor (1983). Ecological Bulletin n° 35, 576 p. Publishing House/FRN, Box 6710, S-113 85 Stockholm, Sweden. Price : Sw. Cr. 260 (inci. air mail postage) or approx. US dollar 38.

This publication includes a selection of 50 papers which we re presented at the Fifth International Symposium on Environmental Biogeochemistry, held in Stockholm in 1981.

As the presentations focused mainly on reservoir component pool-size variability, chemical transformation mechanisms and the impact of these factors on the interpretation of field data, some papers have more concentrated on the description of the data than on a critical inquiry into their relevance to the problem under study. This book gives nevertheless an excellent review of the state of knowledge acquired today in the field of biogeochemistry for the main earthcomponents.

The papers in this volume have been organised in sections relat­ed to energy of mass balances of elemental or mineral cycles. In this respect the following six sections have been considered : (1) Biochemistry of Rivers and Sea-water, 6 contributions; (2) Bio­geochemistry of Sulfur, 5 contributions; (3) Biogeochemistry of Nitrogen, 6 papers; (4) Biogeochemistry of Carbon, 7 papers; (5) Biogeochemistry of Metals, 11 papers; (6) Diagenetic Systems, 4 contributions. A seventh heading, identified as Miscellaneous fluxes, includes a.o. a series of topics related to the effects . of man-made emissions (herbicides, PCBs and other pollutant materials) on the biosphere.

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This book can be recommended to all biochemists dealing with ecological problems and to biologists and ecologists in search of a bet ter understanding of the chemical transformations taking place at the earths surface.

W. VERHEYE

Alimentation et fumure minérales des végétaux. Par M. V. Homès et G. Van Schoor Edité par l'Académie Royale de Belgique, 1982, 360 p., 47 fig., 79 tab. ISBN 2-8031-0033-9.

Comme Ie signalent les auteurs, cet ouvrage constitue une syn­thèse de leurs travaux au cours des trente-cinq dernières années.

Partant d'une base physiologique, reposant elle-même sur de très nombreuses recherches expérimentales, ils établissent une théorie de l'alimentation minérale des végétaux dont les répercussions peuvent être très significatives au niveau de l'application des fumures miné­rales.

Ils se sont donc prêoccupês de rechercher une relation fonda­mentale entre la production vêgêtale et la composition du milieu nutritif, de manière à définir une optimisation de l'alimentation et de formuler la prédiction des effets de ces aliments minéraux sur la plante.

L'ouvrage se subdivise en deux parties principales lère partie : Thêorie et mêthodologie relatives à l'alimentation totale. 2ème partie : Thêorie et méthodologies relatives à la fumure minêrale.

Cette êtude prêsente une grande densité de concepts thêoriques et de rêsultats expérimentaux que l'on ne peut dêtailler ici. Signa­Ions cependant qu'elle contient des points de vue critiques et des conceptions originales se traduisant dans l'élaboration de la thêorie des "variantes systêmatiques", se basant elle-même sur les êquili­bres ioniques des solutions nutritives et sur les interactions des ions.

Les notions développêes méritent une attention particulière de tous ceux qui se prêoccupent sur les plans thêorique et pratique de l'alimentation minérale des vêgêtaux et des problèmes de fu­mure.

G. HANOTIAUX

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Soil Micromorphology. Vol. 1 : Techniques and Applications. Vol. 2: Soil Genesis. Par P. Bullock et C. P. Murphy, éditeurs. A.B. Academic Publishers, P.O. Box 97, Berkhamsted, Herts HP4 2PX, England, 1983, 366 p. (vol. 1) et 340 p. (vol. 2). ISBN 0-907360-06-8. Prix : 29,50 Livres sterling par volume.

Cette publication en deux volumes contient une sélection des communications présentées à la 6e réunion de travail du Groupe de Micropédologie (devenu depuis 1978 Sous-Commission de l'AISS). qui s'est tenue à Londres en 1981.

Le livre est composé de 56 articles différents, couvrant d'une part les techniques micromorphologiques et leurs applications pra­tiques (volume 1) et d'autre part des études pédogénétiques (vo­lume 2). Toutes les contributions sont présentées en anglais.

La première partie du volume 1 (6 articles) donne un compte rendu des techniques employées par la micromorphologie; à ce point de vu elle permet de se faire une idée de nos connaissances ac­quises dans ce domaine à ce jour. Elle traite des sujets aussi variés que l'analyse microchimique en lame mince, l'emploi du microscope électronique à balayage et l'étude de photogrammes en couleur.

Une deuxième partie du volume 1 (6 articles) met l'accent sur les applications de la micropédologie. Elle démontre notamment l'importance des techniques micromorphologiques pour résoudre des problèmes posés dans l'agriculture, l'archéologie, la géomorphologie et géologie quaternaire, Ie génie rural, etc.

Le volume 2 est entièrement consacré aux aspects pédogénéti­ques. Il discute les caractéristiques micromorpholigiques liées à des processus d'altération, de pédogénèse et/ou de formation ou d'évolution. d'horizons diagnostiques sous conditions naturelles ou influencées par I'Homme. Les sujets traités couvrent souvent des recherches ponctuelles ou localisées et de ce fait intéressent plu­tot les spécialistes dans Ie domaine.

Le texte est bien présenté et Ie matériel illustratif est clair et net. Ces comptes ren dus ont un intérêt certain, d'abord pour les spécialistes qui y trouvent une multitude de données nouvelles, mais également pour les chercheurs et étudiants non-spécialistes en micromorphologie qui y retrouvent dans un seul livre Ie résumé des possibilités offertes par l'étude des lames minces. En effet, la plu­part des articles couvrant la part ie "Techniques et Applications" contiennent une liste bibliographique très importante qui permet de se faire une idée de l'avancement des techniques et connaissances micromorphologiques dans les dix dernières années.

w. VERHEYE

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Landforms of the Basin and Range Province defined for Soil Survey. By F. F. Peterson. Nevada Agric. Exp. Station, Nevada, Reno, Techn. Bull., 28, 1981, 52 p., 17 fig., 2 tables. Orders to : Div. Agric. Commun., Max. C. Fleishmann Col!. Agric., Univ. Nevada, Reno, Nevada 89 557 USA.

This publication can be considered as a good example of the interrelationship between landform patterns and soil distributions in arid are as. It may therefore be intended as an aid to both mapping soils in arid range lands and to applying management in the field. Additionally, its reorganisation of familiar landform names into a hierarchical classification may be useful to geographers, plant sci­entists, geologists and archeologists who need to describe the phys­iographic location of sites within similar landscapes. Instructors in the Earth Sciences may find its discussions of how soils occur in relation to these landforms and how different kinds of soil surveys represent these patterns useful illustrations for their teaching.

w. VERHEYE

Ernährungsstörungen bei Kulturpflanzen. Entstehung und Diagnose. By Prof. Dr. W. Bergmann. Gustav Fisher Verlag, Jena, 1983, 614 p. 852 col. photos, 66 tables, ISBN 261700-154-83. Orders (through international bookshops) to Veb Gustav Fisher Ver­lag Jena, Villengang 2, DDR - 6900 Jena, Order nr. 533749 1. Price : 109 DM.

In an intensive agricultural system the nutrient balance of the soil is a major component in order to achieve optimal production. The knowledge of specific crop requirements in terms of macro­and micro-elements available in the soil solution is therefore of paramount importance in agricultural and fertility research. Too high concentrations as weIl as deficiencies in the mineral nutrition of a plant can of ten be observed through the behaviour and genera I outlook of the plant tissues. In this respect, this book provides an excellent guideline to discover such shortcomings in the plant nu­trition and, hence, to evaluate the chemical status of the soil within the root zone.

The concept on which this book has been conceived is the most practical, in the sense th at the first part (319 p.) pro vides the theoretica I background and discusses the nature and implication of the nutrient imbalances, while the second half of it (pp. 320-556) is almost exclusively consacrated to the visual illustration of the data discussed before.

Af ter an overall introduction on the role and influence played by the mineral food supply for plant growth and crop production (chapters 1, 2 and 3) the bulk of the theoretica I considerations is dealing with the impact of each particular element on the plant

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system. As such, successive monographs have been written on the role of nitrogen, phosphorous, sulfur, potassium, calcium, magnesium, boron, chlorides, molybdenium, copper, iron, manganese, zinc, alu­minium, cobalt, sodium, nickel, silicium, vanadium, fluor and some other heavy metals. For each of these elements the particular symp­toms related to overdoses or deficiencies are discussed in the broadest sense.

The second half of the book is almost exclusively formed by a collection of 214 plates including 852 colour photos, which provide an illustration for the theoretical considerations outlined before. In contrast to the full text which is written in german, the explanato­ry text to the pictures is translated as weIl in english and in russian.

This very interesting book can be considered as a practical guide for students and research people dealing with plant science and ag­riculture in the broadest sense, as weIl as for biologists and ecolo­gists. Soil scientists wiIl find in it the basic plant indicators to de­tect rapidly the chemical composition of the soil, without having to wait for the analytical data.

w. VERHEYE

Farbatlas Ernährungsstörungen bei Kulturpflanzen für den Gebrauch im Feldbestand . By Prof. Dr. W. Bergmann. Gustav Fisher Verlag, J ena, 1983, 254 p., 852 col. photographs. ISBN : 261700-153-83. Orders (through international bookshops) to Veb Gustav Fisher Ver­lag Jena, Villengang 2, DDR - 6900 Jena. Order nr. 533748 3. Price : 58 DM.

This colour photo atlas constitutes a separate edition of the second part of the book "Ernährungsstörungen bei Kulturpflanzen. Entstehung und Diagnose" from the same author.

As already mentioned in the critical review of the former book (see above) the exclusive german text of the theoretical part could be at the árigin of some problems of understanding for readers belonging to other language groups. By the edition of this separate colour atlas the editor has partly overcome th is problem, at least with respect to the practical and iIlustrative part of the publication. Indeed, each of the 852 colour pictures have been commented in both english and russian, next to the original german text.

Both the lay-out and the structure of this atlas are excellent. Separate headings and subdivisions per mineralogical element make the document easy to use. The pictures are clear and the explana­tions are weIl to the point.

W. VERHEYE

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SUMMARY SOMMAIRE INHOUD

J. Boulaine Le contrepoint et Ie cortège de Dokouchaev : quelques con-' temporains du fondateur de la pédologie génétique 5

Y. M. Khanif, O. Van Cleemput & L. Baert Seasonal fluctuation of mineral nitrogen in the root zone of sandy soils 23

E. Tessens Correlation between various proper ties and the minera-logical composition of some tropical soils 35

M. CailIer, M. Gury & B. Guillet Dissolution d'oxyhydroxydes de fer et altération différen-tielle de minéraux phylliteux en milieu hydromorphe 43

J. M. Marcoen & M. Severin Détermination en routine de la teneur en carbonate des sols, roches et sédiments par chromatographie en ph ase gazeuse 67

C. Ossemerct, G. Hofman, M. Van Ruymbeke & G. Ide Interpretation of K(CaCI2 )-amounts in the soil profile 75

J. Vandamme, K. Van Nerum, R. Biston & D. Lamberts Optimum fertility conditions for improving yield and quality of bush beans on different soil textures 91

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