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It has been quite some time since I didn’t write anything in the blog, so I thought I might restart with something interesting:

The science behind Soil Organic Matter formation (SOM) , and how good managed grazing might be our best tool to increase it.

Let’s start with some basics on the old paradigme of soil organic matter formation.

Basically there are 3 pools of soil organic matter:

• The Labile or active pool of SOM, which consists of material of high nutrient or energy value, not protected and easily degradable by microorganisms (root exudates, litter with low C/N..)

• Slow or Intermediate pool of SOM, which consists of molecules like amino acids, glycoproteins.. that are already protected by the soil (enclosed in aggregates, or not accessible for microbial breakdown).
  
• And the Recalcitrant, Passive, Stable, and Inert pool of SOM, which consists mainly of humic substances,lipids, and lignins protected by the clay and silt minerals.

In this view it was previously assumed that the recalcitrant (so non degradable)litter contributes more to SOM formation than labile litter because, by resisting degradation, it accumulates in soils. 

The new paradigme

Now we found out that these components predicted to persist in soils (e.g., lignin) turn over rapidly, while the more labile compounds (e.g., sugars) can persist for decades (Grandy & Neff 2008, Schmidt et al. 2011).
What’s also interesting is that compounds making the largest contributions to stable SOM pools are microbially derived, produced during the decomposition and assimilation of plant exudates, litter, and roots (Cotrufo et al. 2013, Simpson et al. 2007). These compounds are than stabilised in the soil matrix via, bonding with minerals.
Mycorrhizal Fungi also play a huge role in this process, via their hyphae, they exude a proportion of the plant exudate into the soil matrix, which than enhance the adsorption of organic matter onto mineral surfaces making them more stable.*

In essence: Plants stimulate microbes with root exudates and microbes build soil organic matter. So more photosynthesis = more SOM.

The role of Grazing

So now how does good grazing management play a role in this?

When you now think about what a ruminant does, you will notice that by their digestion, less degradable organic matter (lignin, fiber..) will be broken down, and then excreted as dung or droppings onto the ground. This source of OM is than instantly available for microbial breakdown.
When the animals are now bunched and moved very frequently, more of that dung will be accumulated in one area.
Grazing also stimulates root exudates, and root (dependent on the severity of the defoliation) die off.
This in return stimulates microbial digestion and SOM formation.
Now after a proper rest period (depending on time of the year, climate etc..), that allow for total root recovery, the plants can be grazed again.

Now you can see why we need good managed grazing on the land to increase SOM much faster than without, and why integrating grazing animals in crop rotations and cover cropping is so much more beneficial for the land.

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Cela fait un moment que je n’ai rien écrit dans le blog, alors j’ai pensé que je pourrais recommencer avec quelque chose d’intéressant :

La science derrière la formation de la matière organique du sol (MO) , et comment un pâturage bien géré pourrait être notre meilleur outil pour l’augmenter.

Commençons par quelques bases sur l’ancien paradigme de la formation de la matière organique du sol.

En gros, il y a 3 parties de la matière organique du sol :

• La partie labile ou active de la MOS, qui est constituée de matière à haute valeur nutritive ou énergétique, non protégée et facilement dégradable par les microorganismes (exsudats racinaires, litière à faible C/N…]

.

• La partie lent ou intermédiaire de la MO, qui se compose de molécules comme les acides aminés, les glycoprotéines… qui sont déjà protégées par le sol (enfermées dans des agrégats, ou non accessibles à la dégradation microbienne).
• Et la partie Récalcitrante, Passive, Stable et Inerte de la MO, qui se compose principalement de substances humiques,de lipides et de lignines protégés par les minéraux argileux et limoneux.

Dans cette optique, on supposait jusque-là que la litière récalcitrante (donc non dégradable)contribue à la formation de la MO de façon plus importante que la litière labile, car en résistant à la dégradation, elle s’accumule dans les sols. 

Le nouveau paradigme

Maintenant, nous avons découvert que ces composants prévus pour persister dans les sols (par exemple, la lignine) se retournent rapidement, tandis que les composés plus labiles (par ex: sucres) peuvent persister pendant des décennies (Grandy & ; Neff 2008, Schmidt et al. 2011).
Ce qui est également intéressant, c’est que les composés apportant les plus grandes contributions aux parties stables de la MO sont d’origine microbienne, produits pendant la décomposition et l’assimilation des exsudats de plantes, de la litière et des racines (Cotrufo et al. 2013, Simpson et al. 2007). Ces composés sont ensuite stabilisés dans la matrice du sol via, la liaison avec les minéraux.
Les champignons mycorhiziens jouent également un rôle énorme dans ce processus, via leurs hyphes, ils exsudent une proportion de l’exsudat de la plante dans la matrice du sol, qui ensuite améliorent l’adsorption de la matière organique sur les surfaces minérales, ce qui les rend plus stables.*

En résumé : Les plantes stimulent les microbes avec les exsudats racinaires et les microbes construisent la matière organique du sol. Donc, plus de photosynthèse = plus de MO. /p>

Le rôle du pâturage

Alors maintenant, comment une bonne gestion du pâturage peut-elle jouer un rôle dans ce processus ?

Quand tu penses maintenant à ce que fait un ruminant, tu remarque que par leur digestion, la matière organique moins dégradable (lignine, fibres..) va être décomposée dans le rumen, puis excrétée sous forme des bouses ou des crottes sur le sol. Cette source de MO est alors instantanément disponible pour une dégradation microbienne.
Lorsque les animaux sont maintenant regroupés et déplacés très fréquemment, une plus grande partie de ces bouses sera accumulée dans une même zone.
Le pâturage stimule également les exsudats de plantes, et la mort des racines (en fonction de la gravité de la défoliation).
Ceci en retour stimule la digestion microbienne et la formation de la MO.
Maintenant, après une période de repos appropriée (en fonction de la période de l’année, du climat, etc.), qui permettent une récupération totale des racines, les plantes peuvent être pâturées à nouveau.

Maintenant, on voit pourquoi on a besoin d’un pâturage bien géré pour augmenter la MO beaucoup plus rapidement que sans, et pourquoi l’intégration des herbivores dans les rotations de cultures est tellement plus bénéfique pour les sols.

LITERATURE CITED:

• Grandy AS, Neff JC. 2008. Molecular C dynamics downstream: the biochemical decomposition sequence and its impact on soil organic matter structure and function. Sci. Tot. Environ. 404:297–307

• Schmidt MW, Torn MS, Abiven S, Dittmar T, Guggenberger G, et al. 2011. Persistence of soil organic matter as an ecosystem property. Nature 478:49–56

• Cotrufo MF, Wallenstein MD, Boot CM, Denef K, Paul E. 2013. The microbial efficiency-matrix stabilization
  (MEMS) framework integrates plant litter decomposition with soil organic matter stabilization: Do labile plant inputs form stable soil organic matter? Glob. Change Biol. 19:988–95

• Simpson AJ, Simpson MJ, Smith E, Kelleher BP. 2007. Microbially derived inputs to soil organic matter: Are
  current estimates too low? Environ. Sci. Technol. 41:8070–76

• *Mycorrhizal Fungi as Mediators of Soil Organic Matter Dynamics
  Serita D. Frey

• *Liquid carbon pathway
  Christine Jones, PhD
• Sun, G., Zhu-Barker, X., Chen, D. et al. Responses of root exudation and nutrient cycling to grazing intensities and recovery practices in an alpine meadow: An implication for pasture management. Plant Soil 416, 515–525 (2017). https://doi.org/10.1007/s11104-017-3236-7