Engrais azotés et matière organique du sol : que disent les preuves ?
5 décembre 2023Par Andrew McGuire
Auteurs : Jordan Wade et Andrew McGuire
Les engrais azotés synthétiques brûlent-ils la matière organique du sol ? Que vous vous concentriez sur la santé des sols, la séquestration des sols ou les crédits de carbone des sols, c’est une question importante. L’affirmation persistante est que les engrais azotés synthétiques peuvent « brûler » le carbone du sol en suralimentant les microbes du sol. Cette affirmation découle principalement d’un article de recherche de 2007 rédigé par des chercheurs de l’Université de l’Illinois (Khan et al., 2007 ; accès libre ici ) et a récemment refait surface dans un autre article (Jesmin et al., 2021) et dans les médias (imparfaits) qui en ont résulté. couverture . Cependant, une seule étude est loin d’être concluante – alors que dit la littérature scientifique au sens large ? Et qu’avons-nous appris au cours des dernières décennies sur la relation entre l’azote synthétique et la matière organique du sol ?
Un peu de contexte
Le terme « matière organique du sol » (MOS) fait généralement référence à un large éventail de composés d’origines et de complexité variables provenant de plantes ou d’organismes morts du sol. Environ la moitié de cette matière organique du sol est constituée de carbone, ou C organique du sol (COS) (Figure 1), qui est au centre de la séquestration du carbone du sol. Le reste est principalement composé d’autres composés. Certains de ces composés fournissent des éléments nutritifs aux plantes (par exemple, l’azote, le phosphore et le soufre), tandis que d’autres ne le font pas (par exemple, l’hydrogène et l’oxygène). Les termes « matière organique du sol » et « carbone du sol » sont souvent utilisés de manière interchangeable dans les conversations quotidiennes, mais il est important de garder la distinction claire lorsque l’on parle de processus spécifiques du sol.
Ce que nous savons
Une chose est très claire dans la littérature scientifique : les microbes du sol sont généralement limités en N. En moyenne, la matière organique du sol, source de nourriture et d’énergie pour les microbes, a un rapport C:N d’environ 10:1, mais les microbes ont un rapport C:N d’environ 8:1.
Cela signifie que les microbes ont besoin de plus d’azote que n’en trouve la matière organique. Si nous avons 100 livres de carbone organique du sol, il y aura environ 10 livres de N organique du sol. Cependant, 100 livres de biomasse microbienne du sol auront besoin d’environ 12,5 livres de N organique (Figure 1). Pour y parvenir, les microbes vont récupérer dans le sol du N qui n’est pas facilement disponible dans la matière organique du sol. Entrez l’engrais N.
L’azote synthétique est facilement disponible pour les microbes, de sorte que lorsque des engrais sont ajoutés, la taille de la biomasse microbienne augmente rapidement (Geisseler et Scow, 2014). À court terme, cela augmente l’activité microbienne (c’est-à-dire la production de CO 2 ou « respiration ») – mais qu’en est-il à long terme ?
Eh bien, nous savons maintenant que lorsque ces microbes meurent, ils peuvent devenir une forme persistante de matière organique du sol (le C du sol associé aux minéraux). Une méta-analyse récente, utilisant 428 observations provenant de 52 études, a montré que les ajouts de N synthétique augmentent à la fois cette forme persistante de SOC (matière organique associée aux minéraux, MAOM) et la forme de SOC plus disponible microbienne (matière organique particulaire, POM). , ainsi qu’une augmentation globale de la matière organique du sol (Rocci et al., 2021). Une autre étude similaire utilisant 803 comparaisons provenant de 98 études publiées a montré un résultat similaire : les ajouts de N ont augmenté les deux formes de SOC (Tang et al., 2023). Il est important de noter que ces deux méta-analyses ont révélé cet effet quel que soit le type de système étudié, qu’il s’agisse de terres cultivées, de prairies ou de forêts. Il ne s’agit pas d’une découverte nouvelle, car de nombreuses études ont montré que l’augmentation du carbone du sol nécessite également d’autres nutriments, tels que le P, le K et le molybdène (van Groenigen et al., 2006 ; Van Groenigen et al., 2017).
Une des raisons possibles de l’augmentation globale de la MOS est simplement que davantage de nutriments (c’est-à-dire d’engrais) entraînent une croissance plus importante des plantes et donc un apport plus important de résidus. Cependant, il est important de faire la distinction entre simplement augmenter le carbone à cycle rapide et conserver le carbone à cycle lent (ou idéalement, les deux !). Une méta-analyse récente a examiné cette question à l’aide d’isotopes, qui nous aident à déterminer à la fois l’âge et la source du carbone du sol. Ils ont découvert que la fertilisation azotée peut faire les deux : elle augmente la quantité de « nouveau » carbone entrant dans les résidus tout en ralentissant également la perte du « vieux » carbone (au moins à des taux d’azote plus élevés) (Huang et al., 2020) (Figure 2).
En résumé, nous disposons de plusieurs synthèses d’expériences sur le terrain montrant que le N synthétique :
- Augmente la biomasse microbienne,
- Augmente à la fois les réservoirs de carbone du sol facilement décomposables et moins facilement décomposables (ces derniers se formant à partir des microbes morts), et
- Augmente les « nouveaux » apports de carbone tout en ralentissant la perte du « vieux » carbone du sol.
Dans l’ensemble, cela constitue une preuve assez solide que l’azote synthétique ne provoque pas la « combustion » de la matière organique.
Mais pourquoi cela se produit-il ? Comprendre le mécanisme contribuera grandement à expliquer les résultats que nous avons observés sur le terrain.
Pourquoi l’azote synthétique contribuerait-il à ralentir les pertes de matière organique dans le sol ?
Pour comprendre pourquoi l’azote synthétique peut ralentir (voire inverser) la perte de carbone dans le sol, nous devons examiner de plus près les expériences en laboratoire. Les expériences en laboratoire sont souvent de plus courte durée que les expériences sur le terrain, mais elles nous permettent d’examiner de près les causes profondes spécifiques des études sur le terrain. L’un des moyens les plus simples de se rapprocher des processus sur le terrain consiste à examiner l’activité enzymatique avec l’ajout d’engrais azoté.
Les microbes produisent des enzymes qui ciblent des liaisons spécifiques dans les résidus afin d’accéder à leur énergie. Les enzymes produites peuvent nous donner un aperçu des molécules qui sont ou non ciblées par les microbes du sol. Une méta-analyse récente a montré que la fertilisation azotée augmentait les enzymes que nous considérons généralement comme dégradant les résidus nouvellement ajoutés (activité hydrolytique) et diminuait celles que nous considérons comme dégradant la matière organique « native » ou plus ancienne du sol (activité oxydase) (Jian et al., 2016). Cela concorde avec les résultats de nombreuses expériences sur le terrain dont nous avons discuté précédemment : les ajouts de N entraînent un apport plus important de résidus tout en ralentissant toute dégradation du C ancien du sol. Cependant, ces classifications des classes d’enzymes sont très larges – pouvons-nous être plus précis sur le pourquoi de L’azote synthétique et l’histoire du carbone dans le sol ?
C’est exactement ce qu’a cherché à faire une autre étude en intégrant à la fois des mesures enzymatiques en laboratoire et des mesures sur le terrain du carbone du sol provenant de 40 études menées à travers le monde (Chen et al., 2018). Ils ont constaté que les ajouts de N diminuent l’activité des enzymes dégradant la lignine et augmentent l’activité des enzymes dégradant la cellulose. Il est important de noter qu’ils ont établi un lien entre le laboratoire et le terrain en montrant que les augmentations du stockage de carbone dans le sol dues aux ajouts d’azote étaient liées aux différences d’activité enzymatique dégradant la lignine. Ils ont également (une fois de plus) montré que les ajouts de N augmentaient les réserves de carbone des sols plus anciens. Vous sentez une tendance ici ?
L’assembler (alias le tl;dr)
Donc, revenons à notre question : les engrais azotés synthétiques brûlent-ils la matière organique du sol ? En bref : les preuves disponibles suggèrent que non, ce n’est pas le cas. Au lieu de cela, nous assistons à de nombreuses expériences sur le terrain, à la fois dans des systèmes agricoles et dans des systèmes gérés moins intensivement (par exemple, prairies et forêts), où l’azote augmente le carbone du sol. Ces augmentations sont dues à la fois à une augmentation des apports de résidus dans le sol et à une meilleure rétention du carbone plus ancien du sol. Cela semble se produire en raison des effets uniques sur des enzymes spécifiques du sol.
Cela vaut la peine de s’arrêter et de souligner à quel point cela est rare : nous voyons des preuves provenant de systèmes agricoles et non agricoles, couvrant à la fois des expériences sur le terrain et en laboratoire, convergeant vers la même conclusion. Il ne s’agit pas d’études isolées, mais de méta-analyses (une étude quantitative d’études) incluant des travaux du monde entier. Ces preuves sont assez solides et ont résisté à un examen approfondi de la part des chercheurs du monde entier.
Les engrais azotés synthétiques ont une histoire compliquée. D’une part, les engrais azotés synthétiques ont permis à la population mondiale de doubler (Ritchie et al., 2022), tandis que d’autre part, une myriade de risques pour l’environnement et la santé publique découlent d’applications excessives d’azote (Keeler et al. , 2016 ; Houlton et coll., 2019). Ces conséquences peuvent être assez graves et méritent toute l’attention qu’elles reçoivent de la part des acteurs agricoles. Il ne fait aucun doute qu’il existe un besoin urgent d’une meilleure gestion des engrais synthétiques azotés. Cependant, il s’agit d’un outil puissant parmi les outils permettant de maintenir (ou même de construire !) le carbone de notre sol. Nous espérons donc pouvoir lui accorder toute l’attention et la considération nécessaires. mérite.
Jordon Wade est responsable de l’évaluation de la santé des sols pour Syngenta Group, une entreprise mondiale de technologie agricole. Les opinions présentées ici reflètent une approche de la santé des sols basée sur les données, étayée par les résultats de ses recherches évaluées par des pairs antérieures à son rôle chez Syngenta.
Les références
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van Groenigen, K.-J., J. Six, BA Hungate, M.-A. de Graaff, N. Van Breemen et al. 2006. Les interactions entre éléments limitent le stockage du carbone dans le sol. Actes de l’Académie nationale des sciences 103(17) : 6571-6574.
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Ritchie, H., M. Roser et P. Rosado. 2022. Engrais. Notre monde dans les données. https://ourworldindata.org/fertilizers (consulté le 1er septembre 2023).
Rocci, KS, JM Lavallée, CE Stewart et MF Cotrufo. 2021. La réponse du carbone organique du sol au changement environnemental mondial dépend de sa répartition entre la matière organique associée aux minéraux et la matière organique particulaire : une méta-analyse. Science de l’environnement total 793 : 148569.
Tang, B., KS Rocci, A. Lehmann et MC Rillig. 2023. L’azote augmente l’accumulation de carbone organique dans le sol et modifie sa fonctionnalité. Biologie du changement global 29(7) : 1971-1983. est ce que je: 10.1111/gcb.16588.
Van Groenigen, JW, C. Van Kessel, BA Hungate, O. Oenema, DS Powlson et al. 2017. Séquestration du carbone organique du sol : un dilemme lié à l’azote. Publications de l’AEC.
Le sol est certainement le réservoir le plus efficace que le système « Nature » a su mettre en place …..Nourrir et élever le sol , lui confiez nos déchets et le faire vivre avec un maximum de végétation et de photosynthèse pour les générations qui vont nous succéder …!