Il y a beaucoup plus de carbone stocké dans le sol de la Terre que dans son atmosphère. Une partie importante de ce carbone du sol est sous forme organique (carbone lié au carbone), appelée carbone organique du sol (COS). Notamment, contrairement au carbone inorganique dans les sols, la quantité de COS et la rapidité avec laquelle il s’accumule ou se perd peuvent être influencées par les humains. Depuis son avènement il y a environ 10 000 ans, l’agriculture a provoqué la libération d’une quantité importante de COS dans l’atmosphère sous forme de dioxyde de carbone, contribuant au changement climatique.
La quantification de la quantité de COS dans les champs agricoles est donc essentielle pour surveiller le cycle du carbone et développer des pratiques de gestion durable qui minimisent les émissions de carbone et séquestrent le carbone de l’atmosphère vers le sol pour réduire ou inverser les effets climatiques de l’agriculture.
« Une estimation précise et efficace du SOC est essentielle », a déclaré Eric Potash, chercheur scientifique au Agroecosystem Sustainability Center (ASC) et au Département des ressources naturelles et des sciences de l’environnement (NRES) de l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign. « Les gouvernements doivent estimer le COS afin de mettre en œuvre des politiques visant à minimiser le changement climatique. Les chercheurs doivent estimer le COS pour développer des pratiques de gestion durable. Et les agriculteurs doivent estimer le COS pour participer aux marchés émergents des crédits carbone. »
Le moyen traditionnel et le plus fiable de quantifier le COS est l’échantillonnage du sol, avec des analyses en laboratoire (mesure « chimique humide »). Mais quels endroits sur le terrain doivent être échantillonnés ? Et combien d’échantillons faut-il prélever pour une estimation précise ? Chaque carotte de sol supplémentaire ajoute une main-d’œuvre et des dépenses importantes, et les incertitudes quant à la manière d’optimiser l’échantillonnage peuvent entraîner des coûts supplémentaires substantiels.
Dans une nouvelle publication du projet SMARTFARM du Département américain de l’énergie (DOE), Potash et d’autres chercheurs de SMARTFARM ont évalué des stratégies d’estimation du COS. Leur objectif était de développer une stratégie d’estimation qui maximise la précision tout en minimisant le nombre de carottes de sol échantillonnées.
Le projet SMARTFARM, un programme dirigé par le co-auteur et professeur Blue Waters du NRES Kaiyu Guan et financé par l’Agence des projets de recherche avancée du DOE-Énergie (ARPA-E), s’efforce de développer une solution précise pour mesurer et quantifier les émissions de gaz à effet de serre et Changement de COS au cours de la production des cultures.
« Notre objectif est de collecter des données de vérité terrain de référence et également de développer une nouvelle technologie pour quantifier les résultats carbone au niveau du champ pour les cultures bioénergétiques, en améliorant le rendement et en améliorant également la durabilité environnementale », a déclaré Guan, directeur fondateur de l’ASC.
Ce travail est rendu possible grâce à un effort de collecte de données sans précédent.
« Nous avons collecté 225 échantillons de sol à 3 échantillons par acre sur l’un des sites SMARTFARM. Les échantillons ont été collectés jusqu’à 1 mètre de profondeur à l’aide d’une sonde Giddings. Ce niveau d’échantillonnage dense n’a jamais été réalisé auparavant », a déclaré le co-auteur DoKyoung. Lee, professeur de sciences des cultures, co-chercheur principal du projet SMARTFARM et également membre fondateur du corps professoral de l’ASC.
Dans ce travail, les chercheurs ont abordé le problème en évaluant les deux étapes impliquées dans l’estimation du COS : (1) décider où dans un champ prélever des échantillons de sol ; et (2) décider d’une règle statistique pour calculer une estimation (appelée estimateur). En utilisant un champ commercial dans le centre de l’Illinois qui avait été échantillonné de manière intensive pour mesurer le COS, diverses stratégies ont pu être évaluées pour leur performance dans l’estimation du COS sur le terrain.
Les chercheurs ont découvert que dans un champ agricole typique du Midwest, ils peuvent tirer parti des études de sol et des images satellite accessibles au public pour sélectionner efficacement les emplacements d’échantillonnage. Cela devrait réduire le nombre d’échantillons nécessaires pour obtenir une précision donnée de quantification du COS d’environ 28 % par rapport à la sélection aléatoire de sites d’échantillonnage.
« Pour les chercheurs et les agences surveillant les stocks de COS, cette étude offre une stratégie pour augmenter la précision, en soutenant l’optimisation des coûts des méthodes d’échantillonnage », a déclaré le co-auteur Andrew Margenot, professeur adjoint en sciences des cultures et directeur associé de l’ASC.
« Des études futures peuvent utiliser ces résultats à la fois comme référence pour comparer les nouvelles stratégies d’estimation des stocks de SOC et comme démonstration de la façon d’évaluer ces stratégies », a déclaré Potash.
L’équipe de recherche collecte actuellement des données dans de nombreux autres domaines pour tester la capacité de généraliser leurs résultats, ainsi que pour développer d’autres améliorations des stratégies d’estimation du SOC. Les membres de l’équipe développent également un outil logiciel pour mettre leurs méthodes d’échantillonnage améliorées à la disposition des agriculteurs et des chercheurs.
La recherche a été publiée dans Géodermie .
Eric Potash et al, Comment estimer les stocks de carbone organique du sol des champs agricoles ? Perspectives par évaluation ex-ante, Géodermie (2022). DOI : 10.1016/j.geoderma.2021.115693