Bien que les producteurs agricoles appliquent des engrais azotés pour fournir des nutriments à leurs cultures, ils ne peuvent pas toujours conserver ces nutriments dans le sol pour une efficacité maximale, les perdant souvent dans l’atmosphère ou dans l’approvisionnement en eau sous forme de nitrates et d’oxyde nitreux.
Une équipe de recherche AgriLife de Texas A&M travaille à trouver des variétés de cultures, à commencer par le sorgho, qui minimiseront l’azote échappé, réduisant ainsi les coûts d’intrants pour les agriculteurs et les émissions de gaz à effet de serre dans l’atmosphère.
Le projet est dirigé par Nithya Rajan, Ph.D., récemment nommée directrice du Centre de gestion des gaz à effet de serre dans l’agriculture et la foresterie. Rajan est physiologiste des cultures chez AgriLife Research et professeur d’agronomie et d’agroécologie au département des sciences des sols et des cultures du Texas A&M College of Agriculture and Life Sciences.
Il y a cinq ans, Rajan a lancé l’étude : «Systèmes de production innovants à base de sorgho avec propriété d’inhibition de la nitrification biologique pour améliorer la durabilité des agroécosystèmes » . «
Elle et son équipe ont maintenant des résultats qu’ils disent prometteurs dans le développement d’un trait qui est bon pour la plante, le producteur et la planète.
« Le trait BNI supprimera la nitrification, un processus microbien qui convertit l’ammonium dérivé des engrais dans le sol en nitrate, et ne lui permettra pas de s’échapper sous forme de nitrates dans l’eau ou d’oxyde nitreux sous forme de gaz à effet de serre. »
Nitrification, dénitrification et inhibition de la nitrification biologique
Les activités de nitrification et de dénitrification ultérieures favorisent la perte d’azote dans les champs agricoles et sont en grande partie la raison sous-jacente de la faible efficacité d’utilisation de l’azote dans la plupart des cultures de plein champ et de l’émission d’oxyde nitreux, un gaz à effet de serre très puissant, a déclaré Rajan.
Dans les pratiques agricoles actuelles, les producteurs doivent payer un supplément pour les engrais contenant un inhibiteur de nitrification afin de maintenir en place l’engrais qu’ils ont appliqué.
Cependant, on sait que certaines plantes peuvent inhiber la nitrification en libérant des inhibiteurs de leurs racines, une propriété connue sous le nom d’inhibition biologique de la nitrification, a-t-elle expliqué. Cette propriété permet de retenir l’azote plus longtemps dans le sol pour faciliter son absorption par les cultures et réduire la perte d’azote sous forme d’oxyde nitrique, un gaz à effet de serre majeur émis principalement par les terres cultivées.
Rajan et Sakiko Okumoto, Ph.D., physiologiste végétal d’AgriLife Research et professeur associé au Département des sciences des sols et des cultures, ont examiné les génotypes de sorgho du programme de sélection du sorgho dirigé par Bill Rooney, Ph.D., sélectionneur de sorgho d’AgriLife Research, professeur et titulaire de la chaire Borlaug-Monsanto pour la sélection végétale et l’amélioration internationale des cultures.
Les variétés présentant le trait BNI ont subi trois années de tests sur le terrain pour confirmer la diminution des pertes d’azote sous forme de nitrate et d’oxyde nitrique.
« Il s’agit d’une nouvelle initiative de recherche au Texas A&M AgriLife Research, et nous sommes à l’avant-garde du ciblage du développement de cultures intelligentes face au climat avec cette caractéristique », a déclaré Rajan.
« Nos données de terrain montrent une réduction substantielle des émissions de gaz à effet de serre. Nous pensons pouvoir développer des sorghos intelligents face au climat pour améliorer l’efficacité de l’utilisation des engrais et réduire les émissions d’oxyde nitreux. »
Réduire le champ des possibles
Ces travaux ont permis à Okumoto d’identifier des combinaisons spécifiques de gènes responsables du caractère BNI. « Nous avons pu construire un modèle pour prédire et sélectionner les lignées qui, selon nous, seront bonnes… Nous avons maintenant une voie claire pour introduire et utiliser ce modèle dans le programme de sélection afin de le rendre encore meilleur », a déclaré Okumoto.
L’équipe estime qu’elle ne fait que commencer, car elle n’a examiné qu’une infime fraction de ce que Rooney possède dans son programme d’élevage.
« Le BNI est un caractère héréditaire », a déclaré Rooney. « Il existe une variabilité importante de ce caractère dans notre réserve actuelle de matériel génétique, et nous pouvons l’améliorer considérablement. »
Il sera important de veiller à ce qu’aucune baisse de rendement ne soit subie, a déclaré Rajan. Ils souhaitent mener des essais sur le terrain à grande échelle dans toutes les principales régions productrices de sorgho afin de développer les meilleures pratiques de gestion qui indiqueront aux agriculteurs dans quelle mesure ils peuvent réduire leur taux d’application d’engrais sans subir de baisse de rendement.
Les données actuelles indiquent que l’activité inhibitrice de la nitrification semble cibler de manière sélective les populations microbiennes nitrifiantes et a un impact minimal sur les microbiomes globaux du sol. Sanjay Antony-Babu, professeur adjoint et microbiologiste des sols chez AgriLife Research, étudie l’effet de l’inhibiteur de nitrification sur divers micro-organismes du sol. Cette recherche est essentielle pour garantir que la santé des sols, liée à la diversité microbienne, ne soit pas affectée négativement par l’inhibiteur de nitrification.
Le sorgho bioénergétique est une culture ciblée
Outre le sorgho à grains et à fourrage, le sorgho bioénergétique est une culture ciblée pour inclure le trait BNI, a déclaré Rooney. Le sorgho bioénergétique est un concept relativement nouveau lancé par AgriLife Research dans le laboratoire de sélection du sorgho de Rooney.
Le sorgho bioénergétique est un type spécifique de sorgho qui pousse pendant une longue saison et ne produit pas de grains, ce qui permet une plus grande tolérance à la sécheresse et un rendement plus élevé de biomasse cellulosique, a-t-il déclaré.
Comme pour le sorgho à grains et le sorgho fourrager, l’incorporation du trait BNI devrait réduire la quantité d’engrais azoté nécessaire à la production et augmenter l’efficacité d’utilisation de l’azote appliqué, a déclaré Rooney.
Quelle est la prochaine étape ?
L’objectif ultime, a déclaré Rajan, est de développer un sorgho respectueux du climat, qui permettrait non seulement de réduire les dépenses en engrais, mais aussi de contribuer à réduire l’empreinte environnementale. Une culture respectueuse du climat a le potentiel de permettre au producteur d’obtenir des crédits pour ces pratiques tout en étant bénéfique pour l’environnement.
« L’azote est essentiel à la production alimentaire, mais son utilisation peut aussi poser problème », a-t-elle déclaré. « Le développement de variétés de cultures adaptées au climat est une excellente solution, car cela peut empêcher une fuite importante d’azote par l’eau ou sous forme de gaz à effet de serre. »