Les cultures de couverture ne suffisent pas à améliorer le sol après des décennies de maïs continu

Bien qu’environ 20 % des systèmes de culture de l’Illinois soient plantés de maïs en continu, il est presque impossible de trouver des champs plantés de cette façon pendant des décennies à la fois. Pourtant, des expériences à long terme comme celle de l’Université de l’Illinois, comprenant plus de 40 ans de maïs continu sous différents taux d’engrais azotés, offrent des opportunités d’apprentissage incroyables et des leçons de gestion des sols pour les chercheurs et les agriculteurs.

C’est particulièrement vrai pour les études sur le microbiome du sol, dont deux dirigées par Nakian Kim, titulaire d’un doctorat du Département des sciences des cultures de l’U of I. Pour Kim, l’expérience à long terme a fourni un cadre unique et biologiquement stable pour explorer les lignes de base et observer les réponses microbiennes à l’inclusion de cultures de couverture, un changement de gestion introduit en 2018 et soutenu par un prix USDA-NIFA à l’équipe de María Villamil.

Surtout, Kim a découvert que l’utilisation à court terme des cultures de couverture ne peut pas annuler des décennies de dynamique microbienne du sol en réponse à l’utilisation continue de maïs et d’engrais azotés lourds.

« Dans le Midwest, nos sols sont sains et résilients, mais nous ne devons pas les surestimer. Un sol soumis à des pratiques non durables pendant trop longtemps pourrait atteindre un seuil irréversible », déclare Kim.

Dans sa première étude, publiée dans Agronomie, Kim a caractérisé les changements dans les communautés microbiennes au niveau du genre, une résolution taxonomique beaucoup plus élevée que les études précédentes. La vue plus détaillée de la communauté microbienne a révélé des genres d’indicateurs représentant des aspects critiques de la santé et de la fonction du sol.

« La plupart des études ont examiné les microbes de manière très générale, au niveau du phylum. Mais même un seul phylum peut avoir une diversité microbienne incroyablement vaste. « Les réponses ou la stase au niveau du genre peuvent nous dire comment un sol et sa communauté microbienne réagissent aux pratiques de gestion des sols. »

Par exemple, il a découvert que la fertilisation à long terme et les cultures de couverture favorisaient les microbes qui pouvaient augmenter le risque d’émissions d’oxyde nitreux. Parallèlement, les cultures de couverture ont également amélioré la biodiversité des sols, car des microbes aux niches et fonctions plus diverses étaient associés à cette pratique. Des détails comme ceux-ci – en particulier le fait que les cultures de couverture peuvent avoir des effets à la fois positifs et négatifs sur les microbes du sol – peuvent avoir été omis avec les analyses microbiennes plus larges du passé.

Dans une deuxième étude publiée dans Frontières en microbiologieKim s’est concentré sur le cycle de l’azote en identifiant les gènes fonctionnels microbiens dans le sol, plutôt que de caractériser les microbes eux-mêmes.

« L’application de beaucoup d’engrais azotés a définitivement perturbé les communautés du cycle de l’azote », déclare Kim. « Les archées oxydant l’ammoniac ont diminué de manière significative avec la fertilisation, mais les bactéries n’étaient pas si réactives. Au sein des communautés de dénitrification, celles qui hébergent le gène nirK réducteur de nitrite n’étaient pas aussi sensibles, tandis que d’autres avec le gène nirS étaient négativement affectées. »

Kim a découvert que deux années de cultures de couverture n’avaient aucun impact sur les taux de nitrification et de dénitrification potentielles des microbes, les indicateurs indirects de lessivage des nitrates et les émissions d’oxyde nitreux.

« Si un système est exposé suffisamment longtemps à la perturbation des communautés microbiennes du cycle de l’azote, il peut développer une résistance aux pratiques de conservation », déclare Kim.

En d’autres termes, deux années de cultures de couverture n’ont peut-être pas été suffisantes pour réparer les dommages causés par 36 années d’application continue de maïs et d’engrais azotés. Mais Kim tient à tester les effets de la gestion à plus long terme des cultures de couverture.

Villamil, professeur au Département des sciences des cultures et co-auteur des deux articles, déclare que « nos sols du Midwest sont résilients d’une manière que nous n’aurions peut-être pas anticipée. Un examen plus approfondi révèle que les communautés microbiennes réagissent de manière dynamique aux pratiques non durables et s’adaptent aux Inverser ces changements peut prendre énormément d’efforts et de temps, et la culture de couverture devrait être l’une des nombreuses stratégies que nous déployons pour accroître la diversité spatiale et temporelle de nos systèmes agricoles afin de protéger nos sols et notre avenir sur cette planète.