Dans une étude à long terme, la première en son genre, un groupe de scientifiques, dont l’auteur principal Ashley Keiser, professeur adjoint d’écologie des sols à la Stockbridge School of Agriculture de l’Université du Massachusetts à Amherst, ont découvert que le carbone du sol détermine si les minéraux sont minéralisés. l’azote est disponible dans le sol sous forme d’ammonium, ou transformé en nitrates qui se perdent facilement dans le ruissellement et contribuent à la prolifération d’algues toxiques, ou en oxyde d’azote, qui est 300 fois plus puissant que le dioxyde de carbone pour réchauffer l’atmosphère.
La recherche, publiée récemment dans Lettres de biogéochimiemontre en outre que la relation entre le carbone et l’azote du sol semble se maintenir dans tous les écosystèmes, de la toundra aux régions subtropicales.
« Tous les organismes vivants ont besoin de nutriments dans des proportions spécifiques », explique Keiser. « Pensez simplement à vos vitamines quotidiennes. Si vous prenez trop de vitamine C, par exemple, votre corps l’excréte pour que vous puissiez rester en bonne santé. »
Il en va de même pour les communautés microbiennes du sol. Il y a des milliards de microbes dans chaque cuillère à café de terre. Ils constituent la forme de vie prédominante sur Terre et leur survie dépend à la fois du carbone et de l’azote. Tout comme pour les humains et la vitamine C, les microbes absorbent le carbone et l’azote dont ils ont besoin dans leur corps, traitent et transforment le reste, pour finalement le renvoyer dans le sol.
Les microbes décomposent la matière organique – pensez aux feuilles mortes, au bois pourri et aux innombrables carcasses de microbes. Ce processus est appelé « minéralisation » et il extrait le carbone de la matière morte et le rend disponible pour que le microbe puisse le brûler sous forme d’énergie.
Les microbes minéralisent également l’azote contenu dans cette matière morte en ammonium – et les plantes adorent l’ammonium. Mais les microbes peuvent en outre transformer l’azote en nitrates, qui se dissolvent facilement dans l’eau. Lorsque les nitrates sont abondants dans le sol, ils peuvent se déverser dans les ruisseaux et les rivières, où ils finissent par nourrir de vastes proliférations d’algues toxiques pour de nombreuses plantes et animaux aquatiques. En outre, la nitrification peut également produire du protoxyde d’azote, un gaz à effet de serre bien plus puissant que le dioxyde de carbone.
Ce que Keizer et son équipe ont découvert, c’est que la quantité de carbone présente dans le sol détermine la façon dont les microbes traitent l’azote.
« Lorsque les stocks de carbone du sol sont élevés », explique Keiser, « les microbes ont besoin de beaucoup plus d’azote pour eux-mêmes, car, tout comme nous, ils ont besoin d’une alimentation équilibrée. » Et même si l’utilisation accrue d’azote microbien signifie qu’une moindre quantité est transformée en nitrates, cela signifie également qu’il y a moins d’ammonium disponible pour nourrir les plantes.
L’inverse est également vrai. Lorsqu’il y a moins de carbone dans le sol, les microbes laissent passer davantage d’azote dans leur système, le transformant en ammonium, en nitrates et, éventuellement, en oxyde d’azote.
La clé est le carbone, une idée que Keizer et l’auteur principal de l’article, Allison Gill, professeur adjoint de biologie au Williams College, ont découvert avec l’aide du réseau de recherche écologique à long terme (LTER) de la National Science Foundation (NSF). « Pour tester nos hypothèses, nous avons exploité des bases de données associées à 14 sites LTER terrestres aux États-Unis », explique Gill.
« Ces sites englobaient divers écosystèmes, notamment la toundra, les forêts boréales, les déserts et les prairies. Le vaste ensemble de données, qui comprend des mesures collectées sur une période de 40 ans, a fourni un outil puissant pour évaluer la manière dont la concentration de carbone dans le sol interagit avec le cycle de l’azote et le limite. »
« J’admets volontiers que tous mes co-auteurs et moi-même avons été surpris de constater que le rôle du carbone en tant que « gardien » s’applique à des écosystèmes aussi différents », explique Keiser. « Nous ne voyons pas très souvent de tels schémas en écologie. »
La découverte de cette relation a des implications dans tous les domaines, depuis l’agriculture jusqu’aux solutions d’atténuation du changement climatique qui reposent sur le stockage du carbone dans le sol. « Maintenant que nous savons que ce lien existe », dit Keizer, « nous pouvons poser de nouvelles questions qui décollent davantage de couches sur ces processus fondamentaux dont dépend une grande partie de la vie sur Terre. »
Plus d’information:
AL Gill et al, La disponibilité du carbone dans le sol découple la minéralisation nette de l’azote et la nitrification nette sur les sites de recherche écologique à long terme des États-Unis, Biogéochimie (2023). DOI : 10.1007/s10533-022-01011-w