La séquestration du carbone dans les sols peut contribuer à atténuer le changement climatique, et la matière organique du sol associée aux minéraux possède la plus grande capacité à stocker le carbone. Une équipe de chercheurs, comprenant des scientifiques de l’Institut Max Planck de biogéochimie et de l’Université Martin Luther de Halle-Wittenberg, a évalué les facteurs contrôlant la matière organique associée aux minéraux.
Leur étude, publié dans Biologie du changement globaldémontre que même si la quantité et le taux de sa formation sont principalement contrôlés par la composition minérale, l’utilisation des terres et l’intensité de la gestion affectent également la matière organique associée aux minéraux sur des échelles de temps courtes.
Le carbone organique du sol est non seulement important pour la fertilité des sols et la production alimentaire, mais joue également un rôle important dans le climat de la Terre puisqu’environ 7 % du CO2 atmosphérique circule dans les sols chaque année. Depuis l’avènement de l’agriculture, les sols ont perdu d’importantes quantités de carbone dans l’atmosphère. Pour atténuer le changement climatique, nous devons donc comprendre comment éviter des pertes supplémentaires de carbone et reconstituer les stocks de carbone des sols.
Lorsqu’il est associé aux minéraux, le carbone organique du sol a un temps de séjour et une résistance aux perturbations accrus. La formation de matière organique associée aux minéraux (MAOM) est donc un processus clé dans le cycle mondial du carbone. Cependant, malgré des décennies de recherche, la manière dont la composition minérale et l’intensité de la gestion des terres affectent la formation de MAOM n’est toujours pas résolue.
Pour combler cette lacune en matière de recherche, plus de 3 500 conteneurs perméables remplis de goethite sans carbone, un oxyde de fer représentatif du sol, ou d’illite, un minéral argileux silicaté représentatif, ont été enterrés dans 150 sites forestiers et 150 prairies. Les sites sont situés dans les trois régions d’étude allemandes du programme prioritaire d’infrastructures « Biodiversity Exploratories ».
Après cinq années d’incubation sous terre, une équipe de scientifiques dirigée par De Shorn Bramble de l’Institut Max Planck de biogéochimie (MPI-BGC) à Iéna et Susanne Ulrich de l’Université Martin Luther de Halle-Wittenberg (MLU) a analysé le contenu du conteneur. Ils ont découvert que, quels que soient le type d’utilisation des terres et l’intensité de la gestion, la goethite accumulait quatre fois plus de carbone organique que l’illite. Ce résultat souligne que la composition minérale est essentielle pour contrôler le taux et la quantité de formation de MAOM dans les sols.
« Une grande partie de nos connaissances sur le rôle des oxydes et des argiles silicatées dans le stockage du carbone dans le sol provient d’études en laboratoire. Étant donné que ces deux groupes de minéraux interagissent dans les sols naturels, une différenciation simple de leurs rôles individuels dans la formation de MAOM n’est pas possible », explique Susanne. Ulrich, Ph.D. candidat à MLU.
« Notre configuration expérimentale nous a permis pour la première fois de comparer directement le potentiel de stockage de carbone de ces deux groupes minéraux dans des conditions de terrain. Nos résultats montrent que ce n’est pas la surface minérale, mais les propriétés de surface qui déterminent la formation de MAOM, les oxydes ayant une taille beaucoup plus grande. potentiel de stockage du carbone que les minéraux argileux silicatés.
En raison du long temps de séjour du carbone sur les minéraux, la formation de MAOM était considérée comme relativement insensible à l’utilisation et à la gestion des terres sur des échelles de temps inférieures à plusieurs décennies. Cependant, dans leur étude, les chercheurs ont observé que la formation de MAOM dans les forêts était réduite par l’intensité de la récolte et modifiée par la sélection des espèces d’arbres. Dans les prairies, la productivité végétale ainsi que la diversité végétale ont augmenté la formation de MAOM. La productivité et la diversité végétales ont toutes deux été influencées par la fertilisation, la fertilisation augmentant la productivité végétale mais réduisant la diversité végétale.
De Shorn Bramble, Ph.D. candidat au MPI-BGC, illustre les nouveaux résultats contrastés : « Nous avons observé des effets significatifs d’utilisation et de gestion des terres sur la formation de MAOM après avoir exposé des minéraux sans carbone pendant seulement cinq ans aux conditions ambiantes du sol. Ces changements se produisent également probablement dans les sols naturels, mais pourrait être difficile à détecter avec les approches de mesure conventionnelles. Nos résultats et notre approche expérimentale pourraient donc être importants pour prédire comment MAOM répond aux activités humaines.
Il affirme que même si la composition minérale détermine le potentiel de stockage du carbone dans le sol, l’utilisation des terres influence la mesure dans laquelle ce potentiel est exploité. Par conséquent, il est important de continuer à apprendre comment la productivité des plantes, la qualité des apports organiques et la communauté des décomposeurs interagissent dans la formation de MAOM des sols sous différentes gestions.
Plus d’information:
De Shorn E. Bramble et al, La formation de matière organique associée aux minéraux dans les sols tempérés est principalement contrôlée par le type de minéraux et modifiée par l’utilisation des terres et l’intensité de la gestion, Biologie du changement global (2023). DOI : 10.1111/gcb.17024