Les sols influencent la qualité de l’eau et sont essentiels à la croissance des plantes. Cependant, il a été difficile de prédire comment la croissance des plantes et la qualité de l’eau changeraient à la suite d’incendies de forêt. Maintenant, une équipe d’enquêteurs du Colorado a mis au point une nouvelle méthodologie pour permettre de telles prédictions. La recherche est publiée dans Microbiologie appliquée et environnementale.
« Pour faire des prédictions pratiques sur la récupération, nous avons dû utiliser un outil d’intelligence artificielle moderne appelé apprentissage statistique », a déclaré John Spear, Ph.D., professeur de génie civil et environnemental, Colorado School of Mines, Golden, Colorado. « Lorsque nous introduit des données sur les microbes et les nutriments dans ce modèle, nous avons pu prédire avec beaucoup plus de précision comment le sol est modifié par le feu. »
Spear a souligné que la combinaison d’informations sur les types et les quantités de microbes et de nutriments augmentait la précision. Une autre découverte intrigante était que l’inclusion de microbiotes peu communs dans le sol – ceux qui constituaient moins de 1% du microbiome – était essentielle à la précision des prédictions.
« Cette contradiction apparente est un résultat fascinant de notre étude et va à l’encontre de la sagesse commune selon laquelle si nous mesurons 99% de ce qui vit dans le sol, nous aurons une bonne idée de la façon dont ce sol se comportera », a déclaré le premier auteur Alexander S. Honeyman, Ph.D., associé de recherche à la Colorado School of Mines.
Les enquêteurs ont également pu prédire la qualité de l’eau en analysant le microbiome des espèces qui affectent à la fois la régénération des sols et les eaux en aval, a déclaré Spear, qui a ajouté que la méthodologie pourrait conduire à une meilleure compréhension de la récupération des écosystèmes terrestres et aquatiques après un incendie de forêt.
Dans l’étude, « Nous sommes allés voir 2 incendies de forêt actifs dans le Colorado en 2018 et 2019, et avons collecté de la terre peu de temps après l’arrêt de la combustion lente », a déclaré Spear. « C’était aussi simple que de pelleter de la terre dans un seau. Nous sommes retournés sur les mêmes sites pendant 3 étés [2018, 2019, and 2020]en collectant plus d’échantillons et en faisant le suivi au fur et à mesure que le paysage se remettait du noir de la brûlure au vert de la nouvelle croissance. »
De retour au laboratoire, les chercheurs ont mesuré le carbone du sol, l’azote et d’autres molécules importantes. Ils ont également fait le recensement du microbiome – les espèces présentes et les quantités de chacune dans les sols.
« L’astuce », a déclaré Spear, « était de le faire encore et encore de manière approfondie pendant 3 ans, générant un ensemble de données de plus de 500 échantillons de sol. Ensuite, nous avons voulu voir si le schéma de récupération du sol après un incendie pouvait être prédit à partir de cet ensemble de données unique, en utilisant l’apprentissage statistique. »
La méthodologie a fonctionné, malgré le fait que l’ensemble de données est assez diversifié, représentant différentes gravités d’incendies de forêt et divers types de sols et saisons. « C’est une bonne nouvelle pour notre approche, car [the methodology] semble fonctionner sur de nombreuses conditions de sol différentes », a déclaré Spear.
La recherche a été motivée par la décennie d’expérience d’Honeyman en tant que pompier volontaire et par la perte de sa maison dans un incendie de forêt au Colorado en 2010. Cette expérience a soulevé des questions importantes pour lui. Le sol récupérerait-il les nutriments perdus lors d’un incendie ? Les enquêteurs voulaient aussi savoir si la qualité de l’eau serait renouvelée. « Nous nous sommes demandé comment nous pourrions décrire le rétablissement d’une manière qui soit réellement utile aux gestionnaires des terres », a déclaré Spear, notant que « nos coauteurs du service forestier, qui sont des gestionnaires des terres, ont vraiment aimé ce travail ».
Comme le changement climatique contribue à des incendies plus fréquents, il est essentiel que nous comprenions comment gérer la récupération des sols brûlés, en particulier dans l’ouest des États-Unis, a déclaré Spear.
Spear a noté que la méthodologie pourrait probablement également être appliquée à l’agriculture pour stimuler la production alimentaire « même en utilisant moins d’eau et moins d’engrais, économisant ainsi de l’argent ».
Alexander S. Honeyman et al, L’apprentissage statistique et le microbiote du sol peu commun expliquent les réponses biogéochimiques après un incendie de forêt, Microbiologie appliquée et environnementale (2022). DOI : 10.1128/aem.00343-22