Les sols sont le plus grand réservoir terrestre de carbone de la planète. Il est important de savoir comment le carbone du sol est stocké dans un « puits » et comment il est libéré dans l'atmosphère en tant que « source ».

Compréhension qui passe par l'étude des microorganismes du sol, y compris l'endroit où ils vivent, et leur accès au carbone stocké pour l'alimentation. Lorsque les microbes ont accès au carbone et à l'oxygène, ils décomposent ces éléments en dioxyde de carbone, ou CO2, un processus appelé "minéralisation".

L'eau est nécessaire pour cette activité microbienne et d'autres. Lorsque l'eau remplit les conduits entre les pores du sol, il relie les microbes aux ressources en créant un réseau tridimensionnel d'autoroutes aqueuses.

Espaces poreux

Mais tout le carbone du sol n'est pas disponible en tant qu'aliment microbien. Une partie est protégée dans des espaces interstitiels microscopiques dans le sol, dont les petits diamètres restreignent l'accès aux microbes avides de carbone. Le carbone du sol sera-t-il de la nourriture ou non ? Son devenir dépend de l'activité hydrologique et de la connectivité dans les sols.

Un nouvel article dans Nature Communications, une collaboration entre l'auteur principal A. Peyton Smith et d'autres au Pacific Northwest National Laboratory et EMSL, étudie l'importance des modèles de mouillage à l'échelle des pores, les conditions d'humidité du sol antérieures et d'autres facteurs affectant la dynamique du carbone du sol à toutes les échelles, du pore au noyau au champ. (L'échelle centrale peut être une pelle pleine. L'échelle du terrain peut être aussi grande qu'un écosystème.)

Smith et ses co-auteurs soutiennent que les modèles du système terrestre devraient traiter l'humidité du sol comme plus qu'un seul nombre. Il est préférable, ils disent, considérer le sol comme un cadre tridimensionnel qui met l'accent sur les conditions d'humidité qui forment les conduits hydrologiques qui diffusent le carbone et les autres ressources du sol.

Bannir les incertitudes

Reconnaissant le caractère tridimensionnel du sol, en plus de son hydrologie, est une étape importante vers la résolution des incertitudes concernant le carbone du sol dans les modèles actuels du système terrestre. De tels modèles prédisent si les sols seront des puits ou des sources de carbone.

Les sécheresses et autres événements extrêmes liés aux précipitations continuent d'augmenter en intensité, durée et étendue. Cela a des implications pour le stockage du carbone dans les sols à la fois à l'échelle de l'écosystème et à l'échelle mondiale.

Dans le sol, le sort du carbone peut aller de deux manières, dit Smith, un post-doctorant PNNL, "C'est à manger ou à garder."

Jusque là, des études montrent que les sols touchés par la sécheresse projettent du CO2 dans l'atmosphère lorsqu'ils sont réhumidifiés, un phénomène connu sous le nom d'« effet bouleau ». Plus la sécheresse est longue, plus le pouls de ce gaz à effet de serre est gros.

Mais l'effet Bouleau est rarement étudié à plusieurs échelles spatiales et temporelles. Par conséquent, les modèles actuels limitent notre capacité à prédire comment les cycles de séchage et de remouillage influencent le carbone du sol.

Sens de mouillage, Jusqu'à la molécule

Dans le nouveau journal, les chercheurs ont entrepris de développer une compréhension au niveau moléculaire de la direction du mouillage et de l'humidité antérieure du sol. En laboratoire, ils ont utilisé 16 carottes expérimentales de sol sablonneux des Everglades de Floride pour étudier la capacité des sols à être soit un puits de carbone, soit une source de carbone en réponse à la sécheresse et à la direction du remouillage.

Nous savons déjà que lorsque les sols sont humides d'en haut, par précipitation, les pores les plus gros se remplissent en premier. Nous savons aussi que lorsque le sol est mouillé par le bas, par les eaux souterraines, l'action capillaire sature d'abord les pores les plus fins.

Cette dynamique ci-dessus crée des conditions distinctives. Il affecte le type de carbone disponible pour la décomposition microbienne; la taille des pores qui se remplissent d'eau, l'amélioration de la connectivité hydrologique; et la taille des pores qui se remplissent d'air, qui fournit l'oxygène nécessaire à la décomposition.

"La connectivité est importante, " dit Smith, "pas seulement la taille des pores."

« Héritage de la sécheresse »

L'article démontre que « l'héritage de sécheresse » d'un sol et la direction du mouillage sont plus importants pour le stockage du carbone que sa teneur en humidité actuelle. En particulier, lorsque le remouillage provient de la montée des eaux souterraines, il produit une perte de carbone du cœur à l'écosystème plus rapide que les événements de précipitation d'en haut.

Toujours, à l'échelle du terrain, les fluctuations des précipitations et des eaux souterraines interagissent pour déstabiliser le carbone du sol.

Les modèles qui simulent les flux de carbone à l'échelle de l'écosystème doivent tenir compte de la dynamique de ces événements de mouillage directionnels, les auteurs disent non pas comme un nombre unique mais comme un cadre tridimensionnel.