Alexandra Kravchenko, professeur à l'Université d'État du Michigan au Département des plantes, Sciences du sol et microbiennes, et plusieurs de ses collègues ont récemment découvert un nouveau mécanisme déterminant la manière dont le carbone est stocké dans les sols, ce qui pourrait améliorer la résilience climatique des systèmes de culture et également réduire leur empreinte carbone.

Les résultats, publié la semaine dernière dans la revue scientifique Communication Nature , révèlent l'importance de la structure des pores du sol pour stimuler l'accumulation et la protection du carbone du sol.

« Comprendre comment le carbone est stocké dans les sols est important pour réfléchir à des solutions au changement climatique, " a déclaré Phil Robertson, Professeur émérite de plantes, Sciences du sol et microbiennes, et co-auteur de l'étude. « C'est également très important pour les façons de penser à la fertilité des sols et, par conséquent, la production agricole."

L'étude a été menée par le MSU Great Lakes Bioenergy Research Center, financé par le ministère américain de l'Énergie, et le programme de recherche écologique à long terme de la station biologique Kellogg financé par la National Science Foundation, ou NSF, et il a été soutenu par la Division des sciences de la Terre de la NSF.

Sur une période de neuf ans, les chercheurs ont étudié cinq systèmes de culture différents dans une expérience de terrain répliquée dans le sud-ouest du Michigan. Sur les cinq systèmes de culture, seuls les deux avec une grande diversité végétale ont entraîné des niveaux plus élevés de carbone du sol. Kravchenko et ses collègues ont utilisé la microtomographie aux rayons X et la cartographie enzymatique à micro-échelle pour montrer comment les structures des pores affectent l'activité microbienne et la protection du carbone dans ces systèmes, et comment la diversité végétale impacte ensuite le développement des pores du sol propices à un plus grand stockage de carbone.

John Schade, de la Division de biologie environnementale de la NSF, a déclaré que les résultats pourraient transformer la compréhension de la façon dont le carbone et le climat peuvent interagir dans les communautés microbiennes des plantes et du sol.

"Il s'agit d'une démonstration claire d'un mécanisme unique par lequel les communautés biologiques peuvent modifier l'environnement, avec des conséquences fondamentales pour le cycle du carbone, " a déclaré Schade.

"Une chose que les scientifiques ont toujours tendance à supposer est que les endroits où le nouveau carbone pénètre dans le sol sont également les endroits où il est traité par les microbes et est ensuite stocké et protégé, " dit Kravchenko. " Ce que nous avons trouvé, c'est que pour être protégés, le carbone doit bouger; il ne peut pas être protégé au même endroit où il entre.

Les scientifiques ont traditionnellement cru que les agrégats de sol, amas de particules de sol, étaient les principaux lieux de stockage stable du carbone.

Des preuves récentes, cependant, montre que le carbone le plus stable semble être le résultat de microbes produisant des composés organiques qui sont ensuite adsorbés sur les particules minérales du sol. La recherche révèle en outre que les pores du sol créés par les systèmes racinaires fournissent un habitat idéal où cela peut se produire.

Les sols des écosystèmes à plus grande diversité végétale sont particulièrement importants. Sols provenant d'écosystèmes de prairie restaurés, avec de nombreuses espèces végétales différentes, avait beaucoup plus de pores de la bonne taille pour un stockage stable du carbone qu'un peuplement pur de panic raide.

"Ce que nous avons trouvé dans la prairie indigène, probablement à cause de toutes les interactions entre les racines de diverses espèces, est que toute la matrice du sol est recouverte d'un réseau de pores, " dit Kravchenko. " Ainsi, la distance entre les lieux où se produit l'apport de carbone, et les surfaces minérales sur lesquelles il peut être protégé sont très courtes.

"Donc, beaucoup de carbone est acquis par le sol. Dans le panic érigé en monoculture, le réseau de pores était beaucoup plus faible, les métabolites microbiens avaient donc un chemin beaucoup plus long pour se rendre aux surfaces minérales protectrices, " a expliqué Kravchenko.

Robertson a déclaré que la recherche pourrait inciter les agriculteurs à se concentrer sur la diversité végétale lorsqu'ils tentent d'augmenter le stockage du carbone dans le sol.

"Auparavant, nous pensions que le principal moyen de mettre plus de carbone dans le sol était de faire en sorte que les plantes produisent plus de biomasse soit sous forme de racines, soit sous forme de résidus laissés à la surface du sol pour se décomposer, ", a déclaré Robertson.

"Ce que cette recherche souligne, c'est qu'il existe des moyens plus intelligents de stocker le carbone que de telles approches par la force brute. Si nous pouvons concevoir ou sélectionner des cultures avec des caractéristiques d'enracinement qui favorisent ce type de porosité du sol et donc qui favorisent la stabilisation du carbone du sol, ce serait un moyen assez intelligent de concevoir des systèmes capables de produire du carbone plus rapidement. »

Nick Haddad, directeur du programme de recherche écologique à long terme de la station biologique de Kellogg, la recherche qui s'appuie sur ces résultats continuera à découvrir des moyens d'améliorer la durabilité des écosystèmes et des paysages agricoles.

"La recherche à long terme montre des manières surprenantes qu'une diversité de plantes peut bénéficier aux microbes nécessaires à un système agricole résilient, " ajouta Haddad.