Les microbes du sol vivent, baromètres de travail de la santé des sols. Ils sont responsables de transformer l'azote atmosphérique en formes que les plantes peuvent utiliser, et pour libérer de l'azote dans l'air. Les décisions de gestion agricole affectent sans aucun doute ces bêtes de somme microscopiques, mais, jusqu'à maintenant, les scientifiques n'avaient pas une idée complète de la façon dont la rotation des cultures et le travail du sol influencent le microbiome du sol.

« La plupart des recherches sur la santé microbienne du sol ont été effectuées en laboratoire ou en serre, ou dans des expériences de terrain à court terme. Ici dans l'Illinois, nous avons une occasion fantastique d'examiner ce que la gestion agricole à long terme fait au sol, " dit Maria Villamil, professeur agrégé au Département des sciences des cultures de l'Université de l'Illinois et co-auteur d'une nouvelle étude publiée dans Science de l'environnement total .

En s'appuyant sur une expérience de terrain de 20 ans, Les agronomes de l'Illinois ont démontré des risques importants associés aux rotations continues du maïs, à la fois pour la communauté microbienne du sol et pour la santé environnementale à plus grande échelle.

« Afin de maintenir les niveaux de rendement en maïs continu, il faut plus d'azote inorganique, intensifiant ainsi le cycle de l'azote et provoquant une boucle dangereuse, " dit Gevan Behnke, auteur principal de l'étude et chercheur postdoctoral en agronomie. "Le résultat est une acidification et des augmentations potentielles de la perte d'azote et des émissions nocives d'oxyde nitreux."

La rotation du maïs avec du soja pendant un an ou plus tempère l'effet, les chercheurs ont trouvé.

Les agronomes de l'Illinois ont planté pour la première fois du maïs et du soja sur le site expérimental en 1996, avec quelques champs en maïs continu, d'autres en soja continu, et d'autres en rotation annuelle entre les cultures. Au sein de chaque système de culture, les champs n'étaient soit pas labourés, soit labourés au ciseau chaque année.

Behnke a analysé des échantillons de sol prélevés dans chaque type de champ en 2015 et 2016, extraire l'ADN et mesurer les propriétés physiques et chimiques.

"L'analyse ADN était importante car beaucoup de problèmes sont liés au cycle de l'azote, qu'il s'agisse d'émissions d'oxyde nitreux, lessivage des nitrates vers les plans d'eau, ou simplement une accumulation toxique d'azote dans le sol, " Behnke dit. " Par conséquent, nous avons étudié les gènes et les groupes microbiens associés à la fixation, nitrification, et la dénitrification."

Le processus de nitrification microbienne transforme l'engrais ammoniacal en nitrate, une forme beaucoup plus mobile associée au ruissellement et au lessivage. Dénitrification, d'autre part, transforme les nitrates en formes gazeuses, y compris l'oxyde nitrique et nitreux, un puissant gaz à effet de serre.

Rassembler toutes les données, les chercheurs ont découvert que le maïs augmentait continuellement la matière organique et l'acidité du sol, et a conduit à une augmentation des microbes impliqués à la fois dans la nitrification et la dénitrification. Les chercheurs ont trouvé le schéma inverse dans le soja continu, et des résultats intermédiaires dans les rotations maïs-soja.

"Des études antérieures ont montré que le maïs émettait en continu plus de gaz à effet de serre, mais notre étude a expliqué pourquoi au niveau microbien, ", dit Behnke. "C'était bien de voir nos résultats correspondre comme ça."

La gestion sans labour a augmenté la matière organique du sol, ce qui a conduit à des sols plus acides et à une augmentation de l'abondance des bactéries qui transforment l'ammoniac en nitrate.

"L'azote est laissé sur le sol dans les champs sans labour, alors que le travail du sol peut vraiment répartir cet azote dans les 10 premiers centimètres. Cependant, le travail du sol en lui-même n'était pas un moteur d'abondance microbienne aussi puissant que la rotation des cultures, " Behnke dit. " En fin de compte, la réduction du nombre d'années de maïs aidera à diminuer les effets négatifs du maïs continu sur la santé du sol. »

Cette étude unique en son genre fournit non seulement des informations fondamentales importantes sur la santé des sols dans les systèmes agronomiques, il établit également une base de référence pour les recherches futures.

Le programme de recherche plus vaste de Villamil cherche à comprendre comment les cultures de couverture affectent l'activité microbienne du sol lorsqu'elles sont ajoutées aux rotations de maïs et de soja. Son équipe a récemment publié une analyse des recherches existantes sur le sujet et a effectué deux ans d'échantillonnage sur le terrain avec des cultures de couverture sur le site à long terme.

"Grande image, nous cherchons à savoir s'il existe un potentiel de manipulation de la santé du sol et du microbiome avec des cultures de couverture. Dans l'Illinois, nous sommes en quelque sorte coincés avec ce système de maïs et de soja. Nos résultats indiquent que l'alternance de maïs et de soja pourrait aider, mais ce sont vraiment des cultures très similaires, tous deux très extractifs, " dit Villamil. " Nous devons augmenter la diversité des cultures soit dans le temps, soit dans l'espace, et je pense que les cultures de couverture sont l'une des solutions que nous avons en ce moment. Nous devons prendre conscience."

Elle ajoute que l'amélioration de la santé des sols est de la plus haute importance, quelle que soit la méthode.

« La santé des sols a beaucoup de liens avec la santé environnementale, principalement par la maîtrise des gaz à effet de serre, mais aussi à la santé humaine. Des recherches récentes trouvent des corrélations entre la biodiversité microbienne du sol et le microbiome humain. Il y a donc un fort besoin de vraiment comprendre le fonctionnement de la santé des sols dans différents contextes agricoles en raison de ces liens étroits avec la santé environnementale et potentiellement la santé humaine, " dit-elle. " Un sol sain favorise une vie saine. "

L'article, "L'acidification dans les monocultures de maïs favorise les champignons, bactéries oxydant l'ammoniac, et des groupes nirK-dénitrifiants, " est publié dans Science de l'environnement total .