Une nouvelle recherche menée par l'Université norvégienne des sciences de la vie (NMBU) et l'Institut international d'analyse des systèmes appliqués (IIASA) propose d'utiliser les bactéries du sol pour réduire les émissions de gaz à effet de serre liées à la production alimentaire. La recherche est publiée dans la revue Nature .
La fertilisation azotée entraîne des émissions de gaz à effet de serre, le protoxyde d'azote (N2 O) provenant des sols agricoles, représentant une part importante des émissions totales de gaz à effet de serre provenant de l’agriculture. On a longtemps supposé que ces N2 O les émissions sont inévitables.
Cependant, une équipe internationale de chercheurs dirigée par le NMBU a découvert une méthode pour réduire ces émissions. Ils ont identifié des bactéries capables de « consommer » le protoxyde d’azote lorsqu’il se forme dans le sol, empêchant ainsi le gaz de s’échapper dans l’atmosphère. Les chercheurs estiment que cette méthode à elle seule a le potentiel de réduire d'un tiers les émissions d'oxyde d'azote provenant de l'agriculture européenne.
Le N2 Ô problème
Les plantes ont besoin de beaucoup d’azote pour pousser. Une agriculture productive nécessite donc un approvisionnement abondant en engrais azotés. C'était un goulot d'étranglement dans l'agriculture jusqu'à ce que Fritz Haber soit le pionnier de la technologie de production industrielle d'engrais azotés à partir de l'azote atmosphérique. Cette technologie a contribué à ce que la production alimentaire mondiale suive le rythme de la croissance démographique depuis 120 ans.
Cependant, il existe dans le sol des micro-organismes qui produisent le gaz à effet de serre N2 O, et la fécondation stimule cette production.
"Ce gaz à effet de serre a un effet environ 300 fois plus puissant que celui du CO2 , et l'agriculture représente environ les trois quarts du N2 de l'Europe. O émissions", explique Wilfried Winiwarter, l'un des co-auteurs de l'étude et chercheur principal au sein du groupe de recherche sur la gestion de la pollution du programme énergie, climat et environnement de l'IIASA.
"De plus, à l'échelle mondiale, l'agriculture est la principale source d'oxyde nitreux dans l'atmosphère. Les émissions d'oxyde nitreux sont principalement régulées par les bactéries du sol, ce qui rend les efforts de réduction difficiles en raison de leur nature insaisissable", ajoute-t-il.
Les chercheurs du NMBU mènent des recherches fondamentales depuis plus de 20 ans sur la façon dont les micro-organismes présents dans le sol convertissent l'azote. Ils ont, entre autres, étudié en profondeur ce qui se passe lorsque les microbes n'ont pas accès à suffisamment d'oxygène, une condition appelée hypoxie.
Lors de la fertilisation (et lors des précipitations), certaines parties du sol deviennent hypoxiques. Comme les microbes n’ont pas accès à l’oxygène, ils sont obligés de trouver d’autres moyens d’obtenir de l’énergie. De nombreux microbes peuvent utiliser le nitrate au lieu de l’oxygène et, grâce à un processus appelé dénitrification, ils convertissent le nitrate en d’autres gaz. L'un d'eux est l'oxyde nitreux, et de cette manière, les micro-organismes contribuent aux émissions de gaz à effet de serre.
Les chercheurs ont fait des découvertes importantes concernant la régulation de ce processus et ont développé une manière unique d’étudier la dénitrification. Ils utilisent, entre autres, des solutions robotiques aussi bien en laboratoire que sur le terrain, et ont développé un robot spécial capable de mesurer en temps réel les émissions d'oxyde d'azote du sol.
La solution pour réduire N2 Les émissions d'O consistent à utiliser un type spécial de bactérie qui n'a pas la capacité de produire du protoxyde d'azote mais qui peut réduire le protoxyde d'azote en azote gazeux inoffensif (N2 ).
"Si nous cultivons ces microbes dans des déchets organiques utilisés comme engrais, nous pouvons réduire le N2 Ô émissions. Cela pourrait signifier une solution au problème de N2 O émissions de l'agriculture", déclare Lars Bakken, auteur principal de l'étude et professeur au NMBU.
"Mais il n'a pas été facile de trouver la bonne bactérie. Elle doit être capable de se développer rapidement dans les déchets organiques, de bien fonctionner dans le sol et de vivre suffisamment longtemps pour réduire le N2. O émissions pendant toute une saison de croissance. C'était également un défi de passer du test en laboratoire à l'essai dans la nature, et de s'assurer qu'il réduisait réellement le N2. O émissions sur le terrain", ajoute Bakken.
L’équipe de recherche s’efforce désormais de trouver davantage de bactéries consommatrices de protoxyde d’azote et de les tester dans différents types de déchets organiques utilisés comme engrais dans le monde. L'objectif est de trouver un large éventail de bactéries capables de fonctionner dans différents types de sols et avec divers mélanges d'engrais.
Plus d'informations : Elisabeth G. Hiis et al, Libérer le potentiel bactérien pour réduire le N2 des terres agricoles O émissions, Nature (2024). DOI :10.1038/s41586-024-07464-3
Informations sur le journal : Nature
Fourni par l'Institut international d'analyse des systèmes appliqués
