La plantation de cultures de couverture, comme ce trèfle rouge dans le comté de Sussex, dans le Delaware, peut aider à ramener le carbone dans les champs agricoles. Michele Dorsey Walfred / Flickr, CC BY
La société humaine est littéralement construite sur le sol. Il nourrit le monde et produit du carburant et des fibres vitaux. Mais la plupart des gens réfléchissent rarement au sol.
Récemment, cependant, le sol a reçu une attention bien méritée de la part des organisations environnementales, des décideurs et des chefs de file de l'industrie. Il a été couvert dans articles de presse, a débattu dans les débats politiques et a même reçu un prix international jour de reconnaissance.
Pourquoi toute cette attention? Parce que le monde a un besoin urgent de moyens pour empêcher le carbone de l'atmosphère et pour renforcer la sécurité alimentaire d'une population mondiale en croissance rapide. Le sol peut faire les deux.
Cependant, les efforts actuels pour promouvoir le stockage du carbone dans le sol manquent un point clé: tout le carbone du sol n'est pas le même. En tant que scientifiques se concentrant sur écologie du sol et la durabilité, nous pensons que la gestion efficace du carbone du sol passe par la prise en compte de ses différences.
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Comment le carbone pénètre dans et hors du sol. Jocelyn Lavallée, CC BY-ND
Le carbone du sol est incroyablement complexe
L'accumulation de carbone dans le sol peut aider à réduire les concentrations de gaz à effet de serre dans l'air. Il améliore également la qualité du sol de plusieurs façons: il donne la structure du sol, stocke l'eau et les nutriments dont les plantes ont besoin et se nourrissent organismes vitaux du sol.
Mais le carbone dans le sol n'existe pas seul. Il est combiné avec l'oxygène, l'hydrogène, l'azote et d'autres éléments, dans des composés que les scientifiques appellent collectivement la matière organique du sol. Ce matériau est incroyablement complexe, composé de milliers de composés chimiques différents qui restent de la décomposition et de la transformation des plantes, des animaux et des micro-organismes.
Ajoutant à cette complexité, le carbone peut être trouvé dans différents états physiques dans le sol. Il peut être dissous dans l'eau, présent sous forme de gros morceaux ou de «particules», enveloppé par des particules de sol ou lié à des minéraux. Ces différentes formes se comportent toutes différemment et ont finalement des impacts très différents sur la croissance des plantes, la structure du sol et la séquestration du carbone.
Le défi est de savoir comment diviser conceptuellement toutes ces différentes formes sans se perdre complètement dans la boue. La communauté des sciences du sol - oui, nous sommes là-bas! - étudie cette question depuis des décennies. Comme nous le discutons dans une étude récente, une distinction clé peut fournir une cadre de gestion du carbone des sols: matière organique particulaire versus matière organique associée aux minéraux.
Les sols du monde se détériorent rapidement en raison de l'érosion des sols, de l'épuisement des nutriments, de la perte de carbone organique du sol et d'autres menaces.
Comme de l'argent à la banque
La matière organique particulaire est ce que vous voyez généralement. Il contient des fragments organiques partiellement décomposés, tels que de minuscules morceaux de feuilles ou de racines. La matière organique associée aux minéraux se compose principalement de revêtements microscopiques sur les particules du sol, dérivés principalement des corps et des sous-produits de micro-organismes et de certains composés végétaux.
L'une des principales différences entre les deux est que la matière organique associée aux minéraux est collée aux particules du sol, de sorte qu'elle a tendance à y rester longtemps. Les particules organiques, en revanche, sont librement accessibles aux micro-organismes, de sorte qu'elles se décomposent beaucoup plus rapidement. Il est également plus vulnérable aux pratiques agricoles comme le travail du sol qui perturbent le sol.
Une deuxième différence clé est leur contenu nutritif. N'oubliez pas que la matière organique ne contient pas seulement du carbone, mais beaucoup d'autres éléments, dont l'azote, un engrais naturel dont les plantes ont besoin pour prospérer.
La matière organique associée aux minéraux contient plus d'azote par unité de carbone que la matière organique particulaire, mais parce que la matière organique associée aux minéraux est moins disponible et cycle plus lentement, cet azote n'est pas entièrement utilisable. La matière organique particulaire, quant à elle, contient moins d'azote relativement parlant, mais cet azote est plus facilement disponible.
Aperçu de la forme et du fonctionnement de la matière organique particulaire et minérale. Jocelyn Lavallée
Il est utile de penser à ces deux types de carbone du sol comme un chèque et un compte d'épargne. La matière organique particulaire est le compte courant: elle reçoit de l'argent chaque jour de paie, mais est dépensée assez rapidement pour couvrir les dépenses quotidiennes. La matière organique associée aux minéraux est le compte d'épargne. Il reçoit généralement moins d'argent de chaque chèque de paie, mais cet argent n'est pas dépensé aussi rapidement.
Lorsque les humains font face à de grosses dépenses inattendues, ils vident généralement leurs comptes chèques et peuvent également puiser dans leurs comptes d'épargne. Si cela se produit encore et encore, les deux comptes finissent par se casser.
C'est exactement ce qui se produit lorsqu'un écosystème perd beaucoup de carbone dans le sol - par exemple, quand un pré est labouré et converti en champs de culture. Le labour provoque une décomposition plus rapide du carbone, de sorte que la matière organique particulaire existante est rapidement perdue. La matière organique associée aux minéraux est souvent la seule chose qui reste pour aider à maintenir la vie du sol et la croissance des plantes.
Pour aggraver les choses, les cultures annuelles ont tendance à avoir de minuscules racines qui n'ajoutent pas beaucoup de carbone dans le sol; autrement dit, ils ont des chèques de paie très bas. Cela signifie que la matière organique particulaire et la matière organique associée aux minéraux ne sont pas reconstituées et continuent de diminuer. Sans une augmentation de la «trésorerie», sous la forme de matières végétales plus en décomposition, les sols se briseront et deviendront moins sains et productifs.
Gérer le carbone du sol pour le changement climatique et la sécurité alimentaire
Des initiatives telles que «4 pour mille" et Terraton visent à séquestrer d’énormes quantités de carbone dans le sol. le US Farm Bill 2018 comprend les toutes premières incitations pour les agriculteurs à adopter des pratiques visant à améliorer la santé des sols et à séquestrer le carbone. Mais ces initiatives manquent un point clé: tout le carbone du sol n'est pas le même.
Les durées de vie très différentes de la matière organique particulaire et de la matière organique associée aux minéraux ont des implications importantes pour ces efforts. Par exemple, l'ajout de résidus de cultures de faible qualité dans les champs agricoles créerait probablement plus de matière organique particulaire que de matière organique associée aux minéraux. Cela pourrait augmenter le carbone du sol à court terme - mais si plus tard ce champ est perturbé par le labour, une grande partie de celui-ci se décomposerait et l'avantage serait rapidement inversé. Les meilleures pratiques se concentrent sur la constitution de matières organiques associées aux minéraux pour un stockage à plus long terme du carbone, tout en produisant également des matières organiques particulaires de haute qualité avec beaucoup d'azote pour aider à augmenter la productivité des cultures.
Les sols naturels sains nous montrent que la fourniture d'intrants végétaux continus et diversifiés qui atteignent les sols profonds est essentielle pour atteindre à la fois un stockage élevé de matières organiques associées aux minéraux et un recyclage des particules organiques. Il existe de nombreuses façons prometteuses de le faire, telles que le maintien couverture végétale sur les champs toute l'année; la culture de diverses cultures qui comprennent des légumineuses riches en azote et vivaces à racines profondes; et minimiser le travail du sol.
Cependant, tous les sols ne peuvent pas accumuler à la fois de la matière organique associée aux minéraux et de la matière organique particulaire. Avant de mettre en œuvre des pratiques de gestion de la séquestration du carbone, les participants doivent d'abord évaluer potentiel de stockage de carbone du sol local, tout comme un médecin étudie un patient avant de prescrire une cure.
La séquestration du carbone dans le sol nécessite une compréhension efficace du fonctionnement de la matière organique particulaire et de la matière organique associée aux minéraux, de la façon dont les actions humaines les affectent et de la manière de construire les deux types pour répondre aux besoins climatiques et de sécurité alimentaire de notre planète.
A propos de l'auteur
Jocelyn Lavallee, chercheuse scientifique, Colorado State University et Francesca Cotrufo, professeur de sciences des sols et des cultures et scientifique principale, Laboratoire d'écologie des ressources naturelles, Colorado State University
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Cet article est republié de La Conversation sous une licence Creative Commons. Lis le article original.
