Une conversation avec l'écologiste des sols Francesca Cotrufo, Ph.D. sur le rôle que joue le sol dans le piégeage du carbone atmosphérique.
Rodale InstituteLe livre blanc mis à jour sur le changement climatique, «L'agriculture régénératrice et la solution de carbone du sol», sera publié le 25 septembre. Pour en savoir plus, visitez RodaleInstitute.org/Climat2020.
Nous sommes en train de mettre à jour Rodale Agriculture régénérative et changement climatique de l'Institut livre blanc pour refléter la nouvelle science sur la séquestration du carbone dans le sol et nous savions que nous devions vous parler. Pouvez-vous expliquer comment le travail récent de votre équipe change la façon dont nous devrions tous penser à la matière organique du sol?
À mon avis, bon nombre des problèmes que nous rencontrons pour tenir compte du carbone du sol proviennent du fait qu'il a été conceptualisé comme une chose, alors qu'en réalité il existe de nombreuses formes différentes de carbone du sol. Nous pouvons simplifier ces différentes formes en deux grands pools fonctionnels: la matière organique particulaire (POM) et la matière organique associée aux minéraux (MAOM).
Nous voulons que la matière organique du sol remplisse deux fonctions: décomposer et fournir des nutriments minéraux pour soutenir la productivité, et rester et fournir un stockage de carbone à long terme et d'autres services écosystémiques. Il est nécessaire qu'une partie de la matière organique du sol se retourne pour soutenir la croissance des plantes, c'est comme utiliser un compte courant pour payer vos factures régulières. De la même manière que nous ne pouvons pas économiser tout notre argent - nous devons en utiliser une partie pour survivre -, nous ne pouvons pas non plus nous attendre à ce que toute la matière organique du sol reste dans le sol à long terme. Une partie de la matière organique du sol doit se décomposer pour que les sols soient sains et fonctionnent pour faire pousser des plantes. Je crois, et mon laboratoire mène des recherches pour tester cette hypothèse, que cette dégradation provient en grande partie de la matière organique particulaire, ou POM comme nous l'appelons, que vous pouvez envisager comme des résidus végétaux fibreux partiellement décomposés, en particulier des racines. Puisque le POM n'est pas protégé, à moins d'être occlus dans les agrégats, il se retourne rapidement. Les microbes ne semblent pas utiliser le POM pour faire croître leur biomasse, ils respirent plutôt du carbone POM dans l'atmosphère sous forme de CO2, mais l'azote du POM est utilisé par les plantes pour leur croissance.
Dans le même temps, nous avons besoin de sols pour stocker le carbone plus longtemps afin d'atténuer le changement climatique. Ce stock de carbone à plus long terme est là pour les temps les plus difficiles, comme un compte d'épargne. Le stockage à long terme du carbone est généralement plus traité microbien et associé aux minéraux, qui le protègent de la décomposition, le rendant plus persistant dans les sols et également moins vulnérable aux perturbations. Il s'agit de la matière organique associée aux minéraux, ou MAOM.
La métaphore du compte bancaire est utile pour comprendre ces deux pools de matière organique, l'un pour une utilisation rapide et l'autre pour le stockage à long terme. Quelles autres découvertes récentes ont eu lieu dans votre domaine concernant la matière organique et le stockage du carbone?
Les spécialistes des sols pensaient à l'origine que si vous mettez des résidus végétaux plus complexes chimiquement ou très fibreux dans le sol, vous auriez une accumulation de carbone. Mais au cours des 10 dernières années environ, beaucoup de recherches, incitées en partie par mon équipe article sur la stabilisation de la matrice d'efficacité microbienne, a souligné que, en fait, une grande partie du carbone qui persiste dans le sol est constituée de composés simples associés à des minéraux et qu'il est souvent d'origine microbienne et non végétale. Pour avoir cette accumulation de carbone associée aux minéraux, vous n'avez pas besoin de mettre des matières végétales récalcitrantes dans le sol, vous voulez plutôt vous assurer qu'il y a des choses comme les exsudats de racines et la matière végétale labile, que les microbes mangent rapidement et utilisent pour construire leur biomasse. Ces matières végétales solubles et ces composés microbiens peuvent coller aux surfaces minérales, formant le stockage de carbone à long terme dans la MAOM.
Le problème est que nous traitons les sols agricoles comme des enfants gâtés - j'espère que ce n'est offensant pour personne - nous donnons des intrants externes continus comme des engrais et des pesticides, ce qui revient à donner continuellement de l'argent à votre enfant et à ne jamais dire «va travailler». Nous ne mettons pas les microbes dans le sol à travailler et nous raccourcissons même leur travail en ajoutant des engrais azotés. Ces intrants érodent en fait la communauté du sol et sa biodiversité. Certains des microbes qui parviennent à survivre le font parce qu'ils utilisent l'azote fertilisant pour leur métabolisme, mais ce faisant, ils libèrent de l'oxyde nitreux dans l'atmosphère, un puissant gaz à effet de serre. De plus, en cultivant des cultures annuelles et en sélectionnant des cultures pour maximiser les rendements tout en réduisant la croissance des racines, nous avons réduit l'apport des résidus de racines pour fournir de nouveaux POM, mais aussi les apports de composants solubles et labiles des plantes, comme les exsudats de racines, qui en fin de compte générer MAOM. Ce faisant, nous avons dépassé le compte-chèques - le POM - et les sols agricoles sont désormais constitués pour la plupart du MAOM. En faisant cela encore et encore, nous avons également commencé à utiliser ce pool MAOM, le compte d'épargne qui aurait dû être stable pendant de très nombreuses années. En conséquence, les sols agricoles sont désormais appauvris de toute matière organique du sol par rapport aux sols naturels.
Sachant cela, comment les agriculteurs peuvent-ils arrêter de ruiner les sols et les régénérer à la place? Qu'est-ce qui construit ces deux bassins de matière organique?
Il devient très clair que pour régénérer les sols, nous devons avoir des intrants continus et diversifiés, et cela provient principalement de racines vivantes. Les racines font deux choses: elles nourrissent les microbes avec leurs composants solubles, les exsudats des racines et d'autres composés racinaires labiles qui maintiennent les microbes actifs et en bonne santé et produisent efficacement de la biomasse qui peut ensuite coller aux minéraux. D'un autre côté, les tissus racinaires sont relativement fibreux et peuvent former de la matière organique particulaire, ce qui favorise la structure du sol, la rétention d'eau et la libération d'azote lors de sa dégradation.
En fait, l'autre chose importante à comprendre est que le carbone ne circule pas seul. Afin de stocker le carbone, nous devons obtenir le bon azote. Nous voulons réduire les apports externes d'azote provenant de la fertilisation, car l'azote synthétique encourage les bactéries qui transforment rapidement l'azote et le perdent. Au lieu de cela, nous devons augmenter les apports d'azote produits par le système lui-même, et pour cela, nous avons besoin d'un système avec des racines vivantes profondes et des légumineuses, qui apportent l'azote naturellement. Lorsque vous ajoutez de l'azote de manière organique, vous mettez les microbes au travail. Lorsque l'azote arrive dans la matière organique que les microbes doivent travailler pour retourner, ils le font plus efficacement, ils produisent plus de biomasse qui facilite le stockage du carbone, et en même temps ils recyclent l'azote pour l'usage des plantes.
Y a-t-il de gros chaînons manquants avant que nous puissions nous lancer dans l'agriculture et la séquestration du carbone dans le sol? Ou la science est-elle suffisamment solide pour que les agriculteurs se sentent confiants de faire ce travail maintenant?
Je pense que nous en savons assez maintenant pour ne pas nous tromper. Nous pourrions faire mieux, et je suis particulièrement curieux de connaître cette relation carbone-azote et de savoir comment utiliser efficacement l'azote pour stocker le carbone, maintenir la productivité et réduire les émissions et les pertes d'azote dans le système d'eau. Mais dans l'ensemble, les idées de base sont claires, les piliers de ce qui fait régénérer un système sont connus. Je crois que nous devons considérer le sol comme un système et considérer comment les rotations des cultures avec des intrants souterrains diversifiés, des plantes vivaces à racines profondes, des cultures de couverture et une réduction des perturbations du sol aident à alimenter les microbes du sol qui recyclent les nutriments et accumulent les minéraux associés. carbone.
De plus, la comptabilisation du carbone du sol est encore très difficile et doit être mesurée, vérifiée et surveillée sur la base d'une science solide et d'une compréhension des conditions et de la gestion de chaque ferme. C'est un travail acharné qui demande de la patience et des investissements, mais c'est très, très important et cela peut être fait.
La bonne nouvelle est que la science fondamentale existe et que nous nous appuyons constamment sur elle. Nous en savons déjà suffisamment pour savoir quoi faire, et nous étudions des moyens d'améliorer la mesure et la gestion de ces stocks de carbone du sol. La séquestration du carbone dans le sol suscite actuellement beaucoup d'intérêt. À la Colorado State University, nous utilisons une approche scientifique intégrée en partenariat avec de grandes entreprises et de nombreux agriculteurs, et je suis très optimiste que nous puissions y parvenir. Mais il est important de se rappeler que l'agriculture au carbone n'est pas une solution miracle au changement climatique. Il doit être adopté avec des réductions agressives des émissions de combustibles fossiles.
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