Carbone enfoui, microorganismes cachés

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Que se passe-t-il lorsque les organismes vivants meurent? Ils se décomposent. Les fondementsdu cycle vital sont bien connus de la plupart des gens. Dans le cycle du carbone terrestre, les plantes utilisent la photosynthèse pour transformer l'énergie du soleil et le dioxyde de carbone de l'atmosphère en matières riches en carbone qu'elles emmagasinent dans leurs tissus. Lorsqu'elles meurent, les plantes se décomposent et retournent graduellement à la terre sous forme de matière organique. Les résidus végétaux sont la principale source de nouveau carbone pour le sol. Ce carbone est soit emmagasiné, soit utilisé par de nouveaux organismes vivants. La décomposition des résidus végétaux constitue donc une voie de transfert essentielle de l'énergie du soleil au milieu terrestre.

Les scientifiques du sol connaissent bien ce processus, car la matière organique du sol constitue un réservoir important dans le cycle du carbone, qui est essentiel au maintien de la vie sur Terre. Les scientifiques croient qu'une meilleure compréhension du carbone du sol pourrait être la clé de l'amélioration de la sécurité alimentaire et de la qualité de l'eau.

Des chercheurs se sont penchés sur le rôle de l'érosion dans la redistribution et l'enfouissement du carbone dans le sol. Selon des études réalisées dans tout le Canada, de grandes quantités de carbone organique enfouies sous l'effet de l'érosion sont présentes dans toutes sortes de paysages agricoles et semblent résister à la biodégradation (dégradation par des microorganismes et retour à l'atmosphère sous forme de dioxyde de carbone (CO2)).

Le carbone enfoui dans ces couches érodées est important. En effet, tant qu'il demeure enfoui, il est stable et ne retourne pas à l'atmosphère. D'autres études devront être réalisées pour déterminer ce qu'il adviendra de ce carbone s'il est exposé de nouveau à la surface.

Les scientifiques savent aussi que les microorganismes jouent un rôle important dans la libération du carbone et des autres nutriments dans le sol. Ces microorganismes peuvent être des champignons, des bactéries ou des nématodes; chacun a un rôle particulier à jouer au sein de la communauté microbienne qui participe au cycle des nutriments. Mais qu'advient-il, avec le temps, de la communauté microbienne présente dans le sol érodé enfoui en profondeur? Comment se fait-il qu'une grande partie du carbone organique enfoui n'est tout simplement pas utilisée par les microorganismes et libérée sous forme de CO2? Les chercheurs combinent des techniques perfectionnées d'analyse de la matière organique et des microorganismes pour déterminer si les microorganismes pourraient régir la stabilisation du carbone dans ces sols enfouis sous l'effet de l'érosion, qui sont présents en grandes quantités mais sont encore inexplorés.

Des études réalisées par Bobbi Helgason et Bert VandenBygaart, d'Agriculture et Agroalimentaire Canada (AAC), montrent que la redistribution et l'enfouissement de sol entraînent la formation de réservoirs de carbone auxquels sont associées des communautés microbiennes semblables en abondance aux communautés présentes en surface. Le faible taux d'oxygène et la faible température en profondeur auraient donc moins d'importance que prévu, et il se pourrait que les facteurs les plus limitatifs pour les microorganismes en profondeur soient le manque de carbone (énergie) et de nutriments.

« L'érosion liée aux pratiques agricoles du passé a entraîné l'enfouissement de quantités importantes de carbone organique à l'échelle des paysages. Les pratiques de conservation qui sont maintenant utilisées ont freiné ce type d'érosion et permettent de reconstituer les sols en surface. La présence de communautés microbiennes abondantes et diversifiées dans les sols enfouis donne à penser que les pertes de carbone pourraient augmenter si les conditions changeaient, par exemple en raison du changement climatique ou de modifications apportées à l'utilisation des terres. Nos travaux montrent toutefois qu'une bonne partie du carbone enfoui résiste à la biodégradation. »

- Bobbi Helgason (Ph. D.), chercheur scientifique, Agriculture et Agroalimentaire Canada

Bien que d'autres facteurs (comme la température et la composition chimique du sol) aient une incidence sur la capacité de la communauté microbienne de transformer le carbone emmagasiné et les nutriments en substances utilisables par les plantes, ces études récentes montrent la nécessité d'en apprendre davantage sur la façon dont l'amélioration de la gestion du carbone du sol pourrait contribuer à relever les défis touchant l'environnement et la demande croissante de nourriture dans le monde.

AAC se joint à d'autres organisations dans le monde pour célébrer l'Année internationale des sols en 2015 et sensibiliser le public au rôle fondamental que jouent les sols dans nos vies quotidiennes. Nous faisons notre part en menant des activités de recherche et de développement pour stimuler l'innovation dans le domaine de l'agroalimentaire et améliorer la durabilité du secteur agricole canadien, tant sur le plan économique qu'environnemental.

Principales découvertes

  • La redistribution et l'enfouissement de sol sous l'effet de l'érosion stabilisent le carbone organique pendant des décennies.
  • De grandes quantités de carbone organique enfouies sous l'effet de l'érosion sont présentes dans les paysages agricoles de différents sites du Canada et semblent résister à la biodégradation.
  • La biomasse microbienne semble abondante dans les sols enfouis riches en carbone; ces communautés sont diversifiées et sont liées à la composition originale de la matière organique du sol au moment de l'enfouissement.

Galerie de photos

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Érosion de la pente avec enfouissement de sol arable et inversion de profil.
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Les chercheurs VandenBygaart et Helgason échantillonnent le carbone enfoui au site de St. Denis, en Saskatchewan.
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Paysage en bosses et creux, aussi connu sous le nom de « fondrières des prairies ».

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