Différences dans l’utilisation microbienne du carbone du sol liées à la disponibilité des ressources du sol en régie biologique et en régie conventionnelle
Citation
Arcand, M.M., Levy-Booth, D.J., Helgason, B.L.
Resource legacies of organic and conventional management differentiate soil microbial carbon use
(2017) Frontiers in Microbiology, 8 (NOV), art. no. 2293, .
https://www.scopus.com/inward/record.uri?eid=2-s2.0-85035073184&doi=10.3389%2ffmicb.2017.02293&partnerID=40&md5=bdf26c145904088c8a466a82eb974e70
DOI: 10.3389/fmicb.2017.02293
DOCUMENT TYPE: Article
SOURCE: Scopus
Résumé en langage clair
La superficie de production biologique certifiée dans les Prairies canadiennes augmente afin de répondre à la hausse de la demande des consommateurs pour les aliments biologiques augmente. En raison des grandes superficies et des longues distances entre les exploitations d’élevage et les champs cultivés, l’utilisation de fumier et de compost comme sources d’éléments nutritifs est rare en production biologique. Par conséquent, des nutriments sont exportés dans les grains récoltés chaque année, mais ils ne sont pas toujours adéquatement remplacés, ce qui entraîne une baisse de productivité de certains sols sous régie biologique et menace la durabilité de l’agriculture biologique dans les Prairies. Dans cette étude, nous avons utilisé du glucose marqué à l’isotope stable 13C comme traceur pour déterminer l’identité des bactéries qui l’utilisaient et leurs stratégies de vie présumées. Nous montrons que, parce que les sols sous régie biologique sont appauvris en azote et en phosphore par rapport aux sols sous régie conventionnelle, les bactéries doivent décomposer la matière organique du sol pour en extraire l’azote et le phosphore dont elles ont besoin afin de produire de l’énergie à partir du carbone facilement disponible. Ce processus, désigné amorçage de la décomposition de la matière organique du sol, peut entraîner une perte de carbone dans le sol. Cette rétroaction négative entre la disponibilité des nutriments N et P et la disponibilité du carbone pour les organismes décomposeurs dans les sols sous régie biologique aggrave les problèmes de fertilité et modifie les types de bactéries qui participent au recyclage des nutriments. Par exemple, différents types de bactéries étroitement apparentés se sont comportés différemment, certains utilisant le C ajouté plus efficacement que d’autres. Nous avons appris que le rétablissement de la fertilité des sols ayant une limitation en nutriments nécessitera probablement des ajouts non seulement de nutriments, mais aussi de C organique pour fournir de l’énergie au biote afin de rétablir la santé du sol.
Résumé
La disponibilité des ressources du sol peut varier selon le type de régie agricole appliquée à long terme et avoir des incidences sur l’efficacité d’utilisation du carbone par les microbes et le devenir du C dans les sols. Nous avons combiné la calorimétrie isothermique et le sondage de gènes d’ARNr 16S au glucose marqué à l’isotope stable 13C pour vérifier l’hypothèse selon laquelle les communautés microbiennes auraient une plus grande efficacité thermodynamique dans sols sous régie biologique que dans les sols sous régie conventionnelle parce qu’elles comprendraient davantage de taxons oligotrophes en raison d’une plus faible disponibilité des ressources dans les sols sous régie biologique. La disponibilité des ressources était plus élevée dans les sols sous régie conventionnelle, qui contenaient 3,5 fois plus de phosphore disponible, 5 % plus de nitrate et 36 % plus de C organique dissous que les sols sous régie biologique. Les deux régies de culture abritaient des populations distinctes de protéobactéries et d’actinobactéries, le rapport protéobactéries/actinobactéries (2,4 contre 0,7) étant plus élevé dans les sols sous régie conventionnelle. Les sols sous régie biologique abritaient également une activité notable de bactéries firmicutes. Les indices d’efficacité thermodynamique étaient semblables d’un sol à l’autre, ce qui indique que le glucose était métabolisé à un coût énergétique similaire. Cependant, l’abondance des bactéries utilisant le glucose dans les sols sous régie biologique a présenté une corrélation positive avec l’amorçage de la décomposition de la matière organique du sol (MOS) et des corrélations négatives avec la disponibilité des éléments nutritifs et du carbone du sol, la respiration et la production de chaleur. Ces corrélations étaient fortement inversées dans les sols sous régie conventionnelle, ce qui indique une nette différenciation du fonctionnement des microbes liée à la disponibilité des ressources du sol. L’ajout de C frais a causé proportionnellement plus d’amorçage de la décomposition de la MOS (57 contre 51 %) dans les sols sous régie biologique, probablement en raison de la minéralisation des nutriments organiques pour satisfaire les demandes des microbes pendant l’utilisation du glucose dans ces sols plus pauvres en ressources. La chaleur supplémentaire dégagée par l’oxydation de la MOS pourrait expliquer les efficacités thermodynamiques semblables des communautés microbiennes des sols sous régie biologique et des sols sous régie conventionnelle. Le rétablissement de la fertilité des sols présentant une limitation en nutriments nécessite un apport équilibré de nutriments et d’énergie pour protéger la MOS stable contre la dégradation microbienne. Nos résultats mettent en évidence le besoin d’envisager la gestion du carbone pour l’énergie qu’il fournit aux processus biologiques essentiels à la santé des sols.