L’utilisation des terres à long terme et ses incidences sur la spéciation du phosphore et la composition des gènes impliqués dans le cycle du phosphore dans les sols agricoles

Citation

Liu, J., Cade-Menun, B.J., Yang, J., Hu, Y., Liu, C.W., Tremblay, J., LaForge, K., Schellenberg, M., Hamel, C., Bainard, L.D. (2018). Long-term land use affects phosphorus speciation and the composition of phosphorus cycling genes in agricultural soils, 9(JUL), http://dx.doi.org/10.3389/fmicb.2018.01643

Résumé en langage clair

Le phosphore (P) est un élément essentiel à toutes les plantes. Dans une optique de gestion durable, il est important de comprendre les changements qui se produisent au niveau du cycle du P dans les sols des terres affectées à différentes utilisations, non seulement pour optimiser le développement des cultures, mais aussi pour limiter les pertes de P dans le sol, car lorsque cet élément se retrouve dans l’eau, il favorise la prolifération d’algues. La présente étude a analysé des sols du sud ouest de la Saskatchewan issus de terres affectées depuis longtemps à quatre utilisations différentes : cultures annuelles, prairies artificielles (agropyre à crête), prairies naturelles et fossés de chemin. Nous avons étudié quatre endroits distincts qui comportaient chacun les quatre utilisations de terre rapprochées les unes des autres. Nous avons analysé le cycle du P de ces sols à l’aide d’une combinaison de techniques d’analyse chimique de pointe pour déterminer les formes de P, mesurer les activités enzymatiques révélatrices de la dynamique du P ainsi qu’à l’aide de techniques avancées de microbiologie pour caractériser les communautés microbiennes. Les différentes utilisations des terres ont modifié les formes chimiques du P dans les sols sous l’effet des différents intrants végétaux et fertilisants. Et ces formes de P ont à leur tour modifié la communauté microbienne du sol ainsi que les types d’enzymes et les activités qui sont associés au cycle du P. Les sols les plus perturbés, soit ceux des cultures annuelles et des fossés de chemin, présentaient la plus grande diversité microbienne et les plus fortes activités enzymatiques en lien avec le cycle du P. Les sites les moins perturbés, soit les prairies artificielles et naturelles, avaient la plus faible diversité microbienne et contenaient des formes de P qui ne se trouvaient pas dans les autres sites.

Résumé

© 2018 Sa Majesté la Reine du chef du Canada, représentée par le ministre de l’Agriculture et de l’Agroalimentaire du Canada. La transformation de territoires à des fins agricoles est en expansion partout dans le monde. En raison du risque de pénurie mondiale de phosphate naturel, matière première utilisée pour la fabrication d’engrais phosphatés, il est d’une importance mondiale d’améliorer l’efficacité d’utilisation du phosphore (P) en mettant à profit les connaissances possédées sur la dynamique du P dans le sol afin de soutenir une productivité optimale dans divers écosystèmes. Nous avons étudié la spéciation chimique du P et le cycle du P par spectroscopie à résonance magnétique nucléaire (RMN) de l’isotope P 31 (31P) en solution, par spectroscopie de structure près du front d’absorption de rayons X (XANES) de P au seuil K, par dosage de l’activité des phosphatases et par séquençage aléatoire de métagénomes d’échantillons de sols issus de champs agricoles affectés à quatre utilisations différentes (prairie naturelle, prairie artificielle, cultures annuelles et fossés de bord de chemin) depuis longtemps. Parmi ces diverses utilisations de terres, les prairies naturelles et artificielles présentaient une accumulation élevée de P organique, principalement sous forme de monoesters d’orthophosphate, et une activité élevée de la phosphomonoestérase acide, mais la plus faible quantité de gènes de codage de processus du cycle du P. La proportion d’hexaphosphates d’inositol (PHI), en particulier du stéréo-isomère néo-PHI probablement d’origine microbienne plutôt que végétale, était significativement plus élevée dans le sol des prairies naturelles que dans les sols cultivés. Ce sont les sols des cultures annuelles qui présentaient les plus grandes variances au niveau de la composition du P, ainsi que la plus grande capacité potentielle au niveau des processus du cycle du P, selon le nombre de gènes qui codent pour des processus du cycle du phosphore. En revanche, les sols des bords de chemin présentaient les concentrations de P (Olsen) les plus élevées, les concentrations de P organique les plus faibles et les concentrations de phosphate tricalcique les plus élevées, lesquelles qui ont probablement été favorisées par le pH neutre et la teneur élevée en Ca échangeable de ces sols. L’analyse de redondance a montré que le PHI par RMN, l’activité potentielle de la phosphatase, le P (Olsen) et le pH étaient d’importantes variables chimiques explicatives des communautés bactériennes et de la composition des gènes fonctionnels qui sont impliqués dans le cycle du P. La combinaison de résultats d’analyses chimiques et métagénomiques permet de mieux comprendre les processus et la dynamique du P dans les sols de différents écosystèmes d’utilisation de terres.