GLYPHOSATE et AMPA au Quebec

Impacts des systèmes de culture sur la teneur en glyphosate et en acide aminométhylphosphonique et sur la communauté microbienne des sols de grandes cultures au Québec (Canada)

par 

William Overbeek 1,*,Marc Lucotte1 ,Joël D’Astous-Page 2 ,Thomas Jeanne 2 ,Clara Broche 1 ,Matthieu Moingt 1 etRichard Hogue2

1GEOTOP et Institut des Sciences de l’Environnement, Université du Québec à Montréal, Montréal, QC H3C 3P8, Canada

2Institut de Recherche et de Développement en Agroenvironnement (IRDA), Québec, QC G1P 3W8, Canada

*Auteur à qui la correspondance doit être adressée.

Agronomie 2024 , 

14 (4), 686 ; 

https://doi.org/10.3390/agronomy14040686

Soumission reçue : 28 février 2024 / 

Révisé : 21 mars 2024 / 

Accepté : 22 mars 2024 / 

Publié : 27 mars 2024(Cet article appartient au numéro spécial 

L’effet d’une gestion agricole appropriée sur la productivité des sols et des cultures durables )

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Abstrait

L’utilisation d’herbicides à base de glyphosate (GBH) est omniprésente dans les grandes cultures du Québec, en dehors de la gestion biologique. Comme le glyphosate se dégrade généralement rapidement dans les sols agricoles, de l’acide aminométhylphosphonique (AMPA) est produit et persiste plus longtemps que le glyphosate. Des applications répétées de GBH année après année soulèvent des questions sur la pseudo-persistance du glyphosate et de l’AMPA dans les sols et sur leurs impacts possibles sur la communauté microbienne du sol. Cette recherche vise à comprendre l’influence des systèmes de culture et des propriétés édaphiques sur les teneurs en glyphosate et en AMPA ainsi que sur la diversité et la composition de la communauté microbienne du sol dans neuf champs de grandes cultures situés dans le sud du Québec (Canada) au cours des années 2019 et 2020. Teneurs moyennes du sol en glyphosate (0,16 ± 0,15 µg.g 

−1 de sol sec) étaient inférieures à la teneur moyenne du sol en AMPA (0,37 ± 0,24 µg.g 

−1 de sol sec). Les teneurs en glyphosate et en AMPA étaient significativement inférieures dans les sites cultivés en gestion biologique par rapport à la gestion conventionnelle. Pour les sites conventionnels, les doses cumulées de GBH ont eu un effet significatif sur la teneur en glyphosate du sol mesurée à la fin de la saison de croissance, mais pas sur la teneur en AMPA du sol. Les sites où les applications de GBH sont plus élevées semblent accumuler du glyphosate au fil du temps dans l’horizon du sol de 0 à 40 cm. La teneur en glyphosate et en AMPA du sol est inversement proportionnelle au pH du sol. La diversité alpha, la diversité bêta et le potentiel fonctionnel des communautés procaryotes et fongiques du sol n’ont pas été affectés par les doses cumulées de GBH, mais plutôt par les propriétés chimiques du sol, la texture du sol, la rotation des cultures et les apports de fumier.Mots clés:

pseudo-persistance du glyphosate ; 

AMPA ; 

séquençage à haut débit ; 

herbicides à base de glyphosate ; 

communauté microbienne du sol

1. Introduction

La commercialisation de cultures résistantes au glyphosate au milieu des années 1990 a entraîné une augmentation importante de l’utilisation d’herbicides à base de glyphosate (GBH) [ 

1 ]. Le GBH peut être appliqué en pré- et post-levée sur les cultures résistantes au glyphosate [ 

2 ]. En 2021, le GBH était l’herbicide le plus utilisé représentant près de 50 % de tous les herbicides vendus au Québec, Canada [ 

3 ]. Le glyphosate a une affinité pour être adsorbé sur les particules du sol, bien qu’il puisse être transporté vers des profils de sol inférieurs en fonction des conditions météorologiques et des précipitations après l’application du GBH [ 

4 , 

5 ]. La capacité d’adsorption du glyphosate sur les particules du sol est influencée par la capacité d’échange de cations (CEC), la texture du sol, la teneur en P et Al, la quantité de carbone organique du sol et le pH [ 

6 , 

7 , 

8 ]. Les molécules de glyphosate stérilisées qui ne s’adsorbent pas sur les tissus végétaux ou les particules du sol migreront dans les eaux interstitielles du sol, où le glyphosate est sujet à la dégradation [ 

4 ]. La dégradation du glyphosate est principalement biologique, bien que des voies abiotiques telles que la photolyse et la thermolyse puissent dégrader le glyphosate, produisant une variété de métabolites, dont l’acide aminométhylphosphonique (AMPA) [ 

9 , 

10 ]. La biodégradation du glyphosate implique trois métabolites majeurs, l’AMPA, la sarcosine et l’acétyl-glyphosate [ 

11 ]. La voie qui produit l’AMPA est généralement favorisée par rapport aux deux autres voies dans les sols, avec environ 90 % des métabolites du glyphosate étant des molécules AMPA [ 

4 ]. La demi-vie du glyphosate se situe entre 1 et 197 jours, tandis que la demi-vie de l’AMPA se situe entre 23 et 958 jours dans les sols agricoles tempérés [ 

12 ]. Une fois dans le sol, l’AMPA est plus résistant à la biodégradation et a une affinité plus élevée pour les particules du sol que le glyphosate, ce qui augmente sa demi-vie dans le sol [ 

13 , 

14 ]. Néanmoins, les deux molécules ont des propriétés physico-chimiques similaires avec une solubilité élevée dans l’eau, une faible lipophilie et un très faible potentiel de volatilisation [ 

15 , 

16 ]. La principale différence entre les deux molécules est leur poids moléculaire (169,07 g·mol 

−1 pour le glyphosate et 111,04 g·mol 

−1 pour l’AMPA) [ 

17 ].L’agriculture de conservation gagne en popularité parmi les agriculteurs et les conseillers en cultures pour maintenir une productivité élevée des cultures tout en maintenant la communauté microbienne et les fonctions écosystémiques bénéfiques pour le sol, en réduisant les GES et en augmentant la séquestration du carbone et la résilience au changement climatique [ 

18 ]. Selon l’Organisation des Nations Unies pour l’alimentation et l’agriculture : « L’agriculture de conservation est un système agricole qui favorise une perturbation minimale du sol (c’est-à-dire sans labour), le maintien d’une couverture permanente du sol et la diversification des espèces végétales. Il améliore la biodiversité et les processus biologiques naturels au-dessus et au-dessous de la surface du sol, contribuant à une utilisation plus efficace de l’eau et des nutriments et à une production agricole améliorée et durable »[ 

19 ]. La production de grandes cultures au Québec, comme le maïs-grain, implique généralement des stratégies de désherbage mécanique ou chimique [ 

20 ]. Pour les producteurs adoptant les principes de l’agriculture de conservation tels que le semis direct et les cultures de couverture hivernales, le contrôle mécanique des mauvaises herbes est plus restrictif ou n’est pas recommandé, ce qui entraîne une dépendance à des doses d’application d’herbicides plus élevées pour contrôler les mauvaises herbes problématiques telles que les mauvaises herbes vivaces [ 

21 ]. L’utilisation de doses plus élevées de GBH pourrait poser problème en termes d’accumulation potentielle de glyphosate et d’AMPA dans les sols ou de dissipation dans les cours d’eau. Ceci est d’une grande pertinence puisque le glyphosate et l’AMPA ont été respectivement détectés dans 98,9 % et 93,3 % des échantillons d’eau des cours d’eau agricoles du Québec entre 2018 et 2020 [ 

22 ]. Le glyphosate et l’AMPA ont été détectés respectivement dans 42 % et 70 % des 45 sols agricoles québécois en 2014 [ 

23 ].Le séquençage à haut débit (HTS), également connu sous le nom de séquençage de nouvelle génération, a révolutionné l’étude des communautés microbiennes du sol. Comparé aux techniques telles que l’isolement basé sur la culture, l’électrophorèse sur gel à gradient dénaturant, l’électrophorèse sur gel à gradient de température, le polymorphisme de conformation simple brin et l’empreinte digitale par amplification de l’ADN, le HTS est à haut débit, moins cher et demande moins de main-d’œuvre [ 

24 ]. Avec HTS, l’identification taxonomique est effectuée sur la base de bases de données pour des parties spécifiques de gènes, par exemple, la région V4 de l’ 

ARNr 16S [ 

25 ], 

ITS1 [ 

26 ] et 

l’ARNr 18S [ 

27 ] pour les communautés procaryotes, fongiques et eucaryotes, respectivement. De plus, la réaction en chaîne par polymérase quantitative (qPCR) de régions spécifiques des gènes de l’ARNr pourrait être utilisée pour estimer la biomasse microbienne, tandis que la qPCR de gènes microbiens spécifiques pourrait également être utilisée pour quantifier des voies biologiques telles que la fixation du carbone [ 

28 ], la nitrification [ 

29 ] ou la dégradation des pesticides [ 

30 ], qui peut demander beaucoup de travail lors de l’analyse de plusieurs gènes. L’avènement de bases de données telles que l’Encyclopédie des gènes et des génomes de Kyoto (KEGG) permet l’attribution directe du potentiel fonctionnel aux communautés microbiennes identifiées via HTS [ 

31 ]. Néanmoins, HTS présente des limites, basées sur la qualité de la base de données utilisée pour les identifications des potentiels taxonomiques et fonctionnels. Par exemple, l’identification taxonomique fongique est limitée en raison de la variabilité intraspécifique des séquences 

ITS1 [ 

32 ].Des enquêtes antérieures sur la communauté microbienne du sol après l’application de GBH n’ont montré aucun effet sur la diversité alpha ou sur la composition globale [ 

33 , 

34 , 

35 , 

36 ]. D’autre part, les techniques de culture utilisées dans l’agriculture de conservation, telles que le travail réduit du sol ou l’utilisation de cultures de couverture, sont connues pour augmenter considérablement la diversité alpha microbienne du sol et avoir un effet profond sur la composition de la communauté microbienne [ 

37 , 

38 , 

39 ]. Les effets interactifs des applications de GBH et des stratégies de systèmes de culture sur les communautés microbiennes du sol ont reçu peu d’attention jusqu’à présent [ 

33 , 

36 ]. Jusqu’à présent, les études se sont concentrées sur les différences dans les applications GBH des années précédentes [ 

36 ] ou sur les différences dans le régime de travail du sol (labour direct ou travail au ciseau) [ 

33 ] ; cependant, ces études ont utilisé des parcelles expérimentales avec des systèmes de culture contrôlés, en se concentrant sur un paramètre à la fois. À notre connaissance, il n’existe aucune enquête dans les champs des producteurs commerciaux où ces facteurs (historique d’application d’herbicides, régime de travail du sol, utilisation des cultures de couverture) varient tous d’un producteur à l’autre.Pour mieux comprendre les effets interactifs des variables de gestion qui définissent les systèmes de culture, tels que la rotation des cultures, les applications de fumier, le travail du sol et les doses d’application de GBH, sur la teneur en glyphosate et en AMPA et sur la diversité des communautés microbiennes dans les sols, nous avons échantillonné les sols sur neuf champs de grandes cultures pendant deux années consécutives. Nous avons émis l’hypothèse que les teneurs en glyphosate et en AMPA seraient liées aux doses de GBH appliquées au cours des années précédentes et aux propriétés du sol telles que la CEC, le pH et la teneur en phosphore. De plus, nous avons émis l’hypothèse que la diversité (richesse et composition) et la diversité fonctionnelle de la communauté microbienne du sol seraient influencées par la combinaison des applications de GBH, des propriétés du sol et des pratiques de gestion des systèmes de culture.

2. Matériels et méthodes

2.1. Sélection et description des sites

Neuf champs avec une rotation, dont du maïs en 2019 et du soja en 2020, ont été sélectionnés dans le sud du Québec (Canada). Les régions de la Montérégie-Est et du Centre-du-Québec représentent respectivement 62 % et 15 % des superficies en grandes cultures de la province ( 

Figure 1 ). Deux champs (sites H et I) sont gérés par le même producteur. La sélection des champs visait à établir un gradient de systèmes de culture allant des systèmes biologiques sans application de GBH et labour conventionnel aux systèmes sans labour avec des doses variables de GBH appliquées.

Agronomie 14 00686 g001

Figure 1. Localisation des sites d’étude ( 

n = 9) dans la province de Québec, Canada. Un cercle rouge et une lettre jaune désignent chaque site.Après la sélection des sites, une enquête a été envoyée aux agriculteurs propriétaires des neuf sites. L’enquête comprenait des questions sur la fréquence et l’intensité du travail du sol, la stratégie de fertilisation organique et minérale, les applications de pesticides, les informations sur les semis et la récolte des grandes cultures et l’utilisation des cultures de couverture. À partir des informations recueillies lors des enquêtes, les neuf sites ont été divisés en différents groupes en fonction de la rotation des cultures utilisée, de la fréquence d’application du fumier, de l’intensité du travail du sol et des quantités cumulées de GBH appliquées au cours des 4 dernières années (

 Figure 2 ). Les rotations de cultures ont été divisées en quatre catégories : deux rotations étaient constituées de maïs en alternance avec du soja, l’une en gestion biologique et l’autre en gestion conventionnelle. Une autre rotation incluait le maïs et le soja comme cultures principales, ainsi que le seigle céréalier comme culture de couverture entre la récolte et l’ensemencement. La quatrième rotation comprenait le maïs, le soja et le blé comme cultures principales ; un mélange de cultures de couverture a été semé après la récolte du blé. La fréquence du fumier était basée sur les applications effectuées entre 2017 et 2020. Deux applications ou plus ont été classées comme fréquentes, une comme peu fréquente et aucune application comme jamais. Pour les applications GBH, le nombre de grammes de glyphosate pulvérisé par hectare entre 2017 et 2020 a été compilé ( 

Tableau 1 ) et classé en deux groupes (>5 400 g·ha 

-1 et <5 400 g·ha 

-1 ). 

Le tableau 2 présente les principales propriétés physico-chimiques des neuf sites.

Agronomie 14 00686 g002

Figure 2. Classification des neuf sites en fonction de la rotation des cultures, de la fréquence d’application du fumier, du travail du sol et de l’application cumulée de GBH entre 2017 et 2020. Acronymes : Org-2c : système biologique avec maïs et soja (MS) ; 2C : système MS classique ; 3C + CC : système conventionnel MS-Blé et cultures de couverture (céréales, radis, pois) après récolte du blé ; 2C + Cer Rye : système conventionnel avec MS avec culture de couverture (seigle céréalier) après chaque récolte.

Tableau 1. Informations sur les applications GBH sur les neuf sites.

Tableau 2. Propriétés physico-chimiques de chaque site pour le profil de sol 0–20 cm. Les valeurs moyennes sont présentées pour les échantillons de 2019 et 2020. Les valeurs 

p proviennent d’une analyse de variance pour chaque variable ; les lettres proviennent d’une comparaison post-hoc par paire utilisant l’ajustement de Tukey.

2.2. Échantillonnage du sol

En septembre 2019 et 2020, chaque site a été échantillonné aux quatre mêmes emplacements géoréférencés. Ces emplacements représentaient l’extrémité d’un carré dont le côté mesurait 50 m. À chaque endroit, des carottes de sol ont été collectées à deux profondeurs (0 à 20 cm et 20 à 40 cm) à l’aide d’un carottier manuel de 8 cm de diamètre. Chaque échantillon consistait en un composite de quatre carottes de sol (total de ± 500 g) prélevées à l’extrémité d’un carré d’une longueur d’un mètre de côté. Après l’échantillonnage, tous les sols ont été homogénéisés, immédiatement mis sur la glace et transférés à -20 °C jusqu’à un traitement ultérieur.

2.3. Analyse du contenu du glyphosate et de l’AMPA

Les extractions de glyphosate et d’AMPA ont été réalisées selon l’approche décrite par Samson-Brais et al. [ 

40 ]. Les sols ont été lyophilisés et broyés à l’aide d’un pilier et d’un mortier. Cinq grammes de sol passés à travers un tamis de 2 mm ont été mélangés à 40 ml d’une solution d’extraction composée de 34,5 ml de NH 

4 OH (28 à 30 %) (Fisher Scientific, Ottawa, ON, Canada) avec 13,6 g de KH 

2 OREN 

4 (Fisher Scientific, Ottawa, ON, Canada) dans un volume total de 1 L [ 

41 ]. La solution a été mélangée sur une roue tournante à 300 tr/min pendant 45 min suivie d’une centrifugation à 3 500 tr/min pendant 20 min. Ensuite, 40 µL du surnageant ont été transférés et évaporés à sec sous flux d’azote. Les échantillons ont ensuite été dérivés en utilisant 1 ml d’anhydride trifluoroacétique (TFAA) (Sigma-Aldrich, Saint-Louis, MO, USA) et 500 µL de trifluoroéthanol (TFE) (Sigma-Aldrich, Saint-Louis, MO, USA), suivis de chauffer pendant une heure à 100 °C. Après chauffage, les échantillons ont été refroidis à température ambiante, évaporés à sec sous flux d’azote puis remis en suspension avec 1 mL d’acétate d’éthyle avant injection (0,5 μL). Un chromatographe en phase gazeuse Varian CP 3800 couplé à un détecteur à capture d’électrons et équipé d’une colonne Rxi-5Sil MS (Restek, Bellefonte, PA, USA) (30 m × 0,25 mm × 0,25 μm) a été utilisé pour la quantification du glyphosate et de l’AMPA. L’injecteur et le détecteur ont été maintenus respectivement à 280 °C et 300 °C. De l’hydrogène a été utilisé comme gaz porteur avec un débit de colonne de 1,4 mL.min 

-1 . Le programme de température du four a commencé à une température initiale de 70 °C, maintenue pendant 1 min, suivie d’une augmentation de 1 °C·min 

−1 jusqu’à 84 °C, suivie d’une augmentation de 4 °C·min 

−1 à 120 °C, puis suivi d’une augmentation de 80 °C·min 

−1 jusqu’à 250 °C maintenue pendant 7 min, pour une durée totale de fonctionnement de 32,63 min.Les limites de détection (LOD) et de quantification (LOQ) calculées sont respectivement de 0,03 et 0,09 µg·g 

−1 sol sec pour l’AMPA et de 0,02 et 0,05 µg·g 

−1 sol sec pour le glyphosate [ 

23 ]. Les échantillons avec des valeurs inférieures à la LOD sont ajustés à 0,02 µg.g −1 

de sol sec pour l’AMPA et 0,01 µg.g 

−1 de sol sec pour le glyphosate, tandis que les échantillons avec des valeurs comprises entre la LOD et la LOQ sont ajustés à 0,06 µg.g 

− 1 terre sèche pour AMPA et 0,03 µg·g

 −1 sol sec pour le glyphosate. Pour quantifier le glyphosate et l’AMPA, une courbe d’étalonnage a été réalisée avec une matrice d’échantillon comprenant un blanc et cinq étalons différents pour chaque lot d’échantillons (0, 0,1, 0,2, 0,3, 0,4 et 0,6 μg·g 

-1 et 0, 0,2 , 0,4, 0,6, 0,8 et 1,2 μg·g 

−1 pour le glyphosate et l’AMPA, respectivement). Les courbes d’étalonnage ont montré une bonne linéarité (r 

2 > 0,95 ; 

p < 0,0001) dans la plage de concentrations attendue.

2.4. Analyse des propriétés physico-chimiques du sol

Les propriétés physiques (granulométrie, texture) et chimiques (C et N totaux, MO, pH, CEC, éléments Mehlich-3) ( 

Tableau 2 ) ont toutes été déterminées au laboratoire d’analyse agroenvironnementale de l’IRDA. La teneur en humidité du sol a été déterminée par séchage au four à 105 °C pendant 24 h. Les échantillons de sol composites ont été séchés à l’air, homogénéisés et tamisés à <2 mm. Le C total et le N total ont été déterminés sur des sous-échantillons finement broyés (100 mesh) par combustion sèche à l’aide d’un analyseur LECO-CN828. Le pourcentage de matière organique a été déterminé par perte au feu à 375 °C [ 

42 ]. Le pH du sol a été déterminé à l’aide d’une suspension sol:eau 1:1 [ 

43 ]. Une procédure similaire a été utilisée avec une suspension sol: solution SMP 1: 1 pour déterminer le pH du tampon du sol [ 

44 ]. Les concentrations de P, K, Ca, Mg, Al, B, Cu, Fe, Mn, Zn et Na ont été déterminées à l’aide d’un spectromètre d’émission optique à plasma à couplage inductif (ICP-OES, Perkin Elmer Optima 4300DV, Shelton, CT, USA ) après extraction Mehlich 3 [ 

45 ]. La CEC a été obtenue en calculant les cations basiques et acides en utilisant les résultats extractibles Mehlich-3 K, Ca, Mg et Na et le pH du tampon du sol [ 

46 ]. Le taux de saturation en phosphore (ISP) a été calculé en divisant le Mehlich-3 P extractible par le Mehlich-3 Al extractible [ 

47 ].

2.5. Extraction d’ADN, séquençage et PCR quantitative d’ADN bactérien et fongique

Les extractions d’ADN ont été réalisées à l’aide d’un kit FastDNA Spin pour sol (MPBio, Irvine, CA, USA). Des échantillons de sol ont été ajoutés à des tubes contenant 1 mL du tampon de lyse et 1,4 g de la matrice de billes E fournie avec le kit. L’extraction de l’ADN a été réalisée conformément aux instructions du fabricant. Le culot d’ADN résultant a été mis en suspension dans 100 µL d’eau stérile de qualité moléculaire.La quantité et la qualité de l’extrait d’ADN ont été évaluées par spectrophotométrie à l’aide d’un biophotomètre (Eppendorf, Mississauga, ON, Canada) avec une cuvette G1,0 μ (Eppendorf, Mississauga, ON, Canada) avec des lectures à 260, 280, 230 et 320 nm. La région V4 du gène de 

l’ARNr 16S des procaryotes (archées et bactéries) a été amplifiée à l’aide des amorces 515FB et 806RB [ 

25 , 

48 ]. Pour les champignons, les eucaryotes (champignons)

 ITS1 a été amplifié à l’aide des amorces BITS-ITS1 et B58S3 [ 

26 ]. Pour les communautés eucaryotes, le gène eucaryote de 

l’ARNr 18S a été amplifié à l’aide des amorces E572F et B-E1009R [ 

27 ]. Tous les gènes ont été amplifiés dans le cadre d’une PCR à double index en deux étapes conçue pour les instruments Illumina par la Plateforme d’analyses génomiques (IBIS, Université Laval, Québec, QC, Canada).Le séquençage de l’ADN a été réalisé par IBIS sur une plateforme Illumina MiSeq, selon les méthodes de Jeanne et al. [ 

49 ]. Les procédures utilisées pour l’amplification et le séquençage de l’ADN fongique étaient similaires aux procédures utilisées pour l’amplification de l’ADN procaryote. Les séquences obtenues ont été démultiplexées en fonction du tag utilisé. Le contrôle de la qualité des séquences et la construction du tableau des caractéristiques ont été réalisés à l’aide de QIIME2 [ 

50 ] et du plugin DADA2 [ 

51 ]. Les bases de données de référence SILVA 138 [ 

52 ] (communautés procaryotes et eucaryotes) et UNITE version 8 [ 

53 ] (communauté fongique) ont été utilisées pour l’identification taxonomique des variantes de séquence d’amplicons [ 

54 ].Les quantités totales de bactéries et de champignons ont été quantifiées selon l’approche mentionnée dans [ 

55 ]. En bref, les paires d’amorces Eub-338/Eub518 et FF390/FR1 ont été utilisées respectivement pour les bactéries totales et les champignons totaux. À partir des valeurs CT moyennes des échantillons, les unités d’amplification ont été dérivées à l’aide de régressions linéaires conçues par le Laboratoire d’écologie microbienne de l’Institut de recherche et développement en agroenvironnement (IRDA, Québec, QC, Canada) comme décrit dans [ 

56 ].Pour évaluer le potentiel fonctionnel de la communauté procaryote dans les échantillons de sol, des approches d’inférence métabolique Picrust2 [ 

57 ] ont été utilisées avec une base de données KEGG PATHWAY mise à jour (juillet 2022) [ 

31 ] et les numéros de classification enzymatique de MetaCyc (EC) [ 

58 ]. Les enzymes et les voies métaboliques liées au glyphosate comprenaient le thiO (EC : 1.4.3.19) [ 

59 ], le phnP (EC : 3.1.4.55), le phnN (EC : 2.7.4.23), le phnM (EC : 3.6.1.63), le phnJ (EC :4.7.1.1) et phnIGHL (EC:2.7.8.37) [ 

60 ], et la voie du shikimate (M00022), qui sont tous liés à la dégradation du glyphosate dans le sol ainsi que la voie du shikimate connue pour être affectée par le glyphosate. Potentiels fonctionnels des voies générales telles que le métabolisme du soufre (M00176 ; M00596 ; M00595), le métabolisme des phosphonates (Ko00440), la nitrification (M00175 ; M00528 ; M00530 ; M00531 ; M00804), la dénitrification (M00529 ; M00973) et la fixation du carbone (M00165 à M00173). ; M00374 à M00377 ; M00579 ; M00620) ont été calculés. Des variants représentatifs de la séquence d’amplicons (ASV) ont été utilisés à partir de l’analyse QIIME2 sans filtration, suivis du pipeline par défaut avec des abondances de familles de gènes d’entrée non stratifiées par organismes contributeurs. Ces valeurs ont été normalisées en soustrayant la valeur moyenne de l’échantillon de la voie et en divisant par l’écart type de l’échantillon.

2.6. Analyse des données en aval et analyse statistique

Toutes les analyses statistiques ont été réalisées en R 4.2.2 [

 61 ]. Les quantifications du glyphosate et de l’AMPA ont été visualisées dans le package ggplot2. Les contenus en glyphosate et en AMPA ont été transformés en log pour une analyse statistique. Les impacts de l’année et de la profondeur d’échantillonnage ainsi que des applications de GBH sur les contenus en glyphosate et en AMPA ont d’abord été évalués à l’aide d’une ANOVA, suivis d’une comparaison par paire post-hoc à l’aide de la fonction TukeyHSD du package de statistiques. Les différences entre les teneurs en glyphosate en 2019 et 2020 pour chaque lieu d’échantillonnage ont été utilisées pour étudier la dissipation de la molécule et la relier aux changements dans les applications de GBH entre 2019 et 2020. Une approche similaire a été utilisée pour comparer la dissipation de l’AMPA au changement dans Application de GBH entre 2019 et 2020. La teneur en glyphosate et en AMPA du sol en 2014 a été collectée auprès de Maccario et al. [ 

23 ]. Une ANOVA suivie de la fonction TukeyHSD a été réalisée sur des valeurs transformées en log pour évaluer l’effet des années sur la teneur en glyphosate et en AMPA. Des régressions multiples ont été utilisées pour évaluer l’effet des applications cumulatives de GBH entre 2017 et 2020, le pH du sol, la CEC, la teneur en argile et le rapport ISP sur la teneur en glyphosate et en AMPA. Une première série de régressions multiples a été réalisée avec les sites organiques et conventionnels, tandis qu’une deuxième série de régressions multiples a été réalisée avec uniquement les sites conventionnels.Pour les communautés procaryotes, fongiques et eucaryotes du sol, le nombre de lectures a été normalisé à 12 500, 13 000 et 3 900 lectures, respectivement, en utilisant la fonction raréfier-même-profondeur du package phyloseq R [ 

62 ]. La diversité alpha a été mesurée par les indices Shannon et Chao1 avec la fonctionestimate_richness du package phyloseq [ 

63 ]. L’impact des applications cumulatives de GBH et des systèmes de culture sur les indices de diversité microbienne et la quantification a été analysé à l’aide d’un modèle mixte avec un modèle de régression multiple, incluant l’année d’échantillonnage et la profondeur comme covariables fixes et le site comme effet aléatoire. La diversité bêta a été évaluée par analyse des coordonnées principales (PCoA) avec dissimilarité de Bray – Curtis pour une ordination non supervisée de la communauté microbienne du sol.

 64 ]. Des analyses de redondance basées sur la distance (db-RDA) ont été utilisées pour évaluer l’effet marginal de toutes les propriétés physico-chimiques du sol sur la composition des communautés microbiennes. Les propriétés du sol ayant des effets marginaux significatifs ont été incluses dans une autre db-RDA avec des variables de gestion des sols.

3. Résultats

3.1. Contenu du sol en glyphosate et AMPA

Les teneurs en glyphosate du sol se situent entre en dessous de la LD et jusqu’à 0,72 µg·g 

-1 de sol sec, tandis que les teneurs en AMPA dans le sol se situent entre en dessous de la LD et jusqu’à 1,22 µg·g 

-1 de sol sec ( 

Tableau 3 ). Globalement, 16 % et 28 % des échantillons de sol présentent respectivement des teneurs en glyphosate inférieures à la LOD et comprises entre la LOD et la LOQ. Ensuite, 10 % et 28 % des échantillons de sol ont des teneurs en AMPA inférieures à la LOD et comprises entre la LOD et la LOQ, respectivement.

Tableau 3. Teneurs moyennes du sol en glyphosate et en AMPA en 2019 et 2020 par rapport aux catégories d’application cumulatives de GBH entre 2017 et 2020.

3.1.1. Impacts de l’année d’échantillonnage et de la profondeur d’échantillonnage

La teneur en glyphosate et en AMPA du sol est liée de manière significative à la profondeur d’échantillonnage, à l’année d’échantillonnage et aux applications cumulatives de GBH ( 

p < 0,01). L’interaction entre l’année d’échantillonnage et la profondeur est significative pour la teneur en glyphosate ( 

p < 0,01), alors qu’elle n’est pas significative pour l’AMPA ( 

p = 0,66) ( 

Tableau 3 ).Les teneurs en glyphosate du sol en 2020 à 20–40 cm de profondeur sont significativement inférieures ( 

p < 0,01) à celles de 0 à 20 cm de profondeur pour les deux années et à 20–40 cm de profondeur en 2019. Aucune autre différence significative n’est observée entre la profondeur d’échantillonnage et année. Les teneurs en glyphosate des sols des sites conventionnels sont significativement plus élevées que celles des sites biologiques ( 

p < 0,01). Plus précisément, les teneurs en glyphosate du sol en 2019 dans les exploitations ayant pulvérisé plus de 5 400 g·ha 

−1 entre 2017 et 2020 sont plus élevées que celles des exploitations ayant pulvérisé moins de 5 400 g·ha 

−1 ( 

p <0,01).Les teneurs en sol AMPA sont significativement plus élevées en 2019 par rapport à 2020 ( 

p < 0,01). Les teneurs en AMPA sont plus élevées entre 0 et 20 cm de profondeur que entre 20 et 40 cm de profondeur ( 

p < 0,01). Il y a beaucoup plus d’AMPA dans les sols des sites conventionnels que dans les sols biologiques ( 

p < 0,01). Cependant, la différence de teneur en AMPA entre les exploitations ayant pulvérisé plus de 5 400 g·ha 

−1 et les exploitations ayant pulvérisé moins de 5 400 g·ha 

−1 n’est pas significative ( 

p = 0,95).Les sites A, B, D, G, H&I sont gérés par des producteurs dont les champs ont déjà été échantillonnés en 2014 par Maccario et al. [ 

23 ]. Une comparaison entre la teneur en glyphosate et en AMPA de 2014, 2019 et 2020 a été effectuée ( 

Figure 3 ). Les sites organiques (A et B) ne présentent aucune augmentation ou diminution des teneurs en glyphosate et en AMPA. L’AMPA n’est pas significativement différent d’une année à l’autre pour tous les sites conventionnels, sauf entre 2014 et 2019 pour les sites H et I. La teneur en glyphosate est significativement plus élevée pour les sites G et H&I, mais pas significativement plus élevée pour le site D. Par conséquent, les sites avec des applications GBH plus élevées entre 2017 et 2020 semblent présenter une augmentation significative de la teneur en glyphosate entre 2014 et 2019-2020.

Agronomie 14 00686 g003

Figure 3. Teneurs du sol en glyphosate et AMPA dans les champs des producteurs ayant participé à la fois à cette expérience en 2019 et 2020 et à celle de Maccario et al. [ 

23 ] en 2014. Les sols ont été échantillonnés à une profondeur de 0 à 20 cm. Les lettres représentent une analyse post-hoc pour chaque molécule à l’aide de l’ajustement Tukey.Les changements dans la teneur en glyphosate du sol entre 2019 et 2020 dans la couche 0 à 20 cm sont corrélés aux changements dans les applications de GBH entre la moyenne de 2017 à 2019 et 2020 ( 

Figure S1 ). Cependant, cette corrélation n’est pas observée pour le glyphosate dans l’horizon 20-40 cm et l’AMPA dans l’horizon 0-20 cm. Les contenus en AMPA dans l’horizon de 20 à 40 cm présentent une corrélation négative avec l’application de GBH ( 

Figure S1 ).

3.1.2. Impacts des pratiques de gestion et des propriétés du sol

Une première série de régressions multiples incluant des sites biologiques et conventionnels montre une corrélation significative entre les applications de GBH sur le glyphosate ( 

p < 0,01) et les teneurs en AMPA ( 

p < 0,01) dans l’horizon de sol de 0 à 20 cm. En revanche, toutes les propriétés physiques et chimiques du sol, à l’exception du pH du sol, n’ont pas de corrélation significative ( 

Figure S2 ). Cette corrélation des applications de GBH est due aux sites biologiques qui n’ont eu aucune application de GBH entre 2017 et 2020, ainsi qu’à de faibles teneurs en glyphosate et en AMPA. Après avoir exclu les sites organiques des régressions multiples, l’effet des applications de GBH est significatif pour le glyphosate ( 

p = 0,02) mais non significatif pour la teneur en AMPA ( 

p = 0,85) ( 

Figure 4 ).

Agronomie 14 00686 g004

Figure 4. Valeurs des coefficients ainsi que leur intervalle de confiance à 95 % pour toutes les variables indépendantes dans les régressions multiples pour la teneur en AMPA ( 

à droite ) et en glyphosate ( 

à gauche ) pour un horizon de sol de 0 à 20 cm de sites conventionnels.En excluant les sites organiques des régressions multiples, les valeurs R carré ajustées des régressions sont de 50 % pour le glyphosate et de 19 % pour l’AMPA. Le pH du sol montre un effet négatif significatif sur la teneur en glyphosate ( 

p < 0,01) et en AMPA ( 

p < 0,01). La teneur en argile du sol montre un effet positif sur la teneur en glyphosate ( 

p = 0,03) mais pas sur la teneur en AMPA ( 

p = 0,59). La CEC du sol n’a pas d’effet significatif sur le glyphosate ( 

p = 0,22), mais un effet positif significatif sur la teneur en AMPA ( 

p = 0,02). L’ISP du sol a un effet négatif significatif sur la teneur en glyphosate ( 

p = 0,01) mais pas sur la teneur en AMPA ( 

p = 0,91).

3.2. Communauté microbienne du sol

Le séquençage des amplicons sur MiSeq des trois groupes microbiens a donné, après filtration, une moyenne de 27 788 (± 4 818) ; 28 740 (±7 809) ; et 4 819 (± 1 464) séquences par échantillon pour les procaryotes, les champignons et les eucaryotes, respectivement. En combinant tous les échantillons, la communauté procaryote contenait 17 400 ASV uniques, la communauté fongique contenait 17 500 ASV uniques et la communauté eucaryote contenait 6 000 ASV uniques.

3.2.1. Alpha-Diversité et Abondance

L’analyse des mesures de diversité alpha montre une forte corrélation entre Shannon, Chao1, les ASV observés et les mesures d’uniformité pour chaque communauté microbienne. Par conséquent, l’indice de diversité de Shannon a été utilisé pour évaluer la diversité alpha des communautés microbiennes, tandis que les résultats de quantification ont évalué l’abondance totale des procaryotes et des champignons ( 

Figure 5 ). L’indice de Shannon pour les communautés fongiques et eucaryotes n’est pas significativement affecté par la profondeur d’échantillonnage ( 

p > 0,05) ou l’année ( 

p > 0,10). En revanche, l’indice de Shannon procaryote est significativement impacté par l’année d’échantillonnage ( 

p < 0,001) avec une diversité plus élevée en 2020 par rapport à 2019, mais aucun effet significatif de la profondeur d’échantillonnage ( 

p = 0,19). La quantification des communautés procaryotes et fongiques est significativement influencée par l’année d’échantillonnage ( 

p < 0,001) et la profondeur d’échantillonnage ( 

p < 0,001). Pour les deux communautés microbiennes, les quantités totales sont plus élevées dans la couche de 0 à 20 cm. Pour les communautés procaryotes, la quantification est plus élevée en 2019 sur les sites A, B, C, D, G et H, tandis qu’elle est plus élevée pour les communautés fongiques en 2020 sur les sites C, D, F, G, H, I.

Agronomie 14 00686 g005

Figure 5. Valeur normalisée de l’indice de diversité de Shannon des communautés procaryotes (Shannon_Prok), fongiques (Shannon_Fung) et eucaryotes (Shannon_Euk) ainsi que quantification du total des bactéries (Total_Prok) et du total des champignons (Total_Fung) pour chaque site pour les années 2019 (maïs) et 2020 (soja) et les deux horizons (0-20 cm et 20-40 cm).Les applications cumulatives de GBH et la gestion des cultures ont un faible effet sur la diversité et la richesse des communautés microbiennes. La diversité de la communauté procaryote et fongique de Shannon n’est pas significativement affectée par les applications cumulatives de GBH ( 

p > 0,27) et les rotations des cultures ( 

p > 0,05). Les applications GBH ont un impact significatif sur la diversité eucaryote ( 

p = 0,02), avec une diversité eucaryote plus élevée dans les domaines recevant des applications GBH. Les applications cumulatives de GBH et les rotations des cultures n’ont pas d’impact sur la quantification des procaryotes et des champignons.

3.2.2. Bêta-Diversité

La composition des communautés microbiennes, notamment procaryotes, est fortement influencée par la texture du sol ( 

Figure 6 ). L’analyse PCoA montre que les communautés microbiennes trouvées dans les sols à texture grossière ont tendance à différer de celles des sols à texture fine, avec des différences marquées pour les communautés procaryotes et, dans une moindre mesure, pour les communautés fongiques et eucaryotes. Il est intéressant de noter que les communautés fongiques du sol à texture fine couvrent une grande partie de la parcelle d’ordination, ce qui indique que les communautés fongiques dans un sol à texture fine peuvent être très diverses par rapport aux communautés procaryotes, qui sont plus similaires dans un sol à texture fine ( 

Figure 6 ).

Agronomie 14 00686 g006

Figure 6. Analyse des coordonnées principales des communautés procaryotes ( 

à gauche ), fongiques ( 

au milieu ) et eucaryotes ( 

à droite ). Les couleurs des points représentent les groupes basés sur les applications cumulatives GBH entre 2017 et 2020. Les formes de points et les couleurs des ellipses représentent la texture du sol. Le seuil de signification des ellipses était de 0,05.À l’aide de db-RDA, un ensemble de variables de propriétés du sol (MO, Ca, Na, teneur en argile et teneur en sable) ont été identifiées comme ayant un effet significatif sur la composition des trois communautés microbiennes ( 

tableau supplémentaire S1 ). L’effet marginal de ces propriétés du sol sélectionnées est comparé à l’effet marginal des pratiques de gestion ( 

Tableau 4 ). Dans l’ensemble, la concentration en sodium a l’effet marginal le plus élevé pour toutes les communautés microbiennes, suivie par la teneur en argile et en sable, puis par la rotation des cultures, les apports de fumier et la teneur en calcium. Bien que la teneur en matière organique ait un effet marginal significatif lorsque l’on considère uniquement les variables environnementales ( 

Tableau supplémentaire S1 ), l’effet n’est pas significatif dans un modèle incluant des variables de gestion ( 

Tableau 4 ). Les doses d’application de GBH n’ont pas d’effet marginal significatif sur les communautés microbiennes du sol.

Tableau 4. Effet marginal de l’analyse de redondance basée sur la distance de chaque variable environnementale et de gestion sur les communautés microbiennes du sol.

3.2.3. Potentiel fonctionnel

Des outils tels que Picrust2 permettent de déduire différents potentiels fonctionnels, tels que les gènes impliqués dans la dégradation du glyphosate, ou des voies générales qui sont des processus importants dans le sol à partir des communautés microbiennes observées dans notre expérience ( 

Figure 7 ). Dans l’ensemble, l’année d’échantillonnage a un effet très significatif ( 

p < 0,001) sur tous les gènes et voies d’intérêt, avec des valeurs plus élevées en 2020 par rapport à 2019. L’horizon du sol n’a pas d’effet significatif pour tous les gènes, à l’exception des gènes liés. à l’opéron phn (phnIGHL, phnJ, phnM, phnN et phnP), pour lequel le potentiel était plus élevé dans l’horizon 0-20 cm que dans l’horizon 20-40 cm.

Agronomie 14 00686 g007

Figure 7. Potentiel fonctionnel normalisé des communautés procaryotes pour les gènes liés au métabolisme général ( 

en haut ) et les gènes liés au métabolisme du glyphosate ( 

en bas ) pour les deux années (2019 et 2020) et les deux horizons du sol (0-20 cm et 20-40 cm) .La texture du sol, exprimée en teneur en sable et en argile, a le plus d’effets à la fois sur les fonctions générales et sur les fonctions liées au glyphosate. Les rotations de cultures et les apports de fumier montrent un effet significatif sur l’opéron phn, à l’exception du phnP. Les apports fréquents de fumier ont un potentiel de phnM significativement plus élevé ( 

p = 0,044) par rapport aux apports peu fréquents de fumier. Les applications cumulatives GBH n’ont pas d’effet significatif sur les fonctions d’intérêt.

4. Discussion

4.1. Pseudo-persistance du glyphosate et de l’AMPA dans les sols

La pseudo-persistance des polluants est définie par l’ajout constant de nouvelles molécules qui reconstituent les molécules éliminées [ 

65 ]. Comme les GBH sont appliqués presque chaque année sur des sols qui ne sont pas sous gestion biologique, le glyphosate et l’AMPA pourraient être considérés comme des polluants pseudo-persistants dans ces sols [ 

66 ]. La pseudo-persistance du glyphosate et de l’AMPA dans les sols échantillonnés analysés est presque omniprésente, avec 84 % des échantillons contenant des niveaux détectables de glyphosate et 90 % pour l’AMPA. Les sites sans application de GBH depuis plus d’une décennie présentent des niveaux détectables de glyphosate et d’AMPA dans leurs sols. Les traces de glyphosate et d’AMPA dans les sites biologiques peuvent s’expliquer par l’épandage fréquent de fumier sur les champs biologiques. Comme le fumier ne doit pas nécessairement provenir d’animaux cultivés de manière biologique, il peut contenir des résidus de glyphosate et d’AMPA provenant de l’alimentation animale conventionnelle [ 

67 ]. Fuchs et coll. [ 

67 ] a épandu du fumier de volaille sur un champ qui n’a jamais reçu de GBH. Avec un taux d’épandage de fumier extrêmement élevé (36 MT·ha 

−1 ), Fuchs et al. ont pu détecter 1,7 µg·g 

−1 de sol sec de glyphosate dans un sol organique. Cette teneur en glyphosate est beaucoup plus élevée que toutes les mesures rapportées ici dans les champs biologiques et conventionnels, démontrant la capacité du fumier à importer du glyphosate et de l’AMPA dans les champs gérés biologiquement.Des expériences antérieures axées sur les sols de grandes cultures rapportent des niveaux de détection de glyphosate et d’AMPA légèrement inférieurs ou similaires dans les sols du Québec (42 % et 70 %), de l’Argentine (100 % pour les deux) et du Brésil (94 % et 100 %). respectivement [ 

23 , 

66 , 

68 ]. Le taux de détection plus faible enregistré au Québec a été observé dans les échantillons de sol prélevés en 2014 dans les champs de soja [ 

23 ]. Toutes ces études ont été réalisées sur des sols avec des applications fréquentes de GBH dans la production de maïs et de soja, expliquant l’omniprésence du glyphosate et de l’AMPA. Bien que les taux de détection soient similaires dans toutes les régions du monde, nos résultats suggèrent que les sols de grandes cultures non biologiques du Québec qui ont été échantillonnés dans cette étude contiennent légèrement plus de glyphosate (0,17 µg·g 

−1 sol sec ±0,15) et d’AMPA (0,37 µg·g· g 

−1 sol sec ±0,24) par rapport aux sols brésiliens (0,08 µg·g 

−1 sol sec ±0,09 pour le glyphosate et 0,17 µg·g 

−1 sol sec ±0,16 pour l’AMPA) et européens (0,11 µg·g 

−1 sol sec sol ±0,13 et 0,13 µg·g 

−1 sol sec ±0,14) [ 

68 , 

69 ] bien que plus petit que le sol argentin (2,30 µg·g 

−1 sol sec ±0,48 et 4,20 µg·g 

−1 sol sec ±2,26) [ 

66 ]. Les teneurs en glyphosate et en AMPA mesurées dans l’horizon 0-20 cm en 2019-2020 sont généralement supérieures à celles de l’étude de Maccario menée en 2014 (0,06 µg·g 

−1 sol sec ±0,10 et 0,29 µg·g 

−1 sol sec ±0,21) [ 

23 ]. Notre analyse montre que les contenus en AMPA ne sont pas significativement différents entre 2014 et 2020 pour cinq producteurs. En revanche, il existe une différence significative de teneur en glyphosate entre 2014 et 2020 pour les deux producteurs ayant des demandes de GBH supérieures à 5 400 g·ha 

−1 entre 2017 et 2020. Ce constat est en accord avec Primost et al. [ 

66 ] qui ont rapporté que la teneur en glyphosate était mieux corrélée aux applications cumulées de GBH sur plusieurs années par rapport à la dernière dose de pulvérisation. L’accumulation de glyphosate dans le sol semble se produire à un rythme inférieur à celui prévu par Primost et al. [ 

66 ]. Il a été suggéré qu’une augmentation de la teneur en glyphosate de 1 µg·g 

−1 de sol sec se produirait toutes les 5 applications de GBH [ 

66 ]. Cependant, au cours de plus de 6 années d’applications annuelles de GBH, nous avons observé une augmentation moyenne de 0,20 µg·g 

−1 de sol sec pour trois champs (sites G, H, I) et aucune augmentation significative pour un champ (site D). ).

4.2. Impacts des propriétés du sol et des systèmes de culture sur la teneur en glyphosate et en AMPA

Nos résultats démontrent que la gestion biologique entraîne une différence significative dans la teneur en glyphosate et en AMPA dans les sols, ce qui est intuitif puisque l’application de GBH est interdite dans ce type de système de culture ( 

Figure S2 ). Lorsque l’on exclut les sites biologiques de notre analyse, les applications cumulatives de GBH trois ans avant l’échantillonnage influencent de manière significative la teneur en glyphosate du sol, mais pas la teneur en AMPA ( 

Figure 4 ). Cette différence entre le comportement du glyphosate et celui de l’AMPA dans les sols pourrait s’expliquer par la pseudo-persistance du glyphosate liée à des apports fréquents de glyphosate supérieurs aux taux de dissipation [ 

66 ] et par l’utilisation de résidus de culture comme couverture de sol pour le semis direct. chantiers [ 

70 ]. Même avec un taux de dissipation rapide du glyphosate dans les sols [ 

5 , 

71 ], des apports relativement élevés de glyphosate (> 1 350 g·ha 

-1 ·an 

-1 ) dans les sols agricoles pourraient entraîner une accumulation partielle de glyphosate qui ne se dégrade pas dans l’AMPA et lessivage supplémentaire dans les horizons plus profonds du sol, en particulier après de fortes pluies [ 

72 ]. Pour les sols recouverts de biomasse végétale (c’est-à-dire des plantes vivantes ou des résidus de cultures) au moment de l’application de GBH, une partie du GBH appliqué est interceptée par la biomasse végétale plutôt que sur le sol, ce qui modifie la dissipation du glyphosate [ 

70 , 

73 , 

74 , 

75 ]. Le glyphosate intercepté par la biomasse végétale ralentira généralement la dissipation du glyphosate par rapport à l’application directement sur le sol, car une plus grande partie du glyphosate est incorporée ou adsorbée sur la biomasse végétale par rapport aux particules du sol [ 

70 , 

74 ]. La biomasse végétale doit être dégradée pour que le glyphosate adsorbé et incorporé se dissipe dans le sol [ 

70 , 

73 ]. La biomasse végétale déjà partiellement dégradée adsorbera le glyphosate plus fortement que la biomasse végétale fraîche [ 

73 ] et une plus grande partie du glyphosate restera sous forme de résidus non extractibles trouvés dans la biomasse végétale [ 

75 ]. Le recours au travail du sol pour incorporer les résidus de culture accélérera la dégradation de la biomasse végétale en la mélangeant au sol [ 

70 ]. Par conséquent, les sites avec des pratiques sans labour et une utilisation fréquente de cultures de couverture (sites G, H et I) pourraient entraîner une dissipation plus lente du glyphosate par rapport aux sites avec un travail du sol et une couverture du sol plus faible par les résidus de culture (site D). De plus, des applications répétées de GBH peuvent entraîner une diminution de l’activité microbienne du sol et de la respiration du sol [ 

76 , 

77 ], inhibant potentiellement la biodégradation du glyphosate en AMPA [

 40]. Par conséquent, des applications plus élevées de GBH ne pourraient pas conduire directement à des teneurs plus élevées en AMPA dans le sol, mais plutôt à une accumulation de glyphosate. De telles interprétations pourraient expliquer la teneur plus élevée en glyphosate dans les profils de sol plus profonds pour les sites avec > 5 400 g·ha 

−1 de GBH appliqués entre 2017 et 2020 ( 

Tableau 3 ) et l’augmentation avec le temps du glyphosate dans les mêmes sites échantillonnés en 2014 et en 2020. ( 

Figure 3 ).Le pH du sol, l’ISP et la teneur en argile ont un effet significatif sur la teneur en glyphosate et en AMPA du sol, similaire aux expériences précédentes [ 

7 , 

8 ]. Nos observations d’une relation négative générale entre le glyphosate et le pH du sol et d’une relation positive entre le glyphosate et la teneur en argile sont en accord avec la littérature [ 

78 , 

79 , 

80 , 

81 ]. Une étude réalisée en Argentine a montré que le glyphosate présente une affinité plus élevée pour les surfaces du sol à un certain pH, qui varie selon les types de sol mais se situe généralement autour du pH 6 [ 

82 ], ce qui correspond aux valeurs de pH du sol plus faibles enregistrées dans nos expériences. Dans la même étude, il a été démontré que la présence de phosphate réduit l’adsorption du glyphosate sur les particules du sol [ 

82 ], ce qui concorde avec notre découverte d’une relation négative entre la teneur en glyphosate et la valeur ISP du sol ( 

Figure 4 ). La teneur en argile et l’ISP ne présentent pas de corrélation significative avec les teneurs en AMPA, tandis que la CEC du sol a une relation positive avec les teneurs en AMPA. Maccario et coll. [ 

23 ] a également constaté que la texture du sol n’avait pas d’impact sur la teneur en AMPA. Cela pourrait s’expliquer par la plus grande affinité du sol pour l’AMPA par rapport au glyphosate [ 

14 , 

83 ].

4.3. Impacts des systèmes de culture et des propriétés du sol sur la communauté microbienne du sol

La diversité alpha et la biomasse totale des communautés procaryotes et fongiques ne sont pas affectées par les rotations des cultures dans notre étude. Seule la diversité alpha eucaryote est significativement impactée par les applications cumulatives du GBH. Les applications cumulatives élevées de GBH dans cette étude sont liées à d’autres choix de gestion tels que la culture sans labour. Par conséquent, la relation positive entre l’application du GBH et les communautés eucaryotes pourrait s’expliquer par l’adoption du semis direct ainsi que par une application élevée du GBH. En effet, Kepler et al. [ 

33 ] ont montré que l’impact des applications de GBH sur les communautés microbiennes du sol était négligeable par rapport aux pratiques de travail du sol. Bien qu’une méta-analyse n’ait montré aucun impact significatif sur la diversité fongique des pratiques sans labour [ 

84 ], d’autres études ont montré l’effet négatif du travail du sol sur la communauté eucaryote du sol [ 

85 , 

86 , 

87 , 

88 ], ce qui conforte notre hypothèse.La composition de la communauté microbienne du sol et son potentiel fonctionnel sont influencés à la fois par les propriétés du sol et les systèmes de culture dans notre étude. La teneur en sodium a l’effet le plus important sur la composition des communautés microbiennes, ce qui est difficile à expliquer. Le sodium du sol peut avoir des effets négatifs importants à des teneurs élevées (1 000 ppm) [ 

89 , 

90 ] ; cependant, dans cette étude, tous les échantillons de sol présentent des teneurs en Na inférieures à 40 ppm avec des valeurs aussi basses que 2,7 ppm. Aucun effet important du Na sur les communautés microbiennes du sol n’a été signalé aux concentrations observées dans notre étude. La texture du sol a un effet important sur la composition des communautés microbiennes et leur potentiel fonctionnel. De nombreuses études ont confirmé l’effet déterminant de la texture du sol sur la composition et le potentiel fonctionnel des communautés microbiennes [ 

91 , 

92 , 

93 ]. En termes de systèmes de culture, la rotation des cultures et la fréquence d’application du fumier sont souvent citées comme ayant un effet significatif sur les communautés microbiennes du sol [ 

94 , 

95 , 

96 ]. Guo et coll. [ 

95 ] ont montré que l’application d’engrais, en particulier de fumier, avait un rôle plus important que la rotation des cultures et le stade de croissance des cultures sur les communautés microbiennes du sol. Une autre étude a montré que toutes les communautés microbiennes ne sont pas affectées de la même manière par la rotation des cultures, les communautés fongiques étant plus sensibles au nombre d’espèces végétales dans une rotation des cultures par rapport aux communautés procaryotes [ 

97 ]. Dans la présente étude, aucun effet significatif de l’application de GBH sur la structure de la communauté microbienne du sol et son potentiel fonctionnel n’a été observé, ce qui est cohérent avec d’autres rapports de la littérature utilisant des approches ADN pour évaluer les communautés microbiennes [ 

33 , 

77 , 

98 , 

99 ]. Cela suggère que d’autres pratiques de gestion, telles que la rotation des cultures, les apports de fumier et le travail du sol, ont un impact plus important sur la composition de la communauté microbienne du sol et sur son potentiel fonctionnel que les applications GBH.

5. Conclusions

Le glyphosate et l’AMPA ont été détectés dans les sols de tous les sites étudiés, y compris les sites biologiques. Les doses cumulées de GBH ne sont pas corrélées au contenu du sol AMPA dans les sites conventionnels. Cependant, la teneur en glyphosate du sol était positivement corrélée aux doses cumulées de GBH, et il semble y avoir eu une augmentation de la teneur en glyphosate du sol entre 2014 et 2020 pour les sites ayant les applications de GBH les plus importantes. Un faible pH du sol et une teneur élevée en argile correspondaient à une pseudo-persistance plus élevée du glyphosate et de l’AMPA dans le sol. Les quantités cumulatives d’applications de GBH ne semblent pas avoir d’impact sur les communautés microbiennes du sol, tandis que la rotation des cultures et les apports de fumier ont un impact significatif. Par conséquent, les applications de GBH semblent avoir un impact minimal sur les communautés microbiennes du sol et sur le contenu du sol AMPA. D’un autre côté, les applications de GBH semblent augmenter la teneur en glyphosate du sol et doivent être surveillées pour garantir que l’accumulation de glyphosate n’entraîne pas d’effets néfastes sur les communautés microbiennes du sol.

Matériel supplémentaire

Les informations complémentaires suivantes peuvent être téléchargées sur : 

https://www.mdpi.com/article/10.3390/agronomy14040686/s1 , Figure S1 : Corrélation entre la différence de teneur en glyphosate (en haut) et en AMPA (en bas) entre 2019 et 2020 et la différence dans l’application de GBH en 2020 et l’application annuelle moyenne de GBH entre 2017 et 2019. Figure S2 : valeurs des coefficients ainsi que leur intervalle de confiance à 95 % pour toutes les variables indépendantes dans des régressions multiples pour la teneur en AMPA (à droite) et en glyphosate (à gauche) pour 0– Profil de sol de 20 cm de tous les sites. Figure S3 : Chromatographes d’une courbe d’étalonnage en six points pour l’AMPA (A) et d’une courbe d’étalonnage en cinq points pour le glyphosate (B) sur une matrice de sol. Tableau supplémentaire S1 : Effet marginal des propriétés du sol sur la composition des communautés microbiennes pour l’horizon 0–20 du sol.

Contributions d’auteur

Conceptualisation, RH, JD-P., TJ, MM et ML ; méthodologie, WO, RH, JD-P., TJ, MM et ML ; validation, WO, JD-P. et MM ; analyse formelle, WO ; enquête, adjudant, CP et JD-P.; conservation des données, WO et CP ; rédaction – préparation de l’ébauche originale, WO ; rédaction – révision et édition, WO, RH, JD-P., TJ, MM et ML ; visualisation, WO ; supervision, RH et ML ; administration de projet, RH ; acquisition de financement, RH et ML Tous les auteurs ont lu et accepté la version publiée du manuscrit.

Financement

Le financement de cette recherche provenait du programme Innov’Action Agroalimentaire, dans le cadre du Partenariat canadien pour l’agriculture, une entente entre les gouvernements du Canada et du Québec.

Déclaration de disponibilité des données

Des ensembles de données accessibles au public ont été analysés dans cette étude. Ces données et scripts de figures peuvent être trouvés ici : 

https://github.com/woverbeek/AgronomyMDPI2024 , consulté le 27 février 2024.

Remerciements

Les auteurs souhaitent remercier tous les agriculteurs qui nous ont permis d’échantillonner leurs champs et ont donné de leur temps pour répondre à nos questions.

Les conflits d’intérêts

Les auteurs ne déclarent aucun conflit d’intérêts.

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Comprendre les microbes du sol et le recyclage des nutriments

James J. Hoorman, cultures de couverture et qualité de l’eau, éducateur en vulgarisation, vulgarisation de l’Ohio State UniversityRafiq Islam, spécialiste des sols et de l’eau, Ohio State University Extension, South Centers at Piketon

Les micro-organismes du sol existent en grand nombre dans le sol tant qu’il existe une source de carbone pour l’énergie. Il existe un grand nombre de bactéries dans le sol, mais en raison de leur petite taille, leur biomasse est plus faible. Les actinomycètes sont 10 fois plus petits en nombre, mais sont plus grands en taille et ont donc une biomasse similaire à celle des bactéries. Les populations de champignons sont plus petites mais dominent la biomasse du sol lorsque le sol n’est pas perturbé. Les bactéries, les actinomycètes et les protozoaires sont robustes et peuvent tolérer davantage de perturbations du sol que les populations fongiques. Ils dominent donc dans les sols labourés, tandis que les populations fongiques et nématodes ont tendance à dominer dans les sols labourés ou sans labour.

Il y a plus de microbes dans une cuillère à café de terre qu’il n’y a d’habitants sur terre. Les sols contiennent environ 8 à 15 tonnes de bactéries, champignons, protozoaires, nématodes, vers de terre et arthropodes. Voir les fiches d’information sur les rôles des bactéries, des champignons, des protozoaires et des nématodes du sol.

Tableau 1 : Nombre relatif et biomasse des espèces microbiennes à une profondeur de sol de 0 à 6 pouces (0 à 15 cm)
MicroorganismesNombre/g de solBiomasse (g/m 2 )
Bactéries10 8 –10 940 à 500
Actinomycètes10 7 –10 840 à 500
Champignons10 5 –10 6100-1500
Algues10 4 –10 51 à 50
Protozoaires10 3 –10 4Varie
Nématodes10 2 –10 3Varie

Décomposition microbienne de la matière organique du sol

La décomposition de la matière organique remplit deux fonctions pour les micro-organismes : fournir de l’énergie pour la croissance et fournir du carbone pour la formation de nouvelles cellules. La matière organique du sol (MOS) est composée des fractions « vivantes » (micro-organismes), « mortes » (résidus frais) et « très mortes » (humus). Le « très mort » ou humus est la fraction de MOS à long terme, vieille de plusieurs milliers d’années et résistante à la décomposition. La matière organique du sol contient deux composants appelés MOS active (35 %) et passive (65 %). La MOS active est composée de matières végétales ou animales fraîches « vivantes » et « mortes » qui servent de nourriture aux microbes et sont composées de sucres et de protéines faciles à digérer. La SOM passive est résistante à la décomposition par les microbes et est plus riche en lignine.

Les microbes ont besoin d’un apport régulier de MOS active dans le sol pour survivre dans le sol. Les sols non labourés à long terme contiennent des niveaux de microbes nettement plus élevés, plus de carbone actif, plus de MOS et plus de carbone stocké que les sols labourés conventionnels. La majorité des microbes présents dans le sol existent dans des conditions de famine et ont donc tendance à être dans un état dormant, en particulier dans les sols labourés.

Les résidus végétaux morts et les éléments nutritifs des plantes deviennent la nourriture des microbes présents dans le sol. La matière organique du sol (MOS) correspond essentiellement à toutes les substances organiques (tout ce qui contient du carbone) présentes dans le sol, vivantes et mortes. La MOS comprend les plantes, les algues bleu-vert, les micro-organismes (bactéries, champignons, protozoaires, nématodes, coléoptères, collemboles, etc.) et la matière organique fraîche et en décomposition provenant des plantes, des animaux et des micro-organismes. 

La matière organique du sol peut être décomposée en ses éléments constitutifs. Cent grammes (g) ou 100 livres (lbs) de matière végétale morte produisent environ 60 à 80 g (lbs) de dioxyde de carbone, qui est rejeté dans l’atmosphère. Les 20 à 40 g (lb) d’énergie et de nutriments restants sont décomposés et transformés en environ 3 à 8 g (lb) de micro-organismes (les vivants), 3 à 8 g (lb) de composés non humiques (les morts), et 10 à 30 g (lb) d’humus (la matière très morte, résistante à la décomposition). La structure moléculaire de la MOS est principalement constituée de carbone et d’oxygène avec un peu d’hydrogène et d’azote et de petites quantités de phosphore et de soufre. La matière organique du sol est un sous-produit des cycles du carbone et de l’azote.


Le processus de décomposition microbienne de la matière organique du sol.

Figure 1. Diagramme du Dr Rafiq Islam.


Nutriments de la matière organique du sol

Les éléments nutritifs du sol ont une valeur actuelle de 680 $ pour chaque 1 pour cent de MOS ou de 68 $ par tonne de MOS sur la base des valeurs économiques des engrais commerciaux (voir tableau 2). La MOS est composée principalement de carbone, mais associée au carbone sont de grandes quantités d’azote et de soufre provenant des protéines, du phosphore et du potassium. Le SOM doit être considéré comme un investissement dans un certificat de dépôt (CD). Les sols biologiquement actifs et contenant de plus grandes quantités de carbone actif recyclent et libèrent plus de nutriments pour la croissance des plantes que les sols biologiquement inactifs et contiennent moins de matière organique active. Dans des conditions de culture sans labour, de petites quantités de nutriments sont libérées chaque année (comme les intérêts sur un CD) pour fournir des nutriments lentement et efficacement aux racines des plantes. Cependant, avec le travail du sol, de grandes quantités de nutriments peuvent être libérées puisque la MOS est consommée et détruite par les microbes. Étant donné que les niveaux de MOS mettent du temps à s’accumuler, la capacité de stockage des nutriments est diminuée et les excédents de nutriments libérés sont souvent lessivés dans les eaux de surface. La SOM est un réservoir de nombreux nutriments végétaux.

Considérez les trois scénarios suivants. Les sols renouvellent généralement 1 à 3 pour cent de leur azote stocké dans la MOS. Les sols labourés ou malsains libèrent un pourcentage d’azote plus faible en raison d’une activité microbienne plus faible. Un sol labouré avec 2 pour cent de MOS (2 000 livres de N) peut libérer 1 pour cent de N ou 20 livres de N par an. Un sol plus biologiquement actif et contenant 4 pour cent de MOS (4 000 lb de N) peut libérer 1,5 pour cent de N ou 60 lb de N, tandis qu’un sol à 6 pour cent de MOS (6 000 lb de N) peut libérer 2 pour cent de N ou 120 lb de N. Dans les sols, les excédents de nutriments libérés sont souvent perdus et les réserves de carbone sont épuisées, ce qui réduit le stockage futur des nutriments. Les agriculteurs constatent souvent cela lorsqu’ils labourent un sol vierge, un vieux pâturage ou une clôture. Pendant plusieurs années, les cultures sur le sol nouvellement labouré pousseront mieux que les sols environnants, mais avec le temps, le sol sera épuisé en carbone et le sol nouvellement labouré deviendra moins fertile car le carbone est oxydé sous forme de dioxyde de carbone et perdu dans l’atmosphère. . Le travail du sol entraîne l’oxydation et la destruction du carbone dans le sol en augmentant les niveaux d’oxygène du sol, favorisant ainsi l’expansion des populations de bactéries et la consommation de carbone actif dans le sol.

Tableau 2 : Valeur de la matière organique du sol
Hypothèses : 2 000 000 livres de sol dans les 6 premiers pouces
Nutriments1% de matière organique = 20 000# 50%Carbone, rapport C:N = 10:1
Azote:1000# * 0,50$/#N = 500$
Phosphore:100# * 0,70$/#P = 70$
Potassium:100# * 0,40$/#K = 40$
Soufre:100# * 0,50$/#S = 50$
Carbone:10 000# ou 5 tonnes * 4 $/tonne = 20 $
Valeur de 1 % de nutriments SOM/acre= 680 $
Rapport relatif des nutriments :100 Carbone/10 Azote/ 1 Phosphore/1 Potassium/1 Soufre

Effets du climat, de la température et du pH sur la MOS

La MOS est affectée par le climat et la température. Les populations microbiennes doublent à chaque changement de température de 10 degrés Fahrenheit. Si nous comparons les tropiques aux régions arctiques plus froides, nous constatons que la majeure partie du carbone est retenue dans les arbres et la végétation aérienne. Sous les tropiques, la couche arable contient très peu de MOS car les températures élevées et l’humidité décomposent rapidement la MOS. En se déplaçant vers le nord ou le sud de l’équateur, la MOS augmente dans le sol. La toundra près du cercle polaire arctique contient une grande quantité de MOS en raison des températures froides. Les températures glaciales modifient le sol de sorte qu’une plus grande quantité de MOS est décomposée que dans les sols non sujets au gel.

L’humidité, le pH, la profondeur du sol et la taille des particules affectent la décomposition de la MOS. Les régions chaudes et humides stockent moins de carbone organique dans le sol que les régions sèches et froides en raison d’une décomposition microbienne accrue. Le taux de décomposition de la MOS augmente lorsque le sol est exposé à des cycles de séchage et d’humidification par rapport aux sols continuellement humides ou secs. Toutes choses étant égales par ailleurs, les sols dont le pH est neutre à légèrement alcalin décomposent la MOS plus rapidement que les sols acides ; par conséquent, le chaulage du sol améliore la décomposition de la MOS et l’évolution du dioxyde de carbone. La décomposition est également plus importante près de la surface du sol, là où se trouvent la plus forte concentration de résidus végétaux. À de plus grandes profondeurs, la décomposition de la MOS est moindre, ce qui correspond à une baisse des niveaux de carbone organique due à la diminution des résidus végétaux. Les petites particules sont plus facilement dégradées par les microbes du sol que les grosses particules, car la surface globale est plus grande avec les petites particules, de sorte que les microbes peuvent attaquer les résidus.

Une différence dans la formation des sols se produit également d’est en ouest à travers les États-Unis. À l’est, les forêts de feuillus prédominaient et les racines pivotantes des arbres étaient riches en lignine, et les arbres à feuilles caduques laissaient de grandes quantités de feuilles mortes à la surface du sol. Les racines des feuillus ne se renouvellent pas rapidement, de sorte que les niveaux de matière organique dans le sous-sol sont assez faibles. Dans les sols forestiers, la majeure partie de la MOS est distribuée dans les quelques centimètres supérieurs. À mesure que vous vous déplacez vers l’ouest, de hautes prairies dominent le paysage et la couche arable se forme à partir de systèmes racinaires profonds et fibreux. Cinquante pour cent des racines d’une herbe meurent et sont remplacées chaque année et les racines de l’herbe sont riches en sucres et en protéines (matière organique active plus élevée) et plus faibles en lignine. Ainsi, les sols formés sous les prairies à herbes hautes sont riches en MOS dans tout le profil pédologique. Ces sols de premier choix sont très productifs car ils ont un pourcentage plus élevé de MOS (en particulier de charbon actif), retiennent plus de nutriments, contiennent plus de microbes et ont une meilleure structure du sol en raison de populations fongiques plus importantes.

Rapport carbone/azote

La dégradation des résidus organiques par les microbes dépend du rapport carbone/azote (C:N). Les microbes présents dans le rumen d’une vache, dans un tas de compost et dans le sol dépendent du rapport C:N pour décomposer les résidus organiques (à base de carbone). Considérez deux sources d’alimentation distinctes, un jeune plant de luzerne tendre et de la paille d’avoine ou de blé. Une jeune plante de luzerne contient plus de protéines brutes, d’acides aminés et de sucres dans la tige, elle est donc facilement digérée par les microbes, que ce soit dans le rumen d’une vache, dans un tas de compost ou dans le sol. La jeune luzerne a une teneur élevée en azote provenant des protéines (les acides aminés et les protéines sont riches en azote et en soufre), elle a donc un rapport carbone/azote plus faible (moins de carbone, plus d’azote). Cependant, la paille d’avoine et de blé (ou le foin plus âgé) contient plus de lignine (qui résiste à la décomposition microbienne), moins de protéines brutes, moins de sucres dans la tige et un rapport C:N plus élevé. La paille est décomposée par les microbes, mais il faut plus de temps et d’azote pour décomposer cette source riche en carbone.

Une faible teneur en azote ou un rapport C:N élevé est associé à une lente décomposition de la MOS. Les plantes immatures ou jeunes ont une teneur en azote plus élevée, des rapports C:N plus faibles et une décomposition plus rapide de la SOM. Pour un bon compostage, un rapport C:N inférieur à 20 permet aux matières organiques de se décomposer rapidement (4 à 8 semaines) tandis qu’un rapport C:N supérieur à 20 nécessite un supplément d’azote et ralentit la décomposition. Ainsi, si nous ajoutons au sol un matériau à haute teneur en carbone et à faible teneur en N, les microbes capteront l’azote du sol. Finalement, l’azote du sol est libéré mais à court terme, l’azote est retenu. Le facteur de conversion pour convertir l’azote en protéines brutes est de 16,7, ce qui explique pourquoi il est si important d’avoir un rapport C:N inférieur à 20.

Le rapport C:N de la plupart des sols est d’environ 10:1, ce qui indique que l’azote est disponible pour la plante. Le rapport C:N de la plupart des résidus végétaux a tendance à diminuer avec le temps, à mesure que la MOS se désintègre. Cela résulte de la perte gazeuse de dioxyde de carbone. Par conséquent, le pourcentage d’azote dans la MOS résiduelle augmente à mesure que la décomposition progresse. Le rapport C:N de 10:1 de la plupart des sols reflète une valeur d’équilibre associée à la plupart des microbes du sol (bactéries 3:1 à 10:1, champignon 10:1 rapport C:N).

Les bactéries sont les premiers microbes à digérer les nouveaux résidus organiques végétaux et animaux présents dans le sol. Les bactéries peuvent généralement se reproduire en 30 minutes et ont une teneur élevée en N dans leurs cellules (3 à 10 atomes de carbone pour 1 atome d’azote ou 10 à 30 pour cent d’azote). Dans de bonnes conditions de chaleur, d’humidité et de nourriture, ils peuvent se reproduire très rapidement. Les bactéries sont généralement moins efficaces pour convertir le carbone organique en nouvelles cellules. Les bactéries aérobies assimilent environ 5 à 10 pour cent du carbone tandis que les bactéries anaérobies n’en assimilent que 2 à 5 pour cent, laissant derrière elles de nombreux déchets composés de carbone et utilisant de manière inefficace l’énergie stockée dans la MOS.


Un graphique du N relatif disponible avec la durée de décomposition.

Figure 2. Graphique du N relatif disponible avec la durée de décomposition.

Luzerne, faible rapport C:N, C:N = 13:1

Paille d’avoine, rapport C:N élevé, C:N = 80:1


Les champignons libèrent généralement moins de dioxyde de carbone dans l’atmosphère et sont plus efficaces pour convertir le carbone pour former de nouvelles cellules. Le champignon capte généralement plus d’énergie de la MOS à mesure qu’il la décompose, assimilant 40 à 55 pour cent du carbone. La plupart des champignons consomment de la matière organique plus riche en cellulose et en lignine, dont la décomposition est plus lente et plus difficile. La teneur en lignine de la plupart des résidus végétaux pourrait être plus importante que le rapport C:N pour prédire la vitesse de décomposition.

Les champignons mycorhiziens vivent dans le sol, à la surface ou dans les racines des plantes. Les champignons ont une grande surface et contribuent au transport des nutriments minéraux et de l’eau vers les plantes. Le cycle de vie des champignons est plus complexe et plus long que celui des bactéries. Les champignons ne sont pas aussi résistants que les bactéries et nécessitent une source de nourriture plus constante. Les niveaux de population de champignons ont tendance à diminuer avec le travail du sol conventionnel. Les champignons ont un rapport carbone/azote plus élevé (10:1 carbone/azote ou 10 % d’azote) mais sont plus efficaces pour convertir le carbone en matière organique du sol. Avec des résidus organiques riches en C:N, les bactéries et les champignons extraient l’azote du sol (voir le graphique sur l’immobilisation nette).

Les protozoaires et les nématodes consomment d’autres microbes. Les protozoaires peuvent se reproduire en six à huit heures, tandis que les nématodes mettent de trois jours à trois ans, avec une moyenne de 30 jours pour se reproduire. Après avoir consommé les bactéries ou autres microbes (riches en azote), les protozoaires et les nématodes libèrent de l’azote sous forme d’ammonium (voir le graphique sur la minéralisation nette). L’ammonium (NH 4 +) et les nitrates (NO 3 -) sont facilement convertis dans les deux sens dans le sol. Les plantes absorbent les nitrates d’ammonium et du sol pour se nourrir grâce au réseau mycorhizien des champignons.

Les populations de micro-organismes changent rapidement dans le sol à mesure que les produits SOM sont ajoutés, consommés et recyclés. La quantité, le type et la disponibilité de la matière organique détermineront la population microbienne et son évolution. Chaque organisme individuel (bactéries, champignons, protozoaires) possède certaines enzymes et réactions chimiques complexes qui aident cet organisme à assimiler le carbone. À mesure que des déchets sont générés et que les résidus organiques d’origine sont décomposés, de nouveaux micro-organismes peuvent prendre le relais, se nourrissant des déchets, de la nouvelle communauté microbienne florissante (généralement des bactéries) ou de la MOS plus résistante. Les premiers décomposeurs attaquent généralement les sucres et les protéines faciles à digérer, suivis par les micro-organismes qui s’attaquent aux résidus les plus résistants.


Graphique du niébé décomposé par des bactéries et des champignons.

Figure 3. Graphique du niébé (C:N <20) décomposé par les bactéries et les champignons, l’évolution du dioxyde de carbone et les protozoaires et les nématodes consommant les bactéries et les champignons et excrétant de l’ammonium dans le sol pour la croissance des plantes. NO3- et NH4+ sont facilement convertis dans le sol. Graphique du Dr Rafiq Islam.


Graphique du niébé décomposé par des bactéries et des champignons.

Figure 4. Graphique du niébé (C:N <20) décomposé par les bactéries et les champignons, l’évolution du dioxyde de carbone et les protozoaires et les nématodes consommant les bactéries et les champignons et excrétant de l’ammonium dans le sol pour la croissance des plantes. NO3- et NH4+ sont facilement convertis dans le sol. Graphique du Dr Rafiq Islam.


Les cultures de couverture fournissent de la nourriture (carbone actif comme le glucose et les protéines) aux microbes dont ils peuvent se nourrir. Dans le sol, il y a 1 000 à 2 000 fois plus de microbes associés aux racines que ceux vivant dans un sol nu ou labouré. Les microbes fabriquent à leur tour de la MOS et stockent les nutriments du sol. La construction de SOM nécessite que les éléments nutritifs du sol comme le NPKS soient liés dans le sol. Les cultures de couverture hivernales absorbent l’excès de nutriments du sol et fournissent de la nourriture à tous les microbes présents dans le sol pendant les mois d’hiver, plutôt que d’utiliser les réserves de MOS pour les nutriments. Dans un champ labouré conventionnel, les éléments nutritifs du sol sont rapidement libérés à mesure que la MOS est brûlée et que l’habitat des microbes et des organismes du sol est détruit. Dans un champ sans labour, des niveaux élevés de MOS constituent des réserves de nutriments du sol qui sont lentement libérés dans les sols. L’ajout d’une culture de couverture vivante dans un champ sans labour augmente la matière organique active (sucres et protéines) pour les microbes du sol. Les microbes du sol peuvent se nourrir de deux cultures au lieu d’une seule par an. Les microbes prospèrent dans des conditions de culture sans labour et dans les cultures de couverture hivernales. Les cultures de couverture et le fumier peuvent être utilisés pour nourrir les microbes du sol et recycler les éléments nutritifs du sol. À mesure que les microbes du sol décomposent les résidus organiques, ils libèrent lentement des éléments nutritifs dans le sol pour les cultures de couverture hivernales ou pour la culture précédente. Les cultures de couverture empêchent la perte de nutriments par l’érosion du sol, le lessivage, la volatilisation ou la dénitrification.

Résumé

Les micro-organismes abondent dans le sol et jouent un rôle essentiel dans la décomposition des résidus organiques et le recyclage des éléments nutritifs du sol. Les bactéries sont les microbes les plus petits et les plus résistants du sol et peuvent survivre dans des conditions difficiles comme le travail du sol. Les bactéries ne sont efficaces qu’à 20 à 30 pour cent pour recycler le carbone, ont une teneur élevée en azote (3 à 10 atomes de carbone pour 1 atome d’azote ou 10 à 30 pour cent d’azote), une teneur en carbone plus faible et une durée de vie courte. L’efficacité de l’utilisation du carbone est de 40 à 55 pour cent pour les champignons mycorhiziens, de sorte qu’ils stockent et recyclent plus de carbone (rapport carbone/azote de 10 : 1) et moins d’azote (10 pour cent) dans leurs cellules que les bactéries. Les champignons sont plus spécialisés mais ont besoin d’une source de nourriture constante et se développent mieux dans des conditions sans labour.

La matière organique du sol (MOS) est composée des fractions « vivantes » (micro-organismes), « mortes » (résidus frais) et « très mortes » (humus). La SOM active est composée de matières végétales ou animales fraîches qui servent de nourriture aux microbes et est composée de sucres et de protéines faciles à digérer. La SOM passive est résistante à la décomposition par les microbes (plus riche en lignine). Active SOM améliore la structure du sol et retient les nutriments disponibles pour les plantes. Chaque 1 pour cent de SOM contient 1 000 livres d’azote, 100 livres de phosphore, 100 livres de potassium et 100 livres de soufre ainsi que d’autres nutriments végétaux essentiels. Le travail du sol détruit la MOS en oxydant la MOS, permettant aux bactéries et autres microbes de décomposer rapidement les résidus organiques. Des températures et une humidité plus élevées augmentent la destruction de la MOS en augmentant les populations microbiennes dans le sol. Les résidus organiques avec un faible rapport carbone/azote (C:N) (inférieur à 20) se décomposent facilement et les nutriments sont rapidement libérés (4 à 8 semaines), tandis que les résidus organiques avec un rapport C:N élevé (supérieur à 20) se décomposent. lentement et les microbes vont capter l’azote du sol pour décomposer les résidus. Les protozoaires et les nématodes consomment d’autres microbes présents dans le sol et libèrent de l’azote sous forme d’ammonium, qui devient disponible pour d’autres micro-organismes ou est absorbé par les racines des plantes.

Reconnaissance

Cette fiche d’information a été réalisée en collaboration avec le Midwest Cover Crops Council (MCCC).

Les références

Alexandre, Martin. 1991. Introduction à la microbiologie des sols,  2e éd. Malabar, Floride : Société d’édition Krieger.

Ingham, Elaine R. 2014. «L’introduction à la biologie des sols». En  biologie des sols .  Service de conservation des ressources naturelles. PDF.
envirothonpa.org/wp-content/uploads/2014/04/7-Soil-Biology-Primer.pdf.

Magdoff, F. et H. van Es. 2001. Construire des sols pour de meilleures récoltes , 2e éd. Beltsville, MD : Réseau d’agriculture durable.

https://ohioline.osu.edu/factsheet/SAG-16

Moutons et plantes de services

Vidéo détaillant le pâturage des ovins sur les couverts végétaux en Agriculture de Conservation des Sols. Témoignages de l’expérience de 2 frères agriculteurs de l’APAD 62, situé dans le Marquenterre, Somme (80) dans la région des Hauts-de-France. 🐑 Présentation du troupeau. 🐑 Comment gérez-vous le pâturage des couverts sur la ferme ? 🐑 Quel est l’impact du troupeau sur le sol ? 🐑 Quelle est la place des couverts au niveau de la rentabilité ? 🐑 Quels conseils donneriez-vous à quelqu’un qui souhaite se lancer dans cette pratique ?

La présence d’un troupeau d’ovin dans les parcelles en SCV accélèrent la décomposition des plantes et augmentent la vie bactérienne positivement …!!

ACS Agriculture de Conservation des Sols

https://wiki.tripleperformance.fr/wiki/Agriculture_de_conservation_des_sols_(ACS)

L’ ACS expliqué sur l’excellent site triple performance https://wiki.tripleperformance.fr/wiki/Triple_Performance

L’agriculture de conservation des sols (ACS) est un ensemble de techniques culturales destinées à maintenir et améliorer le potentiel agronomique des sols, tout en conservant une production régulière et performante sur les plans technique et économique.

Elle repose sur 3 axes majeurs :

  • Pas de travail du sol
  • Couverture permanente du sol
  • Diversité et rotation longue des cultures

à découvrir la suite et bien plus encore sur triple performance

https://wiki.tripleperformance.fr/wiki/Triple_Performance

Cultures de couverture…..en SCV

« Si vous regardez les écosystèmes naturels, vous verrez que la Terre, préfère être toujours couverte. »  » Au cours du siècle dernier, la plupart des agriculteurs ont appris à cultiver le sol après la récolte et à laisser le sol sec et nu, c’était exposé comme la meilleure pratique… il fallait labourer une ou plusieurs fois pour maîtriser les mauvaises herbes avant de planter la prochaine culture de production.

Ce n’est pas une bonne idée.

Lorsque cette pratique a été introduite à l’origine, nous ne comprenions pas vraiment le fonctionnement de la biologie du sol. Gain à court terme pour une douleur à long terme…. Whoa !! Aujourd’hui, nous avons atteint un point de basculement. Les agriculteurs de tout le pays commencent à récolter les bénéfices de la couverture de terre supérieure. Une pratique inspirée par mère nature.

🌱 La culture de couverture est une pratique agricole réalisée dans le but de maintenir le sol couvert avant, pendant et/ou après la récolte de la culture commerciale. Le point le plus important de la culture du couvert est de garder une racine vivante dans le sol. À travers l’incroyable processus de photosynthèse, les plantes excrètent les glucides sous forme de sucres dans le sol, alimentant la microbiologie en échange de nutriments et d’eau. Cette microbiologie – littéralement des milliards de germes dans une cuillère à café de terre saine fait des choses incroyables :

🌱 Produit des colles comme de la glomaline pour aider à créer des agrégats de sol qui empêchent l’érosion et des enzymes et des acides secrets pour décomposer les minéraux du sol et du sous-sol.

🌱 Évitez l’érosion causée par le vent et la pluie. Les plantes ralentissent , amortissent l’impact de chute d’une goutte de pluie. Cela permet à l’eau de pénétrer doucement dans le sol, au lieu d’enlever la couche vitale de surface du sol sans perturbation.

🌱 Et comme vous avez un collecteur solaire vivant et permanent au-dessus du sol, vous protégez aussi le sol, la vie du sol, ce qui empêche la température du sol de devenir trop importante et cuire toute la biologie du sol , cet isolant naturel réduit et ralenti fortement l’évaporation.

✔ Enfin, une culture de couverture peut aussi aider à accumuler la matière organique dans le sol , c’est une action intéressante de stockage de Carbone dans le sol ..

Prévoir le climat ….Pour prévoir la vie sur la Terre….

Une vision tunnel !

Au sein d’une partie de la communauté scientifique, des climatologues et des activistes de l’environnement, une nouvelle inquiétude grandit. Plusieurs d’entre eux alertent sur un mal bien trop répandu chez la plupart de ceux qui défendent le climat et tentent de lutter contre le réchauffement climatique : la carbon tunnel vision ! Il s’agit d’une tendance généralisée à se concentrer uniquement sur la réduction des gaz à effet de serre, en particulier du dioxyde de carbone, en omettant complètement le fait qu’œuvrer pour le climat ne dépend pas que d’un seul facteur. 



La carbon tunnel vision est un terme défini par le Dr Jan Konietzko, professeur en économie circulaire et durable et régénération à l’Université de Maastricht aux Pays-Bas. Les défenseurs du climat n’ont bien souvent qu’un seul paramètre dans leurs préoccupations, et occultent le reste des causes, et donc des solutions. Ce sont au total une vingtaine de causes et d’axes de travail qui doivent être prises en compte dans la lutte contre le réchauffement climatique.

Préserver et restaurer le monde vivant est une nécessité pour lutter contre le réchauffement climatique

Comme toutes les catastrophes majeures, la crise climatique n’est pas liée qu’à une seule cause, mais à une multitude de facteurs. Avouons-le, certains sont « tendance » et font régulièrement la Une des actualités, alors que d’autres n’intéressent personne ou presque. Il est de bon ton d’œuvrer pour la limitation des gaz à effet de serre liée au secteur des transports, le principal émetteur dans le monde, ou encore d’inciter les entreprises à faire des efforts sur leurs émissions de carbone. Mais le système climatique dépend aussi de la nature qui nous entoure :

“L’importance de la biodiversité commence à peine à faire surface dans les consciences, comme dans les médias, et est encore bien loin de concerner les politiques”

La faune et la flore ont bien sûr le droit d’exister pour elles-mêmes, mais le monde vivant est indissociable de la lutte contre le changement climatique. Il est impensable de vouloir réduire les émissions de gaz à effet de serre responsables du réchauffement climatique sans faire de la protection de la biodiversité une priorité. Le végétal (arbres, prairies, parmi lesquelles les tristement nommées « mauvaises herbes ») permet de séquestrer le dioxyde de carbone dans le sol. Mais pour espérer avoir une végétation et un sol en bonne santé, il faut préserver la faune : insectes pollinisateurs bien-sûr, oiseaux, mais aussi mammifères, permettent, par leurs actions, de favoriser le développement des plantes. Voilà pourquoi des organismes comme l’ONU militent pour le développement massif des solutions fondées sur la nature, qui permettent de limiter le réchauffement climatique et d’atténuer l’impact des catastrophes météo.

LA PROTECTION DU MONDE ANIMAL ET VÉGÉTAL DEVRAIT ÊTRE UNE PRIORITÉ DANS LA LUTTE CONTRE LE RÉCHAUFFEMENT CLIMATIQUE. 

La déforestation a fait beaucoup parler d’elle il y a quelques dizaines d’années, mais a dorénavant été relayée au second plan, si ce n’est plus. Or, l’impact des forêts sur les conditions météo et l’évolution climatique est sans cesse revu à la hausse à chaque nouvelle étude sur le sujet : la déforestation peut détraquer le climat sur des milliers de kilomètres car il est désormais prouvé que les forêts provoquent les précipitations. Selon l’Université des Pays-Bas, un tiers de l’eau qui tombe sur la forêt amazonienne provient de la transpiration des arbres. Et cette pluie circule dans l’atmosphère, en Argentine, dans les Caraïbes et jusqu’au Midwest des États-Unis : la déforestation de la forêt amazonienne aggrave donc le risque de sécheresse aussi loin que dans le centre des États-Unis !

LA DÉFORESTATION A UN IMPACT MAJEUR SUR LE CLIMAT ET DEVRAIT ÊTRE AU CENTRE DES PRÉOCCUPATIONS ET DES GRANDES MESURES.

Urbanisation, consommation, économie, population et pollution sont aussi à prendre en compte

La disparition de la biodiversité est clairement une cause majeure qui demande un renouvellement total de la vision que l’Homme a de la nature : une alliée pour sa survie, et non pas une ressource à piller et écraser. Mais d’autres facteurs sont trop souvent omis : l’urbanisation grandissante et l’artificialisation des sols, la surconsommation des pays les plus développés en matière de textiles, de nourriture, ou d’électronique, l’expansion de la population humaine (en nombre, comme en étalement sur l’ensemble des territoires de Planète), les inégalités et la pauvreté de certains pays du monde qui contraint les habitants à des pratiques destructrices envers l’environnement, mais aussi la pollution des sols par des produits toxiques, la pollution de l’eau, la pollution de l’air ou encore les zoonoses qui fragilisent le monde vivant.     

Le problème du réchauffement climatique est immense, et ne peut être réglé qu’avec une solution : réduire les émissions de dioxyde de carbone issus des activités humaines est une évidence, mais ce n’est qu’une partie d’un défi bien plus global.

Augmentation de la chaleur terrestre…..!!

La chaleur contenue dans l’atmosphère est réémise dans toutes les directions sous forme de rayonnement infrarouge ; une partie s’échappe vers l’espace, une autre partie retourne vers la surface de la Terre et vient en déduction de l’apport de chaleur de la surface vers l’atmosphère, donc s’oppose au refroidissement de la surface

Le bilan radiatif de la Terre est globalement nul, c’est-à-dire que la quantité d’énergie absorbée est égale à la quantité d’énergie réémise, si bien que la température moyenne est sensiblement constante. Plus précisément, le rayonnement reçu par la Terre (essentiellement solaire) est globalement réémis. Le bilan global est cependant légèrement positif, du fait de la chaleur issue de la Terre elle-même, modifiée par la chaleur dégagée ou absorbée par les océans, sur des temps de l’ordre du millénaire.

L’urgence pour résoudre l’avenir de l’humanité et améliorer notre climat c’est uniquement l’élévation des températures de notre atmosphère …..Ces T° élevées ont pour conséquence les sécheresses, les inondations, les tempêtes et autres multiplication d’ouragans et cyclones ……Mais surtout le manque de performance de la végétation restante …..!! Le climat de demain sans végétation suffisante pour le refroidir va amplifier encore ses dérèglements …..La seule solution urgente à prendre, c’est de faire le maximum pour baisser les T° atmosphériques …….. plus ce sera chaud, plus ça va bouillir …..Lutter tout azimut contre les surfaces minérales …Encourager tout azimut le végétal et la photosynthèse …..!!

L’avion, participe t-il à un dégagement de chaleur supplémentaire …??

134 386 vols commerciaux le 6 juillet, « record » battu ! En moyenne, à chaque instant, 1 250 000 humains s’envoient en l’air. Et le temps de lire ce message, 10 avions auront décollé. Suicide collectif au kérosène.

Le régulateur de température terrestre est dépassé

Le dérèglement climatique vu du côté CHALEUR …..L’élévation des températures , de la chaleur dans l’atmosphère ne joue t’elle pas un rôle important dans le dérèglement climatique

L’eau, la vapeur d’eau circule t-elle plus vite dans l’atmosphère à cause de plus de chaleur

Ne serait-ce pas des apports divers et variés de chaleur qui viennent impacter aussi notre climat , en plus du manque, de la disparition partielle de végétation terrestre ….Quelques milli-degrés par-ci, et par-là en plus ….ça finit par devenir un excès très gênant ….C’est de la chaleur qui s’accumule dans notre atmosphère sans contrepartie naturelle refroidissante même si l’espace gère une partie de cette production de chaleur…

J’observe que nos forêts soufrent de plus en plus , les arbres et la végétation ont de plus en plus de mal a supporter la chaleur , quelquefois , même avec de l’eau (arbres qui meurt en bordure d’étang avec des racines dans l’eau) ….L’excès, le déséquilibre de la chaleur, des températures entraîne un dérèglement de la photosynthèse, une perte d’efficacité

Est-ce que tous ces phénomènes ne s’accumulent pas exponentiellement

_ Augmentation de la population

_ Équipement ménagers (électriques) en augmentation (climatisation , chauffage ) en augmentation

_ Chaleur émise par nos moteurs (chaleur émise par les énergies, par la mise en œuvre de cette énergie fossile et électrique)

_ Feux de forêts

_ Incendies de tout les genres

Y a t-il des études disponibles sur ces sujets

Si le GIEC évoque l’activité humaine pour le dégagement de CO2 , parle t-il du dégagement de chaleur dans l’atmosphère du uniquement à nos usines , nos fonderies, nos transports ,nos activités humaines…

Que devient la chaleur émise par le corps humain

Même si c’est minime , pour moi l’ensemble des habitants de cette planète en augmentation rajoute quelques milli-degrés à la hausse des T° atmosphériques

La température du corps reste stable parce que l’énergie qu’il libère est compensée par l’énergie dégagée par la respiration cellulaire ou les fermentations. Globalement, la puissance thermique libérée par un corps humain dans les conditions de vie courante au repos est de l’ordre de 100 W.

https://eduscol.education.fr/document/25381/download#:~:text=La température du corps reste,l’ordre de 100 W.

https://www.kartable.fr/ressources/enseignement-scientifique/cours/le-bilan-thermique-du-corps-humain/51280

Quel volume de chaleur suplémentaire, l’ensemble des humains de cette planète dégage …

Peut-il y avoir une différence d’apport de température entre 3 milliards d’habitants en 1960 et 8 milliards en 2022 …

La chaleur humaine, l’ensemble de la chaleur humaine joue t-elle un rôle dans la hausse des températures atmosphériques

https://www.save4planet.com/ecologie/185/lien-augmentation-temperature-consommation-nombre-humains#title-0

Je n’ai pas trouver d’articles précis sur ce sujet ….En tout cas, à mon avis, le corps des humains, l’évolution du nombre d’humain ne peut pas refroidir l’atmosphère (je ne parle pas de l’activité des hommes, uniquement le dégagement de chaleur de l’ensemble des corps des humains)

Que devient la chaleur quand on utilise nos moteurs à explosions et même électriques

Le système de refroidissement sur les véhicules modernes repose sur la circulation d’un liquide à basse température acheminant les calories vers le radiateur afin de les rejeter dans l’air. Il existe d’autres solutions comme le refroidissement par air, plus simple mais beaucoup moins efficace.

La température optimale d’un moteur est de 88°

Le rôle du radiateur d’un moteur de voiture ou autre engin est d’évacuer les calories dans l’air libre

 Imaginez que l’énergie qui recharge les batteries du véhicule soient issues de la récupération d’énergie thermique des fluides moteur …et non plus gaspillée dans l’atmosphère……

Même les moteurs électriques émettent de la chaleur , sans parler des résistances électriques, des contacts, des échauffements de circuits électriques….etc

Est-il possible d’orienter la recherche sur des techniques de récupérations de chaleur plus efficace et valorisante , en cycles nouveaux et durables …..Le climat nous oblige à trouver les solutions innovantes , on a plus maintenant le luxe de gaspiller la chaleur et donc l’énergie librement dans l’atmosphère pour continuer à nous pénaliser ….Au contraire, ne faut-il pas transformer, récupérer cette chaleur pour la transformer en énergie utile ….N’y a t-il pas un cycle permanent à établir …

Le déséquilibre de fabrication de chaleur supplémentaire avec une augmentation de la population pose t-il un réel problème pour le refroidissement normal du climat… ?

Autrefois, avec moins de population et plus de végétation, la Nature arrivait à équilibrer les températures et le climat…..Aujourd’hui, + d’hommes et plus de chaleur émise et – de végétation = déséquilibre du régulateur naturel de la chaleur et du climat

DENEUVILLE Noël

Le retour de la pluie

Comment mettre en œuvre la pompe biotique à l’échelle territoriale pour augmenter la pluviométrie d’une région ?🌳🌧️

Dans la leçon inaugurale [1] de Nathalie de Noblet à l’Ecole supérieure des agricultures, la bioclimatologiste décrypte les rétroactions entre occupation des sols et climat. La chercheuse française montre comment ensemencer la pluie grâce à la végétation, afin qu’elle précipite plus loin et génère un système vertueux.

Elle cite un exemple documenté en Californie. L’objectif était de reverdir une colline en plantant des arbres irrigués dans une vallée. Les vents dominants allant de la vallée vers la colline, l’évapotranspiration accrue de ces nouveaux arbres s’est dirigée vers la colline avant de s’y condenser et de précipiter. Cela a permis à la végétation de croître sur la colline. Une partie de cette pluie supplémentaire a ruisselé vers la vallée, diminuant ainsi l’irrigation.

Les conditions pour utiliser cette approche de manière méthodique sont :

☁️ la première zone végétalisée est située à côté de flux d’humidité conséquents
🌬️ la seconde zone doit se trouver sous le vent de la première
🌧️ ainsi, les vents dominants se chargent d’humidité dans la première zone et les précipitations augmentent dans la seconde

Nathalie De Noblet, co-auteure du rapport sur l’état des sols du GIEC de 2019, insiste sur le caractère non local de cette action. Un projet déployé dans un lieu donné bénéficie à un territoire plus vaste. Notre projet s’inscrit dans la même démarche : mailler les territoires d’autoroutes de la pluie. L’aménagement du territoire pensé de manière systémique permet d’en améliorer la résilience à plusieurs échelles.

Ces considérations font écho à l’approche décrite dans notre post sur l’amélioration ciblée des précipitations , qui devrait guider la réflexion de tous projets de reforestation, et plus généralement de toute évolution sensible de l’usage des sols.

On le voit, il n’est pas nécessaire de disposer d’un potentiel d’évapotranspiration tel que celui de l’Amazonie pour impacter positivement le climat. Déployer ce type de démarche permettrait d’atténuer la tendance à la désertification du pourtour méditerranéen,. A condition de miser sur des solutions fondées sur la nature plutôt que sur le techno-solutionnisme (voir notre post sur les services rendus par les zones humides littorales et leur coût comparé à celui du dessalement de l’eau de mer [3]).

Le passage sur l’augmentation localisée et volontaire de la pluviométrie est accessible à la 45ème minute de la conférence de Nathalie De Noblet.

Les images illustrant ce post et la vidéo proviennent de l’étude “Induced precipitation recycling (IPR): A proposed concept for increasing precipitation through natural vegetation feedback mechanisms “, publiée en 2016. Cette étude aborde le rôle potentiel des forêts et du couvert végétal comme outil d’adaptation.

Inverser le massacre de la végétation et retrouver rapidement la compétence de la photosynthèse …..!!

Racines …..Un monde invisible mais incontournable !!

Un atlas des systèmes racinaires a été sauvé de l’oubli et mis gratuitement en ligne

Très légères et fragiles, les racines n’en assurent pas moins deux fonctions vitales de la plante : l’ancrage dans le sol et le captage de l’eau et des minéraux qui complètent les sucres produits par la photosynthèse.

Rassemblés dans une collection unique en son genre, les systèmes racinaires de plus de 1 000 plantes peuvent désormais être consultés en ligne. La réapparition de ce recueil exceptionnel témoigne de l’engouement nouveau que suscitent les racines, longtemps méconnues, dans les études agronomiques.

A la découverte de 1002 plantes

À la croisée de l’art et de la botanique, le Wurzelatlas est le fruit d’un travail de recherche et de figuration titanesque. Pendant près de quarante ans, à partir des années 1960, quatre chercheurs autrichiens dirigés par la naturaliste Lore Kutschera (1917-2008) ont excavé et dessiné le système racinaire de 1 002 plantes différentes.

Cultivées ou sauvages, aromatiques ou du genre « mauvaises herbes », poussant dans les prairies, les marécages, les forêts, les sous-bois, de la famille des caryophyllaceae, des chénopodiacées, ou plus simplement de celle des betteraves, ces mille plantes ont été choisies pour leur partie invisible et restituent une à une l’immense et multiforme génie souterrain de la nature.

Sans relâche, même pendant leurs vacances, les quatre botanistes ont soigneusement dégagé et reconstitué, comme des archéologues, les dizaines, parfois centaines de ramifications très fragiles de chaque plante, pour ensuite les coucher à la plume et à l’encre sur le papier.

Allant de l’Acanthosicyos horridus, un melon sauvage qui pousse dans des régions désertiques de Namibie, jusqu’au Zygophyllum xanthoxylon, un petit arbuste succulent de Mongolie, le Wurzelatlas forme ainsi une synthèse des systèmes racinaires des plantes européennes communes, auxquelles ont été adjointes certaines espèces exotiques remarquables.

En plongeant dans l’extrême diversité des racines, ces grandes oubliées de la botanique, les curieux pourront découvrir des systèmes aussi différents que celui de la Carline acaule, un curieux chardon dont la plante ne mesure que quelques centimètres, mais dont les racines s’étendent jusqu’à 1 mètre 20 sous la terre ; ou celui de la ronce des tourbières (Rubus chamaemorus), qui colonise le sol par grosses arborescences horizontales, creusant elles-mêmes à la verticale…

Redécouverte et publication

Les mille fiches de l’atlas des systèmes racinaires ont été redécouvertes en 2006 par Klaas Metselaar, spécialiste de la physique des sols et chercheur à l’université de Wageningen, aux Pays-Bas, alors que tout laissait croire qu’elles allaient tomber dans l’oubli.

« Quand j’ai découvert cet atlas, j’ai eu le souffle coupé, a expliqué le scientifique néerlandais au journal 

Le Monde. 

Les dessins originaux m’ont émerveillé, plus encore quand j’ai réalisé le travail qu’ils ont représenté. »

L’atlas sommeillait dans un institut de botanique à Klagenfurt, une ville de 100 000 habitants au sud de l’Autriche, non loin de la frontière avec la Slovénie. Après la découverte, des écologistes et des physiciens des sols ont trouvé les financements nécessaires à la numérisation de l’ensemble des dessins en haute qualité.

Scannés à Vienne, ceux-ci sont désormais hébergés par le site de l’université de Wageningen. Chacun dispose d’une légende codée par Klaas Metselaar.

 Rubus chamaemorus

Vers une meilleure compréhension des racines

Depuis une dizaine d’années, les systèmes racinaires suscitent un engouement croissant dans les études agronomiques, qui ont multiplié les découvertes.

Très légères et fragiles, les racines n’en assurent pas moins deux fonctions vitales de la plante : l’ancrage dans le sol et le captage de l’eau et des minéraux qui complètent les sucres produits par la photosynthèse. 

Extrêmement plastiques, elles sont aussi capables d’adapter leur croissance en suivant les évolutions de leur environnement. Les quantités d’eau, de nutriments, de bactéries, la présence de plantes concurrentes, la nature du sol et des roches, dure ou poreuse, sont autant d’éléments qui influeront sur l’architecture des racines.

Un stress hydrique, par exemple, entraînera souvent un développement plus important des racines à la verticale et une réduction des élans latéraux.

Autre réaction naturelle : en 2017, une équipe de chercheurs du CEA, du CNRS et du Leibniz Institute of Plant Biochemistry (Allemagne) ont découvert qu’une carence en phosphate dans le sol inhibe le développement de la racine principale des plantes, tout en stimulant celui de leurs racines latérales.

Ce mécanisme permet aux végétaux d’explorer davantage les couches superficielles du sol, là où se concentre le phosphate, l’un des trois éléments, avec l’azote et le potassium, indispensables à leur croissance. Une telle découverte pourrait aider les agronomes à sélectionner des plantes adaptées à des sols pauvres en phosphate, afin de limiter les épandages d’engrais de synthèse.

Ainsi, dans un environnement riche en azote, potassium et phosphore, les plantes développent peu leurs racines, tandis que dans un environnement pauvre, elles ont tendance à les étendre. Dans un environnement non uniforme, enfin, les végétaux sont capables de percevoir les disparités en nutriments et de projeter une distribution racinaire inégale, c’est-à-dire ciblée, intelligente.

Source

Une coopération naturelle

Mais comment se comportent les systèmes racinaires quand ils sont confrontés à la concurrence d’autres plantes convoitant les mêmes ressources ? C’est la question à laquelle ont essayé de répondre des scientifiques de plusieurs institutions américaines, brésiliennes et espagnoles dans une étude qui a fait la une du magazine Science en décembre 2020.

Menés par Ciro Cabal, de l’université de Princeton aux États-Unis, les chercheurs ont révélé que plus les plantes sont proches, plus elles évitent de confronter ou de superposer leur système racinaire avec celui de leurs voisines : face à la concurrence, elles vont concentrer leurs racines autour de la tige, mais créer un réseau plus dense que si elles étaient seules.

Selon les auteurs de l’étude, cette « ségrégation opportuniste » repose sur le coût que représente le développement d’une racine en fonction de la distance qui la sépare de la tige. Cela veut dire que les plantes ne vont pas étendre leurs réseaux sous-terrains si ceux-ci ne rapportent pas un minimum de nutriments, qui compenseront l’énergie dépensée.

Il en résulte une forme de coopération entre les végétaux concurrents, une coopération naturelle si l’on peut dire, car elle s’effectue sans communication directe, à priori.

 Camille Brodard

Racines et champignons, l’alliance à l’origine de la vie

Il y a 450 à 500 millions d’années de cela, les premières plantes ayant colonisé l’espace terrestre n’avaient pas de systèmes racinaires, mais des sortes de tiges rampantes qui croissaient en surface, à même le sol.

Dès leur apparition, ces racines « émergées » ont accueilli des champignons dits « mycorhiziens », qui les ont aidées à capter les nutriments ou l’eau et ont accompagné leur conquête progressive des sous-sols.

Aujourd’hui, maillons essentiels du vivant, les mycorhiziens sont présents sur les racines de 90 à 95 % des espèces végétales. Comme l’écrit Florence Rosier, journaliste au Monde qui a consacré un long article sur ce sujet à la fin du mois de mai dernier :

« les filaments fongiques pénètrent dans la racine. Dans le cas des arbres, ils se faufilent entre les cellules des racines. Dans le cas des autres plantes, ils vont jusqu’à pénétrer dans ces cellules. »

De cette alliance, les végétaux et les champignons tirent un bénéfice propre. En accomplissant la photosynthèse, la plante expédie vers ses racines des sucres, dont une bonne partie est captée par les champignons.

En échange de cette précieuse alimentation, ceux-ci absorbent des minéraux et les restituent à la plante, ou s’insinuent « dans de minuscules anfractuosités pour y puiser de l’eau », également partagée, ou encore engendrent « des enzymes qui dégradent les produits organiques du sol », fournissant une nouvelle source de nutriments pour la plante.

Bref, les bénéfices de cette alliance aussi ancienne que la végétation sont inestimables. Sa compréhension montre que le système racinaire des plantes, qui constitue un tiers de la biomasse terrestre, ne pourrait exister sans son association intrinsèque avec les champignons, dont on ramasse parfois les organes sexuels, sans se douter de leur importance…

https://images.wur.nl/digital/collection/coll13/search?fbclid=PAAabZL2JwRFe3SdATLAnUULlaaA6C0QZI3VA7XvK2I9tECWV_krOqT2p0tXM

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Carbone ou pas Carbone …..soyons plutôt global et sérieux ….!!

Les défenseurs du climat souffrent d’une vision tunnel !

Au sein d’une partie de la communauté scientifique, des climatologues et des activistes de l’environnement, une nouvelle inquiétude grandit. Plusieurs d’entre eux alertent sur un mal bien trop répandu chez la plupart de ceux qui défendent le climat et tentent de lutter contre le réchauffement climatique : la carbon tunnel vision ! Il s’agit d’une tendance généralisée à se concentrer uniquement sur la réduction des gaz à effet de serre, en particulier du dioxyde de carbone, en omettant complètement le fait qu’œuvrer pour le climat ne dépend pas que d’un seul facteur. 


AU SOMMAIRE


La carbon tunnel vision est un terme défini par le Dr Jan Konietzko, professeur en économie circulaire et durable et régénération à l’Université de Maastricht aux Pays-Bas. Les défenseurs du climat n’ont bien souvent qu’un seul paramètre dans leurs préoccupations, et occultent le reste des causes, et donc des solutions. Ce sont au total une vingtaine de causes et d’axes de travail qui doivent être prises en compte dans la lutte contre le réchauffement climatique.

Préserver et restaurer le monde vivant est une nécessité pour lutter contre le réchauffement climatique

Comme toutes les catastrophes majeures, la crise climatique n’est pas liée qu’à une seule cause, mais à une multitude de facteurs. Avouons-le, certains sont « tendance » et font régulièrement la Une des actualités, alors que d’autres n’intéressent personne ou presque. Il est de bon ton d’œuvrer pour la limitation des gaz à effet de serre liée au secteur des transports, le principal émetteur dans le monde, ou encore d’inciter les entreprises à faire des efforts sur leurs émissions de carbone. Mais le système climatique dépend aussi de la nature qui nous entoure : l’importance de la biodiversité commence à peine à faire surface dans les consciences, comme dans les médias, et est encore bien loin de concerner les politiques.

“L’importance de la biodiversité commence à peine à faire surface dans les consciences, comme dans les médias, et est encore bien loin de concerner les politiques”

La faune et la flore ont bien sûr le droit d’exister pour elles-mêmes, mais le monde vivant est indissociable de la lutte contre le changement climatique. Il est impensable de vouloir réduire les émissions de gaz à effet de serre responsables du réchauffement climatique sans faire de la protection de la biodiversité une priorité. Le végétal (arbres, prairies, parmi lesquelles les tristement nommées « mauvaises herbes ») permet de séquestrer le dioxyde de carbone dans le sol. Mais pour espérer avoir une végétation et un sol en bonne santé, il faut préserver la faune : insectes pollinisateurs bien-sûr, oiseaux, mais aussi mammifères, permettent, par leurs actions, de favoriser le développement des plantes. Voilà pourquoi des organismes comme l’ONU militent pour le développement massif des solutions fondées sur la nature, qui permettent de limiter le réchauffement climatique et d’atténuer l’impact des catastrophes météo.

LA PROTECTION DU MONDE ANIMAL ET VÉGÉTAL DEVRAIT ÊTRE UNE PRIORITÉ DANS LA LUTTE CONTRE LE RÉCHAUFFEMENT CLIMATIQUE. © AZ STUDIO, ADOBE STOCK

La déforestation a fait beaucoup parler d’elle il y a quelques dizaines d’années, mais a dorénavant été relayée au second plan, si ce n’est plus. Or, l’impact des forêts sur les conditions météo et l’évolution climatique est sans cesse revu à la hausse à chaque nouvelle étude sur le sujet : la déforestation peut détraquer le climat sur des milliers de kilomètres car il est désormais prouvé que les forêts provoquent les précipitations. Selon l’Université des Pays-Bas, un tiers de l’eau qui tombe sur la forêt amazonienne provient de la transpiration des arbres. Et cette pluie circule dans l’atmosphère, en Argentine, dans les Caraïbes et jusqu’au Midwest des États-Unis : la déforestation de la forêt amazonienne aggrave donc le risque de sécheresse aussi loin que dans le centre des États-Unis !

LA DÉFORESTATION A UN IMPACT MAJEUR SUR LE CLIMAT ET DEVRAIT ÊTRE AU CENTRE DES PRÉOCCUPATIONS ET DES GRANDES MESURES. © RICHARD CAREY, ADOBE STOCK

Urbanisation, consommation, économie, population et pollution sont aussi à prendre en compte

La disparition de la biodiversité est clairement une cause majeure qui demande un renouvellement total de la vision que l’Homme a de la nature : une alliée pour sa survie, et non pas une ressource à piller et écraser. Mais d’autres facteurs sont trop souvent omis : l’urbanisation grandissante et l’artificialisation des sols, la surconsommation des pays les plus développés en matière de textiles, de nourriture, ou d’électronique, l’expansion de la population humaine (en nombre, comme en étalement sur l’ensemble des territoires de Planète), les inégalités et la pauvreté de certains pays du monde qui contraint les habitants à des pratiques destructrices envers l’environnement, mais aussi la pollution des sols par des produits toxiques, la pollution de l’eau, la pollution de l’air ou encore les zoonoses qui fragilisent le monde vivant.     

Le problème du réchauffement climatique est immense, et ne peut être réglé qu’avec une solution : réduire les émissions de dioxyde de carbone issus des activités humaines est une évidence, mais ce n’est qu’une partie d’un défi bien plus global.

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