Nous aurons le plaisir de vous accueillir sur Terres INNOVATION, la plateforme qui mettra en avant les innovations et des solutions agricoles pour accompagner toutes les Agricultures (grandes cultures, élevage, arboriculture, légumes, viticulture etc.) dans la transition agroécologique, la préservation des Biens communs au service de la performance des exploitations agricoles et de la pérennité des filières présentes sur le territoire.
Le Centre National d’Agroécologie (CNA) est un projet porté par des acteurs de l’agroécologie qui y fédèrent leurs compétences et expertises : diffusion et échanges de savoirs, formation et accompagnement technique, outils d’évaluation et de mesure pour concevoir et piloter les systèmes agroécologiques. La raison d’être du CNA est de faire émerger des innovations basées sur les principes de l’agroécologie, au service de l’agriculture et des agriculteurs, pour aider à l’évolution et à la diffusion de leurs pratiques.
Produire durablement une nourriture de qualité
Sécuriser le revenu des agriculteurs
Couvrir et nourrir le sol pour protéger l’environnement
Atténuer le changement climatique
Stopper le gâchis d’énergie et ressources
Produire de la biodiversité
Limiter les pollutions systémiques
Créer du sens et de la solidarité
Copier la nature Toujours couvert/jamais travaillé
Recherche et formation …..sont des bases solides pour l’avenir
Produire et redonner du pouvoir aux agriculteurs ? C’est le pari de Lucien Séguy, « agronome », mais surtout « paysan ». Lucien Séguy dédiera sa vie à la fertilité et au « génie végétale ». Sans dogmatisme, il associera la plus grande diversité biologique possible et les techniques agro-industrielles de pointes, créant lui-même plusieurs variétés de semences de riz à haut-rendements.
Les militants de Solidarité & Progrès ont dénoncé une politique de la famine depuis la fin des accords de Bretton Woods (1971) et la publication du rapport « Halte à la croissance » (1972). Depuis lors, la dérégulation met tous les agriculteurs en compétition, accroissant les inégalités ; et l’idéologie décroissante des institutions financières s’oppose à l’équipement de l’agriculture, même là où elle est la seule ressource.
Est-il encore possible (écologiquement ? ) d’augmenter la productivité agricole ? Dans ce dossier, nous vous proposons de suivre le chercheur Lucien Séguy, à la découverte d’un monde longtemps passé inaperçu, celui des sols vivants. Nous verrons comment l’alliance des sols et des agriculteurs peut vaincre la pauvreté et la faim.
Biographie : Une vie au service de la science ; la science au service des paysans
Lucien Séguy en mission d’appui au Maroc. Source : Fert
Né en 1944 dans une famille paysanne de Dordogne, il est le seul de sa fratrie à poursuivre des études supérieures. Diplômé de l’Ecole Nationale Supérieur d’Agronomie de Toulouse, il se spécialise dans la science des sols (pédologie), puis part en service civique au Sénégal en 1967, développer la riziculture paysanne dans la région de la Casamance. Le Centre de coopération internationale en recherche en agronomique pour le développement (Cirad) lui confie sa première affectation professionnelle au Cameroun. Il y met en évidence l’importance de la gestion du sol pour lutter contre la pyriculariose, un champignon qui détruit les feuilles du riz.
1977 : repéré pour ses travaux sur les cultures de riz, il est appelé au Brésil. Débute sa véritable aventure scientifique. Il y travaillera jusqu’à sa retraite en 2009. En parallèle, il lance des missions d’appui aux paysans dans une dizaine de pays, dont Madagascar, la Côte d’Ivoire, le Gabon, le Cameroun, le Sénégal, la Tunisie, le Viêtnam, le Laos, le Cambodge, le Canada, la France métropolitaine et d’outre-mer, jusque dans les mois qui précèdent son décès en avril 2020.
Le texte qui suit est adapté librement du rapport de Lucien Séguy, son ami Serge Bouzinac, et leurs collègues de la recherche brésilienne : « La symphonie inachevée du Semis Direct dans le Brésil central », rédigé en 2008 pour le Cirad et l’Embrapa (la Société Brésilienne de Recherche Agricole).
Les effets spectaculaires de l’érosion en Europe. Source : agriculture-de-conservation.com / C. Henricot
Lorsque Lucien Séguy arrive au Brésil, il rencontre des paysans ruinés par la dégradation du sol. En cause, le labour.
Le labour est pourtant une méthode qui a fait ses preuves en agriculture. Depuis sa découverte dans le croissant fertile, il y a 10 000 ans, plusieurs civilisations agraires y ont eu recours, de la Mésopotamie à l’Europe et l’Asie. Le labour a permis à des centaines de générations de se nourrir, jusqu’à nous.
Il empêche l’installation des mauvaises herbes et des maladies du sol. Mais exige d’énormes quantités de labeur des paysans. Avec un risque de désertification, particulièrement rapide sous les tropiques.
En climat tropical, les sols ont un aspect minéral, comme la terre de remblai peu fertile de nos terrains vagues. Seuls les cinq premiers centimètres de surface sont noirs et fertiles, comme le terreau ou le compost.
Cette mince couche ne peut s’épaissir, car l’humidité et la température tropicale accélèrent tous les processus du vivant : la croissance des plantes cultivées, comme la décomposition de la matière morte au sol. La « matière organique », noire et fertile, est donc fragile sous ces latitudes.
Dans ce contexte, la technique du labour, qui apporte beaucoup d’oxygène au sol, accélère la décomposition de la matière organique, par les microorganismes du sol. C’est « l’érosion invisible ». De plus, mis à nu et cassé en mottes, le sol est emporté dans les fleuves par les puissantes pluies tropicales. C’est « l’érosion visible ».
En forêt, rien ne se perd !
Tout comme Louis Pasteur, Lucien Séguy a passé une partie de sa jeunesse à peindre, exerçant et développant ses talents d’observateur. En grand scientifique, il interroge sans cesse la nature : « Mon maître, mon juge, mon centre d’inspiration principal, c’est la nature, sous sa complexité la plus grande. Vous avez une question à poser ? Posez-la à la nature. Et elle vous répondra ! Il faut simplement faire quelques manip’ pour qu’elle vous réponde. Et le faire de manière scientifique pour comprendre pourquoi cette réponse ; ce qu’elle veut dire exactement. »
Le but de Séguy est d’inventer une agriculture inspirée de la fertilité naturelle des forêts. Il fonde les principes de cette nouvelle agriculture sur quelques observations.
Lucien Séguy note le rôle essentiel de la « matière morte » dans la fertilité des forêts tropicales. Les « éléments fertilisants » qui s’enfonceraient dans le « sol minéral » pouvant malgré tout être recyclés par les racines profondes.
– Une première observation : Le sol forestier n’a pas besoin d’être labouré pour être meuble. Les organismes du sol forestier et les racines des plantes brassent la matière et produisent la porosité nécessaire à la présence raisonnable d’oxygène et d’eau dans le sol forestier.
1er principe : Lucien Séguy propose donc de semer directement les graines dans le sol, sans labour. L’idée n’est pas nouvelle. Ce semis dit « direct » avait permis aux civilisations précolombiennes de prospérer. La méthode en fut oublié, avec leur effondrement. Cette technique est redécouverte aux Etats-Unis dans les années 60, pour parer aux tempêtes de sable ; suite au « Dust Bowl » des années 30, lors de la grande dépression, qui a profondément meurtri le pays, comme l’illustre le film Les raisins de la colère.
C’est le glyphosate, bêtement diabolisé par des écologistes radicaux, qui a permis aux Etats-Unis d’abandonner le labour, donc d’éviter le désert… Le glyphosate agit en bloquant la photosynthèse des mauvaises herbes, rendant caduc l’archaïque labour. À ce titre, Lucien Séguy propose avec humour que soit décerné « le prix Nobel de la paix à Monsanto, pour sa contribution à la préservation des sols ».
Mais – attention – Lucien Séguy est lucide quant au risque de destruction de l’agriculture par les biotechnologies, quand elles sont développées dans un but mercantile. Au sujet de l’herbicide de Monsanto et des OGM, il nous dit : « la productivité n’a pas augmenté depuis leur adoption massive [alors] que les doses d’herbicide sont plutôt en croissance pour contrôler les [plantes] devenues résistantes au glyphosate. » Avoir recours à de plus grands volumes, inutilement… le contraire de l’écologie !
En Semis Direct, le sol n’est pas retourné : à l’avant du tracteur, un « rolofaca » ou « rouleau hacheur » couche le couvert végétal au sol ; à l’arrière, le semoir sème directement les graines sous cette litière. Source : paysan-breton.fr / Toma Swan
– Lucien Séguy fait une deuxième observation : Les sols forestiers sont couverts en permanence d’une litière végétale. Sous cette litière, les premiers centimètres du sol sont le siège de la fertilité de la forêt tropicale. En profondeur, les éléments nutritifs se font beaucoup plus rares !
2nd principe : Pour avoir un sol aéré, riche en nutriments et protégé contre les pluies diluviennes, Lucien Séguy comprend qu’il doit restituer une partie de la culture au sol. L’enjeu est notamment de nourrir les vers de terre et leur cortège d’êtres vivants. Il choisit de recourir à de « puissantes biomasses » pour couvrir le sol et le régénérer en matière organique, qui confère sa fertilité au sol.
Semis direct dans un couvert de sorgho en Europe. La densité et la vigueur du sorgho en font une excellente « plante géante » de couverture, pour contenir les autres plantes et nourrir le sol. Source : agriculture-de-conservation / Cécile Waligora.
– Une ultime observation permet à cet « ingénieur du végétal » d’identifier la complémentarité des plantes dans les systèmes forestiers : toutes ne prospectent pas l’eau aux mêmes profondeurs ; et certaines plantes peuvent arracher des éléments minéraux au sol, pour les mettre à disposition des plantes de la culture suivante.
3ème principe : Lucien Séguy commence donc un travail qui est au cœur de ce qu’il nomme sa « symphonie inachevée » : Il recherche les meilleures successions et associations végétales, permettant de réduire les dépendances aux fertilisants et aux pesticides, et de maximiser les revenus des agriculteurs.
En rupture avec la monoculture, il propose : « L’incorporation de biomasses de couverture encore plus puissantes et plus diversifiées pour que les couverts végétaux des SCV gagnent en multifonctionnalité gratuite. »
Entre deux cultures commerciales, des couverts végétaux sont semés pour réorienter la biologie, la chimie et la structure du sol. Ici, un mélange de tournesol, phacélie et pois. Source : Ver de terre production
Lucien Séguy appelle sa méthode : « Semis sous Couvert Végétal » (SCV).
Avec son binôme Serge Bouzinac et ses partenaires de la recherche et développement brésiliens, Séguy met en place une méthodologie de « recherche-action » sur « système de cultures pérennes » : le chercheur fait ses essais avec, pour et chez les agriculteurs, sur plusieurs années, pour adapter ses travaux aux contraintes de la production.
Pour ces travaux, Lucien Séguy est nommé docteur « Honoris causa » de l’université de Ponta Grossa, une des meilleures universités agricoles du monde, et “Grand Citoyen” par l’Assemblée Législative de l’Etat du Mato Grosso. Mais le paysan-chercheur tient à rendre hommage aux efforts des agriculteurs brésiliens et des acteurs institutionnels :
« Le Brésil a montré au monde sa capacité à développer en moins de 30 ans une agriculture de conservation que le monde entier admire et lui envie, même si elle est largement encore perfectible comme l’ont démontré nos travaux sur les innovations SCV inspirées du fonctionnement de l’écosystème forestier. »
Ajoutons que, bien que fortement mécanisés, les agricultures du Brésil, de l’Argentine et des Etats-Unis restent peu productives, car peu irriguées : dans la région du Mato Grosso entre 2001 et 2007, les rendements par hectare sont en moyenne : de 3,5 tonnes pour le coton, 2,9 tonnes pour le soja et 3,4 tonnes pour le maïs. En France, le blé produit 7 tonnes par hectare et le maïs 9 tonnes. Un ami et disciple de Lucien Séguy, Christian Abadie, produit même 14 tonnes de maïs dans le sud-ouest de la France !
Pourquoi les agriculteurs des Etats-Unis, de l’Argentine et du Brésil acceptent-ils de produire si peu par hectare ? La réponse est en partie économique.
Regardons plutôt, pour le moment, les résultats de la méthode du « Semis sous Couvert Végétal » de Lucien Séguy.
Bilan des « Semis sous Couvert Végétal »
Amélioration du statut social des paysans, accomplissements économiques et environnementaux divers ; les résultats présentés ci-dessous sont non exhaustifs, mais sont l’occasion d’illustrer les problématiques de l’agriculture.
Résultats du groupe agro-industrielMAEDA : Augmentation de la productivité du soja de 25%, et du coton de 45%. Soit une productivité respectable de près de 4 tonnes de soja par hectare et 5 tonnes de coton. Passage à 3 cultures sur 2 ans au lieu de 2. Les marges ont été multipliées par 3. Le nombre de machines agricoles a été réduit de moitié. Le nombre de prestataires de services a chuté de 71%. Et la consommation de carburant a diminué de 70%. Produire plus avec moins !
Des engrais renouvelables : Le manque d’azote et de phosphore dans le sol est ce qui limite le plus la productivité des champs. L’azote constitue 78% de l’air que nous respirons. Il est obtenu industriellement par la réaction du gaz naturel avec l’air. Quant au phosphore, il est aujourd’hui extrait des carrières de « guano », sites de déjections des oiseaux marins, ressource peu renouvelable.
A titre d’exemple, Lucien Séguy introduit la plante sauvage Stylosanthes, pour sa capacité à fixer l’azote atmosphérique et à mobiliser le phosphore du sol. Cet exploit naturel est dû à des symbioses racinaires, avec des bactéries pour l’azote, et avec des champignons pour le phosphore.
En plus de la Stylosanthes, il choisit la Brachiaria, pour ses racines profondes qui récupèrent les nutriments perdus, de même que pour la densité de son couvert au sol et pour sa forte productivité. Lucien Séguy sème ces deux plantes entre les pieds du maïs qui précède la culture de soja. Il en tire une hausse de productivité pour le maïs et le soja, et s’en sert comme fourrage pour l’élevage.
Une réduction des dégâts : Sur soja, cette fertilité organique permet de réduire le nombre de traitements fongicides des 2/3, voire totalement, et d’obtenir des grains de 1 à 3% plus riches en protéines.
Sur coton, en réduisant de 30 à 50% les apports chimiques d’azote et de potassium, en simple complément de la fertilité naturelle du sol, les dégâts liés au ravageur sont nettement plus faibles. Les passages de pesticides peuvent alors être réduits d’1/3.
Une auto-épuration naturelle : Le sol vivant est un « biodigesteur » des résidus végétaux, mais aussi des pesticides, qu’il réduit en molécules de plus en plus simples. Plus il y a de matière végétale au sol, plus les pesticides restent piégés longtemps dans ce biodigesteur, et donc meilleure est la destruction de ces polluants.
En culture de coton, qui exige souvent de nombreux traitements chimiques, les Semis sous Couvert Végétal (SCV) permettent de réduire le volume d’insecticides de près d’un tiers et le nombre de molécules différentes de 18 à 5. Le volume de fongicides (contre les champignons) est réduit de moitié. La fonction auto-épuratrice des sols vivants permet de réduire sous le seuil de détection l’ensemble des 150 molécules et sous-produits polluants recherchés.
Une valorisation du territoire : Vous voulez sauver la forêt amazonienne ? 1/5ème des surfaces déboisées de l’Amazonie sont à l’abandon, car dégradés par le travail du sol. Les SCV peuvent régénérer ces 16,5 millions d’hectares :
« Les SCV les plus puissants permettent, en 3 à 5 ans, de retrouver les teneurs en matière organique et les caractéristiques de distribution des tailles d’agrégats des sols originels sous forêt. »
Autres sols valorisables : les savanes arbustives du Brésil, appelées Cerrados, réputés incultes. Ces terres, qui rappellent nos garrigues méditerranéennes, offrent plus de 50 millions d’hectares faciles à cultiver en SCV.
Avec la régénération des sols forestiers détruits et la valorisation des sols de savane incultes, Lucien Séguy se réjouit que le Brésil puisse doubler ses surfaces de production sans détruire la forêt amazonienne !
Le bocage Normand. Les haies et les arbres créent un microclimat à l’échelle des parcelles. Auteur : Bournagain.
Enfin, l’eau étant un élément essentiel à la vie, Lucien Séguy recommande de maintenir un maillage continu de végétation native de 20 à 50 mètres autour des parcelles, plutôt que des îlots forestiers. Cette « forme géométrique du défrichement » permet d’éviter l’ « effet de poêle surchauffée qui engendre des courants ascendants d’air chaud qui rejettent les pluies vers les forêts galeries à la périphérie ».
Une symphonie “inachevée”
Comme expliqué précédemment, les agricultures de hautes technologies du Brésil, de l’Argentine et des Etats-Unis pourraient assez facilement produire 1 tonne de plus par hectare. Lucien Séguy déplore le manque de formation technique et pointe aussi des raisons économiques.
À l’image des agriculteurs des Etats-Unis, les agriculteurs du Brésil ont adopté le non-labour, poussés par l’érosion des sols et par les prix très bas payés aux productions agricoles. Le non-labour leur permet de réduire leurs dépenses en matériel et essence, et apporte de la durabilité à leurs exploitations.
Au Brésil Central, où 95% des agriculteurs pratiquent le Semis Direct (1er principe : non-labour), le Semis sous Couvert Végétal (2ème & 3ème principes : une végétation puissante et diversifiée) n’est en réalité pratiqué que sur 30% des champs de soja et 15% des champs de maïs.
Ainsi, depuis les années 2000, étant insuffisamment régénérés, les sols du Brésil Central se compactent et un travail superficiel du sol redevient nécessaire. La méthode alors utilisée est le « discage » des 5 premiers centimètres, ce qui constitue une régression vers le labour et la chimie, des surcoûts et une perte de durabilité.
C’est que produire les couverts à aussi un coût ! Les systèmes de SCV nécessitent des investissements de 11% à 29% supérieurs aux simples systèmes sans labour. Hélas, en plus des aléas naturels, le libéralisme rend les prix payés aux producteurs extrêmement fluctuants et généralement plutôt bas. Ainsi, il est probable que les lendemains incertains découragent l’épargne dans le sol.
La formation professionnelle et des marchés organisés apparaissent comme les deux leviers pour qui veut bâtir une politique du sol vivant.
A la frontière des travaux de Séguy, plusieurs disciplines peuvent être convoquées :
Une myriade de naturalistes (dont les spécialisations sont en proportion de la créativité de la Nature) et d’écologues (spécialisés, eux, dans l’étude des interactions naturels) : mobilisés auprès des agronomes (à recruter également !) pour rechercher de nouvelles plantes de couvertures et de nouvelles stratégies d’assemblage du vivant.
Encore une question de moyen ! L’étude des systèmes naturels nécessite des moyens logistiques que l’approche statistique et la modélisation informatique, généralement privilégiées aujourd’hui en écologie scientifique car moins onéreuses, ne devrait qu’appuyer !
Comme pour les plantes que nous mangeons et qui ont été sélectionnées pour être productives, les sélectionneurs peuvent améliorer les caractéristiques des plantes de couverture : Le sorgho blanc sans tanins à haute teneur en protéines, pour farines, bière, papier et amylose ; le sésame qui contient de 50 à 55% d’huile de qualité supérieure, pour les cosmétiques et l’aviation ; le sarrasin, pour les farines sans gluten, …
L’acclimatation de nouvelles plantes de cultures est aussi un moyen d’améliorer la santé du sol. Par exemple, l’intégration du riz pluvial dans les rotations avec les cultures de soja et coton permettrait de lutter contre les maladies à champignon. Pour rendre cette culture de riz pluvial attractive, le défi est actuellement de mettre au point des variétés à hauts rendements.
Quant aux biologistes et aux généticiens, leurs connaissances à l’échelle cellulaire et moléculaire est une aubaine pour l’étude du sol vivant :
Le séquençage génomique, d’abord, pour l’étude de la diversité microbienne. Champignons et bactéries cachent d’innombrables possibilités de symbioses et d’effets antibiotiques naturels. Il s’agit de tirer parti du haut potentiel des sols vivants !
La recherche dans les OGM aussi, à condition d’être au service de l’agronomie, seule discipline globale des champs : « Les SCV offrent une biodiversité fonctionnelle très efficace […] dans un tel contexte, les OGM pourraient être des auxiliaires précieux, légitimes et incontestablement valorisés pour seulement compléter les services écosystémiques majeurs des SCV. »
Nourrir les BRICS
Lucien Séguy, qui dénonce volontiers le conservatisme français, ne s’étend pas sur la politique du Brésil. Tentons, par nous-même, de comprendre cette très jeune puissance agricole :
L’Embrapa, entreprise d’Etat, a acclimaté le blé, le soja, le maïs et le coton, aux sols et aux climats brésiliens. Son existence depuis 1972 inscrit le Brésil dans une démarche scientifique à long terme et ouvre la possibilité de transferts de compétences avec l’Afrique.
Tracés envisagés du chemin de fer “bi-océanique”.
Bien que le Brésil ait su défendre ses intérêts agricoles devant l’Organisation Mondiale du Commerce, le pays tente dès 2003 de remettre en cause les règles arbitraires imposées par les institutions dévoyées de Bretton Woods. En 2014, au sommet de Fortaleza, est lancée la Nouvelle Banque de Développement des BRICS (Brésil, Russie, Inde, Chine et Afrique du Sud).
Il s’agit pour les pays émergents de réduire leurs coûts de production, non par le dumping, mais par l’apport technologique et l’aménagement du territoire. Cette politique est aussi connue sous le nom de « Nouvelles Routes de la Soie ». Un exemple de coopération agricole entre la Chine et le Brésil : la construction de la voie ferrée bi-océanique, traversant l’Amérique latine d’Est en Ouest. Projet gagnant/gagnant, puisqu’il désenclave l’Amazonie et évite le passage par le canal de Panama pour fournir la Chine en denrées agricoles.
En France, les réseaux de Lucien Séguy ont débuté 30 ans après le bio, mais 15% des surfaces agricoles françaises sont déjà cultivées en Semis-direct, soit le double de l’agriculture biologique. En dehors des radars de la plupart des médias.
Bien sûr, le bio nourrit aussi les gens et doit être soutenu à ce titre. Notons seulement ses limites pour mieux nous détacher de l’agribashing : Une productivité moindre et un sol moins riche en vie.
Apprécions aussi les vrais mérites du bio : une production fraîche, car locale, et des circuits-courts, pour que la valeur aille aux producteurs.
Lucien Séguy entouré de Français passionnés. Source : festival Paysage in Marciac, 2018.
Les réseaux français de Lucien Séguy tentent toutes les dénominations pour se faire connaître du public : agriculture de conservation, agriculture de régénération, agriculture sur sol vivant. Et le ver de terre comme symbole de la méthode.
Ces agriculteurs sont présents dans tous les syndicats. Et la Coordination Rurale, second syndicat agricole de France, entre la FNSEA et la Confédération Paysanne, organise depuis 25 ans des festivals de non-labour.
Un ministre, le socialiste Stéphane Le Foll, a rencontré les leaders de ces mouvements en France, mais son cabinet n’a rien trouvé de mieux à leur proposer qu’une tribune à la COP21. Car la priorité du ministère est d’atteindre la neutralité carbone de notre agriculture, d’ici à 2050. Notre article « Ces milliardaires « écolos » qui veulent nous affamer » dénonce cette politique agricole malthusienne.
Une rencontre fortuite nous avait d’ailleurs permis d’interroger le ministre sur la détresse des agriculteurs et les prix trop bas. Nous lui demandions de mettre en place une limitation des importations et un stockage des surplus pour hausser les prix. Réponse du ministre : « Nous ne sommes pas communistes ! » Ce fut l’occasion pour nous d’évoquer la méthode des trente glorieuses : « Monsieur le ministre, De Gaulle non plus ; pourtant, c’était sa politique ».
Stéphane Le Foll a tout de même soutenu la création de « ver de terre production ». Cette chaîne de diffusion de contenus sur Youtube est animée par des agriculteurs. Mais les médias traditionnels restent en roue libre… et le public avec eux. Le pays a-t-il besoin d’une chaîne de télévision publique, qui soit dirigée par les instituts scientifiques ?
Parmi les mesures pour encourager l’agriculture sur sol vivant, rappelons l’importance d’autoriser le glyphosate pour maîtriser les couverts végétaux.
Enfin, l’hexagone gagnerait beaucoup à mettre en place une taxe sur les importations de soja. Elle inciterait le retour de la production de légumineuses en France, comme durant l’année 1973 (lorsque les Américains ont organisé un embargo du soja contre l’Europe).
Qu’est-ce qu’une légumineuse ? Une légumineuse est une plante qui, comme le pois, la lentille ou le soja, est capable de fixer l’azote présent dans l’air. Elles permettent de fertiliser un champ pour la culture suivante. Les légumineuses servent à diversifier les cultures pour limiter l’installation de maladies du sol. Et leurs graines, riches en protéines, augmentent l’autonomie de l’élevage. Cette taxe est donc une mesure de « protectionnisme éducateur », dans la tradition de l’économiste Friedrich List.
Le Brésil a prouvé qu’il est capable d’entendre cet argument, à condition que son droit au développement soit pris en compte. Retrouvons l’état d’esprit des coopérants, comme Lucien Séguy.
Antoine Beils, mai 2021
Annexe I : De l’importance de la productivité « physique » pour nourrir le monde
L’économiste et homme politique américain Lyndon Larouche a montré la relation entre d’une part, la productivité par travailleur, unité de surface et volume de matières utilisées (les 3 paramètres de la productivité physique) contraints par les handicaps naturels d’un territoire ; et d’autre part, le potentiel démographique de ce même territoire. Dit autrement : Le nombre d’humains que la Terre peut porter n’est pas déterminé par les ressources naturelles, mais par l’efficacité de leur utilisation.
Examinons la productivité physique de l’agriculture.
L’agriculture raisonnée, l’agriculture de précision et l’agroécologie permettent toutes trois de produire autant, avec de moindres volumes de produits chimiques. Ce qui n’est pas forcément le cas du bio, qui a globalement recours à de grands volumes de pesticides « naturels ».
Même constat, avec la faible production du bio par hectare et par travailleur ; bien que l’émergence de pratiques agroécologiques (lorsqu’elles sont compatibles avec le cahier des charges du bio) permettent quelques améliorations.
L’Organisation des Nations Unies (ONU) et sa branche pour l’Alimentation et l’Agriculture (FAO) soutiennent cette productivité physique. Elles parlent d’ailleurs d‘ « agriculture écologiquement intensive » ; mais sans moyens financiers à long terme pour promouvoir les semences à hauts rendements, la mécanisation et les autres moyens logistiques du stockage, du transport et de la chaîne du froid. D’ailleurs, le Programme Alimentaire Mondial des Nations Unies cherche encore 5,5 milliards de dollars, pour l’aide alimentaire d’urgence en 2021.
L’écologie, c’est quand les gros mangent les petits ?
Mais si les prix tombent trop, les agriculteurs renoncent à lutter contre les maladies. Au risque de perdre la production…
C’est aussi le risque pris par le bio, qui, en renonçant à la chimie de synthèse, produit globalement un tiers moins de nourriture que l’agriculture conventionnelle à l’hectare, mais est mieux valorisé commercialement.
La page du productivisme, tant décrié encore, a donc été tournée de force ; bien que les extrémistes verts ne s’en satisfassent pas et exigent l’abandon total des équipements motorisés et de la chimie.
Et le pouvoir de nourrir change de main :
1/ Dépossession des agriculteurs. Puisqu’il faut acquérir du foncier, il faut s’endetter au-delà de ce qui est remboursable. Un problème pour la transmission aux jeunes, mais pas un problème pour le rachat par des fonds financiers.
2/ Concentration de l’agro-industrie. À l’image des abattoirs géants, qui imposent leurs conditions commerciales aux éleveurs.
Annexe II : Puit de carbone & pompe à fric
En climat tropical, le Semis Direct sous puissante biomasse permet de produire de 23 à 32 tonnes de matière sèche, aérienne et racinaire, par hectare. Or, cette matière sèche est faite pour moitié de carbone. Si l’intégralité de cette biomasse est restituée au sol, alors 900 kilos à 2 tonnes de carbone sont séquestrés dans ce sol chaque année, et jusqu’à une dizaine d’années de suite.
Comme développé dans le dossier « Le New Deal vert : sortir du piège de la finance verte », la finance verte tente de mettre les États sous tutelle au nom du climat. Pour l’agriculture, aussi, accepter l’agenda “zéro carbone” est dangereux, car cet agenda mène à l’abandon des énergies fossiles, de la fertilisation azotée et de l’élevage, pourtant nécessaires pour nourrir correctement 9 milliards d’êtres humains en 2050.
Annexe III : Une plongée dans le sol vivant
Voir la vidéo : « Lucien Séguy, semis direct sur 20 millions d’hectares ». École Nationale Supérieure Agronomique de Toulouse (ENSAT).
Arnaud Beils says:Merci pour cet excellent article où j’ai appris beaucoup de choses sur l’intérêt du Semis direct sur Couvert Végétal. Je note notamment la capacité de certaines plantes à aller chercher les minéraux en profondeur. A noter également l’importance méconnus de cette pratique en France (15% de notre production !) Peut-être le semis sous couvert végétal permet-il aussi de réaliser des économies d’eau grâce au fait que le couvert végétal conserve l’humidité contrairement à de la terre nue ?Je souhaiterais te poser quelques questions pour comprendre ce que tu as écrit à fond. 1/ Pourquoi le Brésil n’arrive t’il pas au même rendement que la France ? Tu précises qu’ils sont fortement mécanisés et qu’en 2007, nous (la France) arrivons au double du rendement par hectare. Hypothèse, le sol n’est pas encore assez généré ?2/ L’équivalent du semis direct sous couvert végétal appliqué à de faibles surfaces (- de 1 hectare) est il le maraichage sur sol vivant ? Autrement, quels outils utiliser pour produire en SCV sur une faible surface ?3/ peut-on dire que l’augmentation du CO2 dans l’atmosphère (infime précisons le tout de même) est en parti dût au fait que l’on ne restitue pas la matière organique à la terre ? (d’où un argument supplémentaire en faveur du SCV pour capter le CO2)Encore merci pour cet apport intellectuel. Militons pour que la recherche agronomique ait les moyens d’augmenter notre potentiel démographique. Vive l’Humain explorateur du vivant !Reply
antoinebeils says:Merci à toi l’ami,Pour répondre rapidement : 1/ Comment doubler ou tripler la production : – Le Brésil est un pays aux climats contrastés. Le Mato Grosso par exemple, où a travaillé Séguy, est sec une partie de l’année. Il faut donc investir dans l’irrigation. – Une vraie régénération des sols permet les symbioses racinaires avec la vie du sol, pour valoriser la fertilité, donc une meilleur expression des potentialités de la plante. – Précisions : le soja étant 2 à 3 fois plus riche en protéines que le maïs, les faibles rendements sont compensés.2/ Comment appliquer l’ “agriculture sur sol vivant” sur une surface d’1 hectare : – La chaîne youtube “Ver de Terre Production”, animée par des agriculteurs et des chercheurs, permet de se mettre à jour de “l’état de l’art”, du jardin nourricier aux grandes cultures, en passant par l’élevage, l’arboriculture et le maraichage. 😉3/ La fixation du carbone, un argument pour les sols vivants ? Oui, mais… Le paradigme politique “neutralité carbone en 2050” est dangereux, car il implique la suppression de la fertilisation azoté et le démantèlement de l’élevage, comme l’exigent certains financiers fanatiques. Parlons plutôt de “l’agriculture sur sol vivant” comme d’une méthode pour nourrir le monde, bien nourrir, tout le monde !
Malgré l’utilisation généralisée du glyphosate pour lutter contre les mauvaises herbes en agriculture, des questions demeurent quant à l’effet de l’herbicide sur les communautés microbiennes du sol. La littérature scientifique existante contient des résultats contradictoires, allant de l’absence d’effet observable du glyphosate à l’enrichissement en agents pathogènes agricoles tels que
Fusarium spp. Nous avons mené une étude approfondie sur le terrain pour comparer les communautés microbiennes présentes sur les racines des plantes ayant reçu une application foliaire de glyphosate avec celles des plantes adjacentes qui n’en ont pas reçu. L’étude de deux ans a été menée à Beltsville, MD, et Stoneville, MS, avec des cultures de maïs et de soja cultivées dans divers systèmes agricoles biologiques et conventionnels. En séquençant des amplicons de métabarcodes environnementaux, les communautés procaryotes et fongiques ont été décrites, ainsi que les propriétés chimiques et physiques du sol. Des sections de racines de maïs et de soja ont été étalées pour détecter la présence d’agents pathogènes végétaux. La géographie, le système agricole et la saison étaient des facteurs importants déterminant la composition des communautés fongiques et procaryotes. Les parcelles traitées au glyphosate ne différaient pas des parcelles non traitées en termes de composition globale de la communauté microbienne après contrôle des autres facteurs. Nous n’avons pas détecté d’effet du traitement au glyphosate sur l’abondance relative d’organismes tels que
Fusarium spp.
IMPORTANCE Accroître l’efficacité des systèmes de production alimentaire tout en réduisant les effets négatifs sur l’environnement reste un défi sociétal clé pour répondre avec succès aux besoins d’une population mondiale croissante. L’herbicide glyphosate est devenu un composant presque omniprésent de la production agricole à travers le monde, permettant une adoption croissante de l’agriculture sans labour. Malgré cette utilisation généralisée, de nombreux débats subsistent sur les conséquences de l’exposition au glyphosate. Dans cet article, nous examinons l’effet du glyphosate sur les communautés microbiennes du sol associées aux racines des cultures résistantes au glyphosate. À l’aide de techniques de métabarcoding, nous avons évalué les communautés procaryotes et fongiques à partir d’échantillons de sols agricoles (
n = 768). Aucun effet du glyphosate n’a été constaté sur les communautés microbiennes du sol associées aux variétés de maïs et de soja résistantes au glyphosate dans divers systèmes agricoles.
INTRODUCTION
Les microbes associés aux cultures agricoles affectent de multiples dimensions de la santé des plantes. Ils peuvent jouer des rôles importants liés à la physiologie des plantes, tels que l’acquisition de nutriments (
3 ), en plus d’aider à la défense contre les facteurs de stress biotiques (
4 ) ou d’agir en tant qu’agents pathogènes importants. Malgré cette importance pour la santé des plantes, ce n’est que récemment que la gestion de la diversité microbienne est considérée comme une possibilité réaliste d’augmentation durable de la productivité des cultures nécessaire pour répondre à la demande alimentaire face à la croissance de la population humaine et au changement climatique (
5 – 7 ). L’intensification de l’agriculture moderne a été motivée par l’utilisation de pesticides, d’engrais et d’autres amendements connus pour affecter les communautés microbiennes du sol (
8 ). Cependant, de nombreuses études ne disposent pas de la réplication spatiale et temporelle nécessaire à la rigueur statistique (
9 ). Une meilleure compréhension de la façon dont les systèmes agricoles (y compris les cultures) et la géographie interagissent pour façonner les communautés microbiennes est nécessaire afin de tirer parti des microbiomes agricoles pour la sécurité alimentaire (
10 ).L’introduction de cultures génétiquement modifiées résistantes au glyphosate (GR) a transformé les agroécosystèmes dans une grande partie du monde en augmentant l’adoption d’une agriculture sans labour et avec un labour réduit où les mauvaises herbes sont contrôlées chimiquement (
12 ). Les systèmes agricoles sans labour améliorent la structure du sol et la rétention des éléments nutritifs en réduisant l’érosion tout en réduisant les dépenses et la consommation de combustibles fossiles associés au fonctionnement des machines. Les communautés microbiennes dans les sols sans labour sont généralement plus diversifiées que celles dans les systèmes labourés en raison de l’augmentation de l’hétérogénéité des niches (
14 ).Le glyphosate interrompt la voie de biosynthèse du shikimate (
15 ), responsable de la production d’acides aminés aromatiques et d’autres composants clés du métabolisme cellulaire. La voie shikimate se retrouve chez les bactéries, les champignons, les algues, les plantes et certains protozoaires, mais pas chez les animaux. Le glyphosate se lie de manière compétitive à l’enzyme 5-énolpyruvylshikimate 3-phosphate synthase (EPSPS) par rapport au phosphoénolpyruvate, et il est mortel pour la plupart des espèces de plantes et une grande proportion de champignons (
16 ). Cependant, certains microbes sont résistants au glyphosate en raison du métabolisme rapide du glyphosate ou d’une forme GR du gène codant pour l’EPSPS (
17 ). Une fois cette voie de biosynthèse bloquée, les plantes meurent à cause d’une perturbation métabolique. Même à des taux d’application sublétaux, le glyphosate peut affaiblir suffisamment les défenses pathogènes d’une plante pour que les agents pathogènes puissent infecter et tuer la plante (
19 ). En l’absence d’agent pathogène, la plante peut avoir un aspect rabougri pendant quelques semaines, puis se rétablir.Le glyphosate est un herbicide appliqué foliaire qui se déplace rapidement du feuillage vers le reste de la plante, y compris les racines (
20 ). Les plantes peuvent exsuder du glyphosate de leurs racines dans les 24 heures suivant l’application foliaire (
22 ). Le glyphosate se lie fortement à certains composants du sol, étant presque immobilisé dans la plupart des types de sol (
23 ). Sa liaison étroite avec le sol contribue à sa faible phytotoxicité pour les plantes en tant qu’herbicide appliqué au sol. L’exsudation épisodique de glyphosate par les racines peut avoir des effets indirects sur la communauté microbienne du sol, et ces changements peuvent être importants pour la durabilité à long terme des agroécosystèmes. Cependant, les changements dans la communauté microbienne sont difficiles à détecter étant donné les effets simultanés de la saisonnalité, de l’évolution des espèces cultivées et du type de sol.Bien que l’agriculture sans labour présente des avantages évidents, les rapports diffèrent quant à l’effet du glyphosate sur la diversité microbienne. Des inquiétudes ont été soulevées concernant l’augmentation des charges pathogènes et la suppression des organismes bénéfiques associées à l’utilisation du glyphosate (
25 ). Il existe plusieurs mécanismes par lesquels le glyphosate pourrait enrichir le sol en agents pathogènes des plantes, comme suit : (i) les agents pathogènes pourraient attaquer les mauvaises herbes sensibles au glyphosate qui succombent à l’herbicide, dont la biomasse mourante agit alors comme refuge pour une infestation ultérieure des cultures (pont vert ); (ii) les agents pathogènes pourraient « prendre pied » dans une plante résistante au glyphosate en raison d’une réponse immunitaire réduite due à des altérations de la voie du shikimate, entraînant une infection non mortelle tout en permettant à l’agent pathogène de se propager ; et (iii) l’élimination des taxons microbiens sensibles pourrait également entraîner une réduction de la concurrence pour l’espace des niches racinaires, permettant ainsi aux agents pathogènes d’accéder aux tissus végétaux. Un examen de toutes les cultures GR par Hammerschmidt (
19 ) a déterminé qu’il n’existe aucune preuve concluante que le glyphosate augmente la sensibilité des cultures GR aux maladies. Une autre étude (
26 ) remet en question cette évaluation. Plusieurs études ont observé que les betteraves GR et le soja présentent une sensibilité accrue aux agents pathogènes lorsque le glyphosate est appliqué aux doses recommandées (
26 – 28 ). Une étude n’a révélé aucun effet du glyphosate sur l’induction de maladies chez les betteraves GR jusqu’à ce que les taux d’application normaux au champ soient dépassés d’un ordre de grandeur (
29 ). Cependant, d’autres études sur les cultures GR n’ont trouvé aucune influence du glyphosate sur la maladie (
30 ) et même quelques cas d’activité fongicide du glyphosate contre certains agents pathogènes des plantes, en particulier les rouilles (examiné par Duke [
31 ]).Deux études clés ont soutenu l’hypothèse de l’enrichissement en agents pathogènes en glyphosate, révélant sur de longues périodes d’étude que le glyphosate augmente de manière répétée le taux de colonisation des cultures par
Fusarium spp. (présumées être des souches pathogènes) tout en diminuant l’abondance de bactéries fluorescentes
Pseudomonas (considérées comme des organismes bénéfiques putatifs) dans le sol (
28 ). Ces études sont souvent citées comme preuve concluante que l’utilisation à long terme du glyphosate augmente la charge pathogène et diminue l’abondance des bactéries favorisant la croissance dans les sols. Les deux études ont appliqué une méthodologie basée sur la culture pour quantifier ces groupes microbiens, avec une analyse moléculaire de la région d’espacement transcrite interne (ITS) ribosomale pour les champignons. Les études utilisant une méthodologie sans culture pour caractériser les communautés microbiennes n’ont pas réussi à détecter des effets substantiels du glyphosate sur l’abondance des agents pathogènes (
33 ). Les systèmes agricoles, les facteurs pédologiques, les variétés de cultures et l’historique d’utilisation du glyphosate peuvent tous avoir un impact sur le comportement du glyphosate et son interaction avec les microbiomes des cultures et du sol (
34 ) et doivent être inclus dans la conception expérimentale.Nous avons mené deux études à l’échelle du terrain pour déterminer les effets du glyphosate sur le microbiome du sol et la santé des plantes pour les variétés de maïs et de soja GR, testant l’hypothèse selon laquelle le glyphosate modifie la composition du microbiome du sol selon différents types de sol, cultures, moments d’échantillonnage, et les systèmes agricoles. De plus, nous avons testé l’hypothèse selon laquelle
Fusarium sp. l’abondance des séquences ou les nombres cultivables augmenteraient en raison du traitement au glyphosate. Notre étude comprenait six systèmes agricoles étudiés sur deux ans, représentant diverses pratiques agricoles mises en œuvre dans des fermes en activité. Notre étude a ciblé à la fois les microbiomes naïfs du sol qui n’avaient pas été exposés au glyphosate et ceux exposés au glyphosate chaque année. Le séquençage à haut débit a été utilisé pour générer des profils génétiques d’ARNr 16S bactériens et archéens et des profils ITS ribosomiques nucléaires fongiques.
RÉSULTATS
Résumé de la diversité fongique et procaryote sur tous les sites.
À partir de l’analyse de séquençage, un total de 68 964 variantes uniques de séquence d’amplicons fongiques et 72 454 procaryotes uniques (ASV) ont été identifiées dans tous les échantillons. Beltsville, MD, et Stoneville, MS, partageaient 13 964 taxons procaryotes et 5 740 taxons fongiques. Stoneville présentait respectivement 62 985 et 29 780 ASV procaryotes et fongiques. Beltsville présentait respectivement 41 538 et 44 924 ASV procaryotes et fongiques uniques. La diversité fongique était plus élevée à Beltsville qu’à Stoneville, à l’exception des mesures de diversité de Shannon et Simpson pour Org3 (voir la description des rotations sur le terrain dans Matériels et méthodes) (
Fig. 1A ). À l’inverse, la diversité procaryote était plus grande à Stoneville qu’à Beltsville dans toutes les mesures (
FIG 1 Résumé de la diversité des espèces et des structures des communautés bactériennes et fongiques pour tous les échantillons de sol de Beltsville, MD et Stoneville, MS ( n = 768). (A) Estimations de la diversité des espèces pour les champignons dans tous les systèmes agricoles. (B) Diversité des espèces pour les procaryotes dans tous les systèmes agricoles. (C) Analyse de correspondance sans tendance (DCA) de la dissimilarité de Bray-Curtis pour les communautés fongiques de tous les échantillons après transformation de l’abondance relative des comptes totaux. (D) DCA de la dissimilarité de Bray-Curtis pour les communautés procaryotes de tous les échantillons après transformation de l’abondance relative des décomptes totaux.
L’analyse des correspondances sans tendance a montré que les communautés de Beltsville et de Stoneville étaient distinctes (
D ). L’analyse de variance multivariée permutationnelle (PERMANOVA) de l’abondance relative des champignons et des procaryotes a révélé que l’emplacement était le facteur le plus significatif expliquant les différences dans les communautés fongiques et procaryotes du sol (
P = 0,001 dans les deux cas ;
R 2 fongique = 0,19,
R 2 procaryote = 0,16 ; voir le tableau S1 dans le matériel supplémentaire). Les différences entre les communautés microbiennes de Stoneville et de Beltsville étaient dues à des différences dans les facteurs édaphiques. Les caractéristiques chimiques du sol différaient entre les deux emplacements (analyse de discrimination canonique,
P < 0,001,
R 2 = 0,99) et entre les systèmes agricoles (analyse de discrimination canonique,
P < 0,001,
R 2 = 0,99). Le sol de Stoneville avait un pH et des cations As et Sr significativement plus élevés (analyse de variance [ANOVA],
P < 0,001), tandis que le sol de Beltsville contenait significativement plus de P, Pb, S, Fe et de matière organique (MO) (ANOVA ,
P < 0,001). Les ordinations d’échelle multidimensionnelle non métrique (NMDS) de la dissimilarité de Bray-Curtis pour la chimie du sol entre les emplacements et les systèmes agricoles sont présentées à la
Fig . Pour augmenter la puissance de détection des effets locaux du traitement au glyphosate, nous avons analysé les cultures (maïs par rapport au soja) séparément au sein de chaque emplacement (Beltsville par rapport à Stoneville).FIGURE 2
FIG 2 Ordre d’échelle multidimensionnel non métrique de la dissimilarité de Bray-Curtis pour la chimie du sol des sites examinés dans cette étude. Les flèches indiquent les vecteurs des différentes composantes de la composition du sol.
Structure de la communauté fongique et réponse au glyphosate.
Le système agricole était le principal facteur de structure de la communauté fongique, quelle que soit la culture (
R 2 = 0,23). L’année d’échantillonnage était également significative mais expliquait moins de variance que le système agricole de Beltsville (maïs,
P = 0,001,
R 2 = 0,046 ; soja,
P = 0,001,
R 2 = 0,043) et de Stoneville (maïs,
P = 0,001 ). ,
R 2 = 0,051 ; soja,
P = 0,001,
R 2 = 0,052). L’identité taxonomique de la diversité fongique est résumée au niveau de l’ordre sur
la figure 4 (voir également les figures S1 et S5 dans le matériel supplémentaire). Les différences entre les systèmes sont réparties le long de l’axe 1 des graphiques d’analyse des correspondances canoniques (ACC), et les différences liées à l’année sont reflétées dans la répartition le long de l’axe 2 sur
la figure 3 . Aucune interaction significative n’a été notée entre la date d’échantillonnage et le traitement au glyphosate (
P = 0,488 et 0,296 pour le maïs et le soja, respectivement). Les partitions de la rhizosphère (proches et lointaines) n’étaient pas non plus significativement différentes (tableau S1) pour n’importe quelle culture ou emplacement. Les tests de rapport de vraisemblance de l’abondance des taxons dans DESeq2 n’ont également révélé aucune augmentation significative du pouvoir explicatif d’un modèle contenant l’interaction date d’échantillonnage-traitement au glyphosate pour tout taxon, quelle que soit la culture ou le système agricole (Tableaux S4 et S5).FIGURE 3
FIG 3 Analyses canoniques de correspondance (ACC) des communautés fongiques du sol à Beltsville, MD, et Stoneville, MS, réparties par culture. Les données ont été stabilisées en variance avec une transformation binomiale négative dans DESeq2. (A) Parcelles de maïs de Beltsville. (B) Parcelles de soja de Beltsville. (C) Parcelles de maïs de Stoneville. (D) Parcelles de soja Stoneville.
FIGURE 4
FIG. 4 Abondances proportionnelles des communautés fongiques du sol à Beltsville, MD et Stoneville, MS, réparties par culture à partir des données de la Fig. 3 . Taxons dont l’abondance est inférieure à 1 % exclus. Des parcelles avec tous les taxons inclus peuvent être trouvées sur la figure S1 dans le matériel supplémentaire et 5. (A) Parcelles de maïs de Beltsville. (B) Parcelles de soja de Beltsville. (C) Parcelles de maïs de Stoneville. (D) Parcelles de soja Stoneville.
Structure de la communauté procaryote et réponse au glyphosate.
Le système agricole était également significatif pour la structure de la communauté procaryote (
R 2 = 0,16). Le terme annuel expliquait une variance plus faible que le système agricole de Beltsville (maïs,
P = 0,001,
R 2 = 0,096 ; soja,
P = 0,001,
R 2 = 0,086) et de Stoneville (maïs,
P = 0,001,
R 2 = 0,051 ; soja,
P = 0,001,
R 2 = 0,069). Les différences entre les systèmes sont réparties le long de l’axe 1 des parcelles CCA, et les différences liées à l’année sont reflétées dans la répartition le long de l’axe 2 de
la figure 5 . L’identité taxonomique de la diversité procaryote est résumée au niveau de l’ordre sur
les figures 6 , S6 et S10. L’interaction entre le glyphosate et la date d’échantillonnage n’était significative pour aucune des deux cultures (tableau S1). Les tests de rapport de vraisemblance de l’abondance des taxons dans DESeq2 indiquent que l’interaction date d’échantillonnage-traitement au glyphosate n’a pas augmenté de manière significative le pouvoir explicatif du modèle pour aucun taxon, quel que soit la culture ou le système agricole (Tableaux S6 et S7).FIGURE 5
FIG 5 Analyses de correspondance canonique (ACC) des communautés procaryotes du sol à Beltsville, MD, et Stoneville, MS, réparties par culture. Les données ont été stabilisées en variance avec une transformation binomiale négative dans DESeq2. (A) Parcelles de maïs de Beltsville. (B) Parcelles de soja de Beltsville. (C) Parcelles de maïs de Stoneville. (D) Parcelles de soja Stoneville.
FIGURE 6
FIG. 6 Abondances proportionnelles des communautés procaryotes du sol à Beltsville, MD, et Stoneville, MS, réparties par culture à partir des données de la Fig . Les barres ne totalisent pas 1 car les taxons dont l’abondance est inférieure à 1% sont exclus, ce qui peut provoquer l’apparition de taxons manquants parmi les traitements. Des parcelles avec tous les taxons inclus peuvent être trouvées sur les figures S6 et S10. (A) Parcelles de maïs de Beltsville. (B) Parcelles de soja de Beltsville. (C) Parcelles de maïs de Stoneville. (D) Parcelles de soja Stoneville.
Différences de richesse communautaire entre les échantillons avant et après pulvérisation.
Les tests de classement signés de Wilcoxon ont montré plusieurs cas où la diversité des espèces différait de manière significative entre les dates d’échantillonnage avant et après pulvérisation (
Fig. 7 et tableaux S2 et S3); cependant, des différences ont été observées dans les traitements par pulvérisation et sans pulvérisation pour la plupart des combinaisons de systèmes de culture, ce qui indique qu’il s’agit d’un effet saisonnier et non dû à l’exposition au glyphosate. À Beltsville, la réponse du maïs et du soja différait selon les deux dates. La diversité des procaryotes pour le maïs dans chaque système agricole de Beltsville était significativement différente entre les deux dates. Cette tendance a également été observée, mais dans une moindre mesure, dans les communautés fongiques. La moitié des traitements différaient significativement pour les traitements par pulvérisation et sans pulvérisation. Les communautés fongiques ne différaient pas selon les saisons dans les parcelles de soja de Beltsville, et la diversité des espèces fongiques n’était pas affectée par la date d’échantillonnage du maïs et du soja dans les échantillons de Stoneville.FIGURE 7
FIG 7 Modification de la diversité des données raréfiées de Shannon selon les dates d’échantillonnage dans les traitements sans pulvérisation et par pulvérisation. Les astérisques sur chaque parcelle correspondent aux valeurs P brutes (*) et au taux de fausses découvertes corrigées (**) inférieures à 0,05 d’après le test de rang signé de Wilcoxon des différences entre les dates. Les années sont regroupées bien que représentées graphiquement séparément. Les points rouges représentent la diversité moyenne. (A) Diversité fongique de Shannon dans le maïs. (B) Diversité procaryote de Shannon dans le maïs. (C) Diversité fongique de Shannon dans le soja. (D) Diversité procaryote de Shannon dans le soja.
Quantification des UFC de Fusarium .
Le criblage des endophytes racinaires a nécessité l’analyse de plus de 6 100 segments de racines et a identifié plus de 2 400 colonies fongiques. Un nombre significativement plus élevé d’UFC ont été observés en 2013 qu’en 2014 à l’emplacement de Beltsville (
P < 0,0003), mais aucune différence dans le nombre d’UFC n’a été observée entre les années à l’emplacement de Stoneville. Un total de 384 morphotypes typiques ont été séquencés par amplicon ITS, ce qui a donné les 8 taxons dominants identifiés suivants :
Fusarium ,
Macrophomina ,
Alternaria ,
Cladosporium ,
Penicillium ,
Zygomycota ,
Trichoderma et
Epicoccum . Il n’y a aucune différence significative dans les UFC
de Fusarium observées entre les traitements par pulvérisation et sans pulvérisation de glyphosate pour le maïs ou le soja (ANOVA,
P < 0,07). Bien que la valeur
P soit proche du seuil de signification, la variance autour des moyennes ne montre aucune tendance détectable dans les données (
FIG 8 Abondance des isolats de Fusarium ± écart type. (A) Racines de maïs. (B) Racines de soja. Sites du Mississippi et du Maryland analysés séparément avec ANOVA. Les couleurs suivent celles utilisées sur les figures 3 et 4 .
Rendements de maïs et de soja.
Il n’y avait aucune différence significative dans le rendement du maïs selon les systèmes ou entre les traitements d’application de glyphosate pour 2013 ou 2014 (
Tableau 1 ). Les rendements du maïs et du soja dans cette étude ont déjà été publiés (
36 ). Les rendements du maïs n’étaient pas significativement différents des moyennes du comté du MD pour tous les systèmes, avec une moyenne parmi les systèmes de 9 339 kg ha
−1 . En 2013, une erreur s’est produite lors de l’utilisation de la moissonneuse-batteuse pour petites parcelles et les haricots récoltés à partir de différentes répétitions ont été mélangés, rendant les données inutilisables. En 2014, les rendements du soja étaient similaires aux moyennes du comté avec une moyenne de 2 327 kg ha
−1 . Il n’y avait pas de différence significative de rendement entre les systèmes agricoles et aucun effet du traitement au glyphosate sur le rendement (
Tableau 1 ).TABLEAU 1TABLEAU 1 Rendement du maïs et du soja Maryland pour les parcelles traitées ou non au glyphosate en culture ciselée, sans labour, en rotation biologique de 3 ans ou en rotation biologique de 6 ans a
Année
Recadrer
Philosophie de gestion
Travail du sol primaire
Rendement en traitement au glyphosate (kg ha −1 ) b
Vaporisateur
Pas de pulvérisation
2013
Maïs
Conventionnel
Ciseau jusqu’à
8 848
9 536
Conventionnel
Non jusqu’à
9 141
9 780
Biologique 3 ans
Charrue à versoir
7 634
9 210
Biologique 6 ans
Charrue à versoir
8 510
8 832
Soja
Conventionnel
Ciseau jusqu’à
–
–
Conventionnel
Non jusqu’à
–
–
Biologique 3 ans
Charrue à versoir
–
–
Biologique 6 ans
Charrue à versoir
–
–
2014
Maïs
Conventionnel
Ciseau jusqu’à
8 967
9 798
Conventionnel
Non jusqu’à
11 123
10 757
Biologique 3 ans
Charrue à versoir
9 497
10 225
Biologique 6 ans
Charrue à versoir
8 185
7 627
Soja
Conventionnel
Ciseau jusqu’à
2 160
2 438
Conventionnel
Non jusqu’à
2 016
2 264
Biologique 3 ans
Charrue à versoir
2 907
2 315
Biologique 6 ans
Charrue à versoir
2 733
2 290
unLa comparaison des moyennes a été calculée au sein de chaque système pour le génotype résistant au glyphosate, traité ou non avec le glyphosate.
bAucune différence significative n’a été constatée entre les parcelles traitées ou non au glyphosate au sein de chaque système en 2014. –, en 2013, une erreur de récolte des parcelles a entraîné un mélange de parcelles traitées et non traitées, rendant ainsi les données de rendement inutilisables.
DISCUSSION
Les structures des communautés procaryotes et fongiques entre les systèmes agricoles et entre les dates d’échantillonnage n’étaient pas influencées par l’utilisation du glyphosate. Au lieu de cela, le travail du sol et d’autres différences entre les systèmes agricoles semblent être les principaux facteurs déterminants de la structure du microbiome du sol (
5 ). Par exemple, même si tous les champs de Beltsville étaient sous gestion sans labour jusqu’en 1996, les différences de gestion depuis lors sont des indicateurs importants de la structure actuelle de la communauté microbienne. Les systèmes biologiques ont montré une augmentation des champignons de l’ordre des Pezizales (
B ), probablement une réponse des taxons saprobes à l’ajout de litière de volaille dans ces parcelles. L’histoire de l’utilisation des terres à Stoneville différait considérablement d’un système à l’autre, un système étant soumis à une gestion agricole sans labour avec un historique d’application de glyphosate depuis 15 ans et l’autre étant une monoculture de cogongrass sans historique d’exposition au glyphosate. Les différences entre les communautés fongiques dans les parcelles de Stoneville semblent être dues à des proportions changeantes, avec quelques ordres d’abondance supérieure à 5 % présents dans un système alors qu’ils sont absents dans l’autre (
D ).L’héritage de la gestion agricole a déplacé les communautés procaryotes entre les systèmes du Maryland et du Mississippi. L’histoire de la gestion sans labour semble avoir modifié la structure de la communauté microbienne par rapport au labour conventionnel et aux traitements biologiques. Par exemple, les acidobactéries ont été détectées, bien qu’à des niveaux relatifs faibles, dans les proportions les plus élevées dans les systèmes de culture sans labour ayant au moins 15 ans d’expérience. Les acidobactéries réagissent positivement aux nitrates présents dans le sol et il a été démontré qu’elles produisent l’hormone de croissance des plantes, l’acide indole acétique (IAA), qui peut favoriser la croissance des racines des plantes (
Chloroflexi était l’un des taxons les plus réactifs aux changements dans les systèmes agricoles. Un taxon peu connu, les
Ktedonobacteria , a également montré une réponse différentielle aux traitements au niveau du système. Les membres de ce groupe semblent être sensibles au pH, occupent un large éventail d’environnements et sont génétiquement similaires aux
Chloroflexi (
39 ). Les résultats pour les taxons procaryotes et fongiques étudiés dans cette étude sont cohérents avec les différences de systèmes agricoles observées dans d’autres dimensions des écosystèmes du sol à Beltsville, y compris les communautés de nématodes du sol (
40 ), les concentrations de MO et de P dans le sol, les émissions de gaz à effet de serre et les coûts énergétiques totaux. du système agricole (
41 – 43 ).L’absence d’effets du glyphosate dans des communautés de sol auparavant naïves suggère que les taux d’application typiques de glyphosate ne modifient pas la communauté microbienne globale lors de la résolution des taxons récupérés dans notre étude. La littérature existante suggère que la plupart des communautés microbiennes sont susceptibles d’être perturbées, bien que les préjugés contre la déclaration de l’absence d’effets du traitement pourraient affecter ce point de vue (
44 ). Dans la présente étude, la résilience au glyphosate pourrait être liée à plusieurs facteurs. Certaines espèces procaryotes et fongiques sont connues pour métaboliser le glyphosate, et la présence de ces organismes peut protéger les espèces sensibles (
46 ). Les études rapportant les effets du glyphosate sur les microbes du sol utilisent souvent des concentrations d’herbicide plus élevées que le taux approuvé, ce qui peut submerger le tampon des membres résistants. Le glyphosate est fortement lié aux composants du sol (
23 ), mais on ne sait pas comment cela affecte sa biodisponibilité pour les microbes du sol. Néanmoins, sa demi-vie dans les sols à climat tempéré est en moyenne d’environ 30 jours (
47 ). Des effets dépendants de la concentration du glyphosate sur la respiration microbienne et la biomasse du sol ont été rapportés et sont cohérents avec les rapports sur d’autres produits agrochimiques, ne montrant que des effets transitoires aux taux d’application recommandés (
48 ).Des études en serre avec du blé GR cultivé dans des sols de tout le nord-ouest du Pacifique n’ont révélé que des effets mineurs du glyphosate sur les communautés microbiennes, et l’emplacement déterminé était un facteur majeur de la structure de la communauté microbienne du sol (
33 ). Bien que ces études aient détecté de légers effets du glyphosate sur les communautés microbiennes, le glyphosate a été appliqué à deux fois la dose recommandée, augmentant ainsi la probabilité que la communauté microbienne subisse un effet détectable. Cette différence méthodologique peut expliquer la détection d’un effet sur l’abondance de certains taxons après exposition au glyphosate pour le blé cultivé en serre, alors qu’aucun n’a été détecté dans notre étude. Cela renforce la confiance dans notre conclusion selon laquelle le glyphosate a un effet minimal sur la communauté microbienne lorsqu’il est appliqué au taux recommandé.La diversité des communautés a changé au cours de la saison de croissance, quelle que soit l’application de glyphosate (
Fig. 7 ). Ces résultats sont similaires à ceux de Hart et al. (
49 ) qui ont cultivé du maïs GR et son isoline génétiquement proche avec et sans application de glyphosate pendant une saison au Canada. En utilisant le polymorphisme de longueur des fragments de restriction terminaux (TRFLP) pour comparer les communautés microbiennes, ils ont également montré des changements dans la diversité des communautés microbiennes au fil du temps, mais pas en relation avec le glyphosate.Des travaux antérieurs basés sur la culture ont révélé que l’abondance
de Fusarium augmentait et celle
de Pseudomonas diminuait avec l’utilisation de glyphosate (
Fusarium spp. étaient présumés pathogènes, tandis que
Pseudomonas spp. étaient présumés être des symbiotes. Notre métabarcodage n’a détecté aucun effet du glyphosate sur l’abondance de
Fusarium ou
de Pseudomonas sp. (voir le matériel supplémentaire).Il est important de noter que les gènes d’ARNr ITS et 16S ne parviennent pas à résoudre les classifications au niveau des espèces pour certains groupes (
Metarhizium connues pour être présentes sur le site du Maryland (
53 ) n’étaient pas représentées dans les échantillons de cette étude. Très probablement, des agents pathogènes des plantes ont été omis dans cette étude. Cependant, les espèces pathogènes contribuent à l’abondance relative de leur OTU constitutive et nous n’avons détecté aucun changement dans les abondances relatives de
Fusarium sp.,
Alternaria sp. ou
Macrophomina sp. Les OTU augmentent en raison de l’application de glyphosate (voir le matériel supplémentaire). Bien que
Pseudomonas spp. sont souvent considérés comme intrinsèquement bénéfiques, il existe au moins quelques agents pathogènes confirmés (
51 ) et le type de fonction bénéfique peut différer considérablement selon les souches. Quoi qu’il en soit, comme pour les champignons, aucun
Pseudomonas spp. la prévalence a changé à la suite du traitement au glyphosate.Nous n’avons également constaté aucune réduction du rendement par l’application de glyphosate sur le maïs GR ou le soja GR dans les champs ayant une longue histoire d’utilisation du glyphosate ou sans historique d’utilisation du glyphosate (
Tableau 1 ). Dans une étude similaire portant sur le maïs sucré GR, il y a même eu une légère augmentation du rendement associée à l’application de glyphosate (
54 ). Cela pourrait être dû à l’hormèse, où des doses non phytotoxiques de glyphosate stimulent la croissance des plantes (
55 ). L’absence d’effets sur les rendements concorde avec l’absence d’effets néfastes substantiels sur les microbes de la rhizosphère.Le glyphosate est l’herbicide le plus utilisé dans le monde et les cultures GR sont les cultures transgéniques les plus utilisées (
11 ). Aux États-Unis, plus de 90 % des terres agricoles cultivées en soja, coton, betterave sucrière et maïs sont plantées en cultivars GR (
56 ). En 2014, les cultures GR ont reçu 88 % du glyphosate utilisé dans l’agriculture américaine. L’adoption du soja GR et l’utilisation intensive de glyphosate qui en découle en Argentine et au Brésil ont suivi une tendance similaire à celle des États-Unis (
11 ). Bien que les rendements du maïs et du soja aux États-Unis continuent d’augmenter à peu près aux mêmes rythmes qu’avant l’introduction des cultures GR (
57 ), une quantité importante de littérature suggère que le glyphosate devrait compromettre les cultures GR en modifiant négativement les populations de microbes du sol (voir, par exemple). , références
24 à 26 ). Cependant, bon nombre des études soutenant ce point de vue n’ont pas été menées dans des situations agricoles réalistes. Par exemple, l’une des études citées comme preuve des forts effets du glyphosate sur les microbes associés aux plantes a été réalisée dans une serre sur des plantes cultivées en culture hydroponique (
58 ). Relativement peu d’études ont étudié l’effet du glyphosate sur les communautés microbiennes du sol dans les systèmes agricoles avec ou sans héritage d’application de glyphosate. Les travaux décrits dans le présent article apportent une contribution importante à la détermination de l’effet du glyphosate sur les communautés procaryotes et fongiques du sol, car il s’agit d’une étude bien reproduite (dans le temps et dans l’espace) sur deux sites géographiquement séparés dans des systèmes agricoles réalistes avec des antécédents documentés d’utilisation du glyphosate. Le fait qu’il n’y ait aucun changement dû au glyphosate, associé à une tendance vers une plus grande diversité d’espèces dans les parcelles sans labour, suggère que cette pratique de gestion largement utilisée ne risque pas d’altérer les communautés microbiennes du sol de manière négative.
MATÉRIELS ET MÉTHODES
Conditions de terrain et conception expérimentale.
L’étude a été menée en 2013 et 2014 sur deux sites du Département américain de l’agriculture, du Service de recherche agricole (USDA-ARS), au Laboratoire des systèmes agricoles durables de Beltsville, dans le Maryland, et à l’Unité de recherche sur les systèmes de production végétale à Stoneville, MS (
Tableau 2 ). .TABLEAU 2TABLEAU 2 Description des systèmes agricoles représentés dans les expériences sur le terrain à Beltsville, MD, et Stoneville, MS, en 2013 et 2014a
Emplacement
Philosophie de gestion
Travail du sol primaire
Histoire du glyphosate
Nom du système agricole
Beltsville
Conventionnel
Ciseau jusqu’à
Oui
CT
Conventionnel
Non jusqu’à
Oui
NT
Rotation biologique de 3 ans
Charrue à versoir
Non
Organisation_3
Rotation biologique de 6 ans
Charrue à versoir
Non
Organisation_6
Pierreville
Conventionnel
Non jusqu’à
Oui
NT_15 ans
Conventionnel
Non jusqu’à
Non
NT_Aucun
unChaque système agricole était représenté par du maïs et du soja résistants au glyphosate (GR), et chacun n’était pas traité ou traité au glyphosate à raison de 0,87 kg ha
−1 .Le site de Beltsville est géré dans le cadre d’un site de recherche agroécologique à long terme de l’USDA qui comprend des systèmes agricoles typiques de la région médio-atlantique décrits précédemment (
59 ). Nous avons mené l’étude dans deux systèmes agricoles conventionnels, dont un utilisant une charrue chisel pour le labour primaire (CT) et un autre en gestion sans labour (NT). Ces deux systèmes s’appuient sur des engrais minéraux, des herbicides et d’autres pesticides selon les besoins pour gérer une rotation maïs (
Zea mays )-seigle (
Secale céréales )-soja (
Glycine max )-blé d’hiver (
Triticum aestivum )/soja. De plus, deux systèmes biologiques ont été utilisés sur ce site. Un système biologique est une rotation de 3 ans maïs-seigle-culture de couverture-soja-blé d’hiver/vesce velue (
Vicia villosa ) (Org3). La seconde est une rotation de cultures de 6 ans (Org6) dans laquelle la luzerne (
Medicago sativa ), culture pérenne en place depuis 3 ans, remplace la vesce présente dans Org3. Les systèmes biologiques reposent sur les légumineuses, la litière de volaille et le K
2 SO
4 pour fournir des éléments nutritifs aux cultures conformément aux résultats des analyses de sol et aux réglementations locales. Une charrue à versoir et/ou à burin est utilisée pour le travail du sol primaire, et le contrôle des mauvaises herbes comprenait l’utilisation d’une houe rotative et le travail entre les rangs après la plantation de maïs et de soja dans les systèmes biologiques.À Stoneville, l’expérience est composée de deux systèmes agricoles établis dans deux champs adjacents, l’un avec un héritage d’utilisation du glyphosate depuis 15 ans (NT_15yrs) et l’autre sans historique de glyphosate (NT_none). Quatre répétitions ont été délimitées dans chaque champ pour chaque système agricole. Le champ ayant des antécédents d’utilisation du glyphosate cultivait en rotation du soja GR et du coton (
Gossypium hirsutum ) au cours des 15 dernières années précédant l’expérience. Le champ sans historique de glyphosate avait été entretenu pour des études de biologie des mauvaises herbes dans une monoculture de cogongrass (
Imperata cylindrica ) sans herbicides appliqués pendant 12 ans avant l’expérience. La préparation du champ comprenait l’abattage du cogonggrass avec un travail du sol répété, la plantation de soja et de maïs non-GR pendant une saison avant l’expérience sur le terrain en cours et le fauchage au fléau à maturité. Au cours de l’expérience, chaque champ (NT_15yrs ou NT_none) a été divisé en deux, une moitié étant plantée en maïs et l’autre moitié en phase de soja de l’expérience. L’année suivante, des parties du champ qui avaient été ensemencées en maïs ont été ensemencées en soja et vice versa.L’expérience a été menée pendant les phases de rotation des cultures de maïs et de soja aux deux endroits. À chaque emplacement de chaque système agricole et combinaison de cultures, les traitements au glyphosate suivants ont été établis : un cultivar GR sans glyphosate appliqué, et le même cultivar GR avec du glyphosate appliqué à raison de 0,87 kg ha
−1 deux fois 4 semaines après la plantation. Il y a eu deux événements d’échantillonnage pour chaque unité expérimentale. Des échantillons de sol et de racines ont été prélevés au moment du « prétraitement », soit au stade de croissance V4. Le lendemain, du glyphosate a été appliqué sur les parcelles prévues pour recevoir du glyphosate. Environ 20 jours plus tard, un échantillon « postspray » a été prélevé dans chaque unité expérimentale. Les unités expérimentales à tous les emplacements étaient constituées de quatre rangées de 4,6 m de largeur et 6,1 m de longueur. Le cultivar de soja USG Allen (GR) a été semé à 526 400 graines ha
-1 , et le cultivar de maïs DKC 65-17 RR2 (GR) a été semé à 67 600 graines ha
-1 . À Beltsville, les parcelles de maïs ou de soja constituent chacune une phase de la rotation des parcelles principales qui est un système agricole (NT, CT, Org3 ou Org6) ; ainsi, chaque phase de la rotation est considérée comme une parcelle divisée de la parcelle principale. Aux deux endroits, quatre répétitions de chaque facteur et niveau ont été établies. Toutes les parcelles ont été débarrassées des mauvaises herbes grâce à un binage manuel selon les besoins.En octobre de chaque année, sur les deux sites, le maïs a été récolté avec une moissonneuse-batteuse pour petites parcelles Almaco (Nevada, IA) ; le rendement en grains a été calculé à 15,5 % d’humidité pour les deux rangées centrales des parcelles de 6,1 m. Au cours des deux années, sur le site de Stoneville, le soja a été récolté avec une moissonneuse-batteuse Almaco pour petites parcelles. À Beltsville, en 2013, le soja a été récolté avec une moissonneuse-batteuse Almaco pour petites parcelles, et en 2014, le soja a été récolté à la main et battu sur 3,05 m des deux rangées centrales. Les poids secs ont été calculés à 13,5 % d’humidité.
Caractéristiques de base du sol.
Les sols de Beltsville sont des ultisols limoneux limoneux des plaines côtières constitués principalement d’unités cartographiques de sol Christiana, Keyport, Matapeake et Mattapex. Les sols de Stoneville étaient un loam limoneux typique de l’Alfisol dominé par les unités cartographiques des sols de Dundee. Lors de la plantation, des échantillons de sol provenant des 15 premiers cm de profondeur ont été collectés dans chaque parcelle en combinant le sol de six carottes ou plus (7,5 cm de diamètre) échantillonnées de manière semi-aléatoire dans une parcelle donnée. Les échantillons ont été séchés à l’air et tamisés à 2 mm. Les carottes ont été collectées sur une ligne diagonale entre le deuxième et le troisième rang de culture, à 1 m de chaque extrémité d’une parcelle donnée. Des échantillons de sol ont été analysés par le laboratoire des services d’analyse agricole de l’université d’État de Pennsylvanie pour déterminer le pH, la teneur en matière organique (MO), la capacité d’échange cationique (CEC) et P, K, Mg, Ca, S, B, Zn, Mn, Fe, Teneur en Cu, As, Al, Ba, Cd, Co, Cr, Ni, Pb, Se et Sr. Le pH a été déterminé dans une dilution d’eau 1: 1, la MO a été déterminée par perte de masse lors de la combustion et la CEC a été déterminée en utilisant les méthodes de Ross et Ketterings (
60 ). Des extractions Mehlich 3 ont été réalisées pour obtenir du Ca, du Mg et du K du sol ; tous les autres métaux sont exprimés en éléments sorbés totaux selon la méthode EPA 3050 (
Échantillonnage du sol et des racines de la rhizosphère.
Aux stades de croissance V3 à V4 (4 à 6 semaines après la plantation) et 1 jour avant l’application de glyphosate (pré-pulvérisation), six plantes et le sol associé à leurs racines ont été excavés de chaque parcelle en enlevant les monolithes de sol d’un diamètre de 30 cm ( tige de la culture au centre) et à 15 cm de profondeur à l’aide de pelles de précision stérilisées en surface. Les monolithes ont été placés sur un tamis, et la terre autour de la motte a été doucement retirée par agitation et passée à travers un tamis de 2 mm, appelé ici « terre de rhizosphère lointaine ». Le sol adhérant aux racines après cette procédure a été brossé sur un tamis de 2 mm à l’aide d’une brosse en poils de chameau, appelé ici « sol proche de la rhizosphère ». Les racines ont été soigneusement brossées sans compromettre l’intégrité de la surface des racines. Des échantillons de rhizosphère provenant des six plantes ont été regroupés et 5 g ajoutés à un tube Falcon de 15 ml contenant 10 ml de solution de conservation d’acide nucléique Mo Bio LifeGuard. Le contenu des tubes a été mélangé et congelé à –80°C. Les plantes ont été placées à 4°C jusqu’à la poursuite du traitement.
Identification des endophytes à partir des racines.
Des sections de racines de deux centimètres ont été coupées au hasard 16 fois dans chacun des six systèmes racinaires frais pour chaque traitement. Le poids humide total des 16 sections a été enregistré. Les coupes ont été stérilisées en surface pendant 2 minutes dans de l’hypochlorite de sodium à 1,25 %, suivies de trois rinçages à l’eau distillée stérile. Les coupes ont été séchées sur du papier absorbant stérile et huit coupes de racines ont été placées sur une plaque contenant le milieu de Komada (
62 ). Les racines plaquées ont été incubées à la lumière ambiante et à température ambiante jusqu’à l’émergence des colonies. Les mycéliums fongiques et les spores des colonies émergentes ont été échantillonnés et examinés au microscope Nikon E60 et identifiés au niveau du genre ou à des groupes morphologiques plus larges, sur la base de caractéristiques taxonomiques. Des colonies de morphologie typique ont été étalées sur un milieu minimal pour induire la sporulation en vue d’une identification plus approfondie. Des tests PCR pour les ITS, suivis d’un clonage et d’un séquençage, ont été réalisés sur plus de 384 colonies de morphologie typique pour valider l’identification microscopique. Les méthodes suivaient celles décrites dans la référence
63 . La qualité des séquences a été vérifiée et alignée à l’aide du logiciel de la suite DNAStar (DNAStar, Madison, WI, USA) et identifiée à l’aide de l’outil de recherche d’alignement local de base et de la banque de données nucléotidiques GenBank du National Center for Biotechnology Information à Bethesda, MD (
Préparation de bibliothèques de séquençage Illumina à partir de sols de rhizosphère.
La rhizosphère et les sols en vrac conservés dans LifeGuard à –80 °C ont été décongelés et 800 µl de chaque boue ont été traités à l’aide d’un kit d’isolement d’ADN de sol à 96 puits PowerSoil-htp (Mo Bio Laboratories, Inc., Solana Beach, Californie), selon aux recommandations du fabricant. L’ADN a été quantifié et sa qualité vérifiée à l’aide d’un spectrophotomètre NanoDrop 2000 (Thermo Fisher Scientific, Pittsburgh, PA). Des amplicons du gène de l’ARNr bactérien 16S ont été générés avec les amorces f515 et r806 (
64 ). Des amplicons fongiques ITS ont été générés avec les amorces ITS1 et ITS2 (
65 ). Le séquençage du gène de l’ARNr 16S et du métacode à barres ITS a été effectué conformément au manuel de préparation de la bibliothèque de protocoles Illumina (numéro de pièce 1504423 rév. B ; Illumina, Inc.). Cinq microlitres de produit d’amplicon adaptateur nettoyé pour chaque échantillon ont été utilisés pour la PCR d’indexation à l’aide du kit d’indexation Nextera XT (référence FC-131-1002 ; manuel de préparation de la bibliothèque de séquençage métagénomique 16S, référence 1504423 rév. B ; Illumina, Inc.) . Les produits de PCR index ont été nettoyés conformément au protocole Illumina (manuel de préparation de la bibliothèque de séquençage métagénomique 16S, référence 1504423 rév. B ; Illumina, Inc.), et des aliquotes de 2 µl par échantillon de chaque plaque PCR à 96 puits ont été regroupées pour le résultat final. Bibliothèque Illumina. Pour l’analyse, 100 µl de solutions à 10 nM de chaque pool de bibliothèques ont été congelés et expédiés sur de la neige carbonique pour analyse sur un système Illumina MiSeq au Centre de recherche sur le génome et de bioinformatique (CGRB), Oregon State University, Corvallis, OR. Pour Beltsville, un total de 512 échantillons ont été séquencés. Pour Stoneville, 256 échantillons ont été séquencés.
Bioinformatique et analyse statistique.
(i) Filtrage et découpage des séquences. Les lectures ont été renvoyées par le CGRB après un contrôle de qualité initial avec les flux de travail Illumina standard, y compris le filtrage de qualité et le découpage de l’adaptateur. Les scripts utilisés dans les étapes suivantes peuvent être trouvés sur
https://github.com/rmkepler/FSP_script_repository . Avant de joindre les extrémités appariées et l’attribution de la taxonomie, les amorces directes et inverses ont été supprimées et la qualité des séquences réduite (-q 22) à l’extrémité 3 ‘à l’aide de Cutadapt (version 1.8.3) (
66 ). Les lectures dépourvues de séquences d’amorces ou inférieures à 75 pb avant le découpage ont été rejetées.
(ii) Affectation d’assemblage et de taxonomie. Le package R Dada2 (
67 ) a été utilisé pour l’assemblage par paires et l’affectation de taxonomie. La commande « filterandtrim » a été utilisée pour supprimer les séquences avec un taux d’erreur attendu > 2 et toutes les séquences contenant des valeurs « N » (bases illisibles). Les taux d’erreur ont été estimés pour les lectures directes et inverses. Les lectures filtrées ont ensuite été dérépliquées avec la commande « derepFastq ». Les séquences dérépliquées ont été débruitées avec la commande « dada », puis les extrémités appariées ont été fusionnées. Les séquences chimériques ont été supprimées avec la commande « removeBimeraDenovo ». La taxonomie a été attribuée à la table de séquences sans chimère avec l’implémentation dada2 du classificateur RDP (
(iii) Analyse communautaire. Nous avons transformé les données sur le gène de l’ARNr 16S et le nombre de communautés ITS en abondances relatives, puis avons calculé la dissimilarité de Bray-Curtis. L’analyse des correspondances sans tendance (DCA) a été appliquée à la matrice de dissimilarité de Bray-Curtis à l’aide du package VEGAN v. 2.4 (
72 ) pour les codes-barres fongiques et procaryotes. PERMANOVA a été utilisé pour évaluer l’importance des facteurs liés à la culture et à l’emplacement.Après un sous-ensemble par culture et par emplacement, la richesse et la régularité ont été estimées à partir d’ensembles de données raréfiées des décomptes de séquences brutes à l’aide de VEGAN. DESeq2 v. 1.18.1 (
73 ) a été utilisé pour produire des ensembles de données à variance stabilisée (
74 ) à partir de décomptes non raréfiés. Les ordinations ont été réalisées à l’aide de l’analyse des correspondances canoniques (ACC) et d’un modèle de la forme « ∼ système + année » avec VEGAN. Nous avons utilisé PERMANOVA pour déterminer l’importance des principaux effets et interactions entre les facteurs suivants : système agricole, zone de sol, traitement au glyphosate, date d’échantillonnage et année. Le facteur du système agricole comportait 4 catégories pour Beltsville (CT, NT, Org3 et Org6) et 2 pour Stoneville (NT_none et NT_15yr). Tous les autres facteurs avaient deux catégories aux deux endroits, comme suit : zone de sol (en vrac et rhizosphère), année (2013 et 2014), traitement au glyphosate (pulvérisation et non pulvérisation) et date d’échantillonnage (application de glyphosate avant pulvérisation et application de glyphosate après pulvérisation). Un modèle à mesures répétées basé sur l’identification des parcelles (ID) a été utilisé.L’effet du traitement au glyphosate sur les communautés microbiennes a été testé avec le test de rang signé de Wilcoxon sur les différences entre les dates, tel que mis en œuvre dans le plug-in longitudinal pour Qiime2 (
75 ). Le test a été appliqué séparément pour trois mesures de diversité pour les données à variance stabilisée, déterminées avec VEGAN, observé, l’indice de Shannon et l’indice de Simpson.
(iv) Taxons différentiellement abondants. Des tests pour des taxons différentiellement abondants en réponse au traitement au glyphosate ont été réalisés dans DESeq2 en utilisant des tests de rapport de vraisemblance après avoir sous-divisé les données fongiques et procaryotes par emplacement, culture et système agricole. Le test a comparé un modèle complet comprenant le groupe, les termes de date d’échantillonnage et un terme d’interaction, où le groupe est défini comme la combinaison du système agricole et du traitement au glyphosate (par exemple, Org3_spray) et la date d’échantillonnage correspond aux événements d’échantillonnage avant et après pulvérisation. Le modèle complet a été comparé à un modèle réduit dépourvu du terme d’interaction. Ainsi, les taxons présentant des valeurs
P significatives indiquent que la date d’échantillonnage et l’application de glyphosate ont interagi pour être d’importants prédicteurs de leur abondance. Cela a été testé pour chaque taxon fongique et procaryote identifié. Des ensembles de données avec des décomptes non transformés ont été utilisés comme données de départ, dont la variance a ensuite été stabilisée pendant les tests.Les différences dans la chimie du sol ont été évaluées par analyse discriminante canonique à l’aide du package candisc v. 0.8.0 dans R. Les différences dans la chimie du sol ont été visualisées avec une mise à l’échelle multidimensionnelle non métrique de la dissimilarité de Bray-Curtis et des vecteurs tracés pour les différents constituants chimiques à l’aide du métaMDS et envfit fonctions de VEGAN, respectivement.
Disponibilité des données.
Les données sont accessibles sous le numéro NCBI BioProject
Chris Rasmann et Gwen Bagley ont contribué de manière substantielle à la gestion sur le terrain et à l’échantillonnage des parcelles de Beltsville. Le regretté John Lydon a contribué à la conception expérimentale.Nous ne déclarons aucun conflit d’intérêts.
note de bas de page
[Cet article a été publié le 18 février 2020, avec le suffixe du nom de Martin M. Williams II affiché à tort comme « Jr. » dans la signature et les références 35, 36 et 54. Cela a été corrigé dans la version de l’article publiée le 18 septembre 2020. De plus, le prénom de Jeffrey S. Buyer était affiché à tort comme « Jeffery », et cela a été corrigé. dans la version de l’article publiée le 14 octobre 2020.]
ASM ne détient pas les droits d’auteur sur le matériel supplémentaire qui peut être lié à un article ou accessible via celui-ci. Les auteurs ont accordé à ASM une licence mondiale non exclusive pour publier les fichiers de matériel supplémentaire. Veuillez contacter directement l’auteur correspondant pour une réutilisation.
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A mon humble avis, le seul truc qui peut avoir l’ambition de résoudre un panel assez large de problématiques actuelles de cette planète, s’appelle la PHOTOSYNTHÈSE , la photosynthèse qui fait la force de la Nature est la fonction inimitable ( à énergie gratuite) qui enclenche tous les processus qui intéressent toute la vie sur cette Terre …..On ne parle pas assez de cette photosynthèse ….On l’a plutôt sacrement mise à mal depuis quelques temps …..On doit peut-être remettre « de la photosynthèse dans les cerveaux »
Si l’homme était si intelligent, au lieu d’avoir une planète avec un climat détraqué, on devrait avoir un paradis naturel en évolution constante……Uniquement si on avait un peu compris la Nature ….au lieu de la détruire , il faut la développer , la booster, et ce qui est terrible , c’est qu’elle peut le faire seule, il suffit de la laisser tranquille …..Elle sait ce qu’elle doit faire faire pour être performante …..Elle faisait ça tranquille depuis très, très longtemps……La Nature est d’une puissance magnifique
Article présentant les différentes étapes de la photosynthèse et des expériences réalisables en classe permettant de montrer le déroulement de celle-ci. Analyse de résultats expérimentaux et de démonstrations célèbres : expériences d’Emerson, d’Engelman, de Ruben et Kamen…
1. Introduction
Les végétaux, organismes photoautotrophes, sont capables d’utiliser l’énergie lumineuse pour réaliser la synthèse de molécules organiques, à partir de composés minéraux. L’ensemble de ces réactions est regroupé sous le terme de photosynthèse. La photosynthèse est réalisée par des organismes autotrophes au carbone, grâce à des pigments particuliers, et peut être découpée en deux groupes de réactions.
Le dossier aborde de manière succincte ces généralités sur la photosynthèse. Il s’agit essentiellement d’une version « abrégée » de l’ensemble de documents présents sur le site Biologie et Multimédia qui reprennent l’essentiel du module « Biologie et Physiologie végétales » de 2e année de l’Université Paris VI. Ce dossier « abrégé » reste donc bien évidemment incomplet. À tout moment, il est possible d’accéder aux documents complets, par les liens signalés.
2. Les organismes autotrophes au carbone
2.1. Autotrophie et hétérotrophie
Les êtres vivants sont composés d’eau et de sels minéraux, ainsi que de substances organiques. Ces dernières comportent glucides, lipides, protéines, acides nucléiques, etc. Or les composés organiques sont continuellement renouvelés (par dégradation et synthèse). Ce fonctionnement des êtres vivants nécessite des échanges constants de matière et d’énergie avec le milieu extérieur.
On peut ainsi distinguer différents types d’organismes en fonction de leurs besoins et de la source d’énergie utilisée.
Les organismes hétérotrophes : ils sont incapables d’effectuer eux-mêmes les synthèses de leurs constituants à partir d’élément minéraux. Ils sont en général chimiotrophes, c’est-à-dire utilisant comme source d’énergie l’énergie chimique récupérée au cours de l’oxydation des composés organiques réduits présents dans leur alimentation.
Les organismes autotrophes : ils sont capables d’utiliser des éléments inorganiques pour synthétiser leurs propres constituants organiques. Ils sont en général phototrophes, c’est-à-dire capables d’utiliser l’énergie lumineuse et de convertir cette énergie en étapes chimiques.
Il s’agit des animaux, des champignons, et de certains procaryotes (la bactérie E. coli par exemple). Ces organismes utilisent des substances organiques à la fois comme source d’énergie et comme source de pouvoir réducteur.
Figure 1 – Schéma général du métabolisme d’une cellule hétérotrophe / chimiotropheLes intermédiaires sont : 1 = ATP, intermédiaire énergétique ; 2 = NADH ou NADPH, coenzymes d’oxydo-réduction ; 3 = molécules du métabolisme intermédiaire (pyruvate, malate, acétylCoA, etc.).Auteur(s)/Autrice(s) : Roger Prat, François MoreauLicence : Pas de licence spécifique (droits par défaut)
Il s’agit des végétaux chlorophylliens et de certains procaryotes. Ces organismes utilisent la lumière comme source d’énergie et l’eau comme pouvoir réducteur.
Figure 2 – Schéma général du métabolisme d’une cellule autotrophe / phototropheLes intermédiaires sont : 1 = ATP, intermédiaire énergétique ; 2 = NADH ou NADPH, coenzymes d’oxydo-réduction ; 3 = molécules du métabolisme intermédiaire (pyruvate, malate, acétylCoA, etc.).Auteur(s)/Autrice(s) : Roger Prat, François MoreauLicence : Pas de licence spécifique (droits par défaut)
Toutefois, le fait qu’un organisme est autotrophe n’implique pas que toutes ses cellules soient autotrophes. Ainsi, si l’on prend l’exemple des trachéophytes (plantes vascularisées, ce qui inclus les plantes à fleurs), on peut noter que dans leur cas l’appareil aérien est autotrophe, mais que l’appareil racinaire est lui hétérotrophe (de même que l’embryon et la plantule).
Figure 3 – Cycle du carbone et cycle de l’oxygèneLa photosynthèse des végétaux chlorophylliens est responsable de la fixation et de la réduction de CO2, ainsi que de la libération d’O2. À l’inverse, la fonction respiratoire des organes et organismes non chlorophylliens est responsable de l’oxydation des composés organiques (consommation d’O2, libération de CO2). Il en résulte un cycle pour le carbone et un cycle pour l’oxygène qui sont antiparallèles.Auteur(s)/Autrice(s) : Roger Prat, François MoreauLicence : Pas de licence spécifique (droits par défaut)
Chez les plantes terrestres (Embryophytes, anciennement appelées cormophytes), la photosynthèse se réalise dans les chloroplastes des parenchymes chlorophylliens des organes chlorophylliens. Ces organes sont les feuilles, plus rarement les tiges. Chez les algues, les cellules chlorophylliennes sont localisées dans l’ensemble du thalle.
Nous nous limitons ici à l’exemple des Angiospermes. Une étude expérimentale (par exemple basée sur la présence d’amidon, stocké temporairement lors de la photosynthèse) permet de mettre en évidence la localisation de la photosynthèse, aussi bien au niveau de l’organisme dans son entier qu’au sein de la cellule elle-même (voir à ce sujet le document sur cette mise en évidence expérimentale)
3.1. Localisation au sein des feuilles
Chez les Angiospermes, la photosynthèse est essentiellement localisée au niveau de la feuille. Cet organe aplati, en relation étroite avec la tige, possède une morphologie lui permettant de présenter une grande surface vis-à-vis de l’environnement.
Figure 4 – Structure schématique d’une feuille d’Angiosperme dicotylédoneLa nervure médiane, très en relief comme chez beaucoup de dicotylédones, contient principalement des tissus conducteurs de la sève brute (xylème) et de la sève élaborée (phloème). Ces tissus sont protégés par des tissus de soutien. De part et d’autre de cette nervure, le limbe est formé par du parenchyme palissadique (face supérieure) et du parenchyme lacuneux (face inférieure). La feuille est protégée des pertes d’eau par deux épidermes, recouverts d’une cuticule imperméable. Les échanges de gaz sont assurés par les stomates.Auteur(s)/Autrice(s) : Roger Prat, François MoreauLicence : Pas de licence spécifique (droits par défaut)
La plupart des feuilles d’Angiospermes dicotylédones présente un parenchyme chlorophyllien palissadique à la face supérieure : c’est à son niveau que se déroule la photosynthèse. Ce tissu est en relation aussi bien avec l’extérieur (par les stomates) qu’avec l’intérieur de la plante (par les tissus conducteurs des nervures).
Au sein des cellules chlorophylliennes, la photosynthèse se déroule dans les chloroplastes. Ces organites de grande taille (environ 10 micromètres de long) possèdent une enveloppe composée d’une double membrane, et un système endomembranaire formant des saccules : les thylakoïdes. La conversion de l’énergie lumineuse en énergie de liaison chimique et en pouvoir réducteur se réalise au niveau des membranes des thylakoïdes. La réduction du carbone inorganique (CO2) en carbone organique a lieu dans le stroma du chloroplaste. Cette matière organique synthétisée peut être stockée temporairement sous la forme de grains d’amidon.
Figure 5 – Photographies d’une cellule chlorophyllienne (d’élodée du Canada) et d’un chloroplasteDans la cellule végétale, les chloroplastes sont disposés dans le cytoplasme périphérique de la vacuole. Voir le document complet pour un schéma explicatif. Le chloroplaste est observé au microscope électronique à transmission. On note deux types de thylakoïdes : les thylakoïdes granaires qui s’assemblent en « piles » de saccules (les grana), et les thylakoïdes intergranaires.Auteur(s)/Autrice(s) : Roger Prat, François MoreauLicence : Pas de licence spécifique (droits par défaut)
Les chloroplastes peuvent être observés dans les conditions naturelles (« in situ »). Mais il est parfois nécessaire de les isoler, afin de réaliser une étude plus précise de leur nature et de leur fonctionnement. Pour cela, on procède à l’éclatement des cellules végétales, puis à l’isolement et à la purification des chloroplastes intacts par plusieurs centrifugations successives.
Diverses expériences permettent d’aboutir à une équation globale, résumant les mécanismes de la photosynthèse. Nous revenons ici sur quelques expériences permettant d’en démontrer les différents éléments, et donc de construire progressivement cette équation.
4.1. Production de dioxygène, utilisation de dioxyde de carbone
On peut tout d’abord chercher si certains échanges gazeux se réalisent chez les plantes chlorophylliennes, en présence de lumière. On utilisera pour cela une plante aquatique, l’élodée du Canada, et comme source de CO2, de l’hydrogénocarbonate de sodium. Celui-ci, soluble dans l’eau est absorbé par la plante et converti en CO2 grâce à une anhydrase carbonique selon la réaction :
Figure 6 – Expérience de dégagement de dioxygène par une élodée à la lumièreLes trois expériences sont réalisées dans : (a) de l’eau distillée ; (b) de l’eau du robinet ; (c) de l’eau additionnée d’hydrogénocarbonate à 1 %. C’est en (c) que la production d’oxygène est la plus importante.Auteur(s)/Autrice(s) : Roger Prat, François MoreauLicence : Pas de licence spécifique (droits par défaut)Figure 7 – Équation bilan de la photosynthèse : équation (1)L’expérience précédente montre qu’à la lumière, une plante verte produit de l’O2 si du CO2 lui est fourni. Cette constatation n’implique aucune relation chimique entre le CO2 et l’O2.Auteur(s)/Autrice(s) : Roger Prat, François MoreauLicence : Pas de licence spécifique (droits par défaut)
Ces expériences permettent donc de démontrer qu’en présence de lumière, les végétaux chlorophylliens consomment du CO2 et libèrent du O2. Toutefois, ces expériences seules ne nous permettent pas d’expliquer ce que permettent ces échanges gazeux pour la plante.
4.2. Production de glucides
Dans un deuxième temps, on recherche si l’exposition à la lumière a des conséquences sur la matière organique (et plus particulièrement glucidique) présente au sein du végétal. Des expériences utilisant des isotopes radioactifs démontrent ainsi que l’énergie lumineuse permet, indirectement, la synthèse de glucides simples.
Toutefois, il est difficile de caractériser ces glucides simples produits par la photosynthèse dans des expériences utilisant du matériel simple. Il est possible par contre de caractériser l’amidon (un polymère de glucose mis en réserve lorsque la photosynthèse est très active). Cette caractérisation se réalise avec le lugol, un réactif spécifique de l’amidon.
On peut ainsi observer la présence d’amidon au sein des chloroplastes de cellules de feuille d’élodée mises à la lumière.
Figure 8 – Observation d’une feuille d’élodée exposée à la lumièreUne feuille d’élodée est placée dans une eau enrichie en hydrogénocarbonate et éclairée plusieurs heures. A gauche : cellules observées sans coloration, chloroplastes naturellement verts. A droite : après traitement par le lugol, des grains d’amidon de couleur sombre sont visibles dans les chloroplastes.Auteur(s)/Autrice(s) : Roger Prat, François MoreauLicence : Pas de licence spécifique (droits par défaut)
On obtient ainsi l’équation bilan de la photosynthèse. Afin d’obtenir un équilibre chimique de cette réaction, on rajoute H2O, mais sans que les expériences présentées ici aient permis de démontrer son utilisation réelle.
Des études plus précises peuvent être réalisées, afin de mieux comprendre les relations entre les atomes des molécules figurées dans cette équation bilan. Si le devenir du carbone du CO2 ne pose pas de problème (il est incorporé dans les glucides synthétisés), l’origine de l’oxygène de l’O2 pourrait se trouver soit au niveau du CO2, soit au niveau de l’eau H2O. En réalité, il apparaît que c’est l’oxygène de l’eau qui est libéré, au cours d’une réaction d’oxydo-réduction. Ceci permet de préciser alors l’équation bilan de la photosynthèse.
La réalisation de la photosynthèse par les chloroplastes des végétaux met en jeu un ensemble de molécules particulières, nommées pigments photosynthétiques. Le terme de « pigment » correspond au fait que ces molécules sont colorées, de part leur capacité à capter certaines radiations lumineuses. Ces pigments sont de trois types :
les chlorophylles, présentes chez tous les végétaux autotrophes au carbone ;
les caroténoïdes, présents chez tous les végétaux autotrophes au carbone ;
les phycobilines, présentes exclusivement chez les algues et les cyanobactéries.
On peut assez facilement extraire et séparer ces différents pigments.
Les chlorophylles sont constituées d’un noyau tétrapyrrolique avec un magnésium en son centre, et estérifié avec un alcool à très longue chaîne en C20 (le phytol). Dans la membrane des thylakoïdes, les chlorophylles sont associées à des protéines et forment des complexes protéines – pigments.
Figure 11 – Formules des chlorophylles a et bLes chlorophylles diffèrent par les substituants des groupements pyrroles. Le phytol n’est pas détaillé ici. Légende : I, II, III, IV = groupements pyrroles et V = cycle supplémentaire.Auteur(s)/Autrice(s) : Roger Prat, François MoreauLicence : Pas de licence spécifique (droits par défaut)
Télécharger le fichier PDB de la chlorophylle a pour une visualisation avec rasmol / rastop : chloa.pdb
Les caroténoïdes sont des molécules constituées de 40 carbones, avec deux extrémités cyclisées reliées par une longue chaîne de 8 unités isoprènes.
Figure 12 – Formule de deux caroténoïdesLe β-carotène est un exemple de carotène, et la lutéine un exemple de xanthophylle. À droite est représentée une unité isoprène.Auteur(s)/Autrice(s) : Roger Prat, François MoreauLicence : Pas de licence spécifique (droits par défaut)
Télécharger le fichier PDB du βcarotène pour une visualisation avec rasmol / rastop : bcarotene.pdb
Les phycobilines sont composées d’un noyau tétrapyrrolique ouvert, associé à une protéine. On les trouve au sein des photosystèmes de certaines algues, et de bactéries photosynthétiques telles que les cyanobactéries.
Figure 13 – Formule d’une phycobilineL’exemple présenté ici est la phycocyanobiline, représentée sans la protéine qui l’accompagne normalement.Auteur(s)/Autrice(s) : Roger Prat, François MoreauLicence : Pas de licence spécifique (droits par défaut)
Télécharger le fichier PDB de la phycocyanobiline pour une visualisation avec rasmol / rastop : phycocyanobiline.pdb
5.2. Spectres d’absorption
Les chlorophylles et les caroténoïdes absorbent certaines radiations dites actives pour la photosynthèse, dans la gamme de longueurs d’onde visibles comprises entre 500 et 700 nm.
À partir d’une solution de pigments, on peut donc mesurer les caractéristiques d’absorption de la lumière en réalisant un spectre d’absorption à l’aide d’un spectrophotomètre UV-visible classique, qui permet de mesurer l’absorption (A) en fonction de la longueur d’onde (l).
Figure 14 – Spectre d’absorption des pigments bruts extraits à partir d’une feuilleA : spectre lumineux en absence de pigments. B : spectre lumineux en présence de pigments. On note que l’absorption maximale se réalise dans le bleu et dans le rouge.Auteur(s)/Autrice(s) : Roger Prat, François MoreauLicence : Pas de licence spécifique (droits par défaut)
Un tel spectre global ne permet pas de reconnaître la part qui revient à chaque pigment. Pour cela, il faut travailler sur des solutions de pigments séparés et purifiés.
Figure 15 – Spectres d’absorption des chlorophylles, du carotène et de la fucoxanthineA gauche : spectres d’absorption des chlorophylles a et b. A droite : spectres d’absorption du bêta-carotène et de la fucoxanthineAuteur(s)/Autrice(s) : Roger Prat, François MoreauLicence : Pas de licence spécifique (droits par défaut)
Les chlorophylles sont des pigments. De ce fait, ces molécules (comme les autres pigments photosynthétiques) peuvent être excitées par les radiations lumineuses. Cette excitation est due à la présence de liaisons conjuguées (et donc d’électrons délocalisés) : l’arrivée d’un photon fait passer un électron délocalisé d’un état fondamental (non excité) à un état excité. Chez la chlorophylle, il existe deux états excités : un état supérieur (Sa) et un état inférieur (Sb), selon l’énergie du photon excitateur.
La chlorophylle, une fois excitée, retourne à son état fondamental, plus stable thermodynamiquement. Ceci peut se faire de plusieurs manières, et en particulier en :
émettant de la lumière (c’est la fluorescence constatée dans une solution de chlorophylle) ;
transférant son énergie à une molécule très proche (c’est la résonance, qui permet aux pigments de l’antenne collectrice des photosystèmes de transférer l’énergie lumineuse de molécule en molécule jusqu’à une chlorophylle piège) ;
perdant un électron (c’est la photochimie, qui permet à la molécule de chlorophylle piège du photosystème de réduire un accepteur d’électron, et ainsi de permettre la réalisation de la chaîne photosynthétique).
Les spectres d’absorption des pigments sont uniquement liés à leur capacité à capter des photons de certaines longueurs d’onde. Le spectre d’action consiste à quantifier l’activité que l’on cherche à corréler à ces pigments (ici l’activité photosynthétique), en fonction des longueurs d’onde incidentes. Les spectres d’action ainsi réalisés suivent globalement les spectres d’absorption des végétaux chlorophylliens, ce qui confirme que c’est bien cette capacité à capter les photons qui permet la réalisation de la photosynthèse.
La photosynthèse est influencée par les facteurs de l’environnement : la lumière (source d’énergie), le CO2 (source de carbone) et la température (qui affecte l’ensemble des réactions biochimiques).
La photosynthèse est un processus complexe qui fait intervenir de nombreuses étapes qui sont affectées de manière différente par les facteurs de l’environnement. De ce fait, les facteurs externes agissent indépendamment les uns des autres et le phénomène global obéit à la loi dite des « facteurs limitants » que l’on peut énoncer de la façon suivante : lorsqu’un processus est contrôlé par plusieurs facteurs agissant indépendamment, son intensité est limitée par le facteur qui présente la valeur minimum. Le facteur est alors limitant et la vitesse du processus est proportionnelle à la valeur de ce facteur.
6.1. Mesure de la photosynthèse
Pour pouvoir étudier les facteurs externes influant sur la photosynthèse, encore faut-il être capable de mesurer celle-ci. Dans cette optique, un certain nombre de paramètres peuvent être pris en compte, et en particulier l’incorporation du carbone dans les molécules organiques, l’évolution de la concentration en CO2, ou encore l’évolution de la concentration en oxygène.
Une solution simple et quantitative est l’utilisation d’une électrode à oxygène pour mesurer l’évolution de la concentration en oxygène. Ainsi, on observe à la lumière un dégagement d’oxygène. La mesure de ce dégagement correspond à la photosynthèse nette (Pn). En effet, la plante, dans le même temps, réalise la respiration cellulaire, et consomme ainsi de l’oxygène, ce qui fausse cette mesure… La solution est alors de mesurer la consommation d’oxygène à l’obscurité, qui correspond à la respiration (Ro). On obtient alors la valeur de la photosynthèse brute (Pb) par la formule suivante : Pb = Pn – Ro
Figure 18 – Évolution de la concentration en dioxygène à l’obscurité et à la lumière lors de la photosynthèsePb = Pn – RoPb = photosynthèse brute ; Pn = photosynthèse nette ; Ro = respirationAuteur(s)/Autrice(s) : Roger Prat, François MoreauLicence : Pas de licence spécifique (droits par défaut)
La photosynthèse se réalise en présence de lumière. Il est possible de quantifier ce phénomène, en éclairant des plantes avec une source lumineuse permettant de réaliser une gamme d’intensités (flux de photons) déterminées.
On obtient ainsi des courbes biphasiques, permettant de déterminer plusieurs paramètres :
L’éclairement saturant ou optimal (IS) : c’est l’éclairement pour lequel la courbe atteint un plateau. Au-delà, la capacité d’absorption des photons dépasse la capacité de leur utilisation. Les réactions d’assimilation du CO2 deviennent limitantes et la photosynthèse présente une intensité maximale.
Le point de compensation pour la lumière (IC) : c’est la valeur de l’éclairement pour laquelle la photosynthèse nette est nulle ; la photosynthèse compense juste la respiration.
Le rendement de l’absorption des photons (ou rendement quantique foliaire Phi Ф) c’est la pente (coefficient directeur) de la partie linéaire initiale de la courbe. Dans cette gamme d’éclairement, la lumière est limitante.
Il est aussi possible d’étudier l’influence qualitative de la lumière, en réalisant le spectre d’action de la lumière sur le végétal étudié. On peut ainsi s’apercevoir que toutes les radiations lumineuses ne sont pas aussi efficaces pour la photosynthèse.
6.3. Comparaison de la photosynthèse de plantes de lumière et de plantes d’ombre
Figure 20 – Courbes de saturation de la photosynthèse en fonction de la densité du flux de photons chez une plante de lumière et une plante d’ombreLes autres facteurs (concentration en CO2 atmosphérique, température 25 °C) sont maintenus constants. IC : intensité de compensation ; IS : intensité saturante ; Ф : rendement quantique foliaire. En bleu : plantes d’ombre ; en rouge : plantes de lumière.Auteur(s)/Autrice(s) : Roger Prat, François MoreauLicence : Pas de licence spécifique (droits par défaut)
Quand on compare le comportement de ces deux types de plantes on constate que :
ICO (ombre) est inférieure à ICL (lumière) ;
ФO (ombre) est supérieur à ФL (lumière) ;
ISO (ombre) est inférieure à ISL (lumière).
En d’autres termes, les plantes d’ombre présentent une intensité photosynthétique optimale et une intensité de compensation plus faible, mais une efficacité dans l’absorption des photons plus élevée (plantes des sous-bois). Inversement, les plantes de lumière sont moins efficaces dans la capture des photons, mais elles fixent davantage de CO2 (ex : plantes cultivées).
6.4. Influence de la concentration en CO2
Les plantes aériennes assimilent le CO2 atmosphérique (0,035 % de CO2) tandis que les plantes aquatiques absorbent soit le CO2 dissous (concentration faible : environ 10 µM à pH 7), soit les ions bicarbonate HCO3– (concentrations élevées : de l’ordre du mM, mais variable en fonction du pH), qui sont ensuite convertis en CO2 grâce à la réaction catalysée par l’anhydrase carbonique. La quantité de CO2 disponible est limitante dans des conditions d’éclairement moyen. Par conséquent, une augmentation de la photosynthèse est observée lorsqu’on augmente la concentration de CO2.
Figure 21 – Influence de la concentration en CO2 de l’air sur la consommation en CO2 d’une plante verteLa courbe présente une première partie pseudo-linéaire pour laquelle le CO2 est limitant, et une seconde partie qui correspond à un plateau pour lequel l’éclairement est devenu limitant et la photosynthèse maximale, dans ces conditions.Auteur(s)/Autrice(s) : Roger Prat, François MoreauLicence : Pas de licence spécifique (droits par défaut)
L’optimum de température des plantes varie en fonction de leur origine. Ainsi, les plantes des régions tempérées ont un maximum qui se situe entre 15 °C et 25 °C, avec une limite de tolérance au froid vers – 2 °C à 0 °C et de tolérance au chaud vers 40 °C à 50 °C. Pour une plante donnée, on observe des modifications du point de compensation (IC) et du point de début de saturation (IS), mais sans modification du rendement Ф. Ceci montre que les réactions photochimiques sont peu ou pas sensibles à la température, au contraire des réactions biochimiques.
Plusieurs types d’expériences ont montré que la photosynthèse pouvait être découpée en deux groupes de réactions de significations différentes, mais couplées entre elles et nécessitant des intermédiaires.
7.1. Origine de l’oxygène (Ruben et Kamen, 1938)
L’équation bilan de la photosynthèse montre un dégagement de dioxygène.
La question se pose de savoir d’où provient ce dioxygène. On peut en effet émettre deux hypothèses : soit cet oxygène provient du CO2, soit il provient de l’eau H2O. Afin de trancher entre ces deux possibilités, Ruben et Kamen ont utilisé un isotope lourd de l’oxygène (18O) à la place de l’oxygène habituel (16O) et ils ont marqué ainsi diverses molécules (H2O, CO2). Lorsque de l’eau est marquée par le 18O (H218O), le dioxygène produit par la photosynthèse devient marqué ; ce n’est pas le cas lorsque le CO2 est marqué par le 18O. Ils en déduisent que c’est l’eau (H2O) qui est à l’origine du dioxygène produit. Pour former une molécule de dioxygène, il faut donc 2 molécules d’eau.
Ces résultats montrent que l’on peut décomposer la réaction photosynthétique en deux groupes de réactions :
Figure 23 – Équation bilan des deux groupes de réaction de la photosynthèse phase claire et phase sombreCes deux réactions (oxydation de l’eau et réduction du dioxyde de carbone) sont couplées dans un ensemble complexe de réactions d’oxydoréduction faisant intervenir des transporteurs de protons (H+) et d’électrons (e–).Auteur(s)/Autrice(s) : Roger Prat, François MoreauLicence : Pas de licence spécifique (droits par défaut)
7.2. Existence de deux types de réactions (Emerson et Arnold, 1932)
Diverses expériences d’incorporation de CO2 par des chlorelles (algues unicellulaires) ont permis de mettre en évidence que l’ensemble des réactions composant la photosynthèse peut être décomposé en deux groupes :
des réactions mettant directement en jeu la lumière – on parle de phase photochimique de la photosynthèse ;
des réactions plus lentes, sans utilisation directe de la lumière – on parle de phase biochimique de la photosynthèse.
7.3. La libération d’O2 nécessite un accepteur d’électron (Hill, 1937)
Hill utilise une suspension de chloroplastes isolés dans un tampon sans CO2. Il mesure les variations de dioxygène à l’aide d’une électrode à oxygène. Il ajoute à la préparation un accepteur artificiel d’électrons, le ferricyanure de potassium, Fe3+(CN–)6K3 (réactif de Hill) et travaille en lumière continue.
Figure 25 – Nécessité d’un absorbeur d’électron pour la photosynthèseEn absence de CO2, les chloroplastes sont capables de libérer du dioxygène, à condition qu’un accepteur d’électron (Fe3+) soit présent dans le milieu.Auteur(s)/Autrice(s) : Roger Prat, François MoreauLicence : Pas de licence spécifique (droits par défaut)
Le réactif de Hill se comporte comme un accepteur d’électron :
Fe3+ + e – → Fe2+
Dans les conditions naturelles de la photosynthèse, ce rôle d’accepteur d’électron est rempli par le couple NADP+/NADPH :
NADP+ + 2e – + 2H+ → NADPH + H+
Le couple NADP+/NADPH joue ainsi le rôle d’intermédiaire entre l’oxydation de l’eau et la réduction du CO2. De plus, l’ATP sert aussi d’intermédiaire énergétique : de l’ATP est formé en conséquence du fonctionnement de la chaîne photosynthétique, et est ensuite utilisé lors de la formation des composés carbonés.
7.4. Schéma bilan
Figure 26 – Représentation schématique statique de la séparation de la photosynthèse en deux groupes de réactionAuteur(s)/Autrice(s) : Roger Prat, François MoreauLicence : Pas de licence spécifique (droits par défaut)
Et si nous les hommes avions le choix de transformer cette terre soit en enfer avec des guerres et des dictateurs ……Ou soit en Paradis , avec une organisation cohérente, durable équitable pour tous ….!!
Qu’est-ce qui va l’emporter la bêtise ou l’intelligence…..!!
Le problème de l’homme est qu’il est resté mineur…..dans ses actes et ses réflexions …..Il doit vite devenir majeur ….!!
La Nature a une préoccupation essentielle, verdir sans arrêt …..l’homme devrait avoir la même …!!
Le problème actuel de l’humanité ou du dérèglement climatique, ce n’est pas forcément l’excès de Carbone atmosphérique….. c’est plutôt le manque de photosynthèse pour gérer, pour optimiser ce Carbone…….!!
On est des gaspilleurs de soleil, des gaspilleurs d’énergie en plus gratuite , l’homme est un destructeur de photosynthèse …
On met de plus en plus de gens, les pieds sur du bitume ou du béton et comme il y a de plus en plus de monde …..Comment a t-on fait pour imaginer que ces surfaces imperméables faisaient plus propre …..!! (le bitume étant le résultat final du pétrole)
Ces surfaces inertes en accroissement exponentielle accumule la chaleur solaire, empêche la recharge des nappes phréatiques et accélèrent la circulation de l’eau de pluie vers la mer ….
SOS SOL ……Sauvez le sol , c’est sauvez la vie ….!! ……De problème pour l’avenir de la vie sur cette planète, l’homme doit devenir la solution et les solutions pour assurer l’avenir , et de l’humanité et de cette merveilleuse Terre
Rapport de l’ONU : les exploitations agricoles du monde entier ont atteint « un point de rupture »
Le système agricole mondial soumis au stress climatique et dégradé par la pollution doit rapidement adopter des pratiques durables pour nourrir 2 milliards de bouches supplémentaires attendues d’ici 2050, selon un nouveau rapport des Nations Unies.
Près de 10 % des 8 milliards d’habitants de la planète sont déjà sous-alimentés, 3 milliards d’entre eux ne bénéficient pas d’une alimentation saine, et les ressources en terre et en eau dont dépendent les agriculteurs sont soumises à une pression « jusqu’à un point de rupture ». Et d’ici 2050, il y aura 2 milliards de bouches supplémentaires à nourrir, prévient un nouveau rapport de l’Organisation des Nations Unies pour l’alimentation et l’agriculture (FAO).
Pour l’instant, les agriculteurs ont pu accroître la productivité agricole en irriguant davantage de terres et en appliquant de plus fortes doses d’engrais, de pesticides et de génétique. Mais le rapport indique que ces pratiques ne sont pas durables : elles ont érodé et dégradé les sols tout en polluant et en épuisant les réserves d’eau et en réduisant les forêts de la planète. Le rapport de la FAO examine certains impacts importants du changement climatique , tels que la modification de la répartition des précipitations, l’adéquation des terres à certaines cultures, la propagation des insectes et autres ravageurs et les saisons de croissance plus courtes dans les régions touchées par des sécheresses plus intenses. Bien qu’il ne s’agisse pas de la seule source d’obstacles auxquels est confrontée l’agriculture mondiale, le rapport indique clairement que le changement climatique met encore plus à l’épreuve les systèmes agricoles et amplifie les défis mondiaux en matière de production alimentaire.
Le rapport laisse également espérer que les problèmes pourront être résolus : la dégradation de l’eau peut être inversée en se tournant vers une planification et une coordination intelligentes des pratiques agricoles durables et en déployant de nouvelles technologies innovantes. Une agriculture plus durable peut également contribuer à lutter contre le changement climatique : par exemple, le rapport note qu’une utilisation plus judicieuse des sols peut aider à séquestrer une partie des gaz à effet de serre actuellement émis par les activités agricoles.
Des changements climatiques drastiques obligeront les régions à ajuster leurs cultures. Par exemple, le rapport prédit qu’une grande partie de la production céréalière devra probablement être déplacée vers le nord, vers le Canada et le nord de l’Eurasie. Le Brésil et l’Afrique du Nord auront peut-être plus de mal à cultiver du café, mais cela pourrait devenir plus facile en Afrique de l’Est. Le changement climatique « pourrait offrir des opportunités pour de multiples cultures pluviales, en particulier dans les régions tropicales et subtropicales ». Et pour les zones « où le climat devient marginal pour les cultures de base et de niche actuelles, il existe des options alternatives de cultures arboricoles annuelles et pérennes, d’élevage et de gestion des sols et de l’eau ».
Le rapport recommande des échanges de semences et de germoplasme à l’échelle mondiale et entre les régions, ainsi que des investissements pour développer des cultures capables de résister aux changements de température, de salinité, de vent et d’évaporation.
Les changements ne seront pas faciles, affirme le rapport, mais ils pourraient être nécessaires pour éviter une famine généralisée et d’autres catastrophes.
Dégradation importante des terres et de l’eau
Au cours des 20 dernières années, la population mondiale a augmenté de plus de 25 %, passant d’un peu plus de 6 milliards à près de 8 milliards de personnes. La superficie des terres utilisées pour cultiver des cultures n’a augmenté que de 4 % au cours de cette période, les agriculteurs ayant été en mesure de répondre à la demande croissante de nourriture en augmentant considérablement la productivité par acre de terre agricole. Ils l’ont fait, par exemple, en augmentant l’utilisation de machines fonctionnant au diesel, d’engrais et de pesticides.
Mais ces pratiques ont un prix. « La dégradation provoquée par l’homme affecte 34 pour cent (1 660 millions d’hectares) des terres agricoles, rapporte la FAO. « Le traitement des sols avec des engrais inorganiques pour augmenter ou maintenir les rendements a eu des effets néfastes importants sur la santé des sols et a contribué à la pollution des eaux douces induite par le ruissellement et le drainage. »
Cette dégradation est particulièrement importante sur les terres agricoles irriguées. L’irrigation est essentielle pour répondre à la demande alimentaire, car elle produit deux à trois fois plus de nourriture par acre que les terres agricoles pluviales. Mais l’irrigation augmente également le ruissellement d’engrais et de pesticides qui peuvent contaminer les sols et les eaux souterraines.
La FAO rapporte également que dans certaines régions, l’agriculture peut représenter 72 % de tous les prélèvements d’eau de surface et souterraine, principalement pour l’irrigation, ce qui épuise les aquifères souterrains de ces régions. Les prélèvements mondiaux d’eau souterraine destinés à l’agriculture irriguée ont augmenté d’environ 20 % au cours de la seule dernière décennie.
De même, la qualité de 13 % des sols mondiaux, dont 34 % des terres agricoles, a été dégradée. Cette dégradation a été causée par des facteurs tels que l’utilisation excessive d’engrais, le surpâturage du bétail provoquant le compactage et l’érosion des sols, la déforestation et la diminution de la disponibilité en eau.
Carte de la dégradation mondiale des sols. (Source : Rapport de la FAO sur l’état des ressources mondiales en terres et en eau pour l’alimentation et l’agriculture)
Les tendances de la déforestation offrent un point relativement brillant dans le rapport de la FAO. La superficie forestière mondiale a diminué d’environ 1 % (47 millions d’hectares) au cours de la dernière décennie, mais cela représente une amélioration significative par rapport au déclin de près de 2 % (78 millions d’hectares) des années 1990. Et lors des négociations internationales sur le climat de novembre 2021 à Glasgow, 141 pays, couvrant 91 % de la superficie forestière mondiale, ont convenu d’arrêter et d’inverser la perte de forêts et la dégradation des terres d’ici 2030. Il reste bien sûr à voir combien d’entre eux respecteront ces engagements.
Le changement climatique aggrave les dysfonctionnements du système alimentaire
Le changement climatique exacerbe les difficultés des agriculteurs en rendant les conditions météorologiques plus extrêmes et moins fiables. La chaleur extrême peut stresser les cultures et les travailleurs agricoles tout en augmentant l’évaporation de l’eau du sol et la transpiration des plantes, amplifiant ainsi la demande en eau agricole. Ici aussi, ce ne sont pas que de mauvaises nouvelles : la productivité agricole devrait augmenter dans les régions actuellement relativement froides, mais diminuer dans les régions plus chaudes et plus sèches, d’autant plus que le changement climatique aggrave les sécheresses.
Comme pour d’autres, les agriculteurs devront s’adapter au changement climatique, et ces adaptations peuvent s’avérer coûteuses. Par exemple, en tant que principal ou unique producteur de nombreux fruits, légumes et noix du pays, la Californie fait effectivement office de jardin de l’Amérique . Mais le changement climatique exacerbe les sécheresses et les pénuries d’eau dans l’État, et les agriculteurs ont du mal à s’adapter. Environ 80 % de toutes les amandes dans le monde sont cultivées en Californie, générant 6 milliards de dollars de revenus annuels, mais les amandes sont une culture très gourmande en eau. En conséquence, certains agriculteurs ont été contraints de détruire leurs lucratifs vergers d’amandiers. Cela nous rappelle brutalement que « l’adaptation » peut sembler facile sur papier, mais qu’en pratique, elle peut parfois s’avérer douloureuse et coûteuse.
Les agriculteurs et les planificateurs devront s’adapter
Une adaptation sera néanmoins nécessaire face à une augmentation prévue de 50 % de la demande alimentaire d’ici 2050 (y compris un doublement en Asie du Sud et en Afrique subsaharienne), à une dégradation importante de la qualité des terres et de l’eau et au changement climatique. Le rapport de la FAO recommande quatre domaines d’action pour continuer à répondre à la demande alimentaire mondiale croissante.
Premièrement , adopter une gouvernance inclusive des terres et de l’eau grâce à une meilleure planification de l’utilisation des terres pour guider l’allocation des terres et de l’eau et promouvoir la gestion durable des ressources.
Deuxièmement , mettre en œuvre des solutions intégrées à grande échelle, par exemple en aidant les agriculteurs à utiliser les ressources disponibles plus efficacement tout en minimisant les impacts environnementaux négatifs associés et en renforçant également la résilience au changement climatique.
Troisièmement, adopter des technologies et une gestion innovantes telles que les services de télédétection ; ouvrir l’accès aux données et informations sur les cultures, les ressources naturelles et les conditions climatiques ; et améliorer la capture de l’eau de pluie et augmenter la rétention de l’humidité du sol.
Quatrièmement, investir dans la gestion durable à long terme des terres, des sols et de l’eau ; dans la restauration des écosystèmes dégradés ; et dans la gestion des données et des informations pour les agriculteurs.
On peut rajouter une cinquième action primordiale qui est de rétablir le cycle des éléments organiques « homme- sol-plante…. ». Si l’on veut préserver les sols durablement, on doit les nourrir comme eux nous nourrissent…!!
Heureusement, les pratiques agricoles durables peuvent également jouer un double rôle en tant que solutions climatiques. La FAO rapporte que 31 % des émissions mondiales de gaz à effet de serre proviennent des systèmes agroalimentaires. Les pratiques agricoles durables telles que l’agriculture régénérative peuvent nécessiter moins de machines fonctionnant au diesel et moins de recours aux pesticides polluant le sol et l’eau, tout en augmentant le carbone stocké dans les sols cultivés.
La résolution de ces multiples problèmes nécessitera de la planification et de la coordination , écrit la FAO dans le rapport, et « la collecte de données doit être améliorée ». Encore une fois, il y a un bon côté : la technologie permettant d’améliorer la collecte de données existe déjà, et les progrès de la recherche agricole ont également mis d’autres solutions à portée de main. Ce qu’il faut maintenant, c’est que les décideurs politiques et les planificateurs coordonnent leur travail avec les agriculteurs pour adopter des pratiques plus durables et s’adapter plus rapidement au changement climatique. Ainsi, même si le système alimentaire se trouve actuellement à un « point de rupture », ces solutions plus durables sont toutes à notre portée.
La plupart d’entre nous sont familiarisée aux mots et aux concepts tels que changement climatique, emissions de dioxyde de carbone, pollution de l’air et pénurie d’eau, mais nous sommes très peu à avoir porté notre attention sur les sols. Pendant des millénaires, la vie sur terre a été soutenue par une mince couche de sols fertiles sur la croûte terrestre.
Mais… Que sont les sols et que font-il exactement ?
« 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 ..
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.
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
Arnaud Beils says:
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