Diminution continue de la matière organique du sol malgré une productivité végétale accrue dans les années 80

Communications Terre & Environnement volume 4, Numéro d'article : 251 (2023) Citer cet article

2066 accès

dixAltmétrique

Détails des métriques

L'objectif de cette étude était de comprendre comment huit décennies de travail du sol affectaient la dynamique des éléments du sol. Nous avons mesuré les propriétés chimiques du sol et le rapport 14C:12C (Δ14C) du carbone organique dans l'une des plus anciennes expériences sur des terres cultivées en Europe avec différents niveaux d'ajout de phosphore. Les stocks de phosphore total et organique du sol dans les 20 cm supérieurs ne différaient pas de manière significative entre les traitements témoins et les traitements d'ajout de phosphore après 80 ans, ce qui indique une absorption de phosphore par les plantes du sous-sol. Les rendements des cultures sont passés de 220 g de poids sec m−2 en 1936 à plus de 500 g de poids sec m−2 dans les années 2010. Les stocks de carbone organique total et de phosphore organique total du sol ont diminué respectivement de 13,7 % et 11,6 % dans les 20 cm les plus superficiels du sol au cours de l'expérience, indépendamment de l'ajout de phosphore. Sur la base de la modélisation de Δ14C, nous montrons que le temps de transit moyen du carbone dans le sol était inférieur à 10 ans, ce qui indique qu'une grande partie des apports de carbone dans le sol est rapidement respirée. Nos résultats suggèrent que les pratiques agricoles actuelles dans cette expérience à long terme ne sont pas durables car elles ont conduit à une diminution continue de la matière organique du sol au cours des dernières décennies, malgré l'augmentation de la productivité des plantes.

La gestion agricole à long terme doit garantir que la fertilité des sols n'est pas compromise afin d'atteindre les objectifs de durabilité. La plupart des études sur la durabilité de l’agriculture ont pris en compte soit le cycle des éléments du sol, soit les rendements des cultures, mais peu d’études ont évalué la durabilité des agroécosystèmes sur plusieurs décennies en combinant ces deux aspects (à l’exception de quelques études essentiellement de modélisation1,2). De plus, il existe peu de connaissances fondées sur l’observation sur les effets à long terme du travail du sol sur la biogéochimie des sols et la productivité des plantes, puisque la plupart des expériences n’ont été menées que sur des périodes allant de plusieurs années à quelques décennies. Par conséquent, les quelques expériences de terrain à long terme existantes, menées depuis plus d’un demi-siècle, peuvent fournir des informations très précieuses sur les effets à long terme du travail du sol, de l’application d’engrais et de l’élimination de la biomasse sur les propriétés et les rendements du sol, ce qui est important en tant que base du développement de pratiques agricoles durables3,4.

Dans certaines expériences à long terme sur des terres cultivées, il a été constaté que les stocks de carbone organique total (COT) du sol diminuaient au fil des décennies, indépendamment de l'application d'engrais organiques ou inorganiques ; par exemple, en Suisse, à l'Expérience de Fertilisation Organique de Zurich5 ou à l'expérience de Woburn près de Rothamsted, au Royaume-Uni6. Les principales raisons de ces diminutions semblent être la conversion antérieure des sites en terres cultivées qui entraîne des modifications des apports de matière organique en combinaison avec la destruction des agrégats causée par les labours répétés, ce qui augmente le taux de décomposition7,8,9. Cependant, dans d'autres expériences, il a été constaté que les stocks de COT diminuaient uniquement dans le traitement témoin ne recevant pas de nutriments, mais augmentaient dans les traitements avec application de nutriments inorganiques (et sans ajout de matière organique) ; par exemple dans l'expérience de Bad Lauchsted, en Allemagne10,11. Ces différences entre les parcelles témoins et fertilisées sont probablement causées par des différences dans les apports de matière organique végétale au sol, résultant de différences dans la productivité des plantes.

Les résultats concernant l’effet de l’application de phosphore inorganique (P) sur les stocks de COT du sol sont plutôt ambivalents. L'application de P augmente souvent la productivité des plantes et on peut donc s'attendre à ce qu'elle augmente les stocks de COT, en particulier s'il est ajouté à l'azote, comme dans l'expérience de Bad Lauchsted11 ou l'expérience à long terme à La Estanzuela, en Uruguay12,13. Cependant, dans certaines expériences, aucun effet significatif de l’application d’engrais phosphatés sur les stocks de COT du sol n’a été observé, comme dans l’expérience de Zurich sur la fertilisation organique5. En outre, une étude récente d'une expérience à long terme sur un site de prairie a révélé que des décennies de fertilisation avec du phosphore inorganique augmentaient la décomposition de la matière organique (MOS) du sol14. De plus, la fertilisation inorganique en P sous limitation en azote a épuisé les stocks de COT du sol dans plusieurs expériences suédoises à long terme15. La raison en est peut-être que l’ajout de phosphate au sol peut provoquer la désorption de la MOS adsorbée, qui est ainsi rendue disponible pour la décomposition microbienne16,17.

0.05; Figs. 1f and 3b), which suggests that the crops (in the control treatment) took up P from the soil below 20 cm. The small and not significant difference in TP of 17 g m−2 between the control and the P treatments makes up only about 20% of the P that has been removed with the harvest over 80 years. Hence, substantial plant P uptake from the soil must occur below 20 cm. Plant P uptake from below 20 cm seems likely given that the soil P content increases strongly below 25 cm31, which is related to the two different parent materials of the soil31,32. This finding calls into question the conclusion of a recent analysis on P fertilization trials, stating that the majority of P taken up by plants originates from the topsoil33./p> 0.05; Fig. 1b), indicating that increased plant productivity resulting from P fertilization (Fig. 3) had no significant effect on TOC stocks and organic C incorporation. The reason why we did not observe a decrease in TOC due to P application, as observed in other experiments15,35,36, might be that the effect of phosphate addition on desorption of SOM plays only a subordinate role in soils in which SOM is largely stabilized by sorption to clay minerals and not to iron and aluminum oxides. This is supported by the fact that a negative effect of phosphate addition on organic matter sorption has been mostly observed in soils containing high concentrations of positively charged iron and aluminum oxides or allophanes, i.e., ferralsols, podzols, and andosols, but less in soils strongly dominated by clay minerals17,37./p>50 years) agricultural experiments are crucial to understand element cycling in the plant-soil system over time-scales relevant for sustainable development of agroecosystems./p>