Phosphorus makes the difference: N/P stoichiometry governs greenhouse gas emissions in manure-amended black soils

Dans les vastes champs sombres du nord-est de la Chine, un sol unique et fertile connu sous le nom de terre noire nourrit la nation depuis des générations. Cette terre n'est pas seulement de la poussière ; c'est un moteur vivant qui stocke le carbone, un gaz à effet de serre qui emprisonne la chaleur, et qui recycle les nutriments comme l'azote et le phosphore pour faire pousser les cultures. Pendant des décennies, les agriculteurs se sont fortement appuyés sur les engrais chimiques pour maintenir la productivité de ces champs, mais cette pratique a mis à rude épreuve l'équilibre naturel du sol, entraînant une augmentation des gaz qui réchauffent la planète. Pour corriger cela, beaucoup se sont tournés vers le fumier, les déchets naturels du bétail, espérant qu'il restaurerait la santé du sol et réduirait les émissions. L'idée est simple : remplacer une partie de l'engrais chimique par du fumier organique pour nourrir le sol plus délicatement. Cependant, les résultats de ce changement ont été un casse-tête. Parfois, le fumier aide, et parfois, il semble aggraver le problème. La pièce manquante du puzzle réside peut-être dans la recette précise des nutriments au sein du sol, spécifiquement dans l'équilibre délicat entre l'azote et le phosphore.

Une équipe de chercheurs de l'Institut de Géographie et d'Agroécologie du Nord-Est s'est donné pour mission de résoudre ce mystère sur trois ans dans une région typique de terre noire. Ils ont établi une expérience de terrain à grande échelle où ils ont fait pousser du maïs sous différentes conditions. Certains parcelles recevaient uniquement de l'engrais chimique, tandis que d'autres voyaient une partie de cet engrais remplacée par du fumier organique. Ils ont également testé deux façons de traiter le sol : une où le sol était labouré profondément, et une autre où le sol restait non perturbé, une méthode appelée sans labour. Le but était d'observer comment ces différentes approches modifiaient la composition nutritionnelle du sol et, plus important encore, la quantité de dioxyde de carbone, de méthane et de protoxyde d'azote que le sol rejetait dans l'air. Ils ont mesuré ces gaz en permanence, suivant la température du sol, l'humidité et les quantités exactes de carbone, d'azote et de phosphore présents à chaque étape de la croissance du maïs.

Les résultats ont révélé un rebondissement surprenant dans l'histoire de la santé des sols. Les chercheurs ont découvert que l'ajout de fumier augmentait effectivement les réserves de carbone et d'azote du sol, rendant la terre plus riche et plus fertile. Dans les parcelles sans labour où le fumier était utilisé, la teneur en carbone du sol a augmenté de manière significative plus rapidement que dans les parcelles avec seulement de l'engrais chimique. Cependant, ce regain de fertilité est venu avec un prix élevé. Les mêmes parcelles qui stockaient plus de carbone ont également libéré beaucoup plus de gaz à effet de serre. Comparées aux parcelles traitées uniquement avec des produits chimiques, les parcelles traitées au fumier ont libéré jusqu'à 57 % de dioxyde de carbone en plus et près de 89 % de protoxyde d'azote de plus sur la période de trois ans. Bien que le fumier ait aidé le sol à absorber un peu plus de méthane, un gaz qui refroidit la planète, ce petit bénéfice a été totalement éclipsé par l'augmentation massive des autres gaz réchauffants. Lorsque les chercheurs ont calculé l'impact de réchauffement total de tous ces gaz combinés, les champs traités au fumier présentaient un potentiel de réchauffement global près de 58 % supérieur à celui des champs utilisant uniquement des produits chimiques.

La clé pour comprendre ce paradoxe se trouvait dans le ratio des nutriments au sein du sol. Les chercheurs ont découvert que le sol ne manquait pas d'azote ; en fait, le fumier a ajouté tellement d'azote qu'il a commencé à restreindre la disponibilité du phosphore, un autre nutriment essentiel pour la vie végétale et microbienne. Cela a créé un état de limitation en phosphore. Dans cet environnement déséquilibré, les minuscules organismes vivant dans le sol, qui dirigent la décomposition de la matière organique, sont devenus désespérés de trouver du phosphore. Pour l'obtenir, ils ont travaillé plus dur, décomposant le carbone stable stocké dans le sol à un rythme beaucoup plus rapide. Cette activité frénétique a libéré le carbone stocké sous forme de dioxyde de carbone et a produit de grandes quantités de protoxyde d'azote comme sous-produit. Les données ont montré que le ratio azote/phosphore était le facteur le plus important pour prédire l'émission de gaz par le sol. Lorsque ce ratio était élevé, indiquant un surplus d'azote par rapport au phosphore, les émissions grimpaient en flèche.

Cette découverte remet en question l'hypothèse simple selon laquelle remplacer l'engrais chimique par du fumier est toujours une victoire pour le climat. Bien que le fumier ait réussi à restaurer la fertilité du sol et à augmenter sa capacité à retenir le carbone, il a simultanément perturbé l'équilibre chimique, déclenchant une réaction en chaîne qui a libéré plus de gaz réchauffants que ce qu'il en a économisé. L'étude suggère que la voie vers une agriculture durable dans ces terres noires ne consiste pas seulement à ajouter de la matière organique, mais à gérer soigneusement l'équilibre spécifique des nutriments. Si les agriculteurs continuent d'ajouter du fumier sans traiter la pénurie de phosphore, ils pourraient par inadvertance accélérer la libération de gaz à effet de serre. Les chercheurs concluent que les stratégies futures doivent se concentrer sur la surveillance et l'ajustement du ratio azote-phosphore afin de garantir que les efforts de séquestration du carbone ne se fassent pas au détriment d'un réchauffement climatique accru.