Cette histoire nous vient du Ag Research Journal de l'USDA ARS, rédigé par Ann Perry. C'est intéressant pour plusieurs raisons. Premièrement, cela remet en question des choses que nous pensions savoir sur le carbone du sol et où il se trouvait dans le profil du sol. Cela représente également une sorte de science difficile à faire. Vous avez besoin d'un équipement spécial et de techniques d'échantillonnage qui vont au-delà de l'habituel «envoyer un étudiant diplômé sur le terrain avec une pelle et un seau» et ne peuvent pas être financés par une subvention peu coûteuse plus typique. Enfin, comprendre où le carbone est stocké et comment nous pourrions améliorer ce processus signifie que les agriculteurs et les éleveurs peuvent être des super-héros lorsqu'il s'agit de refroidir la planète. Étant donné que chacune des 3 dernières années a été étiquetée la plus chaude jamais enregistrée, cela pourrait être un gros problème ! Allez-y, super-héros !
Pendant des années, de nombreux agronomes ont cru que des niveaux significatifs de carbone du sol ne s'accumulaient qu'à proximité de la surface du sol. Ainsi, lorsque quatre scientifiques du Service de recherche agricole ont soumis un document de recherche affirmant que de grandes quantités de carbone du sol étaient séquestrées jusqu'à 5 pieds dans le profil du sol - et par des cultures annuelles et vivaces - ils ont eu du mal à faire passer leur article. processus d'examen .
L'étude était un projet de 9 ans qui évaluait les effets des engrais azotés et des traitements de récolte sur la séquestration du carbone organique du sol dans le panic raide et les cultures de maïs sans labour gérées pour la production de matières premières biologiques.
"La séquestration du carbone organique du sol a un impact majeur sur la durabilité à long terme de la production de cultures bioénergétiques car elle peut affecter de manière significative la fertilité des sols et les émissions de gaz à effet de serre", déclare le généticien de l'ARS Ken Vogel (retraité). "Il est donc essentiel d'utiliser des taux de séquestration précis pour développer des analyses du cycle de vie qui évaluent les coûts et les avantages environnementaux à long terme de la production de cultures destinées aux biocarburants." [Note de la rédaction :c'est pourquoi ils ont commencé la recherche et pourquoi ils ont examiné les cultures qu'ils ont examinées. Mais gardez à l'esprit que les résultats nous aident également à comprendre ce qui se passe sous le sol dans d'autres régions.]
Vogel, les pédologues Ron Follett (retraité) et Gary Varvel, et l'agronome Rob Mitchell ont mené leur étude sur des champs peu productifs similaires aux terres cultivées qui conviendraient à la production commerciale de panic raide. Mitchell et Varvel font partie des unités de recherche de l'ARS à Lincoln, Nebraska. Follett était avec ARS à Fort Collins, Colorado.
L'équipe a établi de grandes parcelles pouvant accueillir de l'équipement à l'échelle du champ et a prélevé des échantillons de sol de base à une profondeur de 5 pieds avant que les premières cultures ne soient cultivées. Ces échantillons de référence ont montré que les niveaux de carbone organique du sol variaient dans le premier pied du sous-sol jusqu'à environ 18 tonnes par acre, tandis que les niveaux de carbone du sol à 5 pieds sous la surface du sol variaient jusqu'à près de 90 tonnes par acre.
Stocks de carbone dans le sol :annuel ou pérenne
Pour explorer ce phénomène, les scientifiques ont ensuite planté deux cultivars de panic raide et de maïs sans labour et appliqué des engrais azotés à trois taux différents allant de 54 livres par acre à environ 160 livres par acre. Les engrais azotés soutiennent la production de biomasse, et les scientifiques ont voulu voir si la production de plus de biomasse végétale entraînait la séquestration de plus de carbone dans le sol. Certaines parcelles de panic raide ont également été entretenues sans aucun amendement azoté.
Les résidus de culture post-récolte, ou « tiges » - qui contribuent également au carbone du sol - n'ont pas été éliminés sur la moitié des champs de maïs sans labour ; sur d'autres champs, la moitié de la tige a été enlevée. Une fois les cultures établies, les chercheurs ont rééchantillonné les sols dans les champs de production tous les 3 ans.
Quelle a été leur plus grande surprise ? Dans le champ de maïs sans labour, les niveaux de carbone organique du sol ont augmenté au fil du temps à toutes les profondeurs, avec tous les traitements à l'azote et avec l'un ou l'autre type de gestion des tiges post-récolte. Presque toutes les augmentations étaient statistiquement significatives. Les rendements en grains de maïs étaient les plus élevés dans les champs qui avaient été amendés avec 107 livres d'azote par acre et où aucune tige n'avait été enlevée, une stratégie de gestion qui a entraîné une augmentation annuelle moyenne du carbone du sol qui dépassait 0,9 tonne par acre.
Dans les parcelles de panic raide, les chercheurs ont également observé des augmentations impressionnantes de la séquestration du carbone dans le sol tout au long du profil du sol. Les taux de séquestration ont augmenté à mesure que les taux de fertilisation azotée augmentaient, et presque toutes les augmentations de carbone du sol étaient statistiquement significatives.
Comme ils l'ont observé avec les parcelles de maïs sans labour, plus de 50 % du carbone du sol a été trouvé entre 1 et 5 pieds sous la surface du sol. L'augmentation annuelle moyenne du carbone organique du sol dans les 5 premiers pieds du sous-sol a également dépassé 0,9 tonne par acre par an, ce qui équivaut à 3,25 tonnes de dioxyde de carbone par acre et par an.
"Nous ne nous attendions pas à trouver ces réserves de carbone profond dans le sol, même si nous avons toujours su que les racines des plantes atteignaient cette profondeur, car nous ne savions pas à quel point l'activité autour des racines pouvait affecter les bilans de carbone du sol", explique Follett. "La plupart des études n'échantillonnent les sols pour le carbone qu'à une profondeur de 18 pouces."
En raison de leurs découvertes, l'équipe a conclu que le calcul des taux de séquestration du carbone dans le sol pour les cultures bioénergétiques n'est pas une proposition unique. La sélection des cultures, les différences de sol, les conditions environnementales et les pratiques de gestion affectent les taux de séquestration différemment d'une région à l'autre. En conséquence, les modèles de production de cultures bioénergétiques auront probablement besoin de quelques ajustements majeurs.
"Nos travaux suggèrent que les taux de séquestration du carbone utilisés dans les modèles actuels d'analyse du cycle de vie des cultures bioénergétiques entraînent probablement une sous-estimation de la quantité de carbone séquestrée dans le sol", déclare Vogel. "Cela met également en évidence l'importance des amendements azotés et d'autres décisions de gestion en ce qui concerne le maïs et la séquestration du carbone, et le fait que les cultures annuelles peuvent apporter une contribution importante au carbone du sol."
L'article a été accepté par Bioenergy Research et publié en 2012. Mais même si ses résultats étaient si surprenants, deux autres études de l'ARS avaient mis en évidence des dynamiques similaires
Cultures annuelles aux effets durables
En 2011, les résultats d'une étude connexe sur le carbone du sol à long terme menée par Varvel et son collègue de l'ARS Wally Wilhelm (décédé) ont été publiés dans Soil &Tillage Research. Les chercheurs avaient étudié les niveaux de carbone du sol dans des champs établis en 1980 pour trois systèmes de culture non irrigués différents (maïs continu, soja continu et rotation soja/maïs) qui étaient gérés avec six systèmes de travail du sol différents.
En 1999, dans le cadre de l'étude, Varvel et Wilhelm ont prélevé des échantillons de sol de ces champs à plusieurs intervalles jusqu'à une profondeur de 5 pieds. Ils ont constaté que la gestion du travail du sol et la sélection des cultures affectaient indépendamment les niveaux d'azote et de carbone du sol et que les niveaux les plus élevés d'azote et de carbone s'étaient accumulés dans le système de culture continue du maïs sous gestion sans travail du sol. Mais comme pour l'étude ultérieure, la plus grande surprise a été la quantité d'azote et de carbone accumulée dans le profil du sol entre 12 pouces et 5 pieds dans tous les systèmes de culture et de travail du sol.
"Lorsque nous avons collecté ces échantillons, de nombreux pédologues pensaient que les grandes cultures annuelles ne séquestraient pas le carbone dans les systèmes de travail du sol conventionnels. Les résultats ont donc été un choc", déclare Varvel. "Mais mener une étude à long terme nous a permis d'observer ce qui se passe avec la séquestration du carbone dans le sol une fois qu'un système de gestion est établi et que les variations d'une année à l'autre diminuent." Il a également noté que l'identification de ces réservoirs plus profonds de carbone et d'azote peut aider les producteurs à sélectionner plus efficacement une gestion du travail du sol qui aide à retenir ces nutriments dans le sol.
Ces résultats correspondent aux résultats d'une étude de 8 ans, publiée en 2013, que Follett a menée sur la séquestration du carbone dans les systèmes de maïs continus irrigués sans labour et conventionnel près de Fort Collins. Lui et Ardell Halvorson, spécialiste des sols à Fort Collins, ont découvert que la gestion sans labour entraînait des niveaux plus élevés de carbone dans le sol que le travail du sol conventionnel et que ces niveaux n'avaient pas beaucoup changé au cours des 8 années.
"Une partie du carbone du sol dans ces sols a des milliers d'années et est très stable, sa disparition a donc été une surprise", déclare Follett, qui a publié les résultats dans Soil Science Society of America Journal. "L'irrigation régulière du sol typiquement semi-aride pourrait être l'un des facteurs qui ont entraîné la perte de carbone, mais nous aurions besoin de mener des études supplémentaires pour le déterminer."
Follett note que les groupes microbiens du sol dans ces environnements doivent encore être identifiés, tout comme les changements environnementaux qui permettent à ces microbes d'accéder plus facilement au carbone pour leur propre usage. Il partage également la conviction de Varvel que ces résultats soulignent comment les agriculteurs peuvent utiliser la gestion sans labour pour conserver le carbone du sol profondément dans le profil du sol, et la valeur des études à long terme pour comprendre la dynamique du carbone du sol.
« Il faut du temps pour que les nouveaux systèmes de gestion aient un effet sur le carbone du sol. L'identification de ces effets peut nécessiter des études à long terme, un échantillonnage plus profond dans le profil du sol et l'utilisation de techniques de mesure avancées », explique Follett. "Nous recherchons de petits changements dans un très grand pool."
Cette recherche fait partie de Pasture, Forage, and Rangeland Systems (#215), Bioenergy (#213) et Climate Change, Soils, and Emissions (#212), trois programmes nationaux ARS décrits sur www.nps.ars .usda.gov. Pour joindre les scientifiques mentionnés dans cet article, contactez Ann Perry, personnel d'information de l'USDA-ARS, 5601 Sunnyside Ave., Beltsville, MD 20705-5128 ; (301) 504-1628.
"Une offre surprenante de carbone du sol profond " a été publié dans le numéro de février 2014 du magazine Agricultural Research.
