MATIERES ORGANIQUES
3.2.4. Les processus en regard de deux grands enjeux : changements climatiques et gestion de l’azote dans les systèmes cultivés
3.2.4.2. Stockage de carbone et couplage avec l’azote
Dans le continuum d'évolution des MO (Lehmann et Kleber, 2015), le rapport C/N diminue depuis des valeurs de 50 à 100 pour la matière végétale (hors légumineuses), vers 15 à 30 pour les matières organiques particulaires, puis 8 à 10 pour les matières organiques anciennes. A l'échelle de l'écosystème, les cycles du carbone et de l'azote sont couplés à plusieurs niveaux (Balesdent et al., 2011a) :
- Au niveau de la production primaire : la quantité d'azote biodisponible augmente la production primaire, jusqu'à une valeur maximale au-dessus de laquelle l'azote n'est plus limitant, c'est l'effet de fertilisation azotée. L'augmentation des restitutions au sol n'est cependant pas proportionnelle à l'effet de la fertilisation sur la production, car en situation d’abondance d'azote, les plantes allouent plus de carbone aux graines récoltées qu'aux parties végétatives, et moins aux racines. Ainsi, le stockage de carbone additionnel lié à la fertilisation minérale optimale par rapport à une sous-fertilisation est faible voire, en cas d'absence de restitution des parties aériennes, nul (Alvarez, 2005). La surfertilisation azotée tend à contrario à diminuer les stocks de carbone.
- Au niveau des processus de biodégradation des substrats organiques : Les micro-organismes dégradant un substrat ont besoin d'azote pour former leur propre biomasse. S’ils consomment des composés déjà biotransformés (C/N inférieur à 20), le système libère l'azote minéral en excès. A l’inverse, s’ils biotransforment des débris végétaux (C/N supérieur à 20), les microorganismes doivent prélever dans l'azote biodisponible du sol et sont en compétition avec la plante (par exemple, "faim d'azote", induit par l'enfouissement de pailles). Ce couplage par la biodégradation affecte peu le stockage de carbone, mais explique comment la dynamique du carbone (dont le stockage) contrôle la minéralisation ou l'immobilisation nette d'azote.
- Au niveau des systèmes d'élevage : le recyclage de C et N est un couplage supplémentaire ; Soussana et Lemaire (2014) indiquent que la relation générale entre stock de carbone du sol et niveau d'intrants azotés passe par un optimum aux niveaux intermédiaires.
L'augmentation du carbone des sols de 4 pour 1000 par an s'accompagne d'une immobilisation d'azote dans les matières organiques additionnelles, représentant le « coût azoté du stockage de carbone ». Le chiffre moyen sur 20 ans est estimé à 15 kgN/ha/an, sur la base de MO additionnelles à C/N de 12 (un tiers de matières particulaires à C/N 20 ; 2/3 à C/N 10) et d'un stock de carbone de sol cultivés français médian de 45 tC/ha. Le "coût azoté" du 4 pour mille sera très certainement bien inférieur pour de multiples raisons. Le bilan d'azote européen (Fowler et al., 2013) ou français fait état d'un surplus d'azote (azote excédentaire apporté par rapport à l'utilisation par les cultures, qui se traduit par des pertes) de plus de 30% de l'azote apporté aux sols pour l'ensemble du territoire, et à l'échelle locale de plusieurs dizaines de kgN/ha. L'immobilisation d'azote sera opérée par les microorganismes du sol et, dans tout système, pourra se faire aux dépends des pertes autant que du prélèvement par les cultures. Les pratiques stockantes comme les cultures intermédiaires, l'introduction des légumineuses ont même la vertu de réduire les pertes azotées. L'apport des produits résiduaires organiques se substitue aux fertilisations minérales et, avec une stœchiométrie C/N maîtrisée, peut avoir un meilleur rendement d'utilisation par les plantes que la fertilisation minérale.
3.2.5. Conclusion
Les sols présentent un gradient décroissant de concentration en C depuis la surface (quelques pourcent massiques) jusqu’à environ 1 m de profondeur (moins de 1%). Les matières organiques des sols sont principalement des petites molécules organiques issues de la transformation des apports par les plantes (apports majoritairement souterrains). La faune (et en particulier la microfaune) est essentielle dans la production, la transformation et la minéralisation des matières organiques du sol. Dans le sol, des processus de transfert et d’interaction avec les minéraux redistribuent ces molécules organiques et/ou les soustraient plus ou moins durablement à l’action des micro-organismes. La dynamique résultant de ces processus est généralement modélisée par des approches linéaires, bien que de nombreux processus, considérés individuellement, ne se comportent pas linéairement. Les matières organiques observées dans un sol à une date donnée résultent ainsi d’un héritage complexe lié au fonctionnement (et usage éventuel) d’un sol sur plusieurs centaines (voire milliers d’années). Les horizons profonds (plus profonds que 30 cm), peu étudiés en comparaison des horizons de surface, contribuent à hauteur de 25% à la séquestration du C sur 50 ans. On compte un grand nombre de facteurs qui contrôlent la dynamique des matières organiques dans les sols : nature et flux du C entrant, température, teneur en eau, pO2, granulométrie, minéralogie, chimie de la solution du sol, disponibilité N et P, biodiversité végétale, biodiversité microbienne. Leurs interdépendances, leur dépendance au temps (réponse sur les temps courts différente de la réponse sur les temps longs), leurs importances relatives vis-à-vis du stockage (ou déstockage) du C ne sont souvent pas explicitées dans le détail, car très complexes. Une meilleure compréhension des mécanismes, de leurs interdépendances, de leur hiérarchisation et de leur sensibilité aux pratiques agricoles représente des leviers d’action futurs potentiels pour la séquestration du C dans les sols.
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