Recherche Agroscope : plus de rendement en sol riche en micro-organismes

De récentes expérimentations, menées sur maïs en Suisse par Agroscope, chiffrent les pertes de rendements et les pertes en azote et phosphore lorsque la biodiversité du sol diminue. En comparant deux types de sol, les essais montrent une chute de l’absorption d’azote de 20 % et de phosphore de 58 % pour les sols pauvres en micro-organismes par rapport à ceux présentant une vie plus riche. La plupart des services écosystémiques fournis par les sols sont le fait des organismes qui y vivent. Plus la vie du sol est riche et diversifiée, en particulier en champignons mycorhiziens arbusculaires, plus la « boîte à outils » est complète et plus le sol peut remplir ses fonctions. Une diminution de la biodiversité du sol entraîne une baisse des rendements et une perte accrue d’éléments nutritifs dans le sol. 

Pour étudier plus précisément la nutrition du maïs et les pertes en azote et en phosphore, les scientifiques ont utilisé des lysimètres, caissons contenant de la terre permettant de mesurer précisément les entrées et sorties en éléments nutritifs. Dans le cadre de l’étude d’Agroscope, huit lysimètres ont été remplis d’organismes vivants de moins de 4 mm. Ces lysimètres contenaient diverses bactéries et communautés fongiques ainsi que des champignons mycorhiziens, constituant une vie du sol « riche ». À titre de comparaison, huit autres cylindres expérimentaux ont été remplis d’organismes vivants de moins de 11 μm, afin de générer une vie du sol comparativement plus pauvre en espèces. Ceux-ci ne contenaient que des bactéries et des communautés de champignons très simplifiées.

En ce qui concerne l’effet sur le rendement et l’absorption en P et N, dans les sols présentant une vie très simplifiée, c’est-à-dire une diversité des espèces plus faible, (principalement des micro-organismes), les rendements étaient inférieurs de 13 %, l’absorption d’azote de 20 % et l’absorption de phosphore de 58 % à ceux des sols présentant une vie plus riche, c’est-à-dire comportant une diversité des espèces plus élevée, avec la présence de champignons mycorhiziens.

Pour le lessivage et les pertes par volatilisation, dans les sols « avec une vie simplifiée », une augmentation de 65 % du lessivage de l’azote est notée ainsi qu’une augmentation de 124 % des pertes d’azote sous forme de protoxyde d’azote (N2O) et de 97 % sous forme de gaz N2. Des analyses de l’ADN des organismes du sol ont permis d’identifier quelques gènes codant des enzymes, qui ont pu expliquer les effets sur la croissance des plantes, leur nutrition ainsi que les pertes d’éléments nutritifs. Lorsque les engrais azotés apportés en grandes cultures ne sont pas entièrement utilisés par les plantes, les composés azotés peuvent être lessivés et se retrouver dans les eaux ou sous forme de gaz dans l’atmosphère. Ces pertes sont évitables et le microbiome du sol pourrait y remédier comme le montrent les résultats de cette étude. 

Les explications de Franz Bender, Agroscope

Nous avons interrogé Franz Bender, chercheur d’Agroscope en charge de ces expérimentations pour approfondir le sujet.

Les expérimentations ont été menées sur le maïs, les résultats obtenus peuvent-ils être transférés à d’autres cultures comme le blé ?

Franz Bender : Nous avons fait des essais en serre en utilisant différentes plantes, par exemple des graminées (Lolium) et aussi des tomates. Nous n’avons pas testé spécifiquement le blé en matière de cycle des nutriments. Dans des expériences portant sur les champignons mycorhiziens, nous observons que le maïs réagit plus fortement aux champignons mycorhiziens arbusculaires (CMA) que le blé. Cependant, je pense que les fonctions et les services fournis par les organismes du sol sont d’une importance universelle, pour toutes les cultures. Une vie du sol abondante et diversifiée peut simplement effectuer des processus écosystémiques à un niveau supérieur. Par exemple, il a également été constaté qu’une plus grande diversité microbienne dans le sol réduit la pression des agents pathogènes dans le sol ou améliore la structure du sol. Cela ne se traduit pas toujours directement par des rendements plus élevés pour l’agriculteur. Lorsqu’un agriculteur investit davantage dans son sol, cela peut même parfois conduire à des rendements légèrement inférieurs. Grâce aux effets positifs de la vie du sol sur la qualité du sol, le système de production devient plus robuste et plus résilient. À long terme, je m’attends à ce que les rendements soient plus stables.

Par quels mécanismes les rendements augmentent-ils et les pertes diminuent-elles ?

F. B. : Les différences les plus fortes que nous avons observées dans les communautés biologiques du sol étaient que celles fortement simplifiées contenaient très peu de champignons mycorhiziens arbusculaires et avaient une plus faible diversité de champignons et de bactéries. L’une des raisons pourrait être que la communauté des champignons mycorhiziens arbusculaires a fortement amélioré la nutrition des cultures en phosphore, les plantes sont donc devenues plus grandes et ont absorbé plus d’azote. Mais la diversité des bactéries et des champignons pourrait également avoir joué un rôle important. Nous avons examiné les gènes microbiens dans le sol qui affectent d’importants processus de cycle de l’azote. Nous avons vu des variations entre les modalités, ce qui indique que les différences dans la composition de la communauté conduisent à des processus de cycle de l’azote différents. Avec une plus grande diversité dans le sol, le cycle de l’azote a mieux fonctionné et plus efficacement, ce qui a permis de conserver les nutriments dans le système, au lieu d’être perdus dans les eaux souterraines ou l’atmosphère.

Quelles pourraient être les applications sur le terrain ?

F. B. : Notre étude est une preuve de concept qui montre que les organismes du sol sont très importants pour de bons rendements et des cycles de nutriments fermés. La situation sur le terrain est beaucoup plus complexe et la gestion des communautés de sol est difficile. Le conseil pratique que je donnerais aux agriculteurs sur la base des résultats de cette étude est qu’ils devraient gérer leurs champs pour maintenir une vie de sol riche et abondante. Si la gestion est trop intensive, les communautés biologiques du sol sont affectées et ne peuvent plus soutenir la production agricole et le cycle des nutriments. Le sol se dégrade et la production deviendra de plus en plus difficile au fil des ans. En réduisant l’intensité du travail du sol, la fertilisation, l’utilisation de produits phytosanitaires et en gardant le sol couvert de plantes vivantes, les organismes du sol peuvent être favorisés. Une vie du sol diversifiée et abondante peut être considérée comme une sorte d’assurance. Lorsque la production est confrontée à des conditions difficiles (telles que la sécheresse, une pénurie d’engrais, des maladies des plantes, etc.), un sol sain et vivant produira de meilleurs résultats qu’un sol biologiquement pauvre.

D’autres essais sont-ils prévus ?

F. B. : Dans plusieurs projets, nous essayons de comprendre l’influence des pratiques agricoles sur les communautés biologiques du sol et les fonctions qu’elles remplissent. Dans une étude portant sur des champs cultivés à travers l’Europe (de l’Espagne à la Suède), par exemple, nous avons constaté que des applications plus fréquentes de fongicides réduisaient la diversité de la CMA dans le sol. Cette réduction de la diversité a entraîné une réduction de la capacité des champignons à fournir du phosphore aux plantes.