INFLUENCE DE LA QUALITE BIOCHIMIQUE DES PAILLIS SUR LES EMISSIONS D’OXYDE NITREUX ET LA DYNAMIQUE DES DENITRIFIANTS D’UN SOL AGRICOLE

Les experts du Groupe Intergouvernemental sur l’Evolution du Climat (GIEC, lauréats du prix Nobel de la Paix 2007) s’accordent sur une corrélation entre l’augmentation constante de la concentration atmosphérique des principaux gaz à effet de serre (dioxyde de carbone- CO2, méthane-CH4, oxyde nitreux-N2O) depuis l’ère préindustrielle (1750), et l’augmentation de la température moyenne de la planète (+0,6°C ±2°C au cours des cent dernières années, GIEC, 2001, 2007a). Ce panel d’experts désigne l’augmentation de la teneur de ces gaz, le CO2 en particulier, comme responsable de l’intensification de l’effet de serre. Le quatrième rapport du GIEC stipule enfin que l’homme est le principal responsable de l’augmentation de ces teneurs via ses activités industrielles et agricoles.

L’augmentation des émissions de N2O par les sols agricoles est favorisée par les intrants azotés ainsi que par les modes d’usage des terres (labour, semis direct, irrigation, couvertures permanentes vives ou mortes etc.). Parmi ces pratiques agricoles, l’application en surface des résidus de récolte (paillis) peut aider à réduire l’érosion, à conserver l’humidité en réduisant l’évaporation, à contrôler le développement des adventices et peut aussi jouer un rôle de fumure organique. Cependant, l’application de résidus de récolte a souvent été corrélée à une augmentation des émissions de N2O dont l’amplitude et la durée dépendent en partie de la qualité biochimique du résidu (Larson et al., 1998; Seneviratne et van Holm, 1998; Flessa et al., 2002; Millar et Baggs, 2004). Plus particulièrement, la décomposition du paillis induit une augmentation des activités microbiennes du sol sous-jacent, principalement via le transport matière organique dissoute (Gaillard et al., 1999; Poll et al., 2008). Cette fraction organique pourrait être impliquée dans la stimulation de la dénitrification et des émissions de N2O. A ce jour, le rôle tenu par les communautés bactériennes dénitrifiantes, en termes de composition et d’activité, dans les rejets de N2O associés aux paillis n’a pas été étudié.

LA DENITRIFICATION

La dénitrification hétérotrophe est un processus respiratoire bactérien anaérobie parlequel les oxydes d’azote, nitrate et nitrite, sont réduits séquentiellement en diazote gazeux N2, avec l’oxyde nitrique NO et l’oxyde nitreux N2O comme intermédiaires métaboliques (Tiedje, 1988). C’est une respiration opportuniste, qui se déroule en présence de matière organique lorsque l’oxygène est absent ou que sa pression partielle est très faible. Le nitrate est le premier oxyde d’azote à être réduit après l’épuisement de l’oxygène suivant l’équation de la chaîne de réduction totale suivante :La dénitrification est principalement assurée par des bactéries hétérotrophes anaérobies facultatives mais aussi par des bactéries autotrophes, phototrophes, diazotrophes, fixatrices symbiotiques de l’azote, nitrifiantes, ainsi que par des Archeae et certains champignons. La dénitrification liée aux hétérotrophes (anaérobie facultative) nécessite une source de carbone organique comme donneur d’électrons alors que la dénitrification liée aux autotrophes permet la réduction du NO3réduction du nitrate par le fait que l’azote est incorporé dans la biomasse microbienne sous forme organique. C’est une fonction réalisable par un grand nombre de microorganismes, ainsi que par certains végétaux et algues. Dans ce cas, l’azote ne quitte pas le système. Cependant, les écosystèmes anoxiques renfermant des quantités significatives d’azote organique et d’ammonium ne sont pas favorables à sa réalisation (Rice et Tiedje, 1989).

-Réduction dissimilative du nitrate en ammonium (RDNA) : ce processus anaérobie aboutit à la production d’ammonium à partir du nitrate. La RDNA est réputée ne pas être très importante dans la plupart des sols. Néanmoins, son action peut être très significative dans les écosystèmes où le rapport carbone/accepteurs d’électrons est élevé, comme dans le rumen des bovins ou dans certains sédiments (Tiedje et al., 1982). L’addition excessive dans le sol de C peut stimuler la RDNA, mais celle-ci ne devient pas pour autant le processus majeur de consommation du nitrate. La RDNA est assurée par un grand nombre de bactéries anaérobies strictes et facultatives (e.g. Klebsiella, Enterobacter, Vibrio, Citrobacter, Achromobacter, Bacillus…), selon la séquence (gène principal nrfa) :-Chimio dénitrification : c’est la production non biologique d’azote gazeux, sous certaines conditions environnementales (Tiedje, 1988). C’est une catalyse acide du nitrite qui peut être très significative dans les sols à pH inférieur à 5. Le produit majoritaire de cette réaction est le NO, mais le N2O et le N2 ont été également notés. D’une manière générale, la chimio dénitrification n’est pas un processus majeur en milieu agricole. Mais, le salage sur sols acides gelés combiné aux cycles humectation-dessiccation peut rendre cette réaction significative, en particulier comme source de NO.