Contrôle conjoint des précipitations et du CO2 sur les tendances mondiales à long terme de la disponibilité de l’azote pour les plantes

Pourquoi l’histoire de l’azote planétaire importe

Les plantes ont besoin d’azote autant que de lumière et d’eau. C’est un ingrédient clé pour construire les feuilles, le bois et la machinerie de la photosynthèse qui prélève le dioxyde de carbone (CO2) de l’air. Si les plantes manquent d’azote, leur croissance — et la capacité des terres à ralentir le changement climatique en séquestrant du carbone — peut s’essouffler. Cette étude pose une question apparemment simple mais aux grandes conséquences : au fur et à mesure que le CO2 et le climat ont changé au cours des quatre dernières décennies, l’azote est-il devenu plus difficile ou plus facile d’accès pour les plantes à l’échelle mondiale ?

Lire l’empreinte de l’azote dans les feuilles

Mesurer directement la quantité d’azote assimilable par les plantes dans chaque forêt, prairie et maquis de la Terre est impossible. Les chercheurs se sont donc appuyés sur un indice chimique subtil : le rapport entre différents isotopes d’azote (appelé δ15N foliaire) dans les feuilles. Des valeurs plus élevées de ce rapport signalent généralement que les plantes disposent d’un approvisionnement en azote plus généreux par rapport à leur demande. Des valeurs plus faibles suggèrent des conditions d’azote plus serrées, plus « pingres ». L’équipe a rassemblé une vaste collection de 37 268 mesures foliaires issues d’études de terrain passées sur tous les continents et les a associées à des dossiers climatiques et de pollution détaillés couvrant 1980 à 2020.

Apprendre aux ordinateurs à cartographier une ressource cachée

Comme ces mesures foliaires sont réparties de façon inégale dans l’espace et le temps, de simples moyennes peuvent induire en erreur. Pour combler les lacunes, les auteurs ont entraîné quatre modèles d’apprentissage automatique avancés pour prédire le δ15N foliaire à partir de 24 variables environnementales, dont la température, les précipitations, le CO2 atmosphérique et le dépôt d’azote lié à la pollution atmosphérique. Ils ont aussi tenu compte des types de partenaires fongiques souterrains — les mycorhizes — qui aident les plantes à acquérir l’azote, puisque différents partenariats tendent à présenter des signatures isotopiques distinctes. En combinant les prévisions des modèles et l’information sur la fréquence de chaque type de mycorhize dans chaque région, ils ont produit des cartes annuelles mondiales de la disponibilité de l’azote pour les plantes à une résolution au demi-degré de 1980 à 2020.

Où l’azote est abondant et où il est rare

Les cartes obtenues montrent des différences fortes et systématiques à l’échelle planétaire. Les régions plus chaudes et de basse latitude, comme les forêts tropicales et subtropicales, présentent des δ15N foliaires plus élevés, cohérents avec des cycles de l’azote plus ouverts et actifs, où l’azote circule rapidement dans les sols et est souvent perdu sous forme de gaz ou par ruissellement. Les forêts des hautes latitudes plus fraîches et certains maquis tendent à afficher des δ15N plus faibles, indiquant des économies d’azote plus serrées. Parmi les types de végétation, les forêts sempervirentes à larges feuilles et les maquis denses se distinguent par des valeurs isotopiques relativement élevées, tandis que les forêts à aiguilles et les forêts mixtes apparaissent souvent plus limitées en azote. L’analyse statistique a révélé que, spatialement, la température annuelle moyenne est de loin le facteur dominant façonnant ces motifs globaux, éclipsant les rôles du CO2, des précipitations et des dépôts d’azote.

Comment le paysage de l’azote a évolué dans le temps

En regardant à travers le temps, l’histoire est plus nuancée qu’un simple déclin régulier. Dans une grande partie du monde, le δ15N foliaire a diminué entre 1980 et 1988, suggérant que l’azote disponible pour les plantes est devenu plus rare durant cette décennie. Après cette chute initiale, toutefois, la moyenne mondiale s’est en grande partie stabilisée, de vastes régions montrant peu de changement à partir de 1989 et certaines affichant même de légères augmentations. L’étude montre aussi que tous les écosystèmes n’ont pas évolué de la même manière. Les prairies, savanes et maquis fermés ont connu des déclins à long terme plus marqués, impliquant un stress azoté croissant, tandis que de nombreuses forêts à aiguilles et savanes boisées ont montré des tendances plus faibles ou plus stabilisantes, ce qui signifie que les inquiétudes antérieures concernant un appauvrissement azoté irréversible dans ces systèmes peuvent avoir été exagérées.

Quand le CO2 mène et quand la pluie prend le relais

Les auteurs ont ensuite cherché à savoir quelles forces expliquent le mieux ces variations dans le temps. Au début de la période étudiée, de 1980 à 1988, l’augmentation du CO2 atmosphérique semble être le principal moteur des changements de δ15N foliaire sur une large part des terres, en particulier dans les forêts et maquis des latitudes moyennes et élevées. Un CO2 plus élevé tend à stimuler la croissance végétale et la demande en azote, ce qui peut rendre l’azote relativement plus rare. Après 1989, le tableau change : les variations des précipitations deviennent l’influence dominante sur une zone plus étendue, particulièrement dans les maquis et les prairies. Dans ces régions, des conditions plus humides ou plus sèches déterminent fortement la façon dont l’azote circule dans les sols et la quantité que les plantes peuvent absorber, tandis que l’impact direct des dépôts d’azote atmosphériques joue globalement un rôle relativement mineur.

Ce que cela signifie pour le climat et les écosystèmes futurs

Dans l’ensemble, ce travail offre une vision mondiale plus claire et cohérente de l’évolution de la disponibilité de l’azote pour les plantes au cours d’une période de changements environnementaux rapides. Il confirme que de nombreux écosystèmes ont connu un resserrement notable de l’offre en azote dans les années 1980, mais montre aussi que cette tendance ne s’est pas poursuivie sans frein. Au contraire, les principaux contrôles ont évolué avec le temps : les changements induits par le CO2 dominaient au départ, tandis que les régimes de précipitations jouent désormais un rôle croissant dans la détermination de l’accès des plantes à l’azote. Pour le lecteur non spécialiste, la leçon clé est que la couverture végétale mondiale n’est pas seulement limitée par la quantité de CO2 dans l’air, mais aussi par la manière dont l’eau et les nutriments circulent dans les sols. À mesure que le changement climatique modifie les régimes de précipitations, comprendre ce contrôle conjoint de l’eau et de l’azote sera crucial pour prévoir la capacité des écosystèmes terrestres à continuer d’absorber le carbone dans les décennies à venir.

Citation: Tang, S., Qiao, Y., Xia, J. et al. Joint control of precipitation and CO₂ on global long-term patterns of plant nitrogen availability. Nat Commun 17, 3952 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70358-7

Mots-clés: disponibilité d’azote pour les plantes, changement climatique, précipitations, cycle du carbone, isotopes stables