Effets du remplacement d’un engrais chimique par un engrais organique sur la minéralisation du carbone organique et les gènes fonctionnels du cycle du carbone dans les sols jaunes

Pourquoi cette histoire de sol compte

Les sols contribuent discrètement à la régulation du climat en stockant ou en libérant du carbone. Les agriculteurs dépendent souvent d’engrais chimiques pour produire, mais ces apports peuvent modifier le comportement des microbes du sol et la quantité de carbone évacuée dans l’atmosphère sous forme de dioxyde de carbone. Cette étude pose une question pratique aux enjeux globaux : si l’on remplace une partie ou la totalité des engrais chimiques par des matériaux organiques comme du compost ou du fumier dans un sol jaune courant, peut-on continuer à nourrir les cultures tout en aidant le sol à séquestrer davantage de carbone ?

Tester différentes manières d’alimenter la terre

Des chercheurs du sud‑ouest de la Chine ont mené une expérience de terrain sur trois ans sur un sol jaune acide, un type de sol répandu mais fragile, important pour la production alimentaire régionale. Ils ont comparé quatre stratégies de fertilisation : pas d’apport, engrais chimique seul, et remplacement partiel ou total de l’engrais chimique par un engrais organique. Après la récolte, ils ont prélevé des échantillons de sol et réalisé des tests en laboratoire pour mesurer la rapidité à laquelle le carbone du sol était transformé en dioxyde de carbone. Parallèlement, ils ont utilisé des méthodes basées sur l’ADN pour identifier quels gènes microbiens liés au cycle du carbone étaient présents, révélant la réponse de la communauté microbienne invisible.

Comment la « respiration » du sol a changé

Toutes les parcelles fertilisées ont émis plus de dioxyde de carbone que les parcelles non fertilisées, montrant que les nutriments ajoutés ont stimulé l’activité microbienne. Cependant, en examinant la part du carbone total du sol qui a été perdue, un schéma plus net est apparu. Les sols n’ayant reçu que de l’engrais chimique ont présenté la plus grande fraction de carbone convertie en gaz, tandis que ceux recevant de l’engrais organique, surtout en remplacement total, ont perdu une fraction plus faible. En termes simples, l’engrais chimique a fait « respirer » le sol davantage et libérer une plus grande part de son carbone stocké, alors que l’engrais organique a aidé le sol à en conserver davantage, même si l’activité globale restait supérieure à celle des sols non fertilisés.

La vie du sol et les gènes utiles

Les analyses d’ADN ont montré que l’engrais chimique n’a pas profondément modifié l’ensemble des gènes du cycle du carbone, mais il a abaissé le rapport carbone/azote du sol et augmenté la diversité microbienne. Dans ces conditions, les microbes semblaient extraire du carbone supplémentaire de la matière organique du sol, un comportement de « compensation du carbone » où ils décomposent à la fois les matériaux faciles et difficiles à dégrader pour satisfaire leurs besoins. En revanche, l’apport d’engrais organique a modifié simultanément plusieurs conditions clés du sol : il a légèrement relevé le pH, augmenté le phosphore disponible et les nitrates, et remodelé les microbes les plus dominants.

Incliner la balance en faveur du stockage du carbone

Dans les sols recevant de l’engrais organique, les gènes liés à la fixation ou à la construction du carbone sont devenus plus abondants, tandis que ceux associés à la dégradation de matériaux végétaux complexes ont diminué. Par exemple, les gènes impliqués dans la capture du carbone et l’utilisation du monoxyde de carbone ont augmenté, alors que les gènes liés à la dégradation de la pectine et de la chitine ont décliné. Des modèles statistiques ont suggéré une cascade : l’amélioration de la chimie du sol a modifié les communautés microbiennes, qui ont à leur tour orienté leur répertoire génétique loin de la dégradation rapide et vers des processus favorisant la rétention du carbone. Ce schéma était le plus marqué lorsque l’engrais chimique était entièrement remplacé par des apports organiques.

Ce que cela signifie pour les exploitations et le climat

Pour les non‑spécialistes, la conclusion est simple : notre manière de fertiliser les cultures influence le rôle des sols, qu’ils se comportent davantage comme des sources de carbone ou des comptes d’épargne carbone. Dans ce sol jaune, l’utilisation exclusive d’engrais chimique a incité les microbes à décomposer plus rapidement la matière organique, libérant une plus grande part du carbone stocké. Remplacer l’engrais chimique par des matériaux organiques a maintenu une vie microbienne active et l’approvisionnement en nutriments tout en poussant la biologie souterraine à conserver davantage de carbone. Bien que les champs réels soient plus complexes que n’importe quel test de laboratoire, ces travaux soutiennent l’idée qu’un usage réfléchi d’engrais organiques peut aider les agriculteurs à maintenir les rendements tout en offrant aux sols une meilleure capacité de stockage du carbone à long terme.

Citation: Yang, S., Wang, X., Duan, J. et al. Effects of replacing chemical fertilizer with organic fertilizer on organic carbon mineralization and carbon cycle functional genes in yellow soil. Sci Rep 16, 15734 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-47725-x

Mots-clés: carbone du sol, engrais organique, engrais chimique, microbes du sol, séquestration du carbone