Des apports d’azote au-dessus du couvert et dans le sous‑étage entraînent des schémas divergents de rétention spatio‑temporelle de l’azote dans une forêt tempérée

Pourquoi l’apport supplémentaire d’azote en forêt compte

Partout dans le monde, les activités humaines déposent de plus en plus d’azote réactif sur les forêts, un nutriment clé des engrais et de la pollution atmosphérique. Cette retombée invisible peut stimuler la croissance des arbres, mais elle peut aussi déstabiliser les sols, les cours d’eau et la biodiversité. Pour prédire l’avenir auquel nous nous dirigeons, les scientifiques doivent connaître une chose simple mais étonnamment complexe : quand l’azote atteint une forêt, où finit‑il réellement ? Cette étude s’attaque à cette question en comparant de l’azote ajouté au‑dessus de la canopée avec de l’azote pulvérisé directement sur le sol de la forêt dans une forêt tempérée en Chine.

Deux voies d’entrée de l’azote dans la forêt

La plupart des expériences qui simulent la pollution azotée se contentent d’ajouter de l’engrais au sol. En réalité, cependant, une grande partie de l’azote contenu dans la pluie, la neige et les particules sèches frappe d’abord la canopée feuillue, où il peut être intercepté, transformé, ou même perdu avant d’atteindre le sol. Les chercheurs ont tiré parti d’une jeune forêt secondaire de chênes dans les monts Qinling, une région devenue un point chaud du dépôt atmosphérique d’azote. Ils ont utilisé des drones pour pulvériser de faibles quantités d’azote enrichi d’un « marqueur » d’isotope stable au‑dessus de la canopée, et des pulvérisateurs dorsaux pour appliquer le même azote marqué sous la canopée sur le sous‑étage et le sol. En suivant ce traceur inoffensif pendant une année complète, ils ont pu retracer le parcours de l’azote dans les feuilles, le bois, les racines et les couches de sol avec une précision inhabituelle.

Suivre l’azote marqué dans la forêt

L’équipe a appliqué deux formes courantes d’azote inorganique, l’ammonium et le nitrate, dans les traitements au niveau de la canopée et du sous‑étage. Ils ont ensuite échantillonné le feuillage, les branches, les troncs, les plantes du sous‑étage, les racines et les sols jusqu’à 40 centimètres à plusieurs moments au cours des 365 jours. Le marqueur isotopique leur a permis de séparer l’azote nouvellement ajouté de la réserve existante de la forêt. Immédiatement après l’application, la fertilisation du sous‑étage a entraîné une part plus élevée du nouvel azote retrouvée dans l’écosystème dans son ensemble que la fertilisation de la canopée, principalement parce que peu a été intercepté ou perdu avant d’atteindre le sol. Cependant, au cours de l’année, cet écart s’est réduit : au jour 365, la forêt avait retenu environ 82 % du traceur ajouté lorsqu’il avait été appliqué au sous‑étage et près de 70 % lorsqu’il avait été appliqué à la canopée, indiquant un stockage à long terme substantiel dans les deux scénarios.

Des lieux de stockage différents selon l’apport par la canopée ou par le sol

Bien que la rétention totale se soit finalement révélée similaire, l’endroit où l’azote a été stocké différait fortement entre les deux méthodes. Lorsqu’il a été ajouté au‑dessus de la canopée, une plus grande partie du traceur s’est finalement accumulée dans la biomasse des arbres, en particulier dans les tiges ligneuses, qui sont devenues le plus grand réservoir après un an. Dans ce cas, les arbres détenaient près de deux fois plus du nouvel azote que le sol, et une part plus importante s’était également déplacée vers des couches de sol plus profondes. En revanche, lorsque l’azote a été appliqué au sol de la forêt, il a d’abord été fortement capturé par les arbustes du sous‑étage, les herbacées et la litière de surface, puis de plus en plus stocké dans les 40 premiers centimètres de sol. L’apport au sous‑étage a favorisé une forte rétention dans les couches superficielles du sol plutôt que dans le bois des arbres, reflétant une absorption immédiate par les racines et les microorganismes proches de la surface et un filtrage moindre par la canopée.

Comment la forme de l’azote influence son destin

La forme chimique de l’azote a également influencé sa trajectoire dans la forêt. Dans l’ensemble, l’écosystème a retenu des quantités totales similaires d’ammonium et de nitrate, mais les végétaux ont montré une préférence nette pour le nitrate. Les arbres et les arbustes ont incorporé davantage de nitrate dans leurs tissus, en particulier dans les tiges pérennes, tandis que les sols contenaient des quantités d’ammonium et de nitrate à peu près comparables. Ce schéma s’explique probablement par le fait que le nitrate est plus mobile dans l’eau du sol et plus facilement transporté à l’intérieur des plantes, alors que l’ammonium a tendance à se fixer aux particules du sol. Fait intéressant, sur ce site relativement riche en azote, les microbes et la chimie du sol ont pu immobiliser efficacement les deux formes, contribuant à empêcher qu’une grande partie de l’azote ajouté ne soit rapidement perdue.

Ce que cela signifie pour les forêts et le climat

Pour un observateur non spécialiste, le message principal de l’étude est que la manière dont nous simulons la pollution azotée dans les expériences peut fortement influencer les réponses obtenues. Ajouter de l’azote uniquement au sol surestime la part qui se retrouve dans les sols de surface et sous‑estime le rôle de la canopée comme portier et réservoir à long terme dans le bois et les couches de sol plus profondes. Dans cette jeune forêt tempérée, l’azote tombant sur la canopée alimente lentement les arbres et les couches profondes du sol, tandis que l’azote atteignant directement le sous‑étage est rapidement piégé par les petites plantes et le topsoil. Les deux voies peuvent stocker une large part de l’azote entrant, mais dans des endroits et à des échelles temporelles différentes. Ces connaissances devraient aider à améliorer les modèles reliant la pollution azotée à la croissance forestière et au stockage du carbone, affinant en fin de compte les prédictions de la réponse des forêts aux changements continus de la qualité de l’air.

Citation: Yang, Z., Guerrieri, R., Ye, N. et al. Above canopy and understory nitrogen additions lead to divergent spatio-temporal nitrogen retention patterns in a temperate forest. Commun Earth Environ 7, 316 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03313-5

Mots-clés: dépôt d’azote, canopée forestière, nutriments du sol, traçage par isotope stable, séquestration du carbone