La limitation des ressources renforcée par l’accélération de la croissance microbienne atténue la réponse à l’augmentation du CO2 dans une forêt mature

Pourquoi un surplus de carbone dans l’air ne garantit pas une plus grande croissance des forêts

À mesure que le dioxyde de carbone atmosphérique augmente, beaucoup espèrent que les forêts pousseront plus vite et absorberont davantage de ce carbone excédentaire, ralentissant le changement climatique. Mais les forêts ne vivent pas de carbone seul. Elles ont aussi besoin de nutriments du sol, et elles partagent ces nutriments avec d’immenses communautés microbiennes. Cette étude explore ce qui se passe dans une forêt d’eucalyptus australienne mature lorsque l’air est enrichi en CO2 pendant une décennie, révélant que des microbes du sol affamés peuvent freiner la capacité de la forêt à séquestrer le carbone.

Une expérience forestière en conditions réelles

Pour dépasser les plantes en pot et les essais de courte durée, les chercheurs ont utilisé une grande expérience en plein air nommée EucFACE, dans un bosquet d’eucalyptus indigènes en Australie. Là, d’imposants anneaux métalliques entourent des parcelles de forêt et diffusent doucement du CO2 supplémentaire dans l’air, portant les concentrations à des niveaux attendus plus tard ce siècle, tandis que des anneaux voisins restent aux niveaux actuels. Le sol de ce site est pauvre en phosphore, un nutriment clé pour la croissance des plantes. Des travaux antérieurs ont montré que le CO2 additionnel stimulait initialement la photosynthèse des arbres, mais que leur biomasse n’augmentait guère et que le carbone ajouté était principalement renvoyé dans l’atmosphère depuis le sol. Les scientifiques soupçonnaient que les microbes du sol pouvaient capter le phosphore et limiter la croissance des arbres, mais ils avaient besoin de tests directs sur la manière dont ces microbes répondent aux apports de carbone et aux pénuries de nutriments.

Tester ce qui manque aux microbes du sol

L’équipe a prélevé des sols dans des anneaux à CO2 normal et à CO2 élevé après dix ans de traitement. En laboratoire, ils ont réalisé deux types d’expériences. D’abord, ils ont ajouté différentes combinaisons de carbone, d’azote et de phosphore aux sols sur de courtes périodes et ont mesuré la vitesse de croissance et de respiration des microbes. Une explosion de croissance après un apport particulier révèle quelle ressource est la plus limitée. Ensuite, ils ont mené un essai plus long de six semaines dans lequel ils ont ajouté de grandes quantités de litière foliaire, avec ou sans azote et phosphore supplémentaires, pour observer la réponse des microbes du sol au fil du temps en termes de croissance, d’activité enzymatique et de stockage des nutriments.

Les microbes réclament d’abord du carbone, puis du phosphore

Contrairement aux attentes pour cette forêt pauvre en phosphore, la croissance microbienne s’est révélée limitée principalement par le carbone et seulement secondairement par le phosphore. Autrement dit, les décomposeurs du sol étaient surtout contraints par un manque de carbone facilement utilisable, alors même que les plantes elles-mêmes étaient freinées par le faible apport en phosphore. L’ajout de carbone et de litière foliaire a fortement stimulé la croissance microbienne, et la combinaison de ces apports avec du phosphore a amplifié l’effet, confirmant que les deux ressources comptaient. De manière surprenante, l’exposition à long terme à un CO2 élevé a rendu ces limitations encore plus marquées : les microbes des sols sous CO2 élevé ont montré des réponses de croissance plus importantes lorsque le carbone et le phosphore étaient fournis, indiquant qu’ils étaient devenus plus affamés pour les deux.

Des microbes qui croissent plus vite, une communauté globalement inchangée

Pourquoi les microbes deviendraient-ils plus limités par le carbone alors qu’un flux plus important de carbone végétal entre dans le sol sous un CO2 élevé ? Les auteurs proposent que les exsudats racinaires et la litière supplémentaires favorisent des microbes « copiotrophes » — des organismes qui croissent rapidement quand les ressources sont abondantes mais exigent beaucoup d’énergie pour maintenir ce rythme. Les mesures soutiennent cette idée : les taux de croissance microbienne globaux étaient plus élevés sous CO2 élevé, principalement portés par les bactéries, tandis que la respiration, la biomasse totale et la composition large de la communauté ont peu changé. Les enzymes spécialisées dans l’extraction du carbone et du phosphore à partir de la matière organique sont devenues plus prépondérantes, suggérant que les microbes ont investi davantage d’efforts pour acquérir ces ressources rares. Parallèlement, les microbes immobilisaient efficacement le phosphore dans leur propre biomasse quand il était disponible, resserrant encore le cycle local des nutriments.

Ce que cela signifie pour le stockage du carbone en forêt

Le tableau qui se dessine est celui d’une forêt mature où le CO2 atmosphérique supplémentaire alimente plus de carbone dans le sol, mais cela accélère principalement une communauté microbienne à croissance rapide, affamée à la fois de carbone et de phosphore. Ces microbes consomment rapidement la litière fraîche, exploitent la matière organique plus ancienne pour en extraire des nutriments et immobilisent le phosphore dans leurs cellules. En conséquence, moins de phosphore est disponible pour les arbres, et une grande partie du carbone entrant est rapidement rendue à l’atmosphère plutôt que stockée dans le bois ou dans des pools de sol durables. Pour un non-spécialiste, la conclusion est que l’augmentation du CO2 ne garantit pas que les forêts séquestreront davantage de carbone. Au contraire, la lutte invisible pour les nutriments entre racines et microbes peut affaiblir le rôle de puits de carbone à long terme des forêts, en particulier dans les écosystèmes anciens et pauvres en phosphore.

Citation: Yuan, M., Macdonald, C.A., Hicks, L.C. et al. Strengthened resource limitation driven by accelerated microbial growth dampens response to elevated CO₂ in a mature forest. Commun Earth Environ 7, 261 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03365-7

Mots-clés: CO2 élevé, microbes du sol, carbone forestier, limitation en phosphore, EucFACE