Comment les sols du Tian Shan modifient les émissions de protoxyde d’azote

Le protoxyde d’azote fait rarement la une, alors qu’il s’agit pourtant de l’un des gaz à effet de serre les plus puissants présents dans l’atmosphère : sur un siècle, il retient près de 300 fois plus de chaleur que le dioxyde de carbone.

Une nouvelle étude de terrain menée dans le nord-ouest de la Chine indique désormais que la hausse des températures, combinée à l’évolution des régimes d’humidité, pourrait modifier de façon perceptible la quantité de protoxyde d’azote que les sols de montagne relâchent dans l’air.

Comme les zones arides représentent environ 40 % des surfaces terrestres, même de faibles variations dans ces régions pourraient amplifier le changement climatique par des mécanismes de rétroaction que nous ne prenons pas encore pleinement en compte.

Pour mieux cerner ce risque, les scientifiques ont analysé la manière dont les émissions varient selon l’altitude et l’usage des terres dans la région du Xinjiang. Leurs résultats montrent que toutes les zones naturelles ne réagissent pas de la même façon aux changements climatiques.

Une montagne comme banc d’essai climatique

Les chercheurs ont travaillé dans les montagnes du Tian Shan, où ils ont mesuré les émissions de protoxyde d’azote des sols sur un gradient altitudinal de plus de 2 500 mètres.

Ils ont échantillonné plusieurs types de milieux - forêts, prairies, terres cultivées et zones dénudées - puis ont combiné des mesures de flux gazeux avec des analyses de chimie des sols et des études microbiennes.

« L’altitude agit comme une expérience climatique naturelle », a déclaré l’auteur correspondant Lonfei Yu, scientifique à l’université Tsinghua. « Elle nous permet d’observer comment le réchauffement et l’évolution des régimes de précipitations pourraient remodeler, à l’avenir, les émissions de gaz à effet de serre des sols. »

Les sols agricoles, moteurs du protoxyde d’azote

L’analyse montre que les terres cultivées gérées émettaient de loin les plus fortes quantités de protoxyde d’azote. Cela s’explique en grande partie par le fait que les pratiques agricoles transforment l’environnement du sol d’une manière qui facilite la production de N2O.

L’irrigation apporte de l’eau, tandis que les engrais augmentent les apports en azote. Ensemble, ces facteurs créent des conditions favorables aux microbes du sol qui génèrent du protoxyde d’azote.

Les émissions des prairies augmentent en altitude

Dans l’ensemble, les écosystèmes naturels émettaient moins, mais leur comportement variait selon la végétation. Les prairies, en particulier, présentaient une tendance nette et régulière : les émissions augmentaient à mesure que l’altitude s’élevait.

À première vue, cela peut surprendre. En altitude, il fait plus froid, et le froid freine généralement l’activité biologique.

Mais l’élément déterminant est que les sites les plus élevés étaient aussi plus humides. Ce duo - plus frais mais plus humide - favorisait les processus microbiens à l’origine du protoxyde d’azote.

Dans les prairies situées aux altitudes les plus élevées, les émissions étaient plusieurs fois supérieures à celles observées plus bas. Si le changement climatique rend certaines prairies d’altitude - ou des prairies aujourd’hui sèches - plus humides, l’étude suggère qu’elles pourraient devenir des sources de protoxyde d’azote plus importantes qu’à l’heure actuelle.

Les forêts d’altitude réduisent les émissions des sols

Les forêts suivaient une dynamique différente. Leurs sols libéraient davantage de protoxyde d’azote aux altitudes basses et moins aux altitudes élevées.

Ici, la température semblait peser davantage que l’humidité. En progressant vers des zones plus froides en altitude, l’activité microbienne responsable de la production de N2O diminuait.

Ainsi, même si l’humidité venait à évoluer, l’effet du refroidissement en altitude paraissait suffire à contenir les émissions.

C’est l’un des enseignements les plus marquants de l’étude : deux écosystèmes naturels sur une même montagne réagissaient en sens opposé, parce que les facteurs dominants n’étaient pas les mêmes dans chaque cas.

Les microbes aident à expliquer cette divergence

Pour comprendre ces trajectoires contrastées, l’équipe s’est penchée sur les communautés microbiennes du sol, car les microbes constituent le moteur de l’essentiel de la production de protoxyde d’azote.

Dans les prairies, des sols plus humides soutenaient une activité accrue des microorganismes impliqués dans la dénitrification, un processus susceptible de produire du protoxyde d’azote lorsque les microbes transforment l’azote dans des conditions pauvres en oxygène.

Une humidité plus élevée peut réduire l’oxygène disponible dans les pores du sol, ce qui oriente davantage les microbes vers des voies métaboliques qui génèrent plus de N2O.

Dans les forêts, l’explication reposait davantage sur la température. Dans les sols plus froids des altitudes élevées, certains groupes microbiens clés devenaient moins abondants, ce qui contribuait à expliquer pourquoi les émissions diminuaient en montant.

Autrement dit, il ne s’agissait pas seulement de variables climatiques considérées de façon abstraite : tout dépendait aussi des communautés microbiennes présentes et des conditions qui leur permettaient de prospérer.

Les sols des zones arides reconfigurent les rétroactions climatiques

Pris dans leur ensemble, ces résultats esquissent un futur où les régions montagneuses sèches ne réagiraient pas de manière uniforme au changement climatique.

Certains milieux - en particulier les prairies - pourraient devenir des sources plus fortes de protoxyde d’azote si les conditions deviennent à la fois plus chaudes et plus humides.

Les sols forestiers pourraient répondre autrement, selon que la hausse des températures l’emporte ou non sur les changements d’humidité. Quant aux sols agricoles, ils devraient rester de grands émetteurs tant que l’irrigation et les apports d’engrais demeureront élevés.

« Notre travail montre que la sensibilité au climat et la gestion humaine doivent être considérées conjointement lorsqu’on cherche à prévoir les émissions de gaz à effet de serre des zones arides », a déclaré Yu. « Ignorer l’un ou l’autre facteur pourrait conduire à une forte sous-estimation des rétroactions climatiques futures. »

En d’autres termes, on ne peut pas modéliser correctement les émissions des zones arides si l’on ne regarde que le climat, et l’on ne peut pas comprendre l’avenir si l’on se limite à l’usage des terres. Les deux interagissent, et la montagne rend cette interaction visible.

Les émissions des sols exigent un suivi

Étant donné que les régions arides et semi-arides couvrent une part considérable de la planète, même des changements modestes de leurs émissions de gaz à effet de serre peuvent peser sur les bilans mondiaux.

Pourtant, les zones arides ont longtemps été moins étudiées dans la recherche sur le protoxyde d’azote que les écosystèmes plus humides, souvent suivis de manière plus intensive.

Les chercheurs soutiennent qu’un suivi sur le long terme le long de gradients tels que l’altitude est particulièrement précieux. C’est l’une des meilleures façons d’anticiper le comportement des écosystèmes à mesure que le réchauffement se poursuit et que les régimes de précipitations se modifient.

D’un point de vue pratique, ces travaux mettent aussi en avant une marge d’action. Des stratégies d’utilisation des terres mieux conçues - notamment concernant l’irrigation et la gestion des engrais - pourraient faire baisser les émissions de protoxyde d’azote tout en maintenant la productivité, dans des régions où l’agriculture s’étend ou s’intensifie.

En somme, l’étude laisse entendre que les sols « discrets » des paysages montagneux secs pourraient ne pas le rester. Selon l’évolution du climat et des pratiques de gestion des terres, certains d’entre eux pourraient contribuer davantage au réchauffement que nous ne l’avions supposé.