Contrôle bioénergétique de la dynamique du carbone du sol en profondeur

La dynamique du carbone du sol est fortement contrôlée par la profondeur à l’échelle mondiale, avec une dynamique de plus en plus lente à mesure que l’on s’enfonce dans le sol. La base mécaniste reste cependant controversée, ce qui limite notre capacité à prédire les rétroactions entre le cycle du carbone et le climat. Nous combinons ici des analyses radiocarbones et thermiques avec des incubations à long terme en absence/présence de plantes marquées en continu au ¹³C/¹⁴C pour montrer que les contraintes bioénergétiques des décomposeurs déterminent de manière cohérente la dépendance en profondeur de la dynamique du carbone du sol dans une gamme de contextes de réactivité minérale. La lenteur de la dynamique du carbone du sous-sol est étroitement liée à la fois à sa faible densité énergétique et à l’énergie d’activation élevée de la décomposition, ce qui entraîne un « retour sur investissement énergétique » défavorable pour les décomposeurs. Nous observons également une forte accélération de la décomposition millénaire du carbone du sous-sol induite par les racines (« amorçage de la rhizosphère »), ce qui montre qu’un apport suffisant d’énergie par les racines est capable d’atténuer la forte limitation énergétique de la décomposition. Ces résultats démontrent que la persistance du carbone dans le sous-sol résulte de sa mauvaise qualité énergétique et de l’absence d’apport d’énergie par les racines en raison de leur faible densité en profondeur.

Figure 1 : Effets des racines sur l’âge moyen du carbone organique du sous-sol respiré par les décomposeurs. Réponse de l’âge moyen, basé sur le radiocarbone, du CO2 respiré issu de la décomposition du carbone organique du sol profond indigène (SOC) à la variation de la densité des racines vivantes à travers la profondeur de la colonne de sol à l’échelle de la carotte de sol dans la deuxième série d’incubation 279 jours après la plantation (n = 24 incubations de carottes de sol). L’encadré montre les signatures radiocarbones (Δ14C) du CO2 respiré par le sol utilisées pour déterminer l’âge moyen du SOC natif respiré. Étant donné que le temps de renouvellement et l’âge moyen sont identiques dans l’hypothèse de notre modèle où le SOC est un réservoir homogène à un seul bassin à l’état stable, les âges moyens ont été estimés en utilisant la même approche de modélisation que celle utilisée pour le temps de renouvellement, telle que décrite dans la section des méthodes. Les symboles avec des barres d’erreur le long de la ligne verticale en pointillés indiquent les moyennes de traitement ± erreurs standard des témoins non plantés (n = 4 incubations de carottes de sol). Les lignes horizontales en pointillé avec barres d’erreur indiquent les moyennes ± erreurs standard des âges moyens (temps de renouvellement) et des signatures radiocarbone du SOC initial en profondeur. Les polygones autour des lignes de régression représentent les intervalles de confiance à 95 %.

Reference: Hénneron L., Balesdent J., Alvarez J., Barré P., Baudin F., Basile-Doelsch I., Cécillon L., Fernandez-Martinez A., Hatté C., Fontaine S., 2022. Bioenergetic control of soil carbon dynamics across depth. Nature Communications 13, 7676. doi: 10.1038/s41467-022-34951-w