Nitrogen input quality changes the biochemical composition of soil organic matter stabilized in the fine fraction - a long-term study.

Gillespie, A.W., Diochon, A., Ma, B.-L., Morrison, M.J., Kellman, L.M., Walley, F.L., Regier, T.Z., Chevrier, D., Dynes, J.J., et Gregorich, E.G. (2014). « Nitrogen input quality changes the biochemical composition of soil organic matter stabilized in the fine fraction - a long-term study. », Biogeochemistry, 117(2-3), p. 337-350. doi : 10.1007/s10533-013-9871-z  Accès au texte intégral (en anglais seulement)

Résumé

La composition chimique de la matière organique du sol (MOS) est un des principaux facteurs déterminant sa stabilité biologique. La présente étude visait à évaluer les effets de diverses sources d’azote supplémentaire sur la composition chimique de la MOS associée à la fraction minérale fine (< 5 μm) du sol, en utilisant comme traitements expérimentaux une jachère, une rotation maïs-soja, une culture continue de maïs laissée sans fertilisation (maïs0N), une culture continue de maïs avec apport d’engrais azoté synthétique (maïs + N) et une culture continue de maïs avec apport de fumier composté (maïs + fumier). Nous avons identifié les structures chimiques présentes dans la MOS, au moyen d’une analyse multidimensionnelle des spectres XANES enregistrés aux seuils K du carbone et de l’azote, et nous avons évalué les contributions relatives des champignons et des bactéries à la MOS, en utilisant des sucres aminés comme biomarqueurs. Les trois traitements comportant un apport de N (maïs + N, maïs + fumier et rotation maïs-soja) ont enrichi le sol en composés protéiques, alors que les traitements ne comportant aucun apport de N (jachère et maïs0N) l’ont enrichi en composés d’origine végétale (acides carboxyliques et composés aromatiques, phénoliques et aliphatiques), ce qui laisse croire que la décomposition des résidus végétaux a été freinée par le manque de N. Nous avons aussi évalué les populations microbiennes, selon les proportions relatives des divers sucres aminés employés comme biomarqueurs : c’est dans le cas du traitement maïs + fumier (apport élevé de N) que les bactéries contribuaient le plus à la MOS, et c’est dans le cas de la jachère (faible apport de N) que les champignons y contribuaient le plus. Les traitements maïs + N et maïs-soja ont enrichi la MOS en composés aromatiques comportant une liaison N, ce que nous attribuons à une réaction abiotique du N minéral avec les structures carbonées des composés organiques. Le traitement maïs + fumier a enrichi la MOS en N pyridinique, sans doute à cause d’une transformation microbienne intense et d’un renouvellement rapide de la MOS. La présence de signaux correspondant à des cétones et à des pyrroles dans les spectres XANES laisse croire que ces composés pourraient servir de biomarqueurs pour la MOS transformée et stabilisée par des agents microbiens. Le traitement maïs + fumier a enrichi la MOS en cétones, celles-ci étant probablement des sous-produits microbiens du catabolisme des acides gras. Le sol de la jachère était surtout enrichi en pyrroles, ceux-ci pouvant s’accumuler à long terme à mesure que sont générés ces sous-produits de la transformation des protéines par une communauté microbienne carencée en azote. En employant conjointement la spectroscopie moléculaire et l’analyse de biomarqueurs dans le cadre d’une étude au champ à long terme, nous avons pu établir que la source du N apporté au sol influe sur la nature des composés carbonés et azotés stables présents dans la MOS. En effet, toute augmentation de la quantité de N disponible permettait à la communauté microbienne de transformer les matières végétales, et les sous-produits de cette transformation se retrouvaient sous forme de composés stables dans la MOS de la fraction fine du sol.

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