Perennially and annually frozen soil carbon differ in their susceptibility to decomposition: analysis of Subarctic earth hummocks by bioassay, XANES and pyrolysis.

Gillespie, A.W., Sanei, H., Diochon, A., Ellert, B.H., Regier, T.Z., Chevrier, D., Dynes, J.J., Tarnocai, C., et Gregorich, E.G. (2014). « Perennially and annually frozen soil carbon differ in their susceptibility to decomposition: analysis of Subarctic earth hummocks by bioassay, XANES and pyrolysis. », Soil Biology & Biochemistry, 68, p. 106-116. doi : 10.1016/j.soilbio.2013.09.021  Accès au texte intégral (en anglais seulement)

Résumé

Les hummocks (buttes de terre) constituent le type de sol géométrique le plus commun dans la région subarctique, et la subduction de matière organique par la cryoturbation (c.-à-d. le mélange de couches de sol par les gels et dégels répétés) protège physiquement le carbone organique du sol (COS) de la décomposition. Les modèles climatique prédisent que les régions subarctiques subiront un plus grand réchauffement qu'ailleurs, ce qui accélérerait la décomposition du COS, causant ainsi une hausse des émissions de CO2. Notre étude visait à caractériser et à relier la chimie et la disponibilité du COS dans les horizons du sol de hummocks subarctiques. Nous avons évalué la biodégradabilité du COS dans une étude de minéralisation contrôlée en laboratoire. Nous avons déterminé la composition chimique de la matière organique du sol (MOS) par spectroscopie XANES (X ray absorption near-edge structure) au seuil K du carbone (C) et la stabilité thermique de la MOS par pyrolyse Rock-Eval. L'épreuve de minéralisation biologique a montré que les horizons organiques enfouis étaient moins susceptibles à la biodégradation que la MOS de surface et pas significativement plus susceptibles que le sol minéral adjacent. La spectroscopie XANES a montré une accumulation de cétones et une perte d'hydrates de carbone, de phénols et de carboxyles dans les horizons organiques enfouis. Ainsi, les cétones pourraient servir de biomarqueurs de la MOS transformée par les microorganismes. Par contre, la MOS dans les sols minéraux gelés en permanence (pergélisol) était plus susceptible à la biodégradation que celle dans les sols minéraux et organiques enfouis de la couche active qui gèle et dégèle chaque année. La MOS dans ces horizons n'a pas présenté d'accumulation de cétones, mais avait plutôt une forte teneur en phénols. L'analyse par pyrolyse a indiqué que la fraction thermolabile était liée à la biodisponibilité du C et que, dans le pergélisol, cette fraction renfermait une quantité proportionnellement plus grande de groupes fonctionnels contenant de l'oxygène. Ces résultats mettent en évidence dans le pergélisol une fraction de MOS labile, relativement riche en composés phénoliques, qui deviendrait susceptible à la décomposition à mesure que le climat se réchauffe. Ainsi, la majeure partie des pertes de C qui résulteront du réchauffement climatique pourrait provenir non pas de la MOS enfouie par cryoturbation qui gèle chaque année, mais de la MOS gelée en permanence qui serait rendue accessible par l'abaissement du pergélisol.

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