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Anthropogenic and climate influences on biogeochemical dynamics and molecular-level speciation of soil sulfur

Solomon, D., Lehmann, J., Kinyangi, J., Pell, A., Theis, J., Ngoze, S., Amelung, W., Preez, C., Machado, S., Ellert, B.H., et Janzen, H.H. (2009). « Anthropogenic and climate influences on biogeochemical dynamics and molecular-level speciation of soil sulfur. », Ecological Applications, 19(14), p. 989-1002. doi : 10.1890/08-0095.1  Accès au texte intégral (en anglais seulement)

Résumé

L’environnement pédologique est une composante primaire du cycle biogéochimique planétaire du soufre (S), qui agit comme source et puits de diverses espèces soufrées et médie les changements d’état d’oxydation. Cependant, l’importance écologique des diverses formes de S et les incidences de l’intervention humaine et du climat sur la quantité et la composition structurelle de ces composés sont encore mal comprises. Nous examinons les influences à long terme des transitions anthropiques des écosystèmes naturels à des écosystèmes aménagés sur la spéciation au niveau moléculaire, sur la dynamique biogéochimique et sur la sensibilité apparente à la température des groupements soufrés dans des climats tempérés, subtropicaux et tropicaux dont la température annuelle moyenne (TAM) se situe entre 5 °C et 21 °C, à l’aide d’analyse des éléments et spectroscopie d’absorption des rayons X dans la région pré-seuil (XANES). Les changements d’affectation des terres et de couverture des terres ont conduit à l’appauvrissement du S total du sol dans les trois écorégions sur une période pouvant atteindre 103 ans. Le déclin le plus marqué est survenu dans les agroécosystèmes de forêt tropicale (67 % à Kakamega et 76 % à Nandi, au Kenya), comparativement aux pertes des agroécosystèmes de prairie de régions tempérées (36 % à Lethbridge, Canada, et 40 % à Pendleton, É. U.) et subtropicales (48 % en Afrique du Sud). Les pertes de S total présentaient une corrélation significative avec la TAM. Les interventions humaines ont profondément altéré la composition au niveau moléculaire et entraîné un décalage apparent des états d’oxydation du S organique des écosystèmes natifs composés surtout de groupements soufrés à états d’oxydation intermédiaire et très réduit vers des écosystèmes aménagés dominés par du S organique riche en fonctionnalités très oxydées. Le changement le plus prononcé est survenu dans les thiols et les sulfures, dont la proportion a baissé de 46 % (Lethbridge) et 57 % (Pendleton) dans des agroécosystèmes tempérés, de 46 % dans des agroécosystèmes subtropicaux, et de 79 % (Nandi) et 81 % (Kakamega) dans des agroécosystèmes tropicaux. La proportion de S organique directement liée à O a augmenté de 81 %, 168 %, 40 %, 92 % et 85 %, respectivement. Parmi les diverses fonctionnalités du S organique, les thiols et les sulfures semblent avoir des sensibilités apparentes à la température plus élevées; ces groupements soufrés organiques peuvent donc devenir susceptibles de pertes dues à des changements d’affectation des terres, même dans les régions plus fraîches de la planète si la TAM de ces régions s’élève dans l’avenir.

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