L’indispensable écosystème des sols menacé par les sécheresses

Le sol, que l’on imagine souvent comme un terrain inerte, est bien plus vivant qu’il n’y paraît. Dans chaque cuillère à café de terre se trouvent quelques milliards de cellules microscopiques correspondants à des milliers d’espèces différentes. Bactéries, champignons... tout un écosystème s’épanouit sous nos pieds. Mais il est fragile et aujourd’hui menacé par le changement climatique et les activités humaines.

Plus de 12 millions d’hectares de sol, soit l’équivalent de l’Angleterre, se dégradent chaque année dans le monde, selon les Nations unies. Cela affecte plus de 40 % de la population sur tous les continents.

Si elles restent bien équilibrées, ces communautés microbiennes sont pourtant bénéfiques pour le sol. Elles recyclent sa matière organique, ce qui le rend naturellement plus fertile. Elles protègent les plantes contre les virus, bactéries ou champignons qui pourraient les rendre malades, agissant comme un système immunitaire. Mais deux études récentes, aux résultats alarmants, montrent que le danger pour les sols grandit.

Dans un contexte d’épisodes secs de plus en plus fréquents en raison du changement climatique, il faut s’attendre à des sols affaiblis et à des cultures plus vulnérables aux champignons, dont l’augmentation est d’ailleurs prévue avec la hausse des températures terrestres.

Un bouleversement irréversible

Dans la première étude, publiée le 9 octobre dans ISME Journal, des chercheurs anglais ont montré que l’intensification des sécheresses pourrait venir chambouler la composition de ces communautés microbiennes. Pour le démontrer, ils ont prélevé des échantillons de terre et les ont soumis à différents niveaux de sécheresse : une sécheresse comme on en voit tous les ans, tous les quatre ans et une fois par siècle.

Ils ont aussi répété ces traitements jusqu’à trois fois d’affilée pour simuler des périodes de sécheresse, entrecoupées d’épisodes pluvieux, comme cela peut parfois arriver en été.

Leurs résultats sont inquiétants : pour de fortes sécheresses ou des épisodes d’intensité moyenne, mais répétés, l’écosystème perturbé est incapable de récupérer, même six mois après la fin de l’expérience.

« On savait déjà que la sécheresse affectait la biodiversité des sols, mais ce qu’on a découvert, c’est cette transition vers un état nouveau. La communauté microbienne a tellement divergé qu’elle ne peut pas retrouver sa condition initiale », explique Irene Cordero, première autrice de l’étude, et chercheuse à l’Institut fédéral de recherches sur la forêt, la neige et le paysage en Suisse.

Des plantes davantage malades

Un sol qui perd des pans entiers de sa communauté microbienne sera incapable d’accomplir certaines de ses fonctions clés, comme la transformation d’éléments chimiques nécessaires aux plantes. « Les micro-organismes du sol affectent également la croissance et la condition physique des plantes, en favorisant le renouvellement des nutriments et en activant la défense immunitaire de la plante », explique Xiaogang Li, chercheur à l’université de foresterie de Nanjing, en Chine, et premier auteur de la seconde étude, publiée le 22 août dans Nature Communications.

Les chercheurs chinois y ont mis en évidence le lien entre écosystème perturbé et mauvaise santé des plantes. En étudiant un sol à « faible rendement agricole », les scientifiques ont pu montrer que la mauvaise santé des plantes est en réalité associée à un déséquilibre entre les microbes présents dans la terre : la quantité et le nombre d’espèces de bactéries différentes sont largement réduits par rapport à un sol plus sain.

C’est un problème, car les champignons, eux, sont quasiment toujours aussi nombreux et « il y a comme une compétition directe entre eux, explique Irene Cordero. Si la croissance bactérienne est moindre, les champignons disposent en retour de plus d’espace et de ressources pour se développer ».

En somme, lorsque l’écosystème est perturbé, l’effet protecteur de certains micro-organismes peut être amené à disparaître et les pathogènes ont alors la voie libre pour attaquer les plantes et les rendre malades. Dans l’étude chinoise, le sol est affaibli, car il est particulièrement acide, mais le mécanisme reste le même, quelle que soit l’origine de la perturbation. Par exemple, Irene Cordero avait elle aussi remarqué que les champignons pathogènes gagnent du terrain après les épisodes de sécheresse de ces expériences, une mauvaise nouvelle pour les plantes !

« Des conséquences désastreuses sur la croissance des plantes »

Comme souvent dans la nature, la clé réside dans l’harmonie entre les différentes espèces, et il en va de même pour le sol. « De manière générale, plus la biodiversité est élevée, meilleure est la résistance par rapport à des agressions extérieures, notamment associées au changement climatique », résume Claire Chenu, directrice de recherche à Inrae et spécialiste des sols.

Elle déplore cependant qu’il n’y ait à ce jour « pas assez d’informations concernant l’impact des événements extrêmes sur le fonctionnement du sol. Il me semble pertinent d’étudier des sécheresses séculaires, car elles vont commencer à devenir plus fréquentes, en tout cas en France et en Europe tempérée ».

Irene Cordero voyait en effet dans l’étude qu’elle a dirigée qu’un écosystème soumis à une sécheresse d’intensité annuelle récupérait sans problème, contrairement à un sol soumis à une sécheresse séculaire. Selon les deux expertes, la limite de tolérance pourrait varier en fonction du type de sol, de sa localisation géographique et de son histoire (un sol méditerranéen sera plus résistant qu’un sol anglais par exemple), ou encore en conditions réelles par rapport aux expériences de laboratoire. « Le processus mis en évidence dans l’étude devrait être tout à fait généralisable », assure Claire Chenu.

Pour Xiaogang Li, il n’y a aucun doute : des événements climatiques extrêmes plus fréquents, notamment les sécheresses, « pourraient avoir des effets négatifs sur la résilience des sols et le rendement des cultures, l’eau étant l’environnement le plus important pour la survie des micro-organismes. » Et d’ajouter : « Comme la capacité inhérente du sol à lutter contre les maladies passe principalement par les micro-organismes, un contexte de changement climatique pourrait avoir des conséquences désastreuses sur la croissance des plantes, puisque leur santé dépend du soutien du microbiome. »