Une équipe dirigée par le professeur Liu Xueyan de l'Institut de géochimie de l'Académie chinoise des sciences a développé un nouveau modèle de processus isotopique de l'azote plante-sol qui quantifie la contribution fractionnée de trois formes d'azote (nitrate, ammonium et azote organique dissous) à l'azote total dans les plantes terrestres du monde.
À l’aide de ce modèle, combiné à des données mondiales sur les ratios carbone/azote (C/N) des plantes terrestres et sur la productivité primaire brute (GPP), les chercheurs ont estimé que le carbone brut consommé pour l’assimilation de l’azote par les plantes terrestres mondiales s’élève à 208 ± 12 téragrammes de carbone par an (Tg-C/an). Ce chiffre dépasse notamment les émissions annuelles de carbone dues aux incendies de forêt et à la dégradation (155 Tg-C/an) et est comparable à l’ampleur de la séquestration du carbone forestier provoquée par les dépôts d’azote atmosphérique.
L'étude a été publiée dans Géosciences naturelles le 6 octobre.
L'absorption par les plantes de l'azote (N) du sol et l'assimilation interne de l'azote dépendent toutes deux du carbone (C) fixé par la photosynthèse. Des études biochimiques ont montré que les coûts théoriques du carbone pour l'assimilation par les plantes du nitrate, de l'ammonium et de l'azote organique dissous sont en moyenne de 5,81, 4,32 et 2,16 grammes de carbone par gramme d'azote (gC/gN), respectivement.
Les recherches antérieures se sont largement concentrées sur les impacts positifs de l’azote sur la croissance des plantes et la séquestration du carbone, tandis que les coûts métaboliques du carbone liés à l’assimilation de l’azote par les plantes n’ont pas été évalués de manière approfondie. Cette lacune a longtemps été un « point mort » dans la recherche sur le cycle du carbone terrestre. La nouvelle étude souligne que ces dépenses de carbone cachées doivent être incluses dans la comptabilité du bilan carbone.
Le réchauffement climatique devrait stimuler les transformations de l’azote du sol, augmentant ainsi l’apport d’azote biodisponible, en particulier sous ses formes inorganiques comme le nitrate et l’ammonium. De plus, cela augmentera la demande en azote des plantes en raison d’une croissance accélérée. Ces changements peuvent conduire à une proportion plus élevée d’azote inorganique assimilée par les plantes et à une augmentation correspondante de la consommation de carbone associée, augmentant ainsi le coût total du carbone lié à l’assimilation de l’azote par les plantes.
Pour tester cette hypothèse, les chercheurs ont simulé les contributions de différentes sources d’azote dans un scénario de réchauffement de 2,0℃. En combinant ces simulations avec les données correspondantes sur les rapports C/N des plantes et les GPP, ils ont prévu que le carbone total consommé pour l'assimilation de l'azote par les plantes terrestres mondiales dans ce scénario de réchauffement atteindrait 249 ± 15 Tg-C/an. Cela représente une augmentation moyenne de 47 % (41 ± 19 Tg C) par rapport au niveau actuel (208 ± 12 Tg-C/an). Au niveau régional, les augmentations sont de 9 % dans les zones tropicales, de 62 % dans les régions tempérées et de 105 % dans les zones boréales.
Le réchauffement climatique améliore la disponibilité de l’azote inorganique du sol et sa contribution à l’assimilation totale de l’azote par les plantes. Cependant, cela augmente également la dépense métabolique en carbone liée à l’assimilation de l’azote par les plantes, compensant ainsi une partie du carbone gagné par la photosynthèse. Cet effet est particulièrement significatif aux hautes latitudes.
Cette étude révèle de nouveaux mécanismes de couplage entre les processus du cycle carbone-azote de la végétation et leurs réponses et rétroactions climatiques, fournissant de nouvelles preuves pour une comptabilité affinée du bilan mondial du carbone et pour la formulation de futures stratégies neutres en carbone et de réponse climatique.
