Le réchauffement climatique accélère les émissions de CO2-Les microbes du sol
Lorsque les micro-organismes décomposent la matière organique du sol, ils libèrent activement du CO? dans l'atmosphère. Ce processus est appelé respiration hétérotrophe. Un nouveau modèle montre que ces émissions pourraient augmenter jusqu'à 40 pour cent d'ici la fin du siècle - le plus fortement dans les régions polaires.
En bref
- Les prévisions montrent que les émissions de CO2-des microbes du sol augmenteront fortement d'ici la fin du siècle.
- Ils montrent en outre que les émissions microbiennes de CO2-Dans les régions polaires, les émissions de CO2 augmenteront deux fois plus que dans le reste du monde.
- Dans les régions froides, l'humidité du sol est la principale raison pour laquelle le CO2-augmentent gr?ce aux microbes. Dans le reste du monde, l'augmentation des émissions est principalement liée à la hausse des températures.
L'augmentation des émissions de dioxyde de carbone (CO2) dans l'atmosphère est l'un des principaux déclencheurs du réchauffement climatique - environ un cinquième du CO2 dans l'atmosphère provient de sources situées dans le sol. Cela est d? en partie à l'activité de micro-organismes tels que les bactéries, les champignons et d'autres micro-organismes qui décomposent la matière organique (par exemple les parties mortes des plantes) dans le sol à l'aide d'oxygène. Au cours de ce processus, du CO2 est libérée dans l'atmosphère, un phénomène connu dans le monde scientifique sous le nom de respiration hétérotrophe du sol.
Une équipe de chercheurs de l'ETH Zurich, de l'Institut de recherches sur la forêt, la neige et le paysage WSL, de l'Institut de recherche sur l'eau du Domaine des EPF, Eawag, et de l'Université de Lausanne est parvenue à une conclusion de grande portée dans la revue scientifique Nature Communications. Leur étude montre que les émissions de CO2-Les chercheurs estiment que les émissions des microbes du sol dans l'atmosphère terrestre ne vont pas seulement augmenter d'ici la fin du siècle, mais qu'elles vont également s'accélérer à l'échelle mondiale. Sur la base d'un modèle de calcul, ils parviennent à la conclusion que les émissions de CO2-Les émissions des microbes du sol devraient augmenter considérablement d'ici 2100. Dans le scénario climatique le plus défavorable, elles pourraient atteindre une augmentation d'environ quarante pour cent au niveau mondial - par rapport aux valeurs actuelles. "L'augmentation prévue des émissions microbiennes de CO2-contribuera donc encore à l'aggravation du réchauffement climatique. Cela souligne le besoin urgent d'obtenir des projections plus précises de l'intensité de la respiration hétérotrophe", déclare Alon Nissan, auteur principal de l'étude et ETH-Fellow à l'Institut des sciences et ingénierie de l'environnement de l'ETH.
L'humidité et la température du sol, des facteurs clés
Les résultats confirment non seulement les études précédentes, mais ils fournissent également des informations plus précises sur les mécanismes et l'ampleur de la respiration hétérotrophe du sol dans les différentes zones climatiques. Contrairement aux autres modèles qui se basent sur de nombreux paramètres, le nouveau modèle mathématique développé par Alon Nissan simplifie les extrapolations en utilisant seulement deux facteurs environnementaux décisifs : l'humidité et la température du sol.
L'avancée du modèle réside également dans le fait qu'il englobe tous les niveaux biophysiques pertinents, du micro-niveau de la nature du sol et de la répartition de l'eau dans le sol jusqu'aux communautés végétales telles que les forêts, des écosystèmes entiers, des zones climatiques et même l'échelle mondiale. Peter Molnar, professeur à l'Institut des sciences et ingénierie de l'environnement de l'ETH, souligne l'importance de ce modèle théorique, qui complète les grands modèles du système terrestre, comme suit : "En partant de l'humidité et de la température du sol, le modèle nous permet d'estimer beaucoup plus facilement l'intensité de la respiration microbienne. En outre, il améliore notre compréhension de la manière dont la respiration hétérotrophe contribue au réchauffement global dans différentes régions climatiques".
CO polaire est de l'ordre de 10 %.2-Les émissions de microbes devraient plus que doubler
L'un des principaux résultats de la collaboration de recherche dirigée par Peter Molnar et Alon Nissan est que l'augmentation des émissions microbiennes de CO2-diffèrent selon les zones climatiques. Dans les régions polaires froides, c'est surtout la diminution de l'humidité du sol qui contribue à l'augmentation, plut?t qu'une hausse sensible de la température. Il en va autrement dans les zones chaudes et tempérées. Alon Nissan fait référence à la sensibilité des zones froides : "Même une faible variation de la teneur en eau peut entra?ner une modification importante de l'intensité de la respiration dans les régions polaires".
Selon leurs calculs, les émissions microbiennes de CO2-dans les régions polaires devraient augmenter de 10 % par décennie d'ici 2100 dans le scénario climatique le plus défavorable, soit deux fois plus vite que dans le reste du monde. Cet écart peut être attribué aux conditions optimales pour la respiration hétérotrophe, qui se produisent lorsque les sols sont dans un état "semi-saturé", c'est-à-dire ni trop secs ni trop humides. Ces conditions sont présentes dans les régions polaires lorsque les sols dégèlent.
En revanche, les sols d'autres zones climatiques, qui sont déjà relativement secs et qui ont tendance à s'assécher davantage, présentent une augmentation comparativement plus faible des émissions microbiennes de CO2-Les émissions de gaz à effet de serre sont les plus élevées. Cependant, quelle que soit la zone climatique, l'influence de la température reste la même : Plus la température du sol augmente, plus les émissions de CO2.
Dans quelle mesure le CO2-augmente selon les zones climatiques
En 2021, la plupart des émissions de CO2-Les émissions de carbone par les microbes du sol proviennent principalement des régions chaudes de la planète. Plus précisément, 67% de ces émissions provenaient des régions tropicales, 23% des régions subtropicales, 10% des régions tempérées et seulement 0,1% des régions arctiques ou polaires.
Les chercheurs s'attendent à une augmentation considérable des émissions microbiennes de CO2-dans toutes les régions par rapport aux niveaux observés en 2021. D'ici 2100, ils prévoient une augmentation de 119% dans les régions polaires, de 38% dans les régions tropicales, de 40% dans les régions subtropicales et de 48% dans les régions tempérées.
Les sols deviennent-ils une source de CO2-Un puits de carbone ou un puits de CO2-source de l'atmosphère ?
Le bilan de carbone dans les sols, qui détermine si les sols sont une source ou un puits de carbone, dépend de l'interaction de deux processus décisifs : la photosynthèse, au cours de laquelle les plantes produisent du CO2 et la respiration, qui absorbe le CO2 est libéré dans l'atmosphère. C'est pourquoi l'étude des émissions microbiennes de CO2-est d'une importance cruciale pour comprendre si les sols seront à l'avenir des puits de CO2 stockeront ou libéreront.
"En raison du changement climatique, l'ampleur de ces rétroactions carbone-climat, qu'il s'agisse des flux entrants liés à la photosynthèse ou des flux sortants liés à la respiration, est incertaine. Leur ampleur aura cependant un impact sur le r?le des sols, qui sont aujourd'hui des puits de carbone", explique Alon Nissan.
Dans leur étude en cours, les chercheurs se sont principalement concentrés sur la respiration hétérotrophe. Les émissions de CO2-Ils n'ont pas encore étudié les émissions de carbone que les plantes émettent par respiration autotrophe. Une étude plus approfondie de ces facteurs permettra une compréhension plus complète de la dynamique du carbone dans les écosystèmes du sol.
Référence bibliographique
Nissan, A., Alcolombri, U., Peleg, N. et al. Global warming accelerates soil heterotrophic respiration. Nature Communications 14, 3452 (2023). DOI : page externe10.1038/s41467-023-38981-w.