Les engrais azotés synthétiques (N) ont fondamentalement changé la disponibilité de cet élément nutritif essentiel pour les plantes dans les systèmes agricoles, remplaçant les sources organiques telles que le compost et les cultures de couverture. L'application de N inorganique a été multipliée par plus de 40 depuis l'introduction des engrais synthétiques, passant de 2 kg ha-1 en 1940 à 90 kg ha-1 en 2015. Des décennies de sélection végétale ont créé des variétés de maïs très productives avec une fertilisation azotée synthétique, mais les compromis potentiels pour l'absorption d'azote organique restent flous. On pense que cette sélection ciblée peut avoir altéré les traits fonctionnels des racines du maïs et les interactions bénéfiques entre les plantes et les micro-organismes du sol, entravant leur capacité à acquérir du N organique.

Un semis de maïs poussant dans un rhizobox
Un semis de maïs poussant dans une rhizobox, avec des tracés pour montrer les racines, une parcelle de traitement contenant de l'azote organique et une parcelle de contrôle. La prolifération des racines, les interactions de la rhizosphère régulant les transformations de l'azote et l'absorption d'azote organique ont été mesurées dans un panel de génotypes de maïs couvrant l'introduction d'engrais azotés synthétiques. Crédit image : JE Schmidt.

Dans leur nouvelle étude publiée dans AoBP, Schmidt et al. étudier comment l'adaptation au N inorganique peut avoir eu un impact sur les transformations de la rhizosphère et l'absorption de N organique par les plantes. Ils ont cultivé trois variétés de maïs publiées avant 1942 et trois variétés publiées après 1942 dans des rhizoboxes et mesuré la plasticité morphologique des racines, l'activité enzymatique extracellulaire, les gènes microbiens liés au cycle de N inorganique et à l'absorption de N organique (provenant d'une source isotopiquement marquée). Ils ont trouvé des impacts minimes de la sélection moderne sur les caractéristiques des racines du maïs, les interactions entre les racines et les micro-organismes associés qui régulent la décomposition et les transformations de la matière organique, et l'absorption d'azote organique par les cultures de couverture. Cela suggère que l'intensification agricole ne semble pas avoir altéré le cycle de l'azote et son acquisition à partir de sources organiques par le maïs moderne et son rhizobiome. Les auteurs concluent qu'une meilleure compréhension des processus de la rhizosphère et de leur réponse aux pressions sélectives contribuera grandement à l'ingénierie de la rhizosphère pour une agriculture durable.

Point culminant du chercheur

Jennifer Schmidt a récemment terminé son doctorat à l'Université de Californie à Davis, où elle a travaillé avec la Dre Amélie Gaudin. Elle travaille actuellement en tant que scientifique postdoctorale chez Mars, Inc., étudiant le microbiome de la rhizosphère du cacao. Son intérêt pour l'agroécologie a été suscité par le jardinage à un jeune âge et renforcé par son expérience à la ferme biologique du Pomona College, un stage REU à la station biologique de Kellogg et une bourse Fulbright à l'Institut de recherche en agriculture biologique (FiBL).

En tant qu'écologiste de la rhizosphère, Jennifer a étudié les interactions plantes-sol-microbes dans le maïs, le soja, la tomate et le cacao. Elle s'intéresse à la façon dont la compréhension des processus de la rhizosphère peut guider la conception d'agroécosystèmes biologiques qui nourrissent une population croissante sans sacrifier la qualité de l'environnement.