Sous-projet 1 : Prise en compte des décomposeurs microbiens et de leurs régulations biologiques

L'équipe s'intéresse au "priming effect", un phénomène de sur ou sous-minéralisation de la matière organique du sol qui se déclenche lors de l'ajout de matières organiques fraîches. Ce phénomène pourrait avoir des rétroactions sur le cycle du carbone si ses effets à long terme sont prouvés. Cependant, à ce jour, il n'a été observé qu'à de petites échelles temporelles (jours, année) et en conditions expérimentales.
Pour évaluer l'effet du "priming effect" à long terme, les chercheurs ont comparé des essais agronomiques sans plante (jachère nue de longue durée), mais avec apport périodique de carbone sous des formes plus ou moins "fraiches". Les travaux ont porté sur des jachères nues de longue durée menées sur le site de Grignon.
Les résultats expérimentaux ne mettent pas en évidence d'effet à long terme du "priming effect".Quant aux résultats obtenus par modélisation, ils dépendent de la complexité du modèle utilisé. Une publication relative à ce sous-projet est en préparation pour une soumission à la revue Soil Biology and Biochemistry.

Sous-projet 2 : Impact du labour et de l'accessibilité des décomposeurs microbiens à la matière organique sur les vitesses de décomposition

La culture sans labour prend de l'ampleur dans le monde entier. De nombreuses études suggèrent qu'elle permet d'augmenter le stockage de carbone dans les sols. Cependant, il existe une variabilité importante et aujourd'hui inexpliquée, qui ne permet pas de fournir une prédiction exacte du stockage de carbone "gagné" par le non-labour.
Les chercheurs ont mené une méta-analyse visant à déterminer les facteurs pédo-climatiques et de culture à l'origine de cette variabilité. 90 études ont été analysées, dont seulement 35 quantifiaient les apports en carbone au sol. Un meilleur stockage du carbone est observé en situation de non-labour, mais la différence nette est plus faible que ce qui est habituellement publié dans la littérature.
Les différences d'apports en carbone relatifs aux spécificités de la culture constituent le seul facteur significatif corrélé aux différences de stockage de carbone observées en conditions de labour et de non-labour. Il apparaît donc important de considérer le stockage du carbone en situation de non-labour à l'échelle de l'agro-système, et non uniquement à l'échelle du sol. Ces travaux sont acceptés pour publication dans la revue Biogeochemistry.

Sous-projet 3 : Effets de la distribution verticale du carbone dans les sols sur les vitesses de décomposition

Malgré leur concentration en carbone plus faible que celles des horizons de surface, les horizons profonds contribuent grandement au stockage du carbone dans les sols. La vulnérabilité du carbone profond au climat et à l'usage des sols et encore mal compris et de nombreuses hypothèses sont émises pour expliquer sa dynamique. Une discrétisation verticale des modèles de la dynamique du carbone apparaît donc nécessaire pour prendre en compte la spécificité du fonctionnement des horizons profonds des sols et intégrer les transferts verticaux de carbone soluble.
Les chercheurs de CARBOSOIL ont donc discrétisé le module de carbone du sol du modèle ORCHIDEE, les apports de carbone dans le sol étant défini selon la litière et le profil racinaire simulé. Ils l'ont ensuite testé et validé en comparant les simulations obtenues avec les profils de carbone du sol mesurés dans des champs, des prairies et des forêts de différentes régions françaises. Les travaux sur ce sous-projet vont se poursuivre en 2011 afin d'identifier les mécanismes responsables des profils de carbone observés dans les sols, et d'évaluer l'impact d'un réchauffement du sol sur les stocks de carbone.

Sous-projet 4 : Les impacts de la température et de l'humidité sur les vitesses de décomposition dans les sols et leur modélisation

Les effets de la température sur la respiration microbienne sont bien compris. En revanche, on dispose de peu d'information sur les effets de l'humidité du sol, seule ou en interaction avec les effets de la température.
L'équipe CARBOSOIL a mené une revue de la littérature concernant les interactions entre la minéralisation du carbone et l'humidité des sols, dont les principales conclusions sont :
- Les fonctions qui décrivent les liens entre l'humidité du sol et la respiration microbienne dérivent d'études relatives à un seul ou un petit nombre de sols.
- Les interactions entre température, communauté microbienne, texture du sol et cycles de dessiccation-rehumectation sont abordées dans différentes études, mais elles restent mal expliquées et intégrées de façon incorrecte dans les modèles.
- Peu d'études visent à établir des relations à partir de processus mécanistes. La plupart du temps, elles s'intéressent aux relations entre la diffusion des solutés ou de l'oxygène dans la matrice du sol et l'activité microbienne.
- Bien que les observations en champs soient utiles pour valider les modèles écosystémiques, l'action de l'humidité est souvent confondue avec celle de la température et d'autres facteurs.
Cette revue de la littérature fait apparaître de grandes différences expérimentales entre les travaux de la littérature, ce qui en limite une synthèse rapide..

L'équipe envisage à présent de :
- Créer une base de données rassemblant les informations issues d'expériences d'incubation de sols, afin de réaliser une méta-analyse des relations entre humidité et activité microbienne. Vingt équipes de recherche internationales ont accepté de fournir leurs données. Elles sont actuellement éditées, complétées et transformées en unités comparables.
- Travailler sur la représentation des relations entre humidité et activité microbienne dans le modèle ORCHIDEE.
- Explorer expérimentalement les interactions température-humidité et leurs effets sur les sols.

Sous-projet 5 : Quantifier et isoler le carbone stable du sol

Ce sous-projet, dans lequel il a été montre que les expérimentations agronomiques de jachère nue de longue durée permettent une estimation directe de la taille du compartiment stable du C des sols a abouti à la publication d'un article en accès libre dans la revue Biogeosciences.
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