France
August 27, 2014

L’oxyde nitreux (N2O) est un puissant gaz à effet de serre également responsable de la destruction  de la couche d’ozone. Des chercheurs de l’Inra de Dijon ont montré que la capacité des sols à éliminer le N2O peut être principalement expliquée par la diversité et l’abondance d’un nouveau groupe de microorganismes, capable de le réduire en azote atmosphérique (N2). Ces résultats publiés dans la revue Nature Climate Change de septembre 2014 soulignent l’importance de la diversité microbienne dans le fonctionnement des sols et pour les services qu’ils délivrent.

L’oxyde nitreux (N2O) est un des principaux gaz à effet de serre avec le dioxyde de carbone (CO2) et le méthane (CH4) ; il est également responsable de la destruction de la couche d’ozone. Les écosystèmes terrestres contribuent environ à 70% des émissions de N2O dont au moins 45% sont liées aux produits azotés dans les sols agricoles (engrais, lisier, fumier, résidus de culture…). Afin de diminuer les émissions de N2O et de concevoir une agriculture respectueuse de l’environnement, il est important de comprendre non seulement les processus impliqués dans sa production mais aussi dans son élimination. Cette élimination peut être effectuée par des microorganismes vivant dans le sol et capables de réduire le N2O en diazote (N2), gaz représentant environ les 4/5ème de l’air que nous respirons et qui est sans impact sur l’environnement. 

Les chercheurs de l’Inra, en collaboration des collègues suédois et irlandais, ont analysé 47 sols prélevés à travers l’Europe, et mis en évidence de très grandes différences entre sols au niveau de leurs capacités à éliminer le N2O. Contrairement aux autres gaz à effet de serre comme le dioxyde de carbone (CO2) ou le méthane (CH4), cette capacité des sols à éliminer le N2O et donc à agir comme des puits aussi pour ce gaz à effet de serre a été très peu étudié.

Les travaux montrent que cette variabilité est liée à un nouveau groupe de microorganismes consommant le N2O. Ces microorganismes avaient été identifiés par les mêmes chercheurs en 2013 et n’avaient jamais été pris en compte jusqu'à présent dans les études visant à comprendre les émissions de N2O. Ces nouveaux résultats indiquent clairement que la diversité mais aussi l’abondance de ce nouveau groupe de microorganismes consommant le N2O sont importantes pour la capacité des sols à éliminer le N2O.

Ce travail a également permis de commencer à caractériser les propriétés physico-chimiques des sols favorables au développement de ces microorganismes. Grâce à une approche de métagénomique et l’analyse de plusieurs centaines de milliers de séquences d’ADN, les chercheurs ont aussi identifié plusieurs groupes de microorganismes susceptibles d’être des bioindicateurs de la capacité des sols européens à transformer le N2O en N2.

L’ensemble de ces résultats soulignent l’importance de la biodiversité des microorganismes du sol pour le fonctionnement des sols et pour les services qui délivrent. Les chercheurs travaillent actuellement sur l’identification de pratiques agricoles pouvant stimuler ce nouveau groupe de microorganismes consommant le N2O pour une production agricole durable.

Ces travaux ont été réalisés dans le cadre du projet européen EcoFINDERS,  avec le soutien de la Région Bourgogne et de l’Ambassade de France en Irlande.

Référence : 
Jones C.M., Spor A., Brennan F.P, Breuil M.C., Bru D., Lemanceau P ., Griffiths B., Hallin S., Philippot L. 2014. Recently identified microbial guild mediates soil N2O sink capacity. Nature Climate ChangeVolume: 4,Pages:801–805Year published:(2014)DOI:doi:10.1038/nclimate2301

Greenhouse gases: a new group of soil micro-organisms can contribute to their elimination

Nitrous oxide (N2O) is a potent greenhouse gas that is also responsible for destroying the ozone layer.  INRA research scientists in Dijon have shown that the ability of soils to eliminate N2O can mainly be explained by the diversity and abundance of a new group of micro-organisms that are capable of transforming it into atmospheric nitrogen (N2). These results, published in Nature Climate Change in september 2014, underline the importance of microbial diversity to the functioning of soils and the services they deliver.

Nitrous oxide (N2O) is one of the principal greenhouse gases, alongside carbon dioxide (CO2) and methane (CH4); it is also responsible for destruction of the ozone layer.  Terrestrial ecosystems contribute to about 70% of N2O emissions, at least 45% being linked to the nitrogen-containing products found in agricultural soils (fertilisers, slurry, manure, crop residues, etc.).  "In order to lower emissions of N2O and develop more environmentally-friendly agriculture, it is important to understand the processes involved not only in its production but in its elimination", explain the scientists.  This elimination can be achieved by micro-organisms living in the soil that are able to reduce N2O into nitrogen (N2), the gas that makes up around four-fifths of the air we breathe and which has no impact on the environment. 

INRA scientists, working in collaboration with Swedish and Irish colleagues, have analysed 47 soil samples collected throughout Europe and demonstrated very considerable differences between these soils in terms of their capacities to eliminate N2O. Unlike other greenhouse gases such as carbon dioxide (CO2) or methane (CH4), the ability of soils to eliminate N2O and thus act as a sink for this greenhouse gas has been very little studied hitherto.

Their work has shown that this variability is linked to a new group of N2O-consuming micro-organisms. These organisms had been identified by the same research teams in 2013, but had never previously been taken into account in studies aiming at understanding N2O emissions.  "We have discovered that it is both the diversity and the abundance of this new group of N2O-consuming micro-organisms that are important to the ability of soils to eliminate N2O", explains Laurent Philippot, an INRA researcher in Dijon.

This study has also helped to clarify the influence of the physicochemical properties of soils on the development of these micro-organisms.  Thanks to a metagenomic approach and the analysis of several hundreds of thousands of DNA sequences, the scientists were also able to identify several groups of micro-organisms that could act as bioindicators for the capacity of European soils to transform N2O into N2. The team is currently working on identifying farming practices that could stimulate this new group of N2O-consuming micro-organisms, in order to ensure sustainable agricultural production.

All these findings underline the importance of the biodiversity of soil micro-organisms to the functioning of soils and the services they deliver.

This work was carried out in the context of the European EcoFINDERS project, with support from the Burgundy Regional Council and the French Embassy in Ireland.

Référence : Jones C.M., Spor A., Brennan F.P, Breuil M.C., Bru D., Lemanceau P ., Griffiths B., Hallin S., Philippot L. 2014. Recently identified microbial guild mediates soil N2O sink capacity. Nature Climate ChangeVolume: 4,Pages:801–805Year published:(2014)DOI:doi:10.1038/nclimate2301