Les sols dégradés et le défi croissant des déchets agricoles posent des obstacles majeurs à la sécurité alimentaire mondiale. Une étude récente, publiée dans Carbon Research, dévoile une solution prometteuse : utiliser le rayonnement solaire pour améliorer l’hydrochar, un matériau riche en carbone dérivé de la biomasse, afin de créer un amendement du sol plus efficace. Cette approche innovante offre une voie à faible consommation d’énergie pour transformer des matériaux comme le fumier de porc et les écorces de mandarine en outils puissants pour la remédiation des sols.
L’équipe de recherche a préparé des hydrochars à différentes températures de carbonisation hydrothermale (180 °C et 260 °C), puis les a soumis à un vieillissement solaire simulé pendant 200 heures, incluant un mouillage périodique. Une caractérisation complète utilisant des techniques avancées telles que FTIR, XPS, 3D-EEM et ESI-FT-ICR MS a été employée pour suivre les changements dans les propriétés physicochimiques de l’hydrochar et la composition de sa matière organique dissoute (DOM). Des expériences en microcosmes de sol ont en outre évalué l’impact de ces hydrochars modifiés sur le sol de rizière pendant 45 jours, en évaluant les changements dans les propriétés du sol et les communautés microbiennes.
Libérer le potentiel de l’hydrochar avec la lumière du soleil
L’étude a révélé que le vieillissement solaire modifiait considérablement les hydrochars, en particulier ceux produits à des températures plus élevées. Le vieillissement a favorisé le développement de micropores et a facilité la transformation des groupes fonctionnels contenant de l’oxygène, tels que C=O et C–O, par le biais de réactions photochimiques. Bien que le vieillissement solaire ait réduit la quantité totale de DOM, il a remarquablement augmenté sa diversité moléculaire, augmentant spécifiquement la proportion de composés organiques de faible poids moléculaire et biodisponibles comme les substances de type protéique de 1,2 % à 5,5 %.
Un coup de pouce pour la santé du sol et la vie microbienne
Appliqués au sol, les amendements à base d’hydrochar ont donné des résultats impressionnants. La teneur en carbone organique du sol a augmenté de 53,3 % à 110,0 %, et l’azote total a augmenté de 14,2 % à 28,5 %. L’hydrochar vieilli a également enrichi sélectivement des taxons microbiens bénéfiques, notamment Geobacter et Bacillus, et a régulé à la hausse les gènes associés au métabolisme du carbone, de l’azote et du phosphore. Ces changements ont collectivement amélioré la fertilité globale du sol et l’activité microbienne, démontrant l’impact profond du matériau traité.
Des perspectives plus approfondies sur la dynamique de l’azote
Notamment, bien que l’hydrochar vieilli ait réduit la teneur en azote ammoniacal (NH₄⁺-N) du sol, les chercheurs ont précisé qu’il s’agissait d’un résultat positif d’une transformation accrue de l’azote. Cela indique un changement régulé dans le cycle de l’azote vers une meilleure rétention et des voies de perte réduites, plutôt qu’un déclin de la fertilité globale en azote du sol. Cette compréhension au niveau moléculaire de la manière dont l’évolution de la structure du carbone dans les hydrochars sous l’effet du soleil interagit avec les micro-organismes du sol fournit une base solide pour leur application.
Citation suggérée de l’auteur pour approbation :
« Nos résultats soulignent le remarquable potentiel du rayonnement solaire en tant que stratégie de modification à faible énergie pour les matériaux carbonés », déclare le professeur Yanfang Feng de la Jiangsu Academy of Agricultural Sciences. « En comprenant l’interaction moléculaire entre l’hydrochar vieilli par le soleil et le microbiote du sol, nous pouvons développer des solutions durables qui non seulement remédient aux sols mais contribuent également à la séquestration du carbone et font progresser l’agriculture de précision. »
La recherche actuelle a été menée dans le contexte spécifique des systèmes de rizières inondées. Les travaux futurs se concentreront sur la validation à l’échelle du champ, l’optimisation des paramètres du vieillissement solaire et l’évaluation systématique des avantages écologiques et économiques plus larges de ces hydrochars vieillis par le soleil. Cette stratégie est très prometteuse pour promouvoir l’application généralisée des matériaux carbonés dans la remédiation durable des sols et la gestion des nutriments.
Article : Solar radiation aging enhances hydrochar’s soil remediation potential by altering dissolved organic matter and microbial communities – Journal : Carbon Research – Méthode : Experimental study – DOI : Lien vers l’étude
Source : Shenyang Agricultural U.
