Vers une meilleure écologie de l’agriculture ?

Des chercheurs basés à l’Institut Rothamsted Research (institut propre du Biotechnology and Biological Sciences Research Council, BBSRC) dans l’est de l’Angleterre, ont développé un nouveau programme informatique qui permettra d’échantillonner les sols « à la carte ». Ce programme, capable d’estimer les variations et la complexité de la composition du sol en temps réel pendant le processus d’échantillonnage, s’adaptera donc aux conditions locales et apportera des données d’une grande qualité sans risquer d’avoir un résultat rejeté en raison d’un prélèvement trop gros ou trop petit.

Ce nouveau programme informatique capable de déterminer la composition chimique des sols de façon rapide et efficace pourrait révolutionner la gestion des sols, d’une part en réduisant les coûts du processus d’échantillonnage, et, d’autre part, en permettant leur utilisation de façon durable. En effet, les méthodes actuelles qui permettent la détermination de la composition des sols sont lentes, coûteuses et les résultats obtenus sont souvent insuffisants pour apporter une aide significative aux agriculteurs : même les plus motivés finissent donc par se décourager. Pourtant, il est grandement recommandé que les agriculteurs connaissent la composition des sols, souvent très variée, de leurs exploitations afin d’utiliser les quantités adéquates d’engrais - ni trop, ni pas assez - pour une production optimale. La connaissance de la composition chimique des sols est d’autant plus importante qu’ils représentent une ressource d’une valeur inestimable et sont irremplaçables. Par ailleurs, une population croissante et des législations de plus en plus strictes font des enquêtes environnementales des outils majeurs pour assurer une utilisation et une gestion optimale des sols sur le long terme.

Le modèle mathématique régissant ce programme, le variogram, détermine la variabilité de la composition du sol à travers une aire déterminée. Au démarrage de l’échantillonnage d’une aire exploitable, le programme informatique ignore le variogram et utilise les données obtenues à partir de l’échantillon de sol prélevé pour réduire les niveaux d’incertitude concernant la composition chimique et pour décider de la localisation d’un nouveau prélèvement (proche du précédent si l’incertitude est grande, ou plus éloignée dans le cas contraire). Quand l’accumulation des données provenant de chaque prélèvement permet d’obtenir un modèle suffisamment fiable de la variation spatiale de l’aire étudiée, une phase finale d’échantillonnages précis est identifiée par le variogram pour confirmer la cartographie obtenue du sol étudié. Les simulations informatiques et les essais pratiques en pleins champs ont montré que ce schéma d’échantillonnage adaptatif peut converger vers des données de bonne qualité à partir de l’absence complète de connaissances de la composition initiales.

Par ailleurs, une équipe basée dans un autre institut du BBSRC, le John Innes Centre à Norwich, a publié dans le journal Nature du 29 juin 2006 des résultats innovants concernant le processus de nodulation chez les plantes. Financée également par la Royal Society, cette équipe a réussi à induire une nodulation spontanée dans des variétés de légumes, sans avoir recours au rhizobium, bactérie naturellement responsable de ce processus chez les plantes légumineuses.

Les légumes tels que Medicago truncatula (luzerne tribuloïde) forment une relation symbiotique mutuelle avec des bactéries rhizobium capables de fixer l’azote atmosphérique inerte. Cette action prend place au sein d’organes spécialisés des plantes, appelés nodules, qui apportent les conditions nécessaires à la fixation de l’azote. Le facteur de signalisation, connu sous le nom de Nod, est vital pour l’établissement de cette symbiose et l’infection de la plante par la bactérie rhizobium. En effet, Nod induit une augmentation de l’oscillation de la concentration intracellulaire d’ions Ca2+. La transduction de ces ions calcium nécessite quant à elle le gène DMI3 qui encode la protéine CCaMK (Calcium/Calmodulin-dependent Protein Kinase). Cette dernière est composée d’un domaine auto-inhibiteur qui régule négativement son activité kinase. Lorsque les auteurs de cette étude ont supprimé le domaine auto-inihibiteur de CCaMK, la voie de signalisation nodulation chez la plante s’est trouvée activée de façon constitutive, et cela même en l’absence de la bactérie rhizobium.

Le fait que la nodulation semble être régulée négativement par ce domaine négatif unique de la protéine kinase CCaMK laisse une porte entr’ouverte aux scientifiques qui souhaitent maintenant transférer cette voie de signalisation chez des plantes non légumineuses (qui ne fixent pas l’azote atmosphérique dans des conditions naturelles). Ceci permettrait de conserver des taux d’azote élevés dans les sols et ainsi d’optimiser les cultures intensives sans avoir recours à un apport d’engrais azoté coûteux et non écologique. En effet, la production d’engrais représente 50 % de l’utilisation du pétrole nécessaire à l’agriculture moderne. De plus, ces engrais causent d’autres problèmes environnementaux non négligeables sous forme de pollution diffuse des eaux douces de surface et souterraines, et marines.

Sources : Biotechnology and Biological Sciences Research Council, News, 28/06/06, www.bbsrc.ac.uk ; Nature, 29/06/06, Vol.441, pp1149-52, www.nature.com

La nodulation La nodulation est un élément clé du processus de fixation de l’azote atmosphérique inerte par les plantes légumineuses. Il s’agit d’un processus au cours duquel s’établit une relation symbiotique entre la plante et des bactéries rhizobium capables de fixer l’azote atmosphérique, et qui l’échangent à la plante contre du carbone. Lorsque la plante meurt, l’azote est libéré dans le sol sous forme organique, utilisable par les plantes cultivées. C’est la teneur en azote des sols qui nécessite une rotation des cultures dans les parcelles de champ cultivées.