Alternative aux engrais phosphatés : la base de biochar contrôle la réponse des plantes

2 août 2023

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par l'Institut de technologie de Karlsruhe

Depuis quelques années, le biochar est largement étudié comme alternative aux engrais phosphatés. Le biochar est un recyclat produit par pyrolyse de la biomasse, c'est-à-dire que les matières premières organiques sont incinérées sans oxygène à des températures allant de 400°C à 700°C. Les bases du biochar peuvent différer considérablement. Les déchets de bois, le fumier de poulet ou les feuilles peuvent être transformés en engrais.

Des recherches antérieures ont toutefois révélé que les plantes réagissaient différemment aux biocharbons. Certains ont grandi mieux, d’autres ont réagi comme s’ils n’avaient pas été fertilisés du tout, et d’autres encore ont été intoxiqués par l’engrais biocharbon.

Une équipe interdisciplinaire de chercheurs du KIT de l'Institut des sciences végétales Joseph Gottlieb Kölreuter (JKIP) et de l'Institut de chimie technique a utilisé des plants de tomates et a découvert que l'origine de la biomasse du biochar était cruciale pour la symbiose avec les champignons mycorhiziens arbusculaires (champignons AM) existant dans le sol.

Dans une première expérience, l’équipe a étudié l’effet des biocharbons fabriqués à partir de paille de blé et de fumier de poulet. Le biocharbon du fumier de poulet contenait neuf fois plus de phosphate que le biocharbon à base de paille de blé. Le phosphate est la forme soluble du phosphore lié à l'oxygène. C'est une molécule indispensable à la croissance des plantes. "Comme prévu, les plants de tomates fertilisés avec du biocharbon de fumier de poulet ont poussé rapidement et brillamment", explique le professeur Natalia Requena, experte en phytopathologie moléculaire au JKIP. "Une grande quantité de phosphate était disponible pour le traitement direct."

Dans une deuxième expérience, les chercheurs ont amené des champignons AM à coloniser les plants de tomates. Depuis plus de 400 millions d’années, ces microchampignons vivent sur Terre dans les racines de 80 % des plantes terrestres. Ils colonisent l’écorce, absorbent le phosphate et le transfèrent à la plante. À son tour, la plante leur fournit du sucre et des lipides.

En observant des molécules sélectionnées, les chercheurs ont découvert que le biocharbon riche en phosphate, à base de fumier de poulet, perturbait cette symbiose entre la tomate et les champignons AM : les échanges moléculaires n'avaient pratiquement pas lieu. Le biochar à base de paille de blé a fait le contraire : la plante et les microchampignons ont développé une symbiose active. "À long terme, les plantes fertilisées avec du biocharbon de paille de blé sont plus compatibles avec d'autres micro-organismes et bien mieux protégées contre les agents pathogènes", explique Requena. "Nous ne nous attendions pas à une réponse moléculaire aussi complexe de la part des plantes."

L’équipe a utilisé l’analyse de l’expression génique pour fournir la preuve de ces résultats. "C'est une méthode complexe et coûteuse, mais elle nous permet de voir ce qui se passe dans les gènes de la plante et quels marqueurs sont déclenchés ou non", explique Requena. D’autres expériences seront nécessaires pour mieux comprendre la réponse des plantes. "Lorsque nous parviendrons à décoder cette réponse, nous pourrons programmer à long terme les plantes de manière à ce qu'elles aient besoin de moins de phosphate et donc de moins d'engrais minéraux", souligne Requena.

Plus d'information: David Figueira-Galán et al, Exploration des effets synergiques du biochar et des champignons mycorhiziens arbusculaires sur l'acquisition de phosphore dans les plants de tomates à l'aide d'analyses d'expression génique, Science of The Total Environment (2023). DOI : 10.1016/j.scitotenv.2023.163506

Informations sur la revue :Science de l'environnement total