Rôle de la gestion du pâturage dans l'accumulation de carbone dans les sols

Introduction
La gestion du pâturage ne se limite pas à décider du moment opportun pour déplacer le bétail ou de la quantité de fourrage à prélever. Il s'agit d'un ensemble de pratiques délibérées et fondées sur des données scientifiques qui façonnent les communautés végétales, la dynamique racinaire, l'activité microbienne, la structure du sol et, en fin de compte, la capacité des sols à stocker le carbone. En adaptant la pression de pâturage à la croissance des plantes, à la durée de leur repos et à leur répartition spatiale, les gestionnaires peuvent améliorer la photosynthèse, favoriser la croissance racinaire et stimuler la formation de matière organique dans le sol. Cet article explore les mécanismes par lesquels la gestion du pâturage influence le carbone du sol, passe en revue les données actuelles issues de différents écosystèmes et présente des stratégies pratiques pour les praticiens souhaitant optimiser le stockage du carbone dans le sol tout en préservant la productivité du bétail et la santé des écosystèmes.

Table des matières

• Introduction
• 1. Le cycle du carbone et les écosystèmes de pâturage
• 2. Mécanismes reliant la gestion du pâturage au carbone du sol
• 3. Preuves tirées des prairies, des savanes et des pâturages
• 4. Stratégies de pâturage favorisant le carbone du sol
• 5. Échelles temporelles et spatiales de la séquestration du carbone
• 6. Mesure, indicateurs indirects et incertitudes
• 7. Outils, modèles et aide à la décision
• 8. Dimensions socio-économiques et politiques
• 9. Études de cas et meilleures pratiques
• 10. Orientations futures et lacunes de la recherche

Le cycle du carbone et les écosystèmes de pâturage

La dynamique du carbone dans les sols est régie par l'équilibre entre les apports provenant des résidus végétaux, des exsudats et des racines, et les pertes dues à la décomposition, la respiration, l'érosion et le lessivage. Les systèmes de pâturage influencent les apports principalement par le biais de la croissance des plantes, du renouvellement racinaire et de la qualité des résidus, tandis qu'ils agissent sur l'environnement du sol par le piétinement, les apports d'urine et de fumier, et les régimes de perturbation. Des perturbations fréquentes et modérées peuvent stimuler la repousse des plantes et la production racinaire, augmentant ainsi les apports de carbone au sol, tandis qu'un pâturage excessif ou mal synchronisé peut réduire la vigueur des plantes et la formation de matière organique. Comprendre cet équilibre nécessite de prendre en compte les types fonctionnels de plantes, le climat, la texture du sol, les communautés microbiennes et les conditions hydrologiques, qui déterminent si le carbone ajouté est stocké ou rapidement minéralisé.

La gestion du pâturage influence le cycle du carbone de plusieurs manières interdépendantes :

• Modification du débit photosynthétique due au choix du fourrage et aux taux de repousse.
• Des variations dans la profondeur des racines, la biomasse et le renouvellement, qui contribuent aux apports de carbone souterrains.
• Modifications du microclimat et de l'agrégation du sol, affectant la stabilisation du carbone.
• Variations dans la qualité de la litière et les taux de décomposition des résidus.
• Régimes de perturbation qui influencent l'activité microbienne et la structure du sol.

Ces mécanismes opèrent à différentes échelles, de la feuille au paysage, et leur effet net sur le carbone du sol dépend de la combinaison spécifique de climat, de sol, de végétation et de gestion.

Mécanismes reliant la gestion du pâturage au carbone du sol

La gestion du pâturage peut influencer le carbone du sol par plusieurs mécanismes principaux :

• Un pâturage intensif de courte durée, suivi d'une récupération adéquate (périodes de repos), peut stimuler la production de talles, la croissance des racines et l'exsudation, améliorant ainsi les apports de carbone souterrains.
• Les systèmes de pâturage différé ou en pause permettent une activité photosynthétique plus longue, un stockage accru des glucides au niveau des racines et une accumulation accrue de matière organique dans la zone racinaire.
• Le pâturage tournant avec des périodes de repos planifiées crée une hétérogénéité spatiale. Cette hétérogénéité favorise des communautés végétales diversifiées, présentant des caractéristiques fonctionnelles qui contribuent au carbone du sol grâce à des apports de litière variés et à des architectures racinaires diverses.
• Le pâturage à intensité modérée maintient le couvert végétal, réduit les surfaces de sol nu et minimise l'érosion, ce qui contribue à retenir la matière organique du sol et le carbone associé.
• Les taches de fumier et d'urine peuvent créer des zones localisées de forte concentration de matière organique et d'activité microbienne, accélérant la stabilisation du carbone dans les sols riches en argile ou en limon qui favorisent les associations organo-minérales.
• Le piétinement peut compacter la surface du sol, augmentant ainsi la capture de sédiments lors des épisodes de pluie et favorisant la lutte contre l'érosion, tandis qu'un piétinement excessif peut nuire à la structure du sol et réduire son potentiel de stockage de carbone.
• La diversité fonctionnelle des plantes, notamment les espèces à enracinement profond, peut augmenter les apports de carbone à de plus grandes profondeurs dans le sol, contribuant ainsi à la séquestration à long terme en stabilisant le carbone dans les fractions associées aux minéraux.

Pour appréhender concrètement ces mécanismes, on peut considérer le pâturage comme un facteur modulant les apports de carbone (par la production végétale et racinaire) et la stabilisation du carbone (par la structure du sol, les agrégats et les associations minérales). L'importance relative de chaque mécanisme dépend du climat, de la texture du sol, de la disponibilité en eau et de la structure du paysage.

Preuves tirées des prairies, des savanes et des pâturages

D’un écosystème à l’autre, les résultats empiriques varient en fonction du contexte, mais plusieurs tendances se dégagent :

• Les prairies où le pâturage tournant est bien géré et où le repos est adéquat présentent souvent une augmentation du carbone organique du sol (COS) dans les 20 à 30 premiers centimètres. Ces gains sont généralement modestes sur une base annuelle (souvent de quelques fractions de pour cent à quelques pour cent par an), mais peuvent s'accumuler sur des décennies.
• Les graminées et les plantes herbacées vivaces à enracinement profond peuvent contribuer au stockage du carbone organique du sol en profondeur, notamment lorsque le pâturage permet des périodes de croissance rapide et de renouvellement racinaire important. La stabilisation du carbone en profondeur réduit les pertes par respiration et peut améliorer la résilience à la sécheresse.
• Les savanes et les systèmes mixtes d'herbes et d'arbustes peuvent présenter des gains de carbone organique du sol grâce à des interactions feu-pâturage qui imitent les régimes de perturbation historiques, bien que les résultats dépendent de la fréquence, de l'intensité et de la compatibilité des incendies avec les plans de pâturage.
• Les pâturages à forte densité de bétail mais à courte durée de pâturage (haute intensité, courte durée) associés à des périodes de repos peuvent favoriser les gains de carbone du sol dans des conditions d'humidité et de température favorables, mais dans des conditions de déficit hydrique, les avantages peuvent être réduits si la récupération des plantes est insuffisante.
• Certaines études font état de changements négligeables ou non significatifs du carbone organique du sol sur de courtes périodes, soulignant que le carbone du sol réagit lentement et est sensible à la profondeur de mesure, au type de sol et à l'utilisation historique des terres.

Globalement, les données confirment l'hypothèse selon laquelle une gestion raisonnée du pâturage peut améliorer la séquestration du carbone dans les sols, notamment lorsqu'elle est associée à d'autres pratiques de gestion des terres telles que la composition végétale stratégique, les mesures de protection des sols et la conservation de l'eau. Cependant, l'ampleur et le rythme des gains de carbone organique du sol dépendent du contexte et peuvent varier considérablement.

Stratégies de pâturage favorisant le carbone du sol

Plusieurs stratégies de pâturage ont démontré leur potentiel pour améliorer l'accumulation de carbone dans les sols. Les approches les plus performantes partagent généralement des principes communs : maximiser le couvert végétal, optimiser l'activité photosynthétique, favoriser la diversité des systèmes racinaires et protéger la structure du sol.

• Pâturage tournant avec périodes de repos : déplacer le bétail dans de petites parcelles pour assurer une croissance continue du fourrage tout en laissant le temps aux plantes de se régénérer. Les périodes de repos permettent aux racines de resynthétiser les glucides et de contribuer à la matière organique du sol.
• Pâturage intensif et de courte durée : un pâturage court et intense suivi de périodes de repos plus longues peut imiter les comportements naturels des herbivores sauvages. Cela peut stimuler une repousse rapide et une production racinaire accrue, augmentant ainsi les apports de carbone dans le sol.
• Pâturage différé ou repos saisonnier : permettre l’accumulation du fourrage et la floraison et la production de graines de certaines espèces, ce qui accroît la production de litière et la qualité du fourrage. Cela peut améliorer les apports de résidus au sol et favoriser les populations microbiennes qui stabilisent le carbone.
• Pâturages mixtes ou vivaces à longue saison : l’incorporation de plantes vivaces à enracinement profond et d’espèces diversifiées permet de répartir les apports de carbone sur toute la profondeur du sol, améliorant ainsi sa stabilisation et sa résilience à la sécheresse.
• Pâturage réparateur dans les sols dégradés : Dans les sols compactés ou érodés, le fait de prévoir des périodes de récupération et de minimiser les perturbations peut contribuer à restaurer la structure du sol et à permettre l’accumulation de matière organique.
• Intégration de la sylvopastoralisme et de l'agroforesterie : l'intégration d'arbres ou d'arbustes aux pâturages peut augmenter les apports de carbone au sol grâce à l'enrichissement des couches de litière et des réseaux racinaires, tout en fournissant de l'ombre et en améliorant les microclimats.
• Privilégier les sols argileux ou minéraux : dans les sols présentant de fortes associations organo-minérales, favoriser les apports de matière organique qui se stabilisent rapidement dans des complexes minéraux peut constituer une voie efficace pour le stockage du carbone à long terme.
• Gestion de l'eau et des nutriments : Des systèmes d'arrosage efficaces qui réduisent le compactage et l'érosion du sol, associés à une gestion équilibrée des nutriments, favorisent la croissance des plantes et les apports de carbone sans pertes excessives.

Notes de mise en œuvre :

• Commencez par une évaluation de base : teneur en carbone du sol, structure du sol, composition végétale et taux d’humidité afin d’adapter les plans de pâturage.
• Tester et adapter : surveiller le couvert végétal, les résidus et la repousse pour s'assurer que la pression de pâturage reste dans les limites de tolérance et de capacité de récupération des plantes.
• Il faut considérer le système dans son ensemble : le pâturage est un levier parmi d’autres pour réguler l’humidité du sol, le cycle des nutriments, la biodiversité et la lutte contre l’érosion. Les pratiques synergiques permettent souvent d’obtenir des gains de carbone plus importants.
• Adopter une vision à long terme : les changements de carbone dans le sol s’accumulent lentement ; un engagement à long terme et une gestion cohérente sont essentiels.

Échelles temporelles et spatiales de la séquestration du carbone

La dynamique du carbone dans les sols opère sur plusieurs échelles de temps :

• Réponses à court terme : Une augmentation du carbone du sol peut se produire en quelques années dans la couche arable où s’accumulent et se décomposent les litières et les résidus végétaux. Ces gains peuvent être sensibles aux variations climatiques annuelles, aux changements de pratiques culturales et à la profondeur de mesure.
• Évolution à moyen terme : Sur une décennie ou plus, un enracinement plus profond et une meilleure structure du sol peuvent contribuer à la stabilisation du carbone dans les couches sous-jacentes. Cela nécessite une gestion durable et des régimes d’humidité favorables.
• Accumulation à long terme : Sur plusieurs décennies, une gestion persistante qui maintient la couverture du sol et réduit l'érosion peut entraîner des améliorations significatives du stockage du carbone dans le sol, en particulier dans les sols à fort potentiel de stabilisation organo-minérale.

Spatialement, les apports de carbone sont les plus importants près de la surface, là où s'accumulent la litière et les exsudats. Cependant, les espèces à enracinement profond et certains sols permettent au carbone de migrer plus profondément, augmentant ainsi le potentiel de stockage et réduisant le risque de minéralisation. L'hétérogénéité du paysage – la diversité des sols, des pentes et des microclimats – crée une mosaïque de dynamiques du carbone, certaines zones séquestrant davantage de carbone que d'autres.

Mesure, indicateurs indirects et incertitudes

Mesurer la séquestration du carbone dans les sols des systèmes de pâturage présente des défis :

• Profondeur et échantillonnage : les stocks de carbone varient en fonction de la profondeur ; la cohérence de la profondeur et des méthodes d’échantillonnage est essentielle pour détecter les changements.
• Variabilité de base : L’utilisation historique des terres et la texture du sol peuvent influencer les mesures de carbone organique du sol, ce qui rend difficile d’attribuer les gains uniquement à la gestion du pâturage.
• Résolution temporelle : les changements du SOC peuvent être lents ; les études à court terme peuvent passer à côté de gains ou mal interpréter les fluctuations transitoires.
• Indicateurs indirects : Des indicateurs agrégés tels que la stabilité des agrégats du sol, la biomasse microbienne ou la biomasse racinaire peuvent servir d’indicateurs indirects de la séquestration du carbone, mais ne permettent pas de quantifier directement les changements du carbone organique du sol.
• Estimations modélisées : Les modèles basés sur les processus permettent d’extrapoler les résultats à des échelles plus grandes, mais nécessitent un étalonnage robuste avec des données locales et la prise en compte des limites d’incertitude.

Pour renforcer la fiabilité des résultats, il convient de combiner les mesures directes du carbone organique du sol (COS) avec des indicateurs indirects, un suivi à long terme et une communication transparente des incertitudes. L’utilisation de protocoles standardisés pour la profondeur d’échantillonnage, le calendrier des prélèvements et les analyses en laboratoire facilitera les comparaisons entre les études et les régions.

Outils, modèles et aide à la décision

Divers outils peuvent faciliter les décisions relatives au pâturage visant la séquestration du carbone :

• Logiciels de planification du pâturage du bétail : des modèles qui optimisent les taux de chargement, la rotation des parcelles, les périodes de repos et l’équilibre alimentaire aident à aligner le pâturage sur la dynamique de récupération des plantes et des sols.
• Modèles de carbone du sol : Les modèles basés sur les processus simulent les apports et les pertes de carbone organique du sol dans différents scénarios de gestion, permettant des analyses de sensibilité et des projections à long terme.
• Télédétection et observation de la Terre : les indices de végétation dérivés de données satellitaires et l’imagerie à haute résolution aident à surveiller la disponibilité, la couverture et la phénologie du fourrage, permettant ainsi d’éclairer les plans de pâturage et les estimations de carbone.
• Cadres d’aide à la décision : L’intégration des données climatiques, des propriétés du sol et des pratiques de gestion dans des outils d’aide à la décision accessibles favorise une gestion adaptative dans un contexte changeant.
• Tableaux de bord de surveillance : Des outils de terrain légers permettant de suivre la couverture végétale, le remaniement du sol et les niveaux de résidus fournissent un retour d’information continu pour ajuster les plans de pâturage.

L'adoption dépend de la facilité d'utilisation, de la pertinence locale et de la démonstration des avantages connexes tels que l'amélioration de la production fourragère, la résilience à la sécheresse et la rentabilité, en plus des gains en matière de carbone.

Dimensions socio-économiques et politiques

La gestion du pâturage pour le carbone du sol est liée à l'économie, au régime foncier, aux marchés et aux politiques publiques :

• Financement et marchés du carbone : Certains programmes récompensent la séquestration du carbone dans les sols, mais les exigences en matière de mesure, de vérification et de pérennisation constituent des obstacles. Les propriétaires fonciers doivent évaluer les revenus potentiels au regard des coûts et des risques.
• Cobénéfices et moyens de subsistance : Les pratiques qui séquestrent le carbone améliorent souvent la santé des sols, la qualité du fourrage, l'infiltration de l'eau et la biodiversité, ce qui favorise la résilience et la productivité.
• Obstacles à l'adoption : Les coûts initiaux liés aux clôtures, aux systèmes d'abreuvement et aux infrastructures de pâturage, ainsi que le manque de connaissances, peuvent freiner l'adoption de ces pratiques. Les sites de démonstration et les réseaux d'échange de connaissances entre agriculteurs contribuent à surmonter ces obstacles.
• Mesures incitatives : Les subventions, l’assistance technique et les cadres de crédits carbone peuvent harmoniser les incitations, mais leur conception doit garantir l’équité, la transparence et l’additionnalité (gains de carbone attribuables au programme).

Les débats politiques mettent de plus en plus l'accent sur la santé des sols comme solution climatique adaptable à grande échelle, les systèmes de pâturage en étant un élément clé. Une mise en œuvre efficace nécessite d'harmoniser les meilleures pratiques agronomiques avec les mécanismes de marché et les incitations à la gestion des terres.

Études de cas et meilleures pratiques

• Étude de cas A : Le pâturage tournant dans une prairie pérenne tempérée a permis d’accroître progressivement la teneur en carbone organique du sol sur une décennie, tout en améliorant sa structure et sa résilience à la sécheresse. Les pratiques clés comprenaient des périodes de repos régulières, une gestion appropriée de la densité du cheptel et le maintien d’une couverture végétale préservée.
• Étude de cas B : Une prairie composée d'espèces mixtes avec pâturage différé dans une région semi-aride a montré un enracinement plus profond et un SOC plus élevé à une profondeur de 20 à 40 cm, liés à la liste des espèces à enracinement profond et au repos saisonnier.
• Étude de cas C : Un système sylvopastoral intégré a combiné la canopée des arbres avec diverses espèces fourragères, ce qui a permis d'améliorer l'apport de litière et la stabilisation du carbone grâce à des complexes organo-minéraux, tout en maintenant la productivité du bétail.
• Meilleures pratiques déduites : commencer par une évaluation initiale de la santé des sols, concevoir des plans de pâturage qui maximisent la couverture et la repousse, intégrer des espèces diversifiées, protéger la surface du sol contre l’érosion, surveiller la végétation et les indicateurs du sol, et collaborer avec les services de vulgarisation locaux ou les partenaires de recherche pour s’adapter aux conditions spécifiques du site.

Orientations futures et lacunes de la recherche

• Expériences longitudinales multisites : davantage d’essais à long terme dans différents climats et types de sols sont nécessaires pour quantifier l’ampleur et la durabilité des gains de carbone organique du sol sous différents régimes de pâturage.
• Mesures du carbone en fonction de la profondeur : Comprendre comment les apports de carbone se répartissent en fonction de la profondeur du sol selon différentes pratiques de pâturage permettra d’éclairer les stratégies de séquestration en profondeur.
• Interaction entre le feu et la biodiversité : explorer comment les régimes de feux et la diversité végétale interagissent avec le pâturage pour influencer la dynamique du carbone dans les sols.
• Analyse économique : Évaluations complètes intégrant les revenus carbone, les risques et les co-bénéfices afin d’orienter les décisions d’adoption des producteurs.
• Normalisation et vérification : Élaboration de méthodes normalisées et rentables pour mesurer le carbone du sol dans les systèmes de pâturage afin de faciliter la participation aux marchés du carbone.

En résumé, la gestion du pâturage n'est pas une solution miracle, mais un ensemble de pratiques interdépendantes qui, judicieusement conçues et mises en œuvre sur le long terme, peuvent favoriser l'accumulation de carbone dans les sols. Les stratégies les plus efficaces privilégient le maintien d'une couverture végétale complète, la promotion de communautés végétales diversifiées et à enracinement profond, le contrôle stratégique de l'intensité et du calendrier du pâturage, ainsi que l'intégration de la santé des sols aux objectifs plus larges de gestion des terres. Bien que les gains de carbone varient selon les systèmes et les paysages, le potentiel de la gestion du pâturage pour contribuer à la séquestration du carbone dans les sols, à la résilience des écosystèmes et à une productivité agricole durable est étayé par un nombre croissant de données probantes et de pratiques concrètes.