L'intérêt pour les ingrédients actifs biologiques pour aider les plantes à acquérir des nutriments a augmenté de façon exponentielle au Brésil. Les micro-organismes, en particulier les bactéries telles que les fixateurs d'azote (diazotrophes), les solubilisants de phosphate, les biocontrôleurs de maladies et de ravageurs, font partie d'un ensemble d'actifs conservés dans des banques de matériel génétique qui peuvent composer de nouveaux produits pour différentes cultures, comme le sucre de canne.

Ces produits appelés biointrants sont aujourd'hui impliqués dans deux politiques publiques importantes: le Programme National Biointrants et le Plan National Engrais. Les deux convergent pour étendre l’utilisation des produits biologiques en agriculture. Les recherches visant à réduire la dépendance aux engrais synthétiques remontent à plusieurs décennies. Un exemple frappant est la culture du soja, dans laquelle les bactéries diazotrophes remplacent complètement l'utilisation d'engrais azotés, maintenant ainsi des rendements céréaliers élevés. Parmi les trois principaux macronutriments utilisés dans le pays, l'azote représente 29% du total, suivi du potassium (38%) et du phosphore (33%).

Si le soja dépendait de l'azote de synthèse, il faudrait deux fois plus d'engrais pour maintenir le rendement actuel de cette culture, dans laquelle cet élément n'est pas appliqué mais plutôt un inoculant capable de répondre à 100% de la demande en azote. Quelle que soit la plante hôte, les bactéries diazotrophes possèdent un complexe enzymatique appelé nitrogénase, crucial pour réduire l’azote gazeux (une molécule stable qui constitue 78% de l’atmosphère) en ammoniac. Cependant, alors que les légumineuses, comme le soja, forment des nodules pour la fixation biologique de l’azote, les graminées, comme la canne à sucre, ont un schéma distinct. Sans nodules, l’efficacité de « l’usine » fixatrice d’azote est réduite.

Pour que la fixation biologique de l’azote fonctionne efficacement, il est essentiel de protéger la nitrogénase de l’oxygène, un facteur limitant qui semble paradoxal puisque l’air que nous respirons contient à la fois de l’azote gazeux et de l’oxygène. Les nodules présents dans les légumineuses assurent cette protection, augmentant l'efficacité de la nitrogénase. Dans les graminées, la fixation biologique de l’azote est réduite par une plus grande exposition à l’oxygène.

De plus, la rupture de la liaison de l'azote gazeux pour former l'ammoniac nécessite une dépense énergétique élevée, favorisant l' utilisation préférentielle du nitrate et de l'ammonium du sol, s'ils sont disponibles. Il est crucial de rappeler aux agriculteurs que, même si la canne à sucre peut utiliser une grande partie de l'azote apporté par les micro-organismes, la fixation biologique de l'azote ne satisfait pas complètement les besoins de la plante, comme c'est le cas pour le soja.

En 2019, les cultures brésiliennes ont reçu le premier produit contenant une souche de bactérie diazotrophe pour la canne à sucre. L'absence de nodules racinaires a nécessité une longue période de recherche pour comprendre comment les bactéries pourraient contribuer à réduire l'utilisation d'engrais azotés. Pour les agriculteurs, cible principale de cette recherche, quels sont les bénéfices directs?

Depuis les années 1950, lorsque la première bactérie diazotrophe a été isolée des racines de canne à sucre par la chercheuse Johanna Döbereiner, au kilomètre 47 de Seropédica à Rio de Janeiro, des progrès significatifs ont été réalisés dans la compréhension du microbiote racinaire et dans l'utilisation de ce processus biologique pour augmenter l'efficacité de l'utilisation de l'azote. Actuellement, la technologie permet l’utilisation d’ inoculants avec des populations sélectionnées de bactéries, dans le but d’améliorer l’efficacité de l’azote dans plusieurs cultures, dont la canne à sucre.

Parlons de l'application de bactéries diazotrophes sur la canne à sucre en utilisant un engrais enrichi en atomes de 15N (10% d'atomes) pour suivre l'azote absorbé par les plantes. Deux expériences ont été réalisées à Quatá, à São Paulo, plantées dans un oxisol, en utilisant un inoculant contenant des bactéries diazotrophes, et une dose de 40 kilogrammes d'azote par hectare a été appliquée à la plante de canne à sucre. Les cultivars RB966928 (précoce) et RB92579 (moyen-tardif) ont été évalués. L'engrais a été appliqué 3 mois après la plantation, et des échantillons de feuilles ont été collectés et évalués 10 mois pour l'efficacité d'utilisation de l'azote (EUF-%). Comme observé dans différentes études, l'EUN était inférieur à 50% dans les deux cultivars, cependant, dans le cultivar RB92579, l'EUN était plus élevé dans les plantes inoculées dans les deux sites de plantation, démontrant la contribution des bactéries à une meilleure utilisation de l'engrais.

En fait, des études ont révélé que moins de 40% de l’azote des engrais est utilisé par la canne à sucre. Le reste est apporté via la matière organique minéralisée du sol. Une partie de l’azote apporté est immobilisée dans le microbiote associé à la matière organique du sol, le libérant tout au long du cycle. Des stratégies telles que la rotation avec des légumineuses dans le renouvellement des champs de canne à sucre et l'utilisation de sources d'azote à libération lente peuvent augmenter l'efficacité de l'utilisation de l'azote dans cette culture.

La canne à sucre étant une plante qui stocke beaucoup de carbone dans ses tiges et exsude une partie de ce carbone fixé par ses racines, on s’attend à ce que le pool de micro-organismes associés bénéficie de plusieurs processus biologiques liés. croissance et acquisition d'azote, y compris la fixation biologique de l'azote. Dans ce processus, des estimations réalisées avec des cultivars nationaux ont montré que jusqu'à 40 kilogrammes d'azote par hectare peuvent provenir d'une association bénéfique avec des bactéries diazotrophes.

Une autre contribution importante des bactéries diazotrophes dans diverses cultures est la production de régulateurs de croissance exsudés par les bactéries. Ceux-ci stimulent le développement des racines qui absorbent plus d'eau et de nutriments et peuvent produire plus de substances telles que des acides des composés organiques qui améliorent la libération du phosphore du sol. Sur le marché national, plusieurs produits contiennent des espèces de bactéries diazotrophes ou non diazotrophes, stimulant la croissance des plantes, dont la canne à sucre.

Ces produits contiennent des micro-organismes non pathogènes pour les plantes, les humains ou les animaux, avec une pureté garantie et des concentrations bactériennes élevées. Généralement disponibles sous forme liquide ou avec des polymères miscibles à l'eau, ils peuvent être appliqués par pulvérisation en conjonction avec d'autres opérations. Au Brésil, nous disposons d'une législation qui a permis le développement de la recherche, de l'industrie et du marché des biointrants , dont la grande majorité vise à réduire l'utilisation d'engrais azotés.

Ces produits réduisent les coûts de production et les émissions de gaz à effet de serre. Les améliorations du cadre juridique sont les bienvenues, mais les discussions sur les projets de loi doivent prêter attention aux bons résultats récoltés aujourd’hui et éviter les revers. Combiné à un programme d'amélioration de la canne à sucre et à la sélection constante de cultivars à plus haut rendement, le Brésil continuera à fournir au monde les solutions technologiques qui ont fait de lui le plus grand producteur mondial de sucre de canne et d'énergie verte et lance actuellement un autre sous-produit, le biogaz. Un scénario d'efficacité énergétique et de revenus pour les producteurs ruraux.