Impact of agriculture on the Si biogeochemical cycle: Input from phytolith studies

The cycles of C and Si are closely related to the weathering of silicates. In both cycles, terrestrial plants make significant contributions to the weathering budget and soil formation. The perturbation of the terrestrial Si cycle by human occupation has become a challenging issue because of possible impact on the equilibrium of aquatic ecosystems and agriculture sustainability. The recycling of Si stored in plants as phytoliths may control the Si cycle in the short-term. A review of the recent literature shows that the biogeochemical cycling of Si that is generally not impacted by atmospheric input or fertilisation, is significantly altered by agriculture through the depletion of the phytoliths pool. We present here new evidence that the exportation of straw can lead to the depletion of the soil phytoliths pool in ∼10 years. In order to maintain the current levels of Si in crops, the contribution of other soil silicates such as clay minerals to the phytoavailable silica pool may become a key parameter, when straw is exported.

RésuméLes cycles de C et de Si sont intimement liés à l’altération supergène des silicates. Dans les deux cycles, les plantes terrestres apportent des contributions majeures aux bilans d’altération et à la formation des sols. La question de la perturbation du cycle continental de Si par les activités humaines est posée avec des conséquences sur l’équilibre biologique des écosystèmes aquatiques et le maintien d’une agriculture durable. Le recyclage de Si sous forme de phytolithes dans les plantes pourrait contrôler le cycle à des échelles de temps courtes. Une revue de la littérature récente montre que le cycle biogéochimique de Si non impacté par des apports atmosphériques ou des amendements agricoles est modifié de manière significative par une baisse du stock de phytolithes des sols. Nous présentons de nouvelles données qui montrent que l’exportation des pailles peut conduire à une diminution des stocks de phytolithes sur une durée relativement courte, de l’ordre de la dizaine d’années. La contribution d’autres silicates comme les argiles au stock de Si biodisponible pourrait devenir un paramètre clef pour le maintien des teneurs actuelles en Si dans des cultures où les pailles sont exportées.