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L’agriculture du Midwest fournit la grande majorité de l’azote dans le golfe du Mexique, provoquant une zone hypoxique appauvrie en oxygène et mettant à l’épreuve les économies côtières. Les politiques étatiques et fédérales ont tenté pendant des décennies de fournir des solutions et des incitations, mais la zone hypoxique revient sans cesse. Une étude récente de l’Université de l’Illinois offre une nouvelle façon de comprendre la dynamique de l’azote du Midwest et de prévoir les futures charges d’azote selon divers scénarios de gestion dans la région.
« Notre modèle explique ce qui se passe dans 83 bassins versants du Midwest, fournissant une compréhension quantitative de la raison pour laquelle certains bassins versants diffèrent en termes de perte de nutriments. Mais la contribution la plus importante est notre prédiction de scénario, qui n’a pas été faite auparavant. Si vous augmentez drainage souterrain ou la fraction de maïs, de combien la charge d’azote change-t-elle ? Nous pouvons prédire cela, et je pense que c’est vraiment excitant », déclare Kaiyu Guan, professeur agrégé au Département des ressources naturelles et des sciences de l’environnement (NRES), directeur fondateur de l’Agroecosystem Sustainability Center (ASC) et auteur principal de l’étude.
Guan dit qu’une compréhension plus détaillée de la dynamique des flux d’azote et d’eau, ainsi que la capacité de prévoir l’impact des changements de gestion, est une étape essentielle dans l’élaboration de politiques efficaces pour la réduction des pertes de nutriments à l’échelle du champ jusqu’au bassin versant.
L’équipe de recherche a analysé la relation entre le débit quotidien et la concentration de nitrate dans 83 bassins versants du Midwest, trouvant un schéma universel dans toute la région : le nitrate augmente avec le débit avant de se stabiliser à un seuil de débit élevé.
« Pour décompresser davantage ce modèle, nous avons construit un modèle simple mais élégant qui révèle le mécanisme. Nous avons examiné les contributions de l’eau du sol peu profonde, qui a un débit plus élevé et plus de nitrates, et de l’eau du sol profond, avec un débit plus lent et plus faible. nitrate », déclare Zewei Ma, doctorant dans le groupe de Guan et premier auteur de l’étude. « Les contributions de ces zones au profil du sol changent en fonction du drainage souterrain et de la quantité de maïs plantée. »
Guan dit que plus il y a de drainage souterrain installé et plus de maïs est planté dans un bassin versant donné, plus la charge de nitrate dans l’eau est élevée. Cette conclusion n’est pas nouvelle, mais la capacité de prévoir les impacts de l’augmentation de l’installation de carreaux ou de l’évolution des niveaux de maïs l’est. L’équipe a créé une carte interactive [screenshots and instructions here] pour montrer comment et où une augmentation de 10 à 30 % de tuiles ou une augmentation ou une diminution de 20 % de maïs modifiera la charge de nitrate.
« Ce modèle nous donne un point de départ pour une discussion significative sur les moyens de réduire la perte de nutriments : comment nous devrions investir nos efforts et, tout aussi important, où nous devrions nous concentrer sur la réduction des carreaux ou la modification du schéma de rotation. Ce sont des questions clés comme nous travaillons activement à la réduction des pertes de nutriments avec les agriculteurs et les décideurs », déclare Bin Peng, professeur assistant de recherche au NRES, chercheur principal à l’ASC et co-auteur de l’étude.
Le co-auteur de l’étude, Richard E. Warner, ajoute : « Ce travail offre une avancée significative dans notre compréhension de la variabilité de la perte de nutriments dans les bassins versants et ouvre la voie au développement d’outils d’aide à la décision qui aideront à éclairer des pratiques de conservation des terres et de l’eau plus rentables et Stratégies. » Warner est professeur émérite au NRES et chercheur principal au National Great Rivers Research and Education Center.
L’étude, « Modèles d’exportation de nitrates agricoles façonnés par la rotation des cultures et le drainage souterrain », est publiée dans Recherche sur l’eau. En plus de Ma, Guan et Peng, d’autres auteurs incluent Murugesu Sivapalan, Li Li, Ming Pan, Wang Zhou, Richard Warner et Jingwen Zhang. Le financement a été fourni par le programme CAREER de la National Science Foundation, le Illinois Nutrient Research and Education Council, le National Great Rivers Research and Education Center, la Walton Family Foundation et le National Institute of Food and Agriculture de l’USDA.
Le Département des ressources naturelles et des sciences de l’environnement fait partie du Collège des sciences de l’agriculture, de la consommation et de l’environnement de l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign.
L’Agroecosystem Sustainability Center (ASC) vise à être une centrale d’innovation de premier plan dans le domaine de la surveillance et de la modélisation avancées des agroécosystèmes afin d’améliorer la durabilité face au changement climatique. ASC est financé conjointement par l’Institute for Sustainability, Energy and Environment (iSEE), le College of ACES et le Bureau du vice-chancelier pour la recherche et l’innovation (OVCRI) de l’U of I.
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