Le ruissellement agricole des fermes du Midwest est un contributeur majeur à une vaste «zone morte» dans le golfe du Mexique. L'azote, le phosphore et d'autres nutriments agricoles s'écoulent dans le fleuve Mississippi, qui se jette dans le golfe, poussant les algues à surpeupler et étouffant d'autres formes de vie aquatique. L'Illinois est l'un des principaux responsables de ce fléau environnemental persistant. La rédactrice en chef des sciences de la vie du Bureau des nouvelles, Diana Yates, s'est entretenue avec Lowell Gentry, chercheur en ressources naturelles et en sciences de l'environnement de l'Université de l'Ile, au sujet des solutions possibles.

Quelle est la taille de la zone morte du golfe du Mexique aujourd'hui et dans quelle mesure l'agriculture de l'Illinois contribue-t-elle au problème ?

L'été dernier, des chercheurs de la Louisiana State University ont mesuré la zone morte dans le golfe à 6 334 milles carrés, ce qui était plus grand que sa moyenne historique. Le plus grand jamais mesuré était de 8 776 milles carrés en 2017. Dans l'Illinois, les sources non ponctuelles (dont l'agriculture est, de loin, la plus importante) contribuent à 80 % de l'azote et à environ la moitié du phosphore de nos rivières et ruisseaux. L'Illinois et l'Iowa sont les plus grands contributeurs de nutriments dans le Golfe et les deux États ont développé des stratégies de réduction des pertes de nutriments, dans le but de réduire les pertes d'azote et de phosphore de 45 % d'ici 2035.

Nous connaissons ce problème depuis des années. Pourquoi l'Illinois a-t-il encore du mal à réduire le ruissellement des nutriments des fermes ?

La réponse est compliquée. Beaucoup de gens pensent que les pertes de nutriments dans les champs agricoles sont simplement une question d'application excessive d'engrais et que les agriculteurs doivent simplement en utiliser moins. Dans l'une de nos études sur le drainage souterrain, nous n'avons utilisé que 75 % de la dose totale d'engrais azoté sur le maïs. Cela a réduit le rendement en grains de 10 %, mais a eu peu d'effet sur les pertes de nitrate de tuiles au cours de l'étude.

Il ne fait aucun doute, cependant, que le moment et la méthode d'application des éléments nutritifs peuvent avoir un effet important sur les pertes d'éléments nutritifs dans les régions drainées par les tuyaux de l'État. Par exemple, nos études montrent que beaucoup plus de nitrate est perdu dans les tuiles lorsque l'engrais azoté est appliqué à l'automne plutôt qu'au printemps, juste avant la plantation du maïs.

La production de soja aggrave également les pertes de nitrate dans les systèmes de drainage souterrain. Nous pensons que ce nitrate se forme à la suite de la décomposition microbienne des résidus de culture et de la matière organique du sol lorsque la communauté microbienne du sol manque de carbone facilement accessible. Le nitrate qui se forme pendant la saison morte est sensible aux pertes par lessivage. Il s'agit d'une fuite dans le système qui n'est pas traitée.

Il existe de nombreux programmes publics pour encourager les agriculteurs à résoudre le problème. Certains programmes fonctionnent-ils mieux que d'autres ?

Il est bien trop tôt pour voir un effet des efforts de conservation sur le bassin du Mississippi dans son ensemble. Plus près de chez nous, nous prélevons des échantillons de la rivière Embarras à Camargo, dans l'Illinois, depuis 30 ans et voyons peu de preuves d'amélioration de la qualité de l'eau pendant cette période. Cependant, nous en sommes encore à la phase de référence de ce projet de surveillance à long terme, car il existe peu de pratiques de conservation sur le terrain ici, dans le centre de l'Illinois, qui pourraient entraîner le changement radical recherché.

Ici, trois programmes poussent les agriculteurs vers une plus grande adoption de la conservation :Fall Covers for Spring Savings, le programme de cultures de couverture du ministère de l'Agriculture de l'Illinois; Saving Tomorrow's Agriculture Resources, un programme de conservation des sols et de l'eau du comté de Champaign qui enseigne aux agriculteurs la gestion des nutriments ; et Precision Conservation Management, un programme développé par l'Illinois Corn Growers Association qui vise à aider les agriculteurs à récolter les avantages économiques de l'engagement dans des pratiques de conservation.

Que sont les bioréacteurs et comment fonctionnent-ils ?

Les bioréacteurs sont des tranchées remplies de copeaux de bois qui reçoivent l'eau de drainage des tuiles et utilisent le processus de dénitrification à médiation biologique pour éliminer le nitrate, similaire aux zones humides construites mais avec une empreinte de conception beaucoup plus petite. Nous évaluons actuellement les performances de six bioréacteurs dans une ferme du comté de Piatt. Jusqu'à présent, leurs performances ont été décevantes, avec moins de 20% du nitrate de carrelage éliminé. Mais maintenant, nous cherchons à savoir si les bouchons de terre au-dessus des copeaux de bois amélioreront les performances et augmenteront la durée de vie des bioréacteurs. Les années extrêmement humides vont constituer un véritable défi pour les stratégies de fin de chaîne, de sorte que les bioréacteurs restent un travail en cours.

La construction de nouvelles zones tampons de zones humides ou de fleurs sauvages aide-t-elle à maintenir les nutriments en place ?

Nos études sur les zones humides artificielles ont révélé qu'elles éliminent 50% du nitrate de tuile. Ils fournissent également une foule d'autres avantages pour la faune et les services écosystémiques. Cependant, leur emplacement est limité par la topographie. Les zones humides ne peuvent pas être construites n'importe où. Ils doivent être situés dans des zones qui leur permettent de retenir suffisamment d'eau pour le traitement sans provoquer de retour d'eau dans les champs. De plus, leur installation peut nécessiter la mise hors production de terres, ce qui diminue considérablement leur attrait pour les agriculteurs. Les tampons de fleurs sauvages sont parfaits pour les pollinisateurs et peuvent contribuer à l'érosion du sol, mais ont un impact limité sur la réduction des pertes de nutriments dans les champs drainés par des tuyaux.

Comment les agriculteurs peuvent-ils améliorer le carbone du sol et comment cela réduit-il le ruissellement des nutriments ?

C'est la question la plus cruciale que nous puissions nous poser aujourd'hui. La perte de carbone du sol dans le cadre de l'agriculture conventionnelle dans les champs drainés par des tuyaux se produit toujours. Nous devons stopper les pertes de carbone des sols et mieux encore, essayer d'augmenter la teneur en carbone des sols agricoles. Je crois que les pertes de nitrate de tuiles sont le résultat des pertes de carbone du sol, car les cycles du carbone et de l'azote sont inextricablement liés.

Depuis la Seconde Guerre mondiale, nous avons quelque peu découplé les cycles de l'azote et du carbone en passant du fumier aux engrais azotés inorganiques. L'ajout d'azote au sol sans ajouter suffisamment de carbone rend le système peu étanche, en particulier les années humides. Labourer moins et planter des cultures de couverture de graminées hivernantes comme le seigle céréalier sont les meilleurs moyens de lutter contre les pertes de carbone dans le sol et de tenter d'inverser la tendance à la baisse des stocks de carbone dans le sol. Le seigle céréalier est également une excellente "culture dérobée" d'azote, car nous constatons régulièrement des réductions de nitrate de tuile de plus de 40 % lorsque le seigle céréalier est cultivé avant le soja.

Quelles sont les approches les plus économiques ?

Peu d'études à long terme ont été menées pour répondre à cette question. Nous avons besoin de plus de données pour créer des modèles qui peuvent mieux évaluer les coûts et les avantages des diverses pratiques de conservation. D'un point de vue stratégique, je pense que les solutions sur le terrain telles que la plantation de cultures de couverture d'hiver sont la meilleure voie à suivre, car elles peuvent affecter directement le cycle du carbone, la disponibilité des nutriments et la santé globale du sol.

Les technologies en bout de chaîne telles que les bioréacteurs et les tampons riverains saturés n'ont que peu d'effet sur la santé des sols, mais peuvent être plus attrayantes pour les agriculteurs, car elles ne les obligent pas à modifier leurs pratiques sur le terrain et présentent donc peu de risques pour la production. Alors que les cultures de couverture d'hiver ajoutent des coûts et des risques annuels qui pourraient réduire le rendement des cultures et les marges bénéficiaires, elles capturent le nitrate en dehors de la saison de croissance régulière, le gardant hors des tuiles et le retenant dans le champ. Une partie de cet azote est disponible pour la culture en ligne suivante.

Dans une étude de preuve de concept, mes collègues et moi avons comparé l'économie et les pertes de nitrate entre une rotation maïs-soja-blé (avec du soja à double récolte après le blé et du seigle céréalier après le maïs) et une culture conventionnelle maïs-soja-blé. rotation du soja. Cette étude a montré que le producteur réalisait le même bénéfice et réduisait les pertes de nitrate de tuiles de plus de 30 % sur une période de six ans avec la rotation la plus diversifiée. L'année dernière, le maïs dans la rotation diversifiée a produit 25 boisseaux de plus par acre que le maïs cultivé de façon conventionnelle. Cela indique qu'une rotation plus diversifiée peut augmenter le cycle des nitrates et améliorer le rendement des cultures tout en réduisant les pertes de nitrates dans les tuyaux de drainage agricoles.