La qualité de l'eau de la baie de Chesapeake souffrant d'un excès de nutriments et les populations de poissons dans les rivières telles que la Susquehanna connaissent une inégalité entre les sexes et d'autres anomalies de la reproduction, comprendre comment minimiser le ruissellement des nutriments et des composés perturbateurs endocriniens des champs agricoles après l'épandage de fumier est un objectif essentiel pour l'agriculture.

Une nouvelle étude menée par des chercheurs du College of Agricultural Sciences de Penn State montre que l'application de fumier dans les champs cultivés au moyen d'une injection de disque peu profonde dans le sol plutôt que d'une diffusion en surface traditionnelle réduit considérablement les œstrogènes dans le ruissellement de surface. Cette découverte suggère que les méthodes d'épandage de fumier peuvent être utilisées pour contrôler le potentiel de mobilisation des œstrogènes et indique des possibilités de protéger la qualité de l'eau en aval.

La recherche, publié ce mois-ci dans Agriculture, Écosystèmes et environnement , ont également étudié comment les méthodes d'épandage du fumier affectaient le ruissellement du phosphore dissous total et du carbone organique dissous. Les chercheurs ont découvert que les taux de transport de ces nutriments, dans une moindre mesure, étaient également plus faibles après injection de fumier qu'après épandage en surface.

Les premiers résultats de l'étude, qui s'est déroulée d'octobre 2014 à l'été 2015, ont été publiés dans le Journal de la qualité environnementale en novembre 2016. La recherche a échantillonné 10 événements de ruissellement de surface à partir de 12 parcelles de recherche – six avec chaque méthode d'application – après l'épandage automnal de fumier.

L'épandage de fumier de bétail dans les champs agricoles fournit des nutriments essentiels aux cultures et ajoute de la matière organique aux sols. Cependant, le fumier introduit également des contaminants émergents dans l'environnement, y compris les oestrogènes naturels 17 alpha-estradiol, 17 bêta-estradiol, estrone et estriol, selon Heather Gall, professeur adjoint de génie agricole et biologique.

vLes chercheurs ont utilisé du fumier de bovins laitiers, mais les œstrogènes sont un composant du flux de déchets non seulement des produits laitiers, mais tout le bétail et les humains. Bien que cette étude se soit concentrée sur les œstrogènes naturels omniprésents, les œstrogènes synthétiques peuvent également affecter la qualité de l'eau, comme l'éthinylestradiol, l'ingrédient actif des pilules contraceptives ou des androgènes synthétiques tels que le trenbolone, souvent donné comme implants d'oreille aux bovins de boucherie.

De nombreux facteurs influencent le devenir et le transport de ces hormones transmises par le fumier, a expliqué la chercheuse principale Odette Mina, un récent doctorat en génie agricole et biologique, y compris le type de fumier appliqué, le taux et le moment de l'application, la méthode et l'historique d'application, ainsi que des facteurs naturels tels que les processus hydrologiques et le cycle biogéochimique.

"La méthode d'épandage du fumier animal peut influencer la disponibilité des nutriments et des œstrogènes dans les eaux de ruissellement, " a déclaré Mina. "Plusieurs études ont montré les avantages potentiels de l'injection de disques peu profonds pour réduire le transport de phosphore et de nitrate dans le ruissellement de surface par rapport à la diffusion en surface. Notre recherche a démontré une réduction significative du transport des œstrogènes dans le ruissellement des parcelles d'injection de disque peu profondes par rapport aux parcelles de diffusion en surface. »

Mina est arrivée à la recherche d'une manière peu orthodoxe. Elle a obtenu son diplôme de premier cycle en chimie il y a plus de deux décennies, une maîtrise en administration des affaires, et travaillait en génie-conseil depuis plus de 20 ans avant de décider en 2010 de poursuivre des études supérieures en génie. Elle a obtenu une maîtrise en génie de l'environnement à Penn State Harrisburg et a rejoint le laboratoire de Gall en 2013.

Cette recherche a eu lieu sur les parcelles de Kepler Farm situées au Russell E. Larson Agricultural Research Center à Rock Springs, près du campus de l'University Park de Penn State. Le site se compose de 12 parcelles isolées hydrologiquement qui dirigent le ruissellement de surface de chaque parcelle vers le bas de la pente à travers des tuyaux en PVC vers des huttes à proximité des parcelles. Les huttes sont équipées de seaux basculants qui mesurent le débit de ruissellement de surface et permettent aux chercheurs de prélever des échantillons pondérés en fonction du débit pour analyser les nutriments et les contaminants dans le ruissellement.

Les chercheurs ont constaté une différence frappante entre les charges d'œstrogènes et les concentrations dans le ruissellement à la suite d'événements de précipitations, fit remarquer Mina. Lorsque le fumier a été injecté dans le sol, les œstrogènes étaient beaucoup moins susceptibles de quitter le champ. « Nous avons eu un événement pluvieux qui s'est produit deux jours après l'épandage du fumier – ce n'était pas un événement pluvieux important, une tempête typique à laquelle vous vous attendriez chaque année et qui a provoqué un très gros mouvement d'œstrogènes, carbone et phosphore des parcelles de diffusion en surface, " elle a dit.

"Mais ce même événement n'a même pas été suffisant pour déclencher le ruissellement des parcelles qui avaient subi une injection de fumier à disque peu profond. Ce premier rinçage a lavé des concentrations très élevées de phosphore et d'œstrogènes par rapport à l'ensemble du reste de l'étude, mais il n'y avait rien des parcelles d'injection de disque peu profondes.

Dans les petites fermes laitières typiques du centre des États-Unis, le fumier est le plus souvent appliqué au printemps et à l'automne, mais l'épandage de fumier peut avoir lieu toute l'année, bien que certains États restreignent ou interdisent les applications de fumier d'hiver. Le fumier est généralement appliqué sur les cultures de maïs, bien que d'autres cultures reçoivent également du fumier, y compris les légumineuses.

L'adoption de l'injection de fumier à disque peu profond parmi les agriculteurs a été lente, Gall a souligné, et cela résulte principalement du coût élevé du nouveau matériel d'injection. Mais la méthode est compatible avec l'agriculture sans labour et a l'avantage supplémentaire de provoquer moins d'odeurs.

Avant qu'elle puisse recommander à tous les agriculteurs de passer à l'injection de fumier, Gall a l'intention de faire plus de recherches. Dans une étude de suivi en cours de planification, elle veut s'assurer que le fait de garder les œstrogènes hors du ruissellement de surface n'entraîne pas le lessivage des contaminants dans les eaux souterraines.

« Il pourrait y avoir des compromis avec la qualité des eaux souterraines, ainsi, en effectuant l'injection de disque peu profonde, vous pourriez favoriser une plus grande perte de nutriments et d'œstrogènes dans les eaux souterraines, provoquant peut-être des inquiétudes localisées pour les personnes tirant leur eau de puits, ", a déclaré Gall.

"Toutefois, au moins du point de vue du ruissellement de surface, les résultats suggèrent que l'injection de disques peu profonds pourrait être une option viable pour réduire à la fois le transport des nutriments et des œstrogènes vers les plans d'eau de surface, comme la rivière Susquehanna et la baie de Chesapeake."