Lorsqu'il s'agit de faire progresser la planification de la gestion des éléments nutritifs pour les terres cultivées aux États-Unis, il est important d'évaluer les indices de phosphore pour assurer une évaluation précise des risques de perte de phosphore.

Jusque récemment, cependant, la plupart de ces évaluations d'indice de phosphore ont porté sur les risques de pertes de phosphore dans les eaux de ruissellement tout en prenant insuffisamment en compte le rôle critique des pertes de phosphore en subsurface.

Ceci est particulièrement important dans des zones telles que la plaine côtière de l'Atlantique, où l'écoulement souterrain est la voie prédominante de transport du phosphore à partir d'agroécosystèmes drainés artificiellement - des terres cultivées qui utilisent le drainage artificiel pour abaisser les nappes phréatiques.

Un nouvel article publié dans le Journal de la qualité environnementale par des chercheurs de l'Université du Delaware et d'autres institutions participantes explore des méthodes pour évaluer les routines de risque de phosphore souterrain de cinq indices de phosphore du Delaware, Maryland, Virginie et Caroline du Nord en utilisant les ensembles de données disponibles sur la qualité de l'eau et les sols.

La recherche a été financée en partie par une subvention d'innovation en matière de conservation du service de conservation des ressources naturelles du département de l'Agriculture des États-Unis (USDA).

Amy Shober, professeur agrégé au Département des sciences des plantes et des sols et spécialiste de la vulgarisation coopérative, est l'auteur principal de l'article, qui représente une partie du travail effectué par Kathryn Turner, qui a travaillé dans le laboratoire de Shober et a obtenu son diplôme de l'UD en 2016.

Les co-auteurs incluent Scott Andres, hydrogéologue et scientifique principal au Delaware Geological Survey, Antoine Buda, Département de l'Agriculture des États-Unis, Thomas Sims, un membre du corps professoral à la retraite de l'UD et ancien doyen adjoint du Collège de l'agriculture et des ressources naturelles, Nicole Fiorellino, Collège de Chesapeake, et Joshua McGrath, Université du Kentucky.

Shober a déclaré que certaines terres cultivées de la plaine côtière de l'Atlantique doivent être drainées artificiellement pour abaisser la nappe phréatique afin d'éviter d'avoir de l'eau dans la zone racinaire des plantes ou de l'eau stagnante dans leurs champs, ce qui perturberait la capacité des agriculteurs à utiliser l'équipement et à planter des cultures réussies.

Shober a déclaré que les agriculteurs d'aujourd'hui sont aux prises avec ce qu'on appelle « le phosphore hérité, « le phosphore qui reste des épandages antérieurs de fumier et qui continue de contribuer aux problèmes de qualité de l'eau.

En utilisant des indices de phosphore, les agriculteurs et les gestionnaires des terres peuvent identifier les zones du paysage où les sources de phosphore se chevauchent avec la façon dont l'eau déplace le phosphore dans les sols.

De nombreuses études ont évalué le risque de transport du phosphore, comme l'érosion et le ruissellement de surface, parce que ces pertes sont facilement visibles. Moins d'études ont été menées sur les contributions du phosphore souterrain aux eaux de drainage, qui sont plus difficiles à suivre car elles se produisent sous terre et il existe moins d'outils pour étudier ces pertes.

"Vous pouvez collecter les eaux de ruissellement au bout du champ et savoir ce qui s'est passé sur cette surface terrestre, " a déclaré Shober. " Il est plus difficile d'identifier l'origine de l'eau qui circule dans le réseau de fossés. L'eau qui s'écoule des champs se produit sous terre, et les rejets de plusieurs champs se mélangent au fur et à mesure que l'eau se déplace dans le réseau de fossés. Sans oublier que les précipitations qui se déposent directement dans le fossé - et même l'écoulement de surface - peuvent également contribuer à l'écoulement du fossé. »

Pour mieux étudier les sources et le transport souterrains du phosphore, les chercheurs ont commencé à examiner les données du sol pour déterminer si les modèles d'indice de phosphore existants étaient capables de prédire avec précision les sources et le transport de phosphore sous la surface. Ils ont constaté que les modèles hydrologiques préexistants pour évaluer le phosphore souterrain étaient inadéquats lorsqu'il s'agissait d'évaluer les plaines, des zones artificiellement drainées comme celles que l'on trouve dans la plaine côtière médio-atlantique.

Pour les paysages plats, les modèles hydrologiques n'ont pas fonctionné car ils nécessitent une pente et sont basés sur la topographie. Parce que la plaine côtière médio-atlantique n'a pas beaucoup de ruissellement de surface mais a plutôt beaucoup de ruissellement souterrain, les modèles calculaient des problèmes pour lesquels le modèle n'avait pas été conçu.

"Il n'y a pas beaucoup d'études, surtout dans notre région où c'est plat et il y a beaucoup de fossés de drainage, nous ne pouvons donc pas calibrer et vérifier nos indices de phosphore pour les pertes de phosphore sous la surface, " a déclaré Shober. "Nous avons commencé à chercher si nous pouvions utiliser les données du sol pour déterminer si nous allions dans la bonne direction. Si nous voyions vraiment un risque élevé de phosphore dans des endroits où cet indice identifie des pertes de subsurface élevées. »

Shober a déclaré que les chercheurs ont pu mener cette étude en utilisant des sols précédemment collectés, qui peuvent être stockés pendant de longues périodes et contiennent encore du phosphore mesurable.

En utilisant une bibliothèque de carottes de sol que les auteurs avaient collectées à différentes profondeurs dans toute la péninsule de Delmarva et en utilisant des données collectées par Sims et Andres, les chercheurs ont calculé le risque de perte de phosphore sous la surface à l'aide de cinq indices de phosphore. Ils ont regardé les scores d'indice de phosphore sans tenir compte d'aucune application de fumier, ne s'occupant que des apports du phosphore hérité.

"Pour notre indice, nous avons éliminé les éléments qui ne nous intéressaient pas et nous avons finalement obtenu un score que nous considérons comme étant uniquement pour ce risque souterrain, " a déclaré Shober. " Nous voulions dire, 'D'ACCORD, quel est le risque inhérent de pertes souterraines de phosphore qui se trouvait dans le sol ? »

Une fois ces chiffres obtenus, ils ont examiné le phosphore extractible à l'eau à la profondeur de la nappe phréatique saisonnière élevée et ont corrélé les données pour voir la relation.

Pour trouver le phosphore extractible à l'eau, les chercheurs ont pris une petite quantité de sol et un peu d'eau désionisée et les ont secoués pendant une heure et ont mesuré la quantité de phosphore qui sortait du sol.

« Si le score de l'indice de phosphore sous la surface était faible et que le phosphore extractible par l'eau dans le sol à la profondeur de la nappe phréatique était faible, nous nous attendrions à un faible risque de pertes de phosphore sous la surface. Donc, finalement, nous voulions voir les scores augmenter de manière linéaire ou exponentielle à mesure que le phosphore extractible dans l'eau du sol augmentait - plus le score de risque était élevé, plus le niveau de phosphore extractible à l'eau doit être élevé, " a déclaré Shober.

Le calcul utilisant les concentrations de phosphore extractible dans l'eau à des profondeurs correspondant à la haute nappe phréatique saisonnière pourrait servir d'indicateur réaliste des pertes souterraines dans le drainage des fossés et de mesure précieuse qui offre un aperçu provisoire de la directionnalité des scores de risque de phosphore souterrain lorsque les données sur la qualité de l'eau sont inaccessible.

Tout cela contribuera à améliorer le suivi et la modélisation des pertes de phosphore dans le sous-sol et à renforcer la rigueur des évaluations des indices de phosphore, Shober a dit, ajouter, "Nous espérons que c'est quelque chose que les gens peuvent faire pour avancer dans notre compréhension de la perte de phosphore sous la surface. En fin de compte, nous avons fini par apporter quelques petits ajustements à la fois à l'outil de gestion du phosphore du Maryland (PMT) et à l'outil d'évaluation de la perte de phosphore de Caroline du Nord (PLAT), ce qui leur a permis d'obtenir un score plus approprié par rapport à notre ensemble de données sur les sols. »