Des scientifiques de la Michigan State University ont montré que les cours d'eau peuvent être des indicateurs de santé clés du paysage d'une région, mais la façon dont ils sont surveillés peut être améliorée.

De nouvelles recherches présentées dans Lettres d'écologie montre comment les cours d'eau peuvent être utilisés comme capteurs pour diagnostiquer la sensibilité ou la résilience d'un bassin versant aux changements dans les pratiques d'utilisation des terres, y compris l'utilisation à long terme d'engrais. Utiliser les flux comme capteurs - en particulier, près des sources - peut permettre aux scientifiques, les gestionnaires de l'utilisation des terres et les agriculteurs pour diagnostiquer quels bassins versants peuvent être développés de manière plus durable pour la production alimentaire, dit Jay Zarnetske, Scientifique de la Terre et de l'environnement de la MSU et co-auteur de l'étude.

« Nous avons été surpris de voir que les ruisseaux étaient de bons capteurs des conditions nutritionnelles à long terme, ", a-t-il déclaré. "Nos méthodes montrent que nous pouvons apprendre beaucoup d'un nombre relativement petit d'échantillons s'ils sont collectés de manière plus stratégique que ne l'exigent les pratiques actuelles de gestion des bassins versants. Cette compréhension est essentielle pour protéger les écosystèmes aquatiques et assurer la sécurité de l'eau humaine. »

Activité humaine, surtout agricole, a pollué les écosystèmes d'eau douce à travers la planète, causant des dommages écologiques et économiques considérables. L'excès de nutriments provenant des engrais et des combustibles fossiles peut déclencher des proliférations de cyanobactéries toxiques et de vastes zones mortes hypoxiques, compromettant la capacité des écosystèmes à fournir la nourriture et l'eau qui soutiennent les sociétés humaines, a ajouté Zarnetske.

Pour l'étude, Ben Abbott, anciennement à MSU et maintenant à l'Université Brigham Young, a dirigé une équipe internationale dans une région culturellement et historiquement importante de la France. La zone, qui a vu près d'un millénaire d'activité agricole, sert de modèle pour montrer comment l'utilisation croissante d'engrais azotés et phosphorés a des impacts durables sur les bassins versants.

"La manipulation du phosphore et de l'azote dans le paysage est l'une des plus grandes menaces pour le sort de l'humanité et du reste de la vie sur cette planète, " a déclaré Zarnetske. " La plupart des gens n'ont aucune idée que la manipulation humaine des cycles du phosphore et de l'azote est en train de se produire, affecte presque tous les endroits de la planète et est l'un des, sinon le plus grand, menace actuelle pour le sort de l'humanité."

Il y a des photos aériennes spectaculaires de proliférations d'algues poussant à l'embouchure des ruisseaux qui se jettent dans les plans d'eau, comme le lac Érié. Cependant, la plupart du carbone et des nutriments pénètrent dans les cours d'eau en amont, en amont. Alors plutôt que d'essayer de diagnostiquer des problèmes au niveau de la bouche, un moyen plus efficace de résoudre le problème serait d'échantillonner de nombreuses zones plus près du cours supérieur.

"Essentiellement, au lieu de se tenir dans un grand ruisseau loin des sources et d'observer ce qui nous traverse à travers le temps, " Zarnetske a dit, "nous illustrons qu'il peut être beaucoup plus informatif de voyager périodiquement dans la région et de prélever des échantillons des plus petits aux plus grands ruisseaux du bassin versant."

L'équipe a découvert que la chimie de chaque petit cours d'eau fluctuait considérablement en raison des changements de température, débit d'eau et d'autres facteurs. Il y avait de l'ordre dans la variabilité, cependant, car il y avait une synchronie dans le comportement de chaque petit cours d'eau et son rôle dans la chimie du plus grand système fluvial.

"C'était inattendu, " Abbott a dit. " Assez surprenant, nous avons constaté qu'un seul échantillonnage de sources d'amont à tout moment de l'année fournit de nombreuses informations sur l'origine des nutriments et sur les objectifs des efforts de restauration. »

Les recherches futures appliqueront ces méthodes à l'échelle mondiale, à différents bassins hydrographiques agricoles et paysages forestiers connaissant des régimes de précipitations changeants. Par exemple, Zarnetske étudiera les sources du nord-ouest du Pacifique et les paysages qui se réchauffent et fondent rapidement dans l'Arctique.

Les nouvelles méthodes peuvent également aider à orienter les efforts dans la sélection des emplacements les plus appropriés pour des terres agricoles et un développement durables ou pour identifier les réponses des bassins versants au réchauffement climatique, comme celles de l'Arctique.

Paysages arctiques, où les sols sont majoritairement gelés, dégelent rapidement en raison du réchauffement climatique rapide. Alors que la glace arctique et le pergélisol fondent, ils libèrent des sédiments et des nutriments dans les rivières et les mers. Bien que les effets de ces eaux et nutriments de plus en plus turbides soient inconnus, leur nouvelle approche peut développer une base de référence pour commencer à surveiller leur impact.