La façon dont les forêts réagissent aux niveaux élevés d'azote provenant de la pollution atmosphérique n'est pas toujours la même. Alors qu'une forêt filtre l'azote comme prévu, un pourcentage plus élevé que celui observé précédemment quitte à nouveau le système sous forme d'oxyde nitreux puissant, un gaz à effet de serre, disent les chercheurs.

"Je pense que ce que nous avons décrit est un nouvel exemple de la façon dont les forêts réagissent aux apports atmosphériques élevés, " a déclaré Jason Kaye, professeur de biogéochimie à Penn State.

Les forêts servent d'importants filtres d'azote provenant de la pollution atmosphérique comme la combustion de combustibles fossiles, empêcher le nutriment de s'écouler dans les cours d'eau et de causer des dommages à l'environnement.

"Autrefois, les scientifiques ont défini un nombre limité de façons dont les forêts pourraient réagir lorsqu'elles accumulent de nouveaux apports d'azote provenant de la pollution atmosphérique, " a déclaré Kaye. " Nous voyons beaucoup d'azote entrer, mais il semble partir comme un gaz, et c'est une nouvelle tournure dans notre compréhension de la façon dont les forêts vont réagir à la pollution atmosphérique."

Des études antérieures ont montré que les forêts absorbent jusqu'à 90 pour cent de l'azote qui tombe de l'atmosphère avec la pluie. Lorsque les forêts deviennent saturées, l'azote supplémentaire n'est pas absorbé aussi efficacement et est transporté en aval vers les cours d'eau, où il peut quitter le système et contribuer à la pollution de l'eau.

Une partie de l'azote est également consommée par les microbes trouvés dans les zones humides, les sols pauvres en oxygène près des cours d'eau et des zones humides, et est transformé en protoxyde d'azote, un gaz à effet de serre, qui finit par retourner dans l'atmosphère.

Dans la nouvelle étude, récemment publié dans le Journal of Geophysical Research :Biogéosciences , les chercheurs ont découvert que la forêt absorbait plus de la moitié de l'azote provenant de la pollution atmosphérique, mais que la production de protoxyde d'azote se produit à un taux plus élevé que prévu, et dans les parties hautes du bassin hydrographique qui n'avaient pas été étudiées auparavant. La production d'oxyde nitreux dans les hautes terres était l'une des plus fortes sorties d'azote dans le système.

"Se déplacer vers des zones de montagne plus éloignées du ruisseau, vous ne vous attendez pas à ce qu'il soit aussi humide, " a déclaré Julie Weitzman, chercheur postdoctoral au CUNY Advanced Science Research Center et au Cary Institute of Ecosystem Studies. "Mais connaissant l'hydrologie de la région, en particulier la rigole et la mi-pente avec un sol profond, il peut certainement devenir saturé par le ruissellement des sommets des crêtes et le flux convergent se déplaçant vers des zones concaves. »

Les chercheurs ont déclaré que le bilan d'azote qu'ils ont développé pourrait conduire à une meilleure compréhension de la façon dont les grands paysages, comme les forêts du nord-est des États-Unis, réagira à l'augmentation des niveaux d'azote dans l'atmosphère.

"Nous voulons être en mesure de prédire comment les écosystèmes forestiers vont protéger les cours d'eau de la pollution atmosphérique, ", a déclaré Kaye. "Nous voulons être en mesure de projeter cela dans le futur selon de nombreux scénarios différents. Je pense que ce travail suggère que nous devons vraiment réfléchir aux contrôles sur les pertes d'azote gazeux des hautes terres alors que nous construisons cette compréhension. »

L'étude est également l'une des premières à créer un bilan d'azote qui inclut les apports de l'altération des roches. Les chercheurs ont déclaré qu'environ 10 pour cent des apports annuels d'azote proviennent de l'altération des roches. Étant donné que le substrat rocheux de schiste est répandu à la surface de la Terre, l'altération des roches représente une part importante du bilan azoté qui manquait aux études précédentes, les chercheurs ont dit.

Weitzman, qui est l'auteur principal de l'article, a mené la recherche alors qu'il était étudiant diplômé à Penn State. Elle a collecté des échantillons de terrain pendant deux ans à l'observatoire de la zone critique de Susquehanna Shale Hills, situé à proximité. fait partie d'un réseau financé par la National Science Foundation qui encourage la recherche interdisciplinaire sur les sciences de la surface de la Terre.

Susan Brantley, professeur distingué de géosciences au College of Earth and Mineral Sciences et directeur du Earth and Environmental Systems Institute de Penn State, est chercheur principal sur le projet Shale Hills CZO.

« Le CZO est unique en ce sens qu'il y a tellement de collaborateurs différents qui examinent différents aspects de la zone critique, " a déclaré Weitzman. "Il y avait beaucoup de données et beaucoup de gens examinaient différents aspects. Vous n'êtes pas obligé de sortir et d'essayer de vous attaquer seul à chaque petit aspect du budget d'azote. Nous avons préparé ce budget avec quelques informations de tous ceux qui ont travaillé là-bas. »

Le CZO comprend deux sites boisés près du centre environnemental de Shaver's Creek dans le comté de Huntingdon. Le projet s'est récemment élargi pour inclure un site agricole appartenant à Herbert Cole, professeur émérite au Collège des sciences agronomiques.

"Nous accumulons ces captages d'amont qui nous aident à prédire ce qui se passe à Shaver's Creek, " Kaye a dit. "Nous avons une compréhension du bassin versant boisé. L'eau descend le long des paysages agricoles, et nous devons adopter la même approche de bilan d'azote et l'appliquer à Cole Farm et voir ce que nous y apprenons. »