Alors que la population mondiale a explosé au cours du siècle dernier, l'azote est devenu l'un des contaminants de l'eau les plus courants dans le monde.

La contamination par l'azote provient principalement de sources humaines telles que les émissions des voitures, les engrais, déjections animales et ruissellement urbain. Depuis des décennies, les scientifiques ont observé une augmentation des concentrations d'azote dans les plans d'eau du monde entier, mais surtout dans les pays développés. La surabondance d'azote dans les eaux naturelles entraîne des impacts négatifs sur la qualité de l'eau, y compris les proliférations d'algues nuisibles et la mort des poissons, qui ont des effets négatifs sur les économies et les écosystèmes en aval.

Heureusement, de nombreux écosystèmes aquatiques et humides peuvent éliminer une partie de cet azote avant qu'il ne devienne une nuisance pour les environnements en aval. Les plantes et les micro-organismes de ces écosystèmes éliminent naturellement l'azote des rivières et des ruisseaux, profitant aux pêcheries côtières et aux estuaires. Cependant, ces organismes peuvent être sensibles aux perturbations environnementales. Lors des grandes crues, par exemple, la végétation peut être arrachée des zones humides et les tapis microbiens peuvent être nettoyés des lits des cours d'eau. Ces perturbations et d'autres pourraient avoir des implications majeures pour le cycle de l'azote.

Impacts des inondations sur le traitement de l'azote dans le bassin de la rivière Lumbee

En 2016, L'ouragan Matthew a provoqué des inondations immenses et dévastatrices dans la rivière Lumbee, situé dans le sud-est de la Caroline du Nord. Alors que les eaux de crue se sont propagées bien au-delà de la plaine inondable existante, les villes et les terres agricoles ont été submergées. Des quantités inconnues de débris et de contaminants ont été transportées en aval.

Parce que les inondations causées par l'ouragan Matthew étaient bien plus importantes que tout ce que la rivière Lumbee avait connu dans le dossier d'observation, ou dans les histoires orales et écrites des riverains, l'inondation avait des implications inconnues pour le cycle de l'azote de la rivière. Avec mon conseiller, Ryan Emmanuel, J'ai émis l'hypothèse que les écosystèmes responsables de l'élimination de l'azote des eaux de surface peuvent avoir été endommagés ou altérés d'une manière qui a affecté les taux d'élimination de l'azote.

Pour tester notre hypothèse, nous avons suivi l'évolution de la capacité de la rivière à éliminer l'azote sous l'une de ses formes inorganiques, nitrate. Nous avons mesuré les concentrations de nitrates dans des échantillons d'eau prélevés le long de trois tronçons de la rivière pendant plusieurs mois avant et après l'ouragan Matthew. Nous avons combiné ces mesures avec d'autres données de la rivière pour calculer les taux d'absorption d'azote pour les sous-sections de chaque tronçon. Pour deux des tronçons, les taux moyens d'absorption d'azote n'ont pas changé de façon appréciable après l'ouragan Matthew. Pour la troisième portée, le taux moyen d'absorption d'azote a légèrement diminué suite à la crue.

Plus intéressant, nous avons constaté que la variabilité de l'absorption d'azote dans chaque tronçon a augmenté considérablement après l'ouragan Matthew. Nous pensons que ces différences peuvent provenir de perturbations infligées à la végétation des zones humides et aux tapis microbiens, qui éliminent activement l'azote du flux. Ces communautés n'ont pas été complètement balayées par la tempête, mais les inondations les ont peut-être suffisamment touchés pour créer des endroits le long de la rivière qui étaient particulièrement efficaces (ou inefficaces) pour éliminer les nitrates. Comme le temps passait, la variabilité de l'absorption d'azote semble diminuer dans chaque tronçon. L'évolution du comportement de l'absorption d'azote à la suite de l'ouragan Matthew soulève des questions intéressantes pour les recherches futures.

Suite à des inondations majeures comme celles causées par l'ouragan Matthew et, récemment, l'ouragan Florence, les gouvernements locaux et fédéraux accordent plus d'attention aux communautés vulnérables vivant dans les plaines inondables ou dans d'autres zones de faible altitude. Cette attention est bien dirigée, car ces communautés sont souvent insuffisamment équipées pour se remettre des inondations et s'adapter au changement climatique.

Cependant, les inondations liées aux ouragans peuvent également avoir un impact sur des processus écosystémiques invisibles responsables de l'atténuation de la pollution par l'azote dans les eaux de surface. Il est donc impératif de comprendre comment les inondations majeures peuvent affecter le traitement de l'azote et d'autres contaminants.

Cela est particulièrement vrai à la lumière des projections actuelles selon lesquelles les ouragans tels que Matthew et Florence deviendront plus fréquents, entraînant avec eux des inondations catastrophiques. Une fois que nous aurons mieux compris les inondations extrêmes et leurs impacts, nous pouvons avoir une idée plus claire de la façon dont les processus écologiques, y compris l'élimination de l'azote des cours d'eau, se comporter dans les mois et les années qui suivent. Le traitement de l'azote reviendra-t-il à l'état d'avant l'ouragan ou passera-t-il à un autre état ? Les recherches futures aideront à répondre à cette question et à d'autres liées à la qualité de l'eau à une époque de changement global.