Prairies à travers le monde, qui soutiennent la majorité des animaux de pâturage dans le monde, ont été en transition vers les zones arbustives dans un processus que les scientifiques appellent « l'empiétement des plantes ligneuses ».

Le pâturage géré des zones arides est la forme d'utilisation des terres la plus répandue sur la planète, ce qui a conduit à des efforts généralisés pour inverser cette tendance et restaurer la couverture herbacée en raison de la croyance qu'il en résulte une diminution de l'entrée d'eau dans les cours d'eau et les nappes phréatiques.

Une nouvelle étude dirigée par Adam Schreiner-McGraw, chercheur postdoctoral en hydrologie à l'Université de Californie, Bord de rivière, modélisé l'empiétement d'arbustes sur un paysage en pente et est parvenu à une conclusion surprenante :l'empiétement d'arbustes sur les pentes peut augmenter la quantité d'eau qui entre dans le stockage des eaux souterraines. L'effet des arbustes est si puissant qu'il contrebalance même les plus faibles quantités de précipitations annuelles attendues pendant le changement climatique.

Jusqu'à maintenant, les chercheurs ont pensé que les plantes ligneuses comme les arbres et les arbustes ont des racines plus profondes que l'herbe. Cette croyance provenait de scientifiques réalisant leurs études connexes sur un terrain plat.

« Il est frappant de constater que la composition de l'écosystème est ce qui contrôle les changements futurs projetés de la recharge des eaux souterraines, " a déclaré Schreiner-McGraw. " Cela ne signifie pas que le changement climatique n'est pas important, mais que le changement de végétation est potentiellement plus important et quelque chose que les scientifiques et les gestionnaires des terres devraient concentrer davantage d'efforts sur la compréhension. »

Co-auteur Hoori Ajami, professeur adjoint d'hydrologie des eaux souterraines à l'UC Riverside, a déclaré que le document examine les effets combinés du changement climatique et de la végétation sur les processus de recharge des eaux souterraines dans les environnements arides.

« La plupart des études à ce jour ont examiné ces changements de manière isolée, " Ajami a déclaré. "Nous illustrons ici que les effets combinés du changement de végétation et du changement climatique pourraient être supérieurs ou inférieurs à la somme de ses parties."

L'intrusion d'arbustes dans les prairies est souvent considérée comme un problème car elle réduit la quantité de fourrage disponible pour le pâturage du bétail et peut conduire à des parcelles de sol plus dénudées et à une augmentation ultérieure de l'érosion des sols. Ce processus de création de terrain plus nu est appelé « xérification ». Le changement climatique contribue à la xérification, mais la suppression des incendies et le surpâturage jouent les rôles les plus importants.

Il est logique que les arbustes, qui ont des systèmes racinaires profonds avec des tiges épaisses et de nombreuses feuilles, capter plus d'eau que l'herbe lorsqu'elle s'infiltre dans le sol, laissant moins d'eau disponible pour reconstituer les aquifères souterrains. Recherche sur la "recharge diffuse, " le processus par lequel l'eau reconstitue les nappes phréatiques sur une grande surface, semble le confirmer pour les paysages plats. La xérification des prairies a donc été considérée comme mauvaise à la fois pour le bétail et le cycle de l'eau.

"Nous avons abordé cette recherche avec une prémisse simple que la topographie joue un rôle dans la redistribution de l'eau disponible, et cela devrait affecter les résultats de la xérification, " a déclaré le co-auteur Enrique R. Vivoni, professeur à l'université d'État de l'Arizona.

Le groupe a examiné la recharge ciblée, qui se produit lorsque les pentes des collines canalisent l'eau dans des zones concentrées, comme les lits de cours d'eau. Les lits des cours d'eau ont souvent des fonds sablonneux, qui permettent à l'eau de s'infiltrer rapidement et empêchent les arbustes à racines profondes de l'aspirer.

Les données d'une pente de montagne désertique hautement surveillée au Nouveau-Mexique ont été utilisées pour simuler les effets de l'empiètement des plantes ligneuses et du changement climatique sur les ressources en eau. L'équipe a découvert que non seulement les arbustes augmentaient la recharge ciblée des eaux souterraines, mais qu'ils l'ont fait même dans des conditions où le changement climatique a réduit la quantité de précipitations.

Ils ont également modélisé une forme plus étendue d'empiètement d'arbustes appelé fourré, dans lequel les plantes poussent en peuplements denses sans parcelles nues, et trouvé, comme dans les recherches antérieures sur le paysage plat, les arbustes ont également réduit la quantité de recharge des eaux souterraines sur les pentes.

Sur les pentes, un sol nu entre les parcelles d'arbustes est nécessaire pour conduire l'eau dans le lit des cours d'eau. L'augmentation du ruissellement augmente la recharge ciblée des eaux souterraines.

« Nous avons été surpris de constater qu'une transition des prairies aux zones arbustives peut augmenter la durabilité des aquifères souterrains, " a déclaré Schreiner-McGraw. " La meilleure façon d'augmenter la recharge ciblée dans ce système est d'augmenter la quantité de ruissellement des pentes qui se concentre dans les lits des cours d'eau. "

Le changement climatique augmentera très probablement la recharge des eaux souterraines en augmentant les tempêtes de pluie, mais moins fréquent. Les tempêtes plus importantes augmentent la quantité de ruissellement qui atteint les canaux à fond sableux et augmentent la recharge des eaux souterraines. Les résultats de cette étude suggèrent que la végétation jouera également un rôle important dans la recharge des eaux souterraines à l'avenir.

Bien que l'étude ait eu lieu au Nouveau-Mexique, Schreiner-McGraw a déclaré qu'il s'applique à des environnements similaires. De grandes parties de la Californie sont également des savanes désertiques. Le sud de la Californie et la vallée centrale ont des reliefs similaires à ceux trouvés dans le site d'étude du Nouveau-Mexique. Ces zones pourraient connaître des processus hydrologiques similaires, bien que les rivières atmosphériques créent des tempêtes très différentes des tempêtes de mousson, donc plus de recherche est nécessaire.

"L'étude met en évidence le rôle de la surveillance à long terme dans la compréhension de la dynamique du bilan hydrique des bassins versants, et le rôle que joue la modélisation basée sur les processus dans la compréhension de la dynamique du système, " a déclaré Ajami.