En période de faibles précipitations, où et comment l'eau disponible limitée est-elle distribuée, et quelles sont les possibilités d'amélioration de la rétention dans le sol et le paysage ? Dörthe Tetzlaff et son équipe du Leibniz-Institute of Freshwater Ecology and Inland Fisheries (IGB) ont découvert que la végétation a une influence majeure sur cela. Les chercheurs étudient le stockage, répartition et qualité de l'eau dans le paysage. Prenant l'exemple du Demnitzer Mühlenfließ, sensible à la sécheresse dans le Brandebourg, un sous-bassin versant de la Spree, ils ont quantifié les débits d'eau visibles et invisibles pendant et peu après la sécheresse de 2018.

Les précipitations annuelles dans le Brandebourg sont de 560 litres par mètre carré. Cela fait du Brandebourg une région avec les précipitations les plus faibles d'Allemagne. En 2018, il y avait 390 litres d'eau par mètre carré, ce qui représente environ 40 pour cent de moins de précipitations que d'habitude.

Même dans des conditions climatiques "normales", environ 90 pour cent des précipitations sont rejetées dans l'atmosphère et ne se déversent pas dans les eaux souterraines ou les rivières. Les niveaux d'eau souterraine dans la région montrent aujourd'hui que la baisse des niveaux d'eau due aux déficits de précipitations de 2018 n'a pas pu être ramenée à des conditions normales entre les saisons de croissance.

Utilisation des terres critique pour la gestion des ressources en eau

Dörthe Tetzlaff est chercheuse à l'IGB et professeure d'écohydrologie à l'Université Humboldt de Berlin. Elle et son équipe ont étudié comment le processus d'évaporation et de recharge des eaux souterraines diffère selon les sols et les utilisations des terres.

"En raison de la crise climatique actuelle avec des sécheresses croissantes, nous devons connaître la quantité d'eau utilisée par les différentes plantes. En tant que chercheurs, nous nous demandons :pouvons-nous appliquer une utilisation durable des terres pour contrôler la consommation d'eau et rendre des paysages entiers plus résilients face aux extrêmes climatiques ? Ces résultats sont la base pour répondre aux demandes de production alimentaire et d'approvisionnement en eau, " dit Dörthe Tetzlaff expliquant sa motivation pour son sujet de recherche.

Sol forestier plus sec que les prairies

Dans le Demnitzer Mühlenfließ, l'équipe a étudié deux sites avec des utilisations des terres typiques de la région :un site de forêt mixte avec des sols sablonneux et une zone d'enracinement profonde; et un site de prairie avec des sols plus limoneux et une zone d'enracinement moins profonde. Le sol forestier était beaucoup plus sec, ce qui est dû aux caractéristiques du sol et des plantes.

Par exemple, pendant la sécheresse, le mètre le plus élevé du sol sablonneux de la forêt ne contenait que 37 litres par m ² , et sous les prairies, il y avait jusqu'à 146 litres d'eau par m ² . La cime des arbres et la canopée de la forêt protégeaient une partie de la pluie qui s'évaporait directement des feuilles et n'atteignait jamais le sol. De plus, le sol forestier sablonneux a entraîné un écoulement plus rapide de l'eau dans le sol et une diminution du stockage de l'eau. Les pluies ont pénétré plus profondément dans le sol, mais a été réabsorbé par les arbres pendant la saison de croissance avant d'atteindre la nappe phréatique.

Sous la prairie, l'eau recharge continuellement la nappe phréatique. Le sol pourrait stocker plus d'eau. Comme les plantes ne prenaient de l'eau que dans la partie supérieure du sol, cela a conduit à une eau du sol "plus ancienne".

« Nous avons pu montrer à quel point les paysages du Brandebourg stockent mal les précipitations, limiter la résistance à la sécheresse. Le type de forêt que nous avons étudié est typique de la plaine d'Europe du Nord. Il était triste de voir que même une forêt mixte naturelle souffre énormément de la sécheresse. Pour les forêts économiquement exploitées dominées par les conifères, la situation est encore pire. En réalité, la mortalité des conifères dans le Brandebourg est maintenant évidente, " dit Lukas Kleine, doctorant dans l'équipe Tetzlaff.

« Planter de l'eau » :comment l'agriculture peut tirer parti des résultats de la recherche

Les chercheurs collaborent avec les secteurs agricole et forestier pour mettre en pratique les résultats de leurs recherches. L'un de leurs partenaires les plus importants est Benedikt Bösel, propriétaire de Gut &Bösel. L'exploitation agricole Gut &Bösel teste et développe des concepts d'utilisation des terres multifonctionnels de l'agriculture et de la sylviculture régénératives et confirme les observations des chercheurs de l'IGB :« La régénération de nos sols et la santé des sols est la tâche la plus grande et la plus importante de notre génération. Pour cela, nous avons besoin de solutions innovantes dans l'agriculture et la foresterie pour lutter contre les causes de nos problèmes au lieu de simplement guérir les symptômes. Ce n'est qu'ainsi que nous pourrons agir en fonction de la complexité des écosystèmes. Nous essayons de développer ces solutions sur la base des conclusions du Prof L'équipe de Tetzlaff, entre autres".

"Nous voyons qu'après les nouvelles saisons sèches en 2019 et jusqu'à présent en 2020, les niveaux des eaux souterraines continueront de baisser. La végétation n'a toujours pas pu récupérer en raison de la faible pluviométrie des mois d'hiver. Malheureusement, nous sommes loin des conditions « normales ». Afin d'améliorer la résistance des écosystèmes du Brandebourg aux sécheresses et autres changements climatiques, des mesures doivent être mises en œuvre pour favoriser la recharge des eaux souterraines et créer des sols capables de stocker plus d'eau. Nos résultats soulignent le rôle central de la végétation dans le développement de telles stratégies, " dit Dörthe Tetzlaff.

L'eau dans le paysage :Eau bleue et verte

Les chercheurs distinguent entre l'eau dite bleue, qui remplit les lacs, rivières et aquifères et est immédiatement disponible pour l'approvisionnement en eau ; et l'eau verte, qui est directement influencé par la végétation et est renvoyé dans l'atmosphère par évaporation et transpiration après avoir été absorbé par les plantes. Dörthe Tetzlaff et son équipe étudient les interactions entre les flux d'eau bleue et verte. Ils analysent ce qui se passe dans la zone critique et l'influence de la végétation sur le régime hydrique global.

La zone critique - la mince, peau dynamique et vitale de la terre

La couche de terre qui s'étend entre la canopée, le sol et les eaux souterraines est appelé la zone critique. Pendant longtemps, ce fut une « boîte noire » ; en particulier, le rôle des plantes dans la distribution de l'eau a été négligé, car la science s'est concentrée sur les flux d'eau bleue.

Dans cette étude, les chercheurs ont étudié les flux d'eau dans la zone critique avec des isotopes stables dans l'eau. Les isotopes stables dans l'eau peuvent être utilisés comme « marqueurs » pour déterminer les chemins d'écoulement, âge et origine de l'eau. Pour une compréhension globale, ce ne sont pas seulement les quantités absolues de débits d'eau dans le paysage qui sont importantes, mais aussi combien de temps l'eau est stockée sur place et quels chemins d'écoulement cela prend. Lorsque ces informations sont intégrées aux données sur la dynamique de la végétation, la modélisation basée sur les traceurs peut révéler certains des processus les plus importants du système écohydrologique, comme où et à quelle vitesse les plantes puisent l'eau du sol.