Les fortes pluies qui ne surviennent que quelques jours par an peuvent représenter jusqu'à un tiers du ruissellement annuel d'azote provenant des terres agricoles du bassin du fleuve Mississippi, selon une nouvelle étude de scientifiques de l'Iowa State University.

La recherche, publié vendredi dans la revue académique Communications Terre &Environnement , utilise des techniques de modélisation informatique innovantes pour quantifier le ruissellement d'azote des écosystèmes terrestres vers les rivières et les ruisseaux. Les engrais azotés appliqués sur les terres agricoles du Midwest peuvent descendre le fleuve Mississippi où ils contribuent à une zone hypoxique dans le golfe du Mexique qui nuit à la vie marine qui y vit. Les résultats de l'étude pourraient éclairer les pratiques de gestion agricole, y compris le calendrier et l'application des engrais azotés, pour réduire ces effets, dit Chaoqun Lu, professeur assistant d'écologie, évolution et biologie de l'organisme à l'Iowa State University et auteur principal de l'étude.

Lu a travaillé pendant des années sur l'exploitation de la modélisation informatique pour simuler divers processus écologiques. Son travail précédent, par exemple, examiné comment les terres agricoles stockent le carbone, un processus connu sous le nom de séquestration du carbone. Pour ce papier, Lu et ses collègues ont utilisé une approche de modélisation et des données sur la qualité de l'eau accessibles au public remontant à 1980 pour analyser comment les précipitations affectent la charge en azote dans les cours d'eau du Midwest.

Lu a déclaré que des études antérieures ont montré que les années avec des totaux de précipitations élevés voient également une charge d'azote plus élevée de la terre vers les plans d'eau. Mais la nouvelle étude a examiné de près les événements de précipitations extrêmes dans tout le bassin du fleuve Mississippi, défini comme toute précipitation qui dépasse le 90e centile des enregistrements de précipitations quotidiennes historiques pour un emplacement au cours d'un mois donné. Bassin large, les événements de précipitations extrêmes ne se sont produits que 8,6 jours par an en moyenne, mais ils ont contribué à environ un tiers des rendements totaux annuels d'azote, selon les données.

"Ce qui nous a attiré vers ces questions, c'est que les épisodes de fortes pluies peuvent être très localisés, " dit Lu. " Vous voyez des pluies ici et là, et ils se produisent à différentes périodes de l'année. Nous voulions voir si nous pouvions combiner des données de surveillance à long terme et des outils de modélisation qui tiennent compte de ces différences et mieux voir comment ils affectent la charge en azote. »

Jien Zhang, chercheur associé postdoctoral en écologie, évolution et biologie des organismes et co-auteur de l'étude, a déclaré que l'occurrence d'épisodes de pluies extrêmes a eu tendance à augmenter ces dernières années, ce qui rend les conclusions de l'étude encore plus pertinentes. Zhang a déclaré que les données des décennies précédentes montraient que de fortes précipitations étaient plus susceptibles de se produire dans le bassin inférieur du Mississippi, mais des données plus récentes révèlent des événements de précipitations extrêmes s'étendant vers le nord jusqu'aux États du bassin supérieur du Mississippi, où les engrais azotés sont utilisés de manière plus intensive.

Zhang a déclaré qu'une meilleure compréhension de ces tendances pourrait éclairer les pratiques de gestion agricole afin de réduire la probabilité de chargement d'azote dans les cours d'eau. Par exemple, les agriculteurs pourraient essayer d'appliquer des engrais lorsqu'il y a moins de probabilité de fortes précipitations dans les prévisions, ou répartir l'application d'engrais après la plantation en plusieurs applications distinctes plutôt qu'en une seule application ou en une seule application avant le développement des cultures. Les données de modélisation montrent que ces stratégies pourraient réduire la charge d'azote dans les cours d'eau sans affecter la productivité des cultures.