Alors que le climat se réchauffe et se sèche, la sécurité alimentaire mondiale dépend de plus en plus de la capacité des cultures à résister à la sécheresse. Mais les scientifiques et les producteurs se concentrent-ils sur la bonne métrique lorsqu'ils mesurent la sécheresse liée aux cultures ? Pas exactement, selon de nouvelles recherches de scientifiques de l'Université de l'Illinois, qui exhortent la communauté scientifique à redéfinir le terme.

"Les plantes doivent équilibrer l'offre et la demande d'eau. Les deux sont extrêmement critiques, mais les gens négligent le côté demande de l'équation, en particulier dans la ceinture de maïs des États-Unis, " dit Kaiyu Guan, chercheur principal sur deux nouvelles études, Professeur Blue Waters au Département des ressources naturelles et des sciences de l'environnement et au National Center for Supercomputing Applications de l'Illinois.

La demande à laquelle Guan fait référence est la sécheresse atmosphérique, souvent exprimé en déficit de pression de vapeur (VPD). Plus l'air est sec, plus l'humidité est aspirée hors des pores, ou des stomates, dans les feuilles des plantes. Les plantes doivent ouvrir les stomates pour absorber le dioxyde de carbone comme nourriture, mais s'ils sentent que l'atmosphère est trop sèche, ils fermeront les pores pour éviter le dessèchement. Garder les stomates fermés trop longtemps entraîne des réductions de la photosynthèse, croissance des plantes, et le rendement en grains.

Le botteur ? Les plantes ferment les stomates en raison de la sécheresse atmosphérique, même lorsqu'il y a un apport suffisant d'humidité dans le sol.

"Si vous ne considérez que les précipitations et l'humidité du sol, c'est ce que la plupart des gens pensent de la sécheresse, cela décrit principalement le côté de l'offre. Bien sûr, si vous avez une faible humidité du sol, les plantes seront stressées par la quantité d'eau qu'elles reçoivent. Mais l'offre est souvent assez suffisante, surtout ici dans la ceinture de maïs des États-Unis, " dit Guan. " Cependant, le côté demande de l'atmosphère peut également stresser gravement les plantes. Nous devons prêter plus d'attention à ce signal de sécheresse."

Les deux études récentes de Guan ont utilisé de multiples approches technologiques, y compris les mesures sur le terrain, diverses sources de données satellitaires, simulations de modèles hydrologiques, et les statistiques gouvernementales sur le rendement des cultures. La première étude, Publié dans Météorologie agricole et forestière , utilisé les données de sept sites à travers la Corn Belt pour conclure que le VPD représente près de 90 % des changements dans la conductance stomatique des cultures, un proxy pour le stress hydrique, et environ 85 % des variations de la productivité primaire brute, une mesure de la productivité.

"Par comparaison, l'humidité du sol représente généralement 6 à 13 % de ces mesures pour le maïs et le soja, et jusqu'à 35 % en tenant compte des effets de décalage dans le temps, " dit Hyungsuk Kimm, doctorant dans le groupe de Guan et auteur principal de l'étude.

Dans l'autre étude, publié dans le Journal d'hydrologie , L'équipe de Guan s'est concentrée sur le rendement en grains. Le rendement dépend de nombreux facteurs liés aux cycles de l'eau, mais les chercheurs ont découvert que le VPD explique la plus grande proportion de variabilité du rendement des cultures et fournit également le premier avertissement de perte de rendement par rapport à d'autres mesures du cycle de l'eau et aux indices de sécheresse traditionnels.

« Cela nous a conduit à construire un nouvel indice de sécheresse intégrant le VPD, l'humidité du sol, et mesures de l'évapotranspiration, qui peut représenter plus de 70 % de la variation de rendement. Notre indice surpasse tous les indices de sécheresse existants, " dit Wang Zhou, chercheur postdoctoral dans le groupe de Guan et auteur principal de l'étude.

Guan ajoute, « Dans ces deux études, nous avons essayé de comprendre le côté demande de la sécheresse sous deux angles principaux, l'un utilisant des données de covariance de Foucault qui mesurent très précisément l'utilisation de l'eau et du carbone du paysage - l'étalon-or - et l'autre utilisant des données satellitaires et des variables hydrologiques simulées par modèle corrélées avec le rendement régional, " Guan dit. " Dans les deux, nous démontrons que le VPD est plus important que l'humidité du sol pour expliquer la réponse des cultures à la sécheresse dans le Midwest américain."

L'ajustement du concept de sécheresse pour les cultures sera essentiel pour la sécurité alimentaire mondiale dans un climat changeant.

« Quand nous examinons les scénarios de changement climatique, la quantité de précipitations ne change pas beaucoup pour le Corn Belt, mais nous savons avec certitude que la température et le VPD augmenteront ici. Cela signifie que peu de choses changeront du côté de l'offre, mais le stress de la demande augmentera considérablement. Et ce type de stress est tellement lié au rendement des cultures de fin de saison, " dit Guan.

Son groupe travaille sur des études de suivi évaluant le rôle de l'irrigation dans l'augmentation de l'offre et la diminution de la demande, mais pour l'instant, Guan dit que la sélection pour une meilleure efficacité de l'utilisation de l'eau pourrait être une partie importante de la solution.