La contamination des eaux souterraines par les nutriments par les engrais à base d'azote est un problème dans de nombreux endroits en Europe. Les calculs d'une équipe de scientifiques dirigée par l'UFZ ont montré que sur une période d'au moins quatre mois par an, les nitrates peuvent s'infiltrer dans les eaux souterraines et les eaux de surface sur environ les trois quarts des terres agricoles européennes. La proportion de zones à risque de lessivage des nitrates est ainsi presque deux fois plus importante qu'on ne le supposait auparavant.

En agriculture, les engrais à base d'azote ne sont souvent pas appliqués d'une manière appropriée à l'emplacement et à l'utilisation. Si le niveau est trop élevé, les plantes n'absorbent pas complètement l'azote. Par conséquent, l'excès d'azote est lessivé dans les eaux souterraines et les eaux de surface sous forme de nitrate, un problème qui se produit dans plusieurs pays de l'UE. Par exemple, en 2018, la Cour européenne de justice (CEJ) a condamné les pays de l'UE, dont l'Allemagne, pour avoir enfreint la directive de l'UE sur les nitrates. L'année dernière, la Commission européenne a rappelé à l'Allemagne de mettre en œuvre la décision de la CJCE.

La quantité d'azote appliquée par fertilisation peut pénétrer dans les eaux souterraines et les eaux de surface sous forme de nitrate ou est dénitrifiée (c'est-à-dire convertie en azote moléculaire et en oxydes d'azote et libérée dans l'air) dépend, entre autres, sur des processus complexes dans le sol. Une équipe de chercheurs de l'UFZ et de partenaires américains dirigée par l'hydrologue, le Dr Rohini Kumar, a maintenant analysé plus en détail les processus qui déterminent le sort de l'excès d'azote. L'accent est mis sur les processus hydrologiques et biogéochimiques dans la zone racinaire (c'est-à-dire la zone qui s'étend de la surface du sol jusqu'à une profondeur d'un mètre). « La zone racinaire est la partie la plus dynamique et active du sous-sol, où l'humidité du sol, l'évaporation et les phases sèches/humides prennent effet en évidence, ", explique Kumar. Il agit à la fois comme un filtre hydroclimatique et biogéochimique entre la surface et les couches souterraines plus profondes.

La vulnérabilité des terres agricoles au lessivage des nitrates a jusqu'à présent été décrite à l'aide d'informations statiques sur l'utilisation des terres, sols, et la topographie du paysage, combinés aux précipitations moyennes et aux niveaux des eaux souterraines, sans tenir compte de leur variabilité temporelle. "Toutefois, les précipitations et les températures changent quotidiennement. Cela affecte l'évaporation et l'eau du sol et, finalement, le temps de rétention et le transport de l'eau vers les couches plus profondes. Valeurs moyennes, tel qu'utilisé pour décrire l'état statique, sont donc moins appropriés du point de vue d'aujourd'hui, " explique Kumar. Les chercheurs utilisent donc une approche dynamique pour calculer combien de temps le nitrate dissous pourrait rester dans la zone racinaire avant de s'infiltrer vers des niveaux plus profonds. Ils combinent le mHM (modèle hydrologique à mésoéchelle) développé à l'UFZ avec des calculs de la modification de la rétention d'eau et des nitrates dans la zone racinaire ainsi que dénitrification.A l'aide du mHM, les scientifiques peuvent simuler la distribution spatio-temporelle de la dynamique hydrologique ainsi que la dynamique de transport se produisant dans la zone racinaire à travers l'Europe jusqu'à aujourd'hui au cours des 65 dernières années.

Avec la nouvelle approche, les chercheurs de l'UFZ concluent que pendant au moins quatre mois par an, près de 75 % des terres agricoles européennes sont vulnérables au lessivage des nitrates dans les eaux souterraines et les eaux de surface. Si l'approche statique est utilisée, cette proportion n'est que de 42 %. "Parce que la dynamique spatio-temporelle du transport de l'eau n'a pas été prise en compte dans l'évaluation de la vulnérabilité de la délimitation des zones vulnérables aux nitrates, l'étendue spatiale des zones vulnérables aux nitrates est largement sous-estimée, " conclut le co-auteur et hydrogéologue de l'UFZ, le Dr Andreas Musolff. Cela concerne, entre autres, régions de l'est et du nord-est de l'Allemagne, la péninsule ibérique, et certains pays d'Europe de l'Est.

Selon les chercheurs de l'UFZ, les nouvelles découvertes pourraient mieux contribuer à la gestion des risques liés à l'azote dans l'agriculture. "Les agriculteurs pourraient utiliser les informations plus précises pour ajuster plus précisément leurs régimes d'engrais, garantissant ainsi que le moins de nitrates possible soit présent dans le sol pendant les mois particulièrement critiques, ", explique Musolff. Cela empêcherait des nitrates supplémentaires de pénétrer dans les eaux souterraines et les eaux de surface. "Cette étude axée sur la zone du sol est un point de départ pour une évaluation complète des risques liés aux charges de nitrate dans les eaux souterraines et les eaux de surface. Elle sera suivie de nouvelles recherches sur le transport et la dénitrification dans le sous-sol, les eaux souterraines et les eaux de surface, " dit Kumar.