La réduction des émissions de gaz à effet de serre (GES) et de la pollution de l'eau par l'azote provenant de l'agriculture sont des priorités environnementales majeures aux États-Unis. La clé pour atteindre les objectifs climatiques est d'aider les producteurs à naviguer sur les marchés du carbone, tout en aidant l'environnement et en améliorant les revenus agricoles.

Un nouvel outil développé par une équipe de recherche de l'Université du Minnesota permet aux agriculteurs de créer un bilan budgétaire de tout plan de réduction d'azote et d'en voir le coût économique et environnemental, rendement et marges, tous personnalisés aux champs sous leur gestion.

"Avec ces chiffres en tête, les agriculteurs peuvent prendre des décisions plus éclairées sur l'atténuation de l'azote qui non seulement leur permet d'économiser de l'argent, mais aussi réduit considérablement les polluants dans l'environnement, " dit Zhenong Jin, qui a dirigé la recherche et est professeur adjoint au Département de génie des bioproduits et des biosystèmes (BBE) du College of Food, Sciences de l'agriculture et des ressources naturelles (CFANS).

Les outils précédents ne permettaient pas de prévisions personnalisées pour chaque champ de la ceinture de maïs américaine, car les coûts de calcul et de stockage de l'exécution de ces modèles de cultures à grande échelle seraient très coûteux.

Comme indiqué dans un article publié dans IOPscience , l'équipe de recherche a construit une série de métamodèles basés sur l'apprentissage automatique qui peuvent presque parfaitement imiter un modèle de culture bien testé à des vitesses beaucoup plus rapides. En utilisant les métamodèles, ils ont généré des millions de simulations de scénarios et étudié deux questions fondamentales de durabilité :où sont les points chauds de l'atténuation, et quel degré d'atténuation peut-on s'attendre dans différents scénarios de gestion.

« Nous avons synthétisé quatre indicateurs simulés de durabilité des agroécosystèmes :le rendement, N 2 émissions, lixiviation d'azote, et les changements dans le carbone organique du sol - en avantages économiques nets pour la société comme base pour identifier les points chauds et les terres infaisables pour l'atténuation, " a déclaré Taegon Kim, Chargé de recherche CFANS au département BBE. Les avantages sociétaux comprennent des économies de coûts grâce à l'atténuation des GES, ainsi que l'amélioration de la qualité de l'eau et de l'air.

« En fournissant des indicateurs clés de durabilité liés à la production végétale en amont, nos métamodèles peuvent être un outil utile pour les entreprises alimentaires pour quantifier les émissions dans leur chaîne d'approvisionnement et distinguer les options d'atténuation pour fixer des objectifs de durabilité, " a déclaré Timothy Smith, professeur de gestion durable des systèmes et de gestion des affaires internationales au département BBE de CFANS.

L'étude, menée dans la ceinture de maïs du Midwest américain, trouvé ceci:

• La réduction des engrais azotés de 10 % entraîne une diminution de 9,8 % de N 2 émissions d'O et 9,6 % de lixiviation d'azote en moins, au prix de 4,9 % d'appauvrissement en carbone organique du sol en plus, mais seulement une réduction de rendement de 0,6% sur la région d'étude.
• Les avantages sociaux annuels totaux nets estimés s'élèvent à 395 millions de dollars (l'incertitude varie de 114 millions de dollars à près de 1,3 milliard de dollars), dont une économie de 334 millions de dollars en évitant les émissions de GES et la pollution de l'eau, 100 millions de dollars en utilisant moins d'engrais, et un montant négatif de 40 millions de dollars en raison de pertes de rendement.
• Plus de 50% des bénéfices sociaux nets proviennent de 20% des zones d'étude, qui peuvent ainsi être considérés comme des points chauds où les actions doivent être prioritaires.

"Notre analyse a révélé des points chauds où les engrais azotés excessifs peuvent être coupés sans pénalité de rendement, " a déclaré Jin. " Nous avons remarqué dans certains endroits que la réduction de la pollution liée à l'azote a un coût d'appauvrissement du carbone organique dans le sol, suggérant que d'autres pratiques régénératives, comme les cultures de couverture, doivent être associés à la gestion de l'azote. »

À l'avenir, l'équipe étendra le cadre présenté dans cette étude et développera des modèles de qualification du carbone plus avancés et plus précis grâce à une combinaison de modèles basés sur les processus, intelligence artificielle et télédétection.