L'oxyde nitreux est peut-être beaucoup moins abondant dans l'atmosphère que le dioxyde de carbone, mais en tant que gaz à effet de serre, c'est un doozy. Avec une puissance 300 fois supérieure au CO₂ , le potentiel de réchauffement du protoxyde d'azote, notamment via l'agriculture, mérite attention.

Des chercheurs de l'Université de l'Illinois et de l'Université du Minnesota répondent à l'appel. Dans une nouvelle étude, ils documentent une période négligée mais cruciale pour l'oxyde nitreux (N₂ O) émissions dans les systèmes agricoles du Midwest américain :la saison sans croissance.

"Les émissions d'oxyde nitreux des sols agricoles ont été principalement étudiées pendant la saison de croissance. Des recherches antérieures montrent une saison de non-croissance N₂ Les émissions d'O peuvent contribuer jusqu'à 70 à 90 % des émissions annuelles certaines années, mais il n'est pas clair dans quelle mesure cette fourchette est précise pour le Midwest ou quels processus et pratiques de gestion contribuent à ces émissions en automne et en hiver", explique Yufeng Yang, l'auteur principal de l'étude et étudiant au doctorat à l'U de M.

Yang et ses co-auteurs ont utilisé un modèle de simulation informatique connu sous le nom d'ecosys pour déterminer les points chauds et les "moments chauds" pour N₂ Émissions d'O à travers le Midwest. Plus précisément, ils ont identifié les facteurs climatiques et environnementaux contribuant au N₂ Émissions d'O sur une base comté par comté pendant les saisons sans croissance entre 2001 et 2020. Ils ont également examiné les effets du moment de l'application des engrais et des inhibiteurs de nitrification.

"Cette étude de validation démontre que le modèle ecosys peut simuler de manière réaliste N₂ Émissions d'O des sols agricoles en dehors de la saison de croissance. Cela signifie que nous disposons désormais d'un moyen robuste de quantifier les contributions des variables environnementales et du moment de l'application de l'azote à cet important gaz à effet de serre », déclare le co-auteur de l'étude, Kaiyu Guan, professeur agrégé au Département des ressources naturelles et des sciences de l'environnement et directeur fondateur du Centre de durabilité de l'agroécosystème à l'U de I.

Tout d'abord, les chercheurs ont découvert que la saison de non-croissance dans le Midwest représentait une large gamme de N₂ annuel Émissions d'O :6 à 60 %. La variation pourrait être attribuée aux différences au niveau du comté, avec des niveaux d'émission divergents pour les comtés situés aux extrémités sud-est et nord-ouest de la région.

Pour le contexte, sol N₂ Les émissions d'O sont le résultat de processus microbiens convertissant l'azote d'une forme à une autre. Les conditions environnementales, telles que la quantité d'humidité et d'oxygène dans le sol, la température du sol ou la quantité de neige à la surface du sol, affectent la quantité et la rapidité avec lesquelles les microbes peuvent métaboliser l'azote, ainsi que la capacité des produits azotés gazeux à être libéré dans l'atmosphère.

Le modèle ecosys a détecté ces facteurs environnementaux dans toute la région, mettant en évidence des émissions plus importantes dans les comtés avec plus de 12 pouces de précipitations hors saison de croissance. Mais les chercheurs ont cherché encore plus de détails pour expliquer le schéma.

"Le gel plus intense causé par la baisse de la température de l'air était le principal facteur conduisant à l'augmentation de la saison de non-croissance N₂ Émissions d'O dans le sud-est du Midwest. Dans le nord-ouest, l'augmentation des précipitations et l'augmentation de la température de l'air pendant les cycles de dégel ont été les principaux moteurs de l'amélioration de la saison de non-croissance N₂ Ô production", dit Yang.

Cependant, les perspectives à long terme de ces différences régionales peuvent changer dans un climat changeant. Yang a simulé des scénarios climatiques futurs et a trouvé moins de gel et de dégel, atténuant potentiellement les pics qui se produisent actuellement dans ces conditions.

L'équipe a également constaté que les effets du calendrier d'application des engrais azotés variaient également selon le comté. En général, les émissions étaient plus importantes lors d'une application à l'automne qu'au printemps.

"Les résultats suggèrent que le passage de l'application d'automne à l'application de printemps et l'application d'inhibiteurs de nitrification à l'un ou l'autre moment peuvent réduire considérablement le N₂ annuel émissions d'O à l'échelle régionale, et peuvent également réduire la lixiviation de l'azote », déclare le co-auteur de l'étude, Ziyi Li, doctorant étudiant sous Guan à l'Université de l'Ile.

Mais cet effet n'était pas universel. Les champs à l'ouest de la zone d'étude ont vu moins d'émissions avec l'application d'automne.

« Les scientifiques suggèrent toujours de passer à l'épandage d'engrais au printemps, mais ce n'est pas une histoire en noir et blanc. Notre modèle permet aux agriculteurs de recevoir des recommandations ciblées spécifiques à leurs champs », explique Zhenong Jin, auteur correspondant, chef de projet et professeur adjoint en agriculture numérique. Groupe à l'U de M.

Les chercheurs affirment que le modèle pourrait être utilisé pour évaluer les effets de stratégies de gestion supplémentaires, telles que la culture de couverture et le semis direct, sur N₂ Émissions d'O.

"En fin de compte, nous disposons désormais d'une méthode très précise pour estimer N₂ Émissions d'O à l'échelle du comté dans la ceinture de maïs. Nous avons sous-estimé la saison de non-croissance, mais il s'avère qu'il s'agit d'une part assez importante du N₂ annuel émissions d'O", déclare Jin.

L'étude est publiée dans Agricultural and Forest Meteorology . + Explorer plus loin

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