La reconstitution des eaux souterraines sous les champs agricoles tempérés peut provenir de pluies très récentes, datant d'à peine une à deux semaines, alors que l'eau réellement absorbée par les cultures provient de sources beaucoup plus anciennes.
Cette découverte, publiée dans Recherche sur les ressources en eauremet en question les modèles conventionnels de mouvement de l'eau dans le sous-sol et suggère que nos hypothèses sur la façon dont les engrais, les nutriments et l'humidité se déplacent à travers le sol pourraient devoir être révisées.
Le monde souterrain aquatique des terres agricoles
doctorat le chercheur Joshua Snarski, de l'Université du Connecticut, et ses collègues ont étudié l'âge de l'eau qui pénètre dans le système d'eau souterraine sous le bassin versant agricole de Horsebarn Hill pendant la saison de croissance. Ceci était basé sur les niveaux d’humidité du sol et la composition isotopique des eaux souterraines ; ce dernier est utilisé pour la datation, car les molécules d'eau contenant de l'oxygène 18 (une forme plus lourde d'oxygène) s'évaporent et se déplacent dans le cycle de l'eau plus lentement que celles contenant de l'oxygène 16, permettant aux scientifiques de retracer depuis combien de temps l'eau est restée sous terre.
L’équipe a découvert que les précipitations tombant pendant la saison de croissance peuvent s’infiltrer à travers la zone vadose (la couche non saturée de sol et de roche au-dessus de la nappe phréatique, où l’air et l’eau sont présents dans les pores) et recharger l’aquifère en quelques jours, voire semaines.
L’étude note que cette jeune eau contourne ou se déplace rapidement à travers le sol, pénétrant dans les réserves d’eau souterraine plus profondes plus rapidement qu’on ne le pense généralement.
Il s’agit d’un résultat intéressant étant donné que les modèles hydrologiques supposent généralement que les voies de recharge sont relativement lentes, les précipitations s’infiltrant progressivement à travers les couches du sol, se mélangeant aux eaux plus anciennes, pour finalement atteindre l’aquifère au fil des mois, voire des années. Mais cette recherche montre que dans un environnement agricole de zone tempérée, une partie importante de la recharge est en réalité très jeune.
Les auteurs suggèrent que des mécanismes tels que l'écoulement préférentiel, dans lequel l'eau se déplace le long de voies rapides telles que des fissures, des macropores ou des canaux racinaires, pourraient permettre à la pluie de contourner une grande partie de la matrice du sol et d'atteindre rapidement les eaux souterraines.
Contrairement à l’eau jeune qui atteint l’aquifère, l’eau accessible aux cultures par leurs racines provient de réserves d’eau plus anciennes et transporte des nutriments qui résident dans le sol depuis plus longtemps. Par conséquent, l’étude met en évidence une dichotomie : une recharge rapide des eaux souterraines par de nouvelles précipitations versus une absorption plus lente par les plantes à partir d’eaux plus anciennes stockées dans le sol.
Repenser les voies de flux
Ceci est important car cela suggère que le moment et les voies d’écoulement de l’eau sous les terres agricoles sont plus complexes que ne le supposent de nombreux modèles hydrologiques et agricoles, en particulier en ce qui concerne le mouvement des éléments nutritifs, l’utilisation d’engrais et le risque de contamination des eaux souterraines. Par exemple, les modèles qui supposent que l’eau du sol et les nutriments se déplacent à un rythme lent et uniforme peuvent mal estimer la rapidité avec laquelle les précipitations peuvent s’infiltrer et donc transporter les engrais ou les contaminants vers le bas.
Pour la gestion des engrais, cela est important, car si les précipitations rechargent rapidement les aquifères, les engrais appliqués sur les terres agricoles peuvent également être rejetés plus rapidement que prévu dans les eaux souterraines plus profondes, surtout s’ils sont appliqués peu de temps avant de fortes pluies.
À l’inverse, le fait que les plantes dépendent de l’eau du sol plus ancienne souligne que la disponibilité de l’humidité dans la zone racinaire ne coïncide pas toujours avec les pluies les plus fraîches. Les agriculteurs et les gestionnaires de l’eau devront donc peut-être prendre en compte à la fois les flux de recharge rapides et les voies plus lentes d’humidité du sol qui soutiennent les cultures.
De plus, il existe un équilibre critique pour la croissance de la végétation ; des temps de séjour plus longs pour l'eau et les nutriments dans la zone racinaire peuvent favoriser la croissance des plantes, tandis que l'eau et les nutriments rapidement transportés au-delà de la zone racinaire peuvent réduire la productivité des plantes et contribuer directement à la pollution des eaux souterraines, au développement de conditions eutrophiques dans les eaux de surface (conduisant à une croissance excessive d'algues appauvrissant l'oxygène dans l'eau et nuisant à la vie aquatique) et à la contamination de l'eau potable.
La recherche souligne également l’importance de la zone vadose entre la surface du sol et les eaux souterraines. Les différences de texture du sol, les fissures et les canaux racinaires peuvent créer des voies d’écoulement rapide qui permettent à l’eau et aux nutriments de se déplacer de manière inégale dans le sol. Les modèles qui traitent cette couche comme une éponge uniforme risquent de négliger ces complexités du monde réel.
Adapter l’agriculture au changement climatique
Bien que l’étude se soit concentrée sur un seul bassin versant agricole tempéré, les résultats pourraient avoir une pertinence plus large, car de nombreuses terres agricoles situées sous des climats similaires peuvent connaître le même comportement divergent dans les voies d’écoulement de l’eau.
À mesure que le changement climatique modifie les régimes de précipitations, rendant les tempêtes intenses plus fréquentes ou modifiant la répartition saisonnière, le risque de recharge rapide des eaux souterraines (et potentiellement de transport de contaminants) pourrait augmenter. Cette compréhension est cruciale pour la durabilité de l’approvisionnement alimentaire, car elle affecte la fiabilité de l’accès des cultures à l’eau et aux nutriments, ainsi que la résilience des systèmes agricoles face aux changements de régime des précipitations.
Les chercheurs réclament une représentation plus réaliste du débit d’eau dans la zone vadose dans les modèles, notamment ceux utilisés pour la planification agricole, la gestion des eaux souterraines et la prévision du lessivage des nutriments.
Améliorer notre compréhension de la manière dont les flux rapides (via les macropores ou les chemins préférentiels) se mélangent avec des flux plus lents (à travers la matrice du sol) pourrait améliorer les prévisions sur la vulnérabilité des eaux souterraines, le transport des nutriments et l'approvisionnement en eau des cultures.
Ces résultats offrent bien plus qu’une nouvelle compréhension de l’eau sous les terres agricoles : ils ouvrent la voie à des opportunités pour une agriculture plus intelligente et plus durable.
En reconnaissant les chemins distincts de l'eau jeune et ancienne, les agriculteurs et les gestionnaires de l'eau peuvent mieux aligner l'irrigation, l'utilisation d'engrais et la planification des cultures avec l'écoulement naturel de l'eau souterraine.
Ces connaissances pourraient contribuer à garantir un approvisionnement plus fiable en eau et en nutriments pour les cultures, à sauvegarder les ressources en eaux souterraines et à renforcer la résilience des terres agricoles face aux changements de régime des précipitations, ouvrant ainsi la voie à une production alimentaire durable dans le futur.
Écrit pour vous par notre auteur Hannah Bird, édité par Sadie Harley, et vérifié et révisé par Robert Egan, cet article est le résultat d'un travail humain minutieux. Nous comptons sur des lecteurs comme vous pour maintenir en vie le journalisme scientifique indépendant. Si ce reporting vous intéresse, pensez à faire un don (surtout mensuel). Vous obtiendrez un sans publicité compte en guise de remerciement.
