Les recherches sur l’aquifère des hautes plaines révèlent le lien critique entre l’épuisement de l’aquifère et les rendements agricoles, soulignant l’importance d’une gestion efficace des eaux souterraines pour la résilience agricole.
Les pertes de rendement s’intensifient lorsque les eaux souterraines diminuent, selon les données.
Trois décennies de données ont éclairé une nouvelle étude menée par le Nebraska qui montre comment l’épuisement des eaux souterraines – les mêmes dont dépendent de nombreux agriculteurs pour l’irrigation – peut menacer la production alimentaire dans un contexte de sécheresse et de climats plus secs.
L’étude a révélé que, en partie à cause des difficultés liées à l’extraction des eaux souterraines, l’épuisement d’un aquifère peut réduire les rendements des cultures même lorsqu’il semble suffisamment saturé pour continuer à répondre aux demandes d’irrigation. Ces pertes agricoles augmentent à mesure que l’aquifère diminue, ont rapporté les chercheurs, de sorte que son épuisement exerce un plus grand impact sur les rendements du maïs et du soja lorsqu’il passe, disons, d’une épaisseur de 100 pieds à 50 pieds, plutôt que de 200 pieds à 150 pieds.
Cette réalité devrait encourager les décideurs politiques, les gestionnaires de ressources et les agriculteurs à reconsidérer le volume d’eau souterraine dont ils disposent pour assouvir les cultures, a déclaré l’équipe, en particulier face à des sécheresses plus violentes et plus fréquentes.
Épaisseur des aquifères et résilience agricole
« Au fur et à mesure que vous réduisez un aquifère au point qu’il devient assez mince, de très petits changements dans l’épaisseur de l’aquifère auront alors des impacts de plus en plus importants sur la production et la résilience de vos cultures », a déclaré Nick Brozović, directeur des politiques à Daugherty Water pour Institut mondial de l’alimentation. « Et c’est une chose que nous ne prévoyons pas bien, parce que nous avons tendance à prédire en nous basant sur le passé. Donc, si nous basons ce qui va se passer sur notre expérience passée, nous allons toujours sous-estimer. Nous serons toujours surpris de voir à quel point les choses tournent mal.
L’équipe est arrivée à ses conclusions après avoir analysé les données sur les rendements, les conditions météorologiques et les eaux souterraines de l’aquifère des hautes plaines, qui, en tant que plus grand des États-Unis, se trouve sous des portions de huit États, dont presque tout le Nebraska. Certaines zones de l’aquifère, en particulier celles situées sous le Texas et le Kansas, mais aussi dans l’État de Cornhusker, ont considérablement diminué au cours des dernières décennies, pompées dans le but d’irriguer des terres qui, autrement, n’auraient que peu de chances de permettre des cultures durables.
Un système d’irrigation à pivot central arrose un champ de maïs près d’Adams, dans le Nebraska, à environ 45 minutes au sud de Lincoln. Une nouvelle étude menée par Husker montre comment l’épuisement des eaux souterraines – les mêmes dont dépendent de nombreux agriculteurs pour l’irrigation – peut menacer la production alimentaire dans un contexte de sécheresse et de climats plus secs. En partie à cause des difficultés liées à l’extraction des eaux souterraines, l’épuisement d’un aquifère peut freiner les rendements des cultures même lorsqu’il semble suffisamment saturé pour continuer à répondre aux demandes d’irrigation, selon l’étude. Crédit : Craig Chandler, Université du Nebraska-Lincoln
« En ce qui concerne les choses qui permettent d’assurer la sécurité alimentaire dans des conditions extrêmes – en particulier la sécheresse et le changement climatique – nous ne pouvons vraiment pas nous passer de l’irrigation », a déclaré Brozović, professeur d’économie agricole à l’Université du Nebraska-Lincoln. « Si nous voulons nourrir le monde avec des aliments nutritifs de haute qualité et un approvisionnement alimentaire stable, nous devons irriguer. »
Brozović et Taro Mieno, collègue de Husker, avaient déjà construit de nombreux modèles et effectué de nombreuses simulations sur la façon dont l’aquifère des hautes plaines réagit à la sécheresse et aux conditions sèches. Mais les discussions avec les agriculteurs ont révélé que les modèles ne répondaient pas à leur principale préoccupation : le rendement des puits, ou la quantité d’eau souterraine que les producteurs peuvent s’attendre à puiser en permanence lorsqu’ils tentent de protéger leurs cultures contre la sécheresse.
« Tout le monde s’intéresse à la manière dont l’épuisement des aquifères affecte la résilience de l’agriculture irriguée dans la région », a déclaré Mieno, professeur agrégé d’économie agricole et auteur principal de l’étude publiée dans la revue Eau naturelle.
Décisions en matière de rendement des puits et d’irrigation
Les chercheurs ont donc consulté les estimations annuelles de l’épaisseur de l’aquifère des hautes plaines, qui remontent à 1935, ainsi que les rendements de maïs et de soja au niveau des comtés de 1985 à 2016. Les données météorologiques, quant à elles, ont permis à l’équipe de calculer les déficits hydriques saisonniers, ou le différence entre l’eau provenant des précipitations et la quantité perdue par les cultures par évaporation et transpiration.
Lorsque ce dernier dépasse le premier, les agriculteurs se tournent souvent vers les aquifères pour combler la différence, savaient les chercheurs. Ce qu’ils ne savaient pas : dans quelles conditions et dans quelle mesure l’épuisement d’un aquifère rendrait-il le pompage de son eau trop difficile ou trop coûteux à entreprendre ? Et dans quelle mesure les décisions qui en résulteraient – réduire la quantité d’irrigation par acre, cesser d’irriguer certaines parcelles – auraient-elles une influence sur les rendements du maïs et du soja ?
Les agriculteurs qui ont la chance de cultiver du maïs et du soja au-dessus des bandes les plus saturées de l’aquifère des hautes plaines – d’une épaisseur d’environ 220 à 700 pieds – ont continué à bénéficier de rendements irrigués élevés, même en période de déficits hydriques extrêmes, a découvert l’équipe. En revanche, ceux qui dépendent des zones les moins saturées – entre 30 et 100 pieds – ont vu leurs rendements irrigués commencer à baisser lorsque les déficits en eau ont atteint seulement 400 millimètres, un phénomène courant dans le Nebraska et dans d’autres États du Midwest.
Les années où le déficit approchait ou dépassait les 700 millimètres, les champs irrigués situés au-dessus de la nappe phréatique la plus épaisse produisaient nettement plus de maïs que ceux situés au-dessus de la nappe phréatique la plus mince. Les résultats ont été plus frappants lors d’un déficit hydrique de 950 millimètres, ce qui correspond à une sécheresse extrême : les champs situés au sommet des étendues d’aquifère les moins saturées ont produit environ 19,5 boisseaux de moins par acre.
« En raison de la façon dont fonctionnent les aquifères, même s’il y a beaucoup d’eau là-bas, à mesure qu’ils s’épuisent, vous perdez la capacité de répondre aux besoins en eau des cultures pendant les périodes les plus sèches, car le rendement des puits a tendance à diminuer à mesure que vous épuisez un aquifère, « , a déclaré Brozovic. « Cela a une conséquence économique et une conséquence sur la résilience. »
L’étude a mis en évidence un autre lien révélateur entre l’eau résidant sous terre et celle appliquée à la surface. Au sommet d’une nappe phréatique d’environ 330 pieds d’épaisseur, les agriculteurs ont irrigué 89 % de leurs acres consacrés à la culture du maïs. Où l’aquifère n’avait-il qu’une épaisseur de 30 pieds ? Seulement 70 % de ces acres ont été irriguées. Cela est probablement dû au fait que le rendement des puits est plus faible, ce qui pousse les agriculteurs à n’irriguer qu’une partie de leurs champs, a expliqué Taro, ou même à abandonner l’irrigation.
Pour mieux comprendre comment cette irrigation réduite contribuait aux pertes agricoles dans des conditions de sécheresse, les chercheurs ont ensuite pris en compte les rendements des champs irrigués et non irrigués, ces derniers dépendants uniquement des précipitations. Cette analyse a établi que les rendements étaient encore plus sensibles à des déficits hydriques encore plus faibles, suggérant que le déclin des terres irriguées aggravait les pertes subies sur les parcelles encore irriguées.
Et cela illustre la menace d’emballement que représente lorsque l’épaisseur moyenne d’un aquifère tombe en dessous de certains seuils. Avec un déficit hydrique de 950 millimètres, on estime que la réduction de l’épaisseur d’un aquifère d’environ 330 à 230 pieds initie une perte moyenne d’environ 2,5 boisseaux de maïs par acre, ce que les auteurs appellent une « différence négligeable ». La même diminution absolue, mais de 230 à 130 pieds, a entraîné une perte estimée à 15 boisseaux à l’acre.
« En conséquence, votre résilience au climat diminue rapidement », a déclaré Mieno. « Ainsi, lorsque vous opérez sur un aquifère qui est actuellement très épais, vous êtes relativement en sécurité. Mais il faut gérer cela de manière à ne pas dépasser ce seuil, car à partir de là, tout va en descente.
« Et l’importance des aquifères va certainement augmenter à mesure que le changement climatique progresse à l’avenir. À mesure qu’il fait plus chaud, vous avez généralement besoin de plus d’eau. Cela signifie que vous avez besoin de plus d’irrigation, et que vous allez épuiser l’aquifère encore plus rapidement, et que les choses peuvent empirer. »
Le Nebraska a de la chance, a déclaré Brozović, dans la mesure où il se trouve au-dessus d’un réservoir aussi massif et a mis en place un système de gouvernance conçu pour le conserver à l’échelle locale. Mais la plupart des réglementations se concentrent sur la quantité et le moment où les eaux souterraines doivent être pompées, sans garantir le niveau de saturation de l’aquifère ou la capacité correspondante d’en extraire l’eau.
Brozović a reconnu que convaincre les décideurs politiques d’envisager de réviser ces paramètres maintenant, alors qu’une grande partie de l’État dispose encore de suffisamment d’eau souterraine, est « peut-être difficile à convaincre ». Il espère que la nouvelle étude pourra au moins aider à mettre cette conversation sur la table.
« Une fois que vous avez un problème – une fois que les rendements des puits diminuent déjà et que l’aquifère est vraiment mince – même si vous mettez en place des politiques, vous subissez toujours une grande partie des impacts (négatifs) », a-t-il déclaré. « Il est donc temps de mettre en place des politiques concrètes avant que les choses ne dégénèrent.
« D’abord, il faut comprendre, il faut mesurer, il faut éduquer. Vous devez comprendre ce que vous préservez et pourquoi. Plus vous pouvez fournir de preuves quantitatives expliquant pourquoi cela vaut la peine de se donner la peine de faire tout cela et quels sont les enjeux », a-t-il déclaré, « plus cette conversation est facile. »
Brozović et Mieno sont les auteurs du Eau naturelle étudier avec Timothy Foster de l’Université de Manchester et Shunkei Kakimoto de l’Université du Minnesota. Les chercheurs ont reçu le soutien en partie du ministère américain de l’Agriculture.
