Moins de pollution de l’air conduit à des rendements agricoles plus élevés, selon une étude

Habituellement, l’augmentation de la productivité agricole dépend de l’ajout de quelque chose, comme des engrais ou de l’eau. Une nouvelle étude dirigée par l’Université de Stanford révèle que l’élimination d’une chose en particulier – un polluant atmosphérique commun – pourrait entraîner des gains spectaculaires dans les rendements des cultures. L’analyse, publiée le 1er juin dans Avancées scientifiques, utilise des images satellites pour révéler pour la première fois comment les oxydes d’azote, des gaz présents dans les gaz d’échappement des voitures et les émissions industrielles, affectent la productivité des cultures. Ses conclusions ont des implications importantes pour l’augmentation de la production agricole et l’analyse des coûts et des avantages de l’atténuation du changement climatique dans le monde.

« Les oxydes d’azote sont invisibles pour les humains, mais de nouveaux satellites ont pu les cartographier avec une précision incroyablement élevée. Comme nous pouvons également mesurer la production agricole depuis l’espace, cela a ouvert la possibilité d’améliorer rapidement nos connaissances sur la façon dont ces gaz affectent l’agriculture dans différents pays. régions », a déclaré l’auteur principal de l’étude, David Lobell, directeur Gloria et Richard Kushel du Centre sur la sécurité alimentaire et l’environnement de Stanford.

Un problème NOx-ieux

Les oxydes d’azote, ou NOx, sont parmi les polluants les plus émis dans le monde. Ces gaz peuvent endommager directement les cellules des cultures et les affecter indirectement par leur rôle de précurseurs de la formation d’ozone, une toxine en suspension dans l’air connue pour réduire les rendements des cultures, et des aérosols de particules qui peuvent absorber et disperser la lumière du soleil loin des cultures.

Alors que les scientifiques ont depuis longtemps une compréhension générale du potentiel de dommages des oxydes d’azote, on sait peu de choses sur leurs impacts réels sur la productivité agricole. Les recherches antérieures ont été limitées par un manque de chevauchement entre les stations de surveillance de l’air et les zones agricoles, et les effets confondants de différents polluants, entre autres défis pour l’analyse au sol.

Pour éviter ces limitations, Lobell et ses collègues ont combiné des mesures satellites de la verdeur des cultures et des niveaux de dioxyde d’azote pour 2018-2020. Le dioxyde d’azote est la principale forme de NOx et une bonne mesure du NOx total. Bien que les NOx soient invisibles pour les humains, le dioxyde d’azote a une interaction distincte avec la lumière ultraviolette qui a permis des mesures par satellite du gaz à une résolution spatiale et temporelle beaucoup plus élevée que pour tout autre polluant atmosphérique.

« En plus d’être plus facilement mesurable que d’autres polluants, le dioxyde d’azote a la particularité d’être un polluant primaire, ce qui signifie qu’il est directement émis plutôt que formé dans l’atmosphère », a déclaré la co-auteure de l’étude, Jennifer Burney, professeure agrégée de sciences environnementales. sciences à l’Université de Californie à San Diego. « Cela signifie que relier les émissions aux impacts est beaucoup plus simple que pour d’autres polluants. »

Calcul des impacts sur les cultures

Sur la base de leurs observations, les chercheurs ont estimé que la réduction d’environ la moitié des émissions de NOx dans chaque région améliorerait les rendements d’environ 25 % pour les cultures d’hiver et de 15 % pour les cultures d’été en Chine, près de 10 % pour les cultures d’hiver et d’été en Europe occidentale. et environ 8 % pour les cultures d’été et 6 % pour les cultures d’hiver en Inde. L’Amérique du Nord et l’Amérique du Sud présentaient généralement les expositions aux NOx les plus faibles. Dans l’ensemble, les effets semblaient les plus négatifs pendant les saisons et les endroits où les NOx entraînent probablement la formation d’ozone.

« Les actions que vous prendriez pour réduire les NOx, telles que l’électrification des véhicules, se chevauchent étroitement avec les types de transformations énergétiques nécessaires pour ralentir le changement climatique et améliorer la qualité de l’air local pour la santé humaine », a déclaré Burney. « Le principal enseignement de cette étude est que les avantages agricoles de ces actions pourraient être vraiment substantiels, suffisamment pour aider à relever le défi de nourrir une population croissante. »

Des recherches antérieures de Lobell et Burney ont estimé que les réductions d’ozone, de particules, de dioxyde d’azote et de dioxyde de soufre entre 1999 et 2019 ont contribué à environ 20 % de l’augmentation des gains de rendement du maïs et du soja aux États-Unis au cours de cette période, soit un montant d’environ 5 milliards de dollars par an. an.

Les analyses futures pourraient intégrer d’autres observations satellitaires, y compris l’activité photosynthétique mesurée par fluorescence induite par le soleil, afin de mieux comprendre les effets du dioxyde d’azote sur les différents degrés de sensibilité des cultures au gaz tout au long de la saison de croissance, selon les chercheurs. De même, un examen plus détaillé d’autres polluants, tels que le dioxyde de soufre et l’ammoniac, ainsi que des variables météorologiques, telles que la sécheresse et la chaleur, pourrait aider à expliquer pourquoi le dioxyde d’azote affecte différemment les cultures selon les régions, les années et les saisons.

« C’est vraiment excitant de voir combien de choses différentes peuvent être mesurées à partir de satellites maintenant, dont une grande partie provient de nouveaux satellites européens », a déclaré Stefania Di Tommaso, co-auteure de l’étude et analyste de données de recherche au Centre sur la sécurité alimentaire et l’environnement de Stanford. « Alors que les données continuent de s’améliorer, cela nous pousse vraiment à être plus ambitieux et créatifs en tant que scientifiques dans les types de questions que nous posons. »