La capacité du sol à retenir l’eau sera essentielle pour déterminer dans quelle mesure les fermes de certaines régions des États-Unis gèrent le problème du stress thermique prolongé dû au changement climatique, selon une nouvelle étude. Le journal Frontières des systèmes alimentaires durables a publié la découverte, basée sur des analyses de 30 ans de données sur quatre principales cultures américaines : le maïs, le soja, le coton et le blé.
« En même temps que les agriculteurs sont confrontés à des événements météorologiques plus extrêmes causés par le changement climatique, ils sont confrontés au problème croissant de la dégradation des sols », explique Debjani Sihi, premier auteur de l’étude et professeur adjoint au département des sciences environnementales de l’Université Emory.
Sihi est un biogéochimiste qui étudie les questions environnementales et de durabilité au carrefour du sol, du climat, de la santé et des politiques.
À l’échelle mondiale, selon Sihi et ses co-auteurs, 750 millions de personnes étaient sous-alimentées en 2019 en raison des effets du changement climatique, notamment une baisse de la production alimentaire, des hausses des prix des denrées alimentaires et une concurrence accrue pour la terre et l’eau. Et le problème de la sécurité alimentaire mondiale devrait s’intensifier. Les rendements agricoles mondiaux devraient diminuer de 25 % dans l’ensemble au cours des 25 prochaines années en raison du changement climatique, et pourtant la production alimentaire mondiale devrait doubler d’ici 2050 pour alimenter la croissance prévue de la population humaine.
« Garder un sol sain est un élément clé nécessaire pour s’adapter à la crise climatique », déclare Sihi.
Un sol sain contient des microbes qui fournissent les nutriments nécessaires à la croissance de plantes saines, explique-t-elle, tout en contribuant à rendre les aliments végétaux que nous mangeons plus nutritifs. La présence de ces microbes améliore également la capacité du sol à séquestrer le carbone. Selon l’Organisation des Nations Unies pour l’alimentation et l’agriculture, les 30 premiers centimètres du sol mondial contiennent environ deux fois plus de carbone que l’ensemble de l’atmosphère, ce qui fait du sol le deuxième plus grand puits de carbone naturel après les océans.
La hausse des températures moyennes, cependant, contribue à la baisse de l’humidité du sol dans certaines régions, ce qui peut avoir un impact sur la production agricole tout en dégradant le sol à long terme.
Pour le document actuel, les chercheurs ont cherché à quantifier l’impact à long terme des propriétés du climat et du sol sur les rendements de maïs, de soja, de coton et de blé à travers les États-Unis continentaux. Ils se sont appuyés sur des données au niveau des comtés du département américain de l’Agriculture de 1981 à 2015. Leur ensemble de données contenait les taux de précipitations et l’accumulation des températures quotidiennes moyennes au cours de la saison de croissance d’une culture, appelées degrés-jours de croissance. Les données ont également pris en compte les variations du sol, y compris la capacité de rétention d’eau, la texture de la matière organique (le pourcentage de sable, de limon et d’argile), le pH, la pente, l’érodabilité et la tolérance à la perte de sol.
Les chercheurs ont utilisé une approche d’apprentissage automatique explicable pour évaluer l’impact sur les rendements des cultures de chacune de ces variables climatiques et pédologiques.
Les résultats ont identifié les degrés-jours de croissance comme le facteur climatique le plus important et la capacité de rétention d’eau comme la propriété du sol la plus influente pour la variabilité du rendement des cultures.
« Le message à retenir », déclare Sihi, « est que les agriculteurs des régions confrontées à un stress thermique supplémentaire pour leurs cultures peuvent vouloir se concentrer de manière proactive sur la capacité de rétention d’eau de leur sol ».
Les sols argileux et les sols riches en matières organiques retiennent mieux l’eau que les sols sablonneux, explique-t-elle. Ainsi, les fermes avec un sol sablonneux, ou avec des sols contenant moins de matière organique, peuvent vouloir ajouter plus d’amendements pour améliorer la capacité de rétention d’eau de la terre. Une autre adaptation possible consiste à utiliser plus de paillis pour réduire l’évaporation.
Les chercheurs espèrent que leurs découvertes aideront les agriculteurs, les spécialistes de la gestion des terres et les décideurs politiques dans la prise de décisions liées aux pratiques de gestion durable et à long terme des sols, de l’eau et des cultures.
Debjani Sihi et al, Une approche d’apprentissage automatique explicable a quantifié l’impact à long terme (1981-2015) du climat et des propriétés du sol sur les rendements des principales cultures agricoles dans le CONUS, Frontières des systèmes alimentaires durables (2022). DOI : 10.3389/fsufs.2022.847892