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 à celle du 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 les émissions d’oxyde nitreux (N2O) dans les systèmes agricoles du Midwest américain : la saison de non-croissance.
« Les émissions d’oxyde nitreux des sols agricoles ont principalement été étudiées pendant la saison de croissance. Des recherches antérieures montrent que les émissions de N2O hors saison de croissance peuvent contribuer jusqu’à 70 à 90 % des émissions annuelles certaines années, mais la précision de cette fourchette n’est pas claire pour le Midwest ou quels processus et pratiques de gestion contribuent à ces émissions en automne et en hiver », explique Yufeng Yang, auteur principal de l’étude et étudiant au doctorat à l’U of 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 les émissions de N2O dans le Midwest. Plus précisément, ils ont identifié les facteurs climatiques et environnementaux contribuant aux émissions de N2O, 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 les émissions de N2O 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 d’azote à cet important gaz à effet de serre », déclare 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.
Premièrement, les chercheurs ont découvert que la saison de non-croissance dans le Midwest représentait une large gamme d’émissions annuelles de N2O : 6 à 60 %. La variation pourrait être attribuée à des différences au niveau du comté, avec des niveaux d’émission divergents pour les comtés dans les extrêmes sud-est et nord-ouest de la région.
Pour le contexte, les émissions de N2O du sol 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.
« Un gel plus intensif causé par une baisse de la température de l’air a été le principal moteur de l’augmentation des émissions de N2O hors saison de croissance 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’augmentation du N2O hors saison de croissance. 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 automnale à l’application printanière et l’application d’inhibiteurs de nitrification à l’un ou l’autre moment peuvent réduire considérablement les émissions annuelles de N2O 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’U de I.
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 à l’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 les cultures de couverture et le semis direct, sur les émissions de N2O.
« En fin de compte, nous disposons désormais d’une méthode très précise pour estimer les émissions de N2O 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 des émissions annuelles de N2O, » dit Jin.
L’étude est publiée dans Météorologie agricole et forestière.
Yufeng Yang et al, Des mécanismes moteurs distincts des émissions de N2O hors saison de croissance appellent des stratégies d’atténuation spécifiques à l’espace dans le Midwest américain, Météorologie agricole et forestière (2022). DOI : 10.1016/j.agrformet.2022.109108