Isaac Larsen, professeur de géosciences à l’UMass Amherst, debout sur l’escarpement érosif de Stinson Prairie, Iowa. Crédit : UMass Amherst
De nouvelles recherches menées par l’UMass Amherst montrent que le rythme rapide et insoutenable de l’érosion de la couche arable peut être considérablement réduit grâce aux méthodes d’agriculture sans labour déjà pratiquées.
Le Midwest des États-Unis a perdu 57,6 milliards de tonnes de terre arable à cause des pratiques agricoles au cours des 160 dernières années, et le taux d’érosion, même en suivant les directives du ministère américain de l’agriculture, est encore 25 fois plus élevé que le taux de formation de la terre arable. Pourtant, il ne faut pas désespérer : des chercheurs de l’université du Massachusetts Amherst ont récemment rapporté dans la revue Earth’s Future que l’agriculture sans labour, qui est actuellement pratiquée sur 40 % des terres cultivées dans le Midwest, peut prolonger notre niveau actuel de fertilité des sols pour les siècles à venir. Cela a des répercussions sur tous les domaines, de la sécurité alimentaire à l’atténuation du changement climatique.
La grande majorité des aliments que nous consommons sont cultivés dans la couche arable, cette terre noire riche en carbone qui nourrit tout, des pastèques aux choux de Bruxelles. Ce que la plupart d’entre nous appellent terre arable, les scientifiques l’appellent sol A-horizon, et ces sols A-horizon, dont la fertilité s’est développée au fil des siècles, sont sensibles à l’érosion.
Erosion de la ferme Willis depuis la colonisation européenne. Le brun foncé représente la couche arable riche. Crédit : Jeffrey Kwang
« Lorsque la plupart des gens pensent à l’érosion, ils pensent au vent ou à l’eau », explique Jeffrey Kwang, actuellement chercheur postdoctoral à l’université du Minnesota, qui a effectué cette recherche dans le cadre de ses études postdoctorales au sein du groupe de recherche en géomorphologie d’Isaac Larsen à l’UMass Amherst et qui est l’auteur principal de l’article. « Il s’avère que l’agriculture conventionnelle est le principal facteur d’érosion des sols dans le Midwest américain.
Mais il a été très difficile de déterminer avec précision le taux d’érosion actuel, bien que, comme l’a montré le groupe de recherche en géomorphologie au cours des dernières années, l’érosion des sols dans le grenier à blé des États-Unis est beaucoup plus importante et se produit à un rythme beaucoup plus rapide que ce que l’on soupçonnait jusqu’à présent.
Sommaire
Brève histoire de l’érosion des sols dans le Midwest
Depuis 2021, les membres du groupe de recherche de Larsen, dont Kwang, Evan Thaler, Caroline Quarrier et d’autres, ont innové dans le monde de la science du sol.
L’étude initiale du groupe a montré que plus d’un tiers de la Corn Belt dans le Midwest – près de 30 millions d’acres – a complètement perdu sa couche arable riche en carbone, cette riche couche A-horizon. En outre, l’équipe a montré que l’érosion était probablement due aux pratiques contemporaines de travail du sol, dans lesquelles les charrues sont traînées dans les champs, déplaçant la couche arable des zones les plus élevées vers les zones les plus basses. Malheureusement, les propres évaluations de l’USDA ne tiennent pas compte de l’érosion due au travail du sol, et l’agence est donc passée à côté d’un facteur d’érosion majeur.
Caroline Quarrier (à droite) et Brendon Quirk se préparent à extraire un échantillon de sol de Stinson Prairie, dans l’Iowa. Crédit : Isaac Larsen
Un an plus tard, l’équipe a découvert que le Midwest avait perdu 57,6 milliards de tonnes de sol depuis le début de la culture euro-américaine dans la région, il y a environ 160 ans. Ce taux historique de perte, qui est principalement dû au travail du sol, est presque le double du taux que l’USDA considère comme durable.
Enfin, l’équipe a récemment montré que les sols du Midwest s’érodent entre 10 et 1 000 fois plus vite qu’à l’époque pré-agricole, et que la limite supérieure actuelle de l’USDA en matière d’érosion durable – 1 mm par an – est en moyenne 25 fois plus élevée que ce qui est réellement durable.
Modéliser l’avenir
« Nous avons déjà découvert comment l’histoire de l’érosion aux États-Unis a façonné notre réalité actuelle », explique Isaac Larsen, professeur agrégé de sciences de la terre, de géographie et de climat à UMass Amherst et auteur principal de l’article. « Mais que se passera-t-il à l’avenir ?
Pour cette dernière recherche, Kwang, Larsen et le groupe de recherche en géomorphologie se sont appuyés sur les résultats de leurs travaux antérieurs concernant les taux d’érosion historiques pour prédire les scénarios futurs. Leur première avancée a consisté à déterminer le taux actuel d’érosion des sols due au labourage. Il s’avère que le Midwest perd chaque année 1,1 kilogramme de sol et 12 grammes de carbone organique du sol (SOC) par mètre carré, ce qui dépasse de loin le taux de création de nouvelle couche arable.
Comté de Cerro Gordo, Iowa et détail des fermes individuelles (en médaillon) perte de sol au cours des 160 prochaines années dans le cadre d’un scénario de labour conventionnel. Les zones rouge foncé indiquent une perte de sol de 32,5 cm (12,8 pouces) ; les zones bleues indiquent un gain de 32,5 centimètres. Crédit : Jeffrey Kwang
Mais personne ne sait à quoi ressemblera l’avenir. « Comme nous ne savons pas comment les pratiques agricoles et les politiques changeront, explique M. Larsen, nous avons utilisé le taux d’érosion actuel pour modéliser quelques scénarios futurs différents.
« Nous avons examiné la méthode actuelle de maintien du statu quo, selon laquelle environ 40 % des acres du Midwest américain sont cultivés sans labour, jusqu’à l’adoption de 100 % des méthodes de semis direct. Nous avons ensuite modélisé les taux d’érosion dans chaque scénario pour le siècle à venir », explique M. Kwang.
Leur première conclusion est que, si les pratiques agricoles actuelles des États-Unis restent largement inchangées, environ 8,8 milliards de tonnes de sol et 170 millions de tonnes de carbone organique du sol seront perdus au cours du seul siècle à venir.
Lorsque l’équipe a modélisé l’impact d’un scénario de culture sans labour à 100 %, le tableau est devenu plus rose. Beaucoup plus rose.
« Environ 95 % de l’érosion observée dans le cadre du scénario de maintien du statu quo au cours du siècle prochain serait évitée », explique M. Kwang.
En d’autres termes, les économies réalisées sur les sols sont si importantes que si les États-Unis adoptent aujourd’hui des pratiques de semis direct, il faudra 10 000 ans pour observer le même niveau de perte de sol et de COS que celui qui se produirait en seulement un siècle si nos pratiques agricoles ne changeaient pas.
En outre, le taux de perte diminue avec le temps : plus il y a de sol et de SOC, plus nous les perdons rapidement, et les taux de perte diminuent au fur et à mesure qu’il y a moins à perdre. « Cela signifie qu’il y a une réelle incitation à agir maintenant », dit Kwang, « lorsque nous verrons le plus de bénéfices à long terme ».
Sol et climat
Il n’est pas surprenant que la couche arable soit cruciale pour l’agriculture, mais la plupart des prévisions d’émissions de gaz à effet de serre et des plans d’atténuation du climat doivent également tenir compte de la perte de couche arable, car le sol est le plus grand réservoir de carbone terrestre. Les scientifiques supposent que l’érosion accélérée des sols modifie suffisamment ce réservoir de carbone pour influencer le cycle mondial du carbone. Toutefois, explique M. Kwang, « la plupart des modèles qui étudient les sols et leurs effets sur le climat ne tiennent pas compte du ralentissement des taux d’érosion au fil du temps. Nous devons nous pencher sur cette question si nous voulons nous préparer efficacement à l’avenir et savoir que nous disposons d’un taux qui peut nous aider à prédire ce que sera le climat futur.
Référence : « The Future of Soils in the Midwestern United States » par J. S. Kwang, E. A. Thaler et I. J. Larsen, 25 mai 2023, Earth’s Future.
DOI : 10.1029/2022EF003104