Les estuaires feront face à des charges de nutriments plus élevées à l'avenir

Dec 20, 2023

Une nouvelle étude révèle que la côte atlantique et la côte est du golfe des États-Unis connaîtront probablement des augmentations significatives de la charge en nutriments au cours des prochaines décennies, exposant ces zones à un risque accru de prolifération d'algues nuisibles.

Les charges de nutriments sont intéressantes en grande partie parce qu'elles sont les principaux contributeurs à la prolifération d'algues, qui présentent des risques pour la santé humaine et l'environnement.

Selon le type d'algues, les efflorescences peuvent produire des toxines qui nuisent à la fois à la vie humaine et animale. Les proliférations d'algues contribuent également aux «zones mortes», où il y a peu d'oxygène dans l'eau pour soutenir un écosystème sain. De plus, les efflorescences algales peuvent également augmenter les coûts de traitement de l'eau potable et pour les secteurs industriels qui dépendent de l'eau propre. Et le risque de prolifération d'algues augmente en raison du réchauffement des températures, lié au changement climatique mondial.

"Nous connaissons l'importance des charges de nutriments pour la santé des écosystèmes, nous avons donc voulu évaluer les estuaires dans les 48 États contigus pour déterminer à quel point ces estuaires sont vulnérables à l'augmentation des charges de nutriments", explique Lise Montefiore, co-auteure correspondante d'un article sur le travail et chercheur postdoctoral à la North Carolina State University. « Essentiellement, notre objectif était d'utiliser la modélisation prédictive pour estimer les charges annuelles moyennes de nutriments pour les estuaires entre les années 2035 et 2065. Nous avons pu effectuer des évaluations de tous les principaux estuaires dans les 48 États inférieurs, à l'exception de l'estuaire du fleuve Mississippi.

"L'un des moteurs de cette étude est qu'une fois qu'un estuaire a des charges élevées en nutriments, il est exceptionnellement difficile de restaurer cet estuaire", déclare Natalie Nelson, co-auteure correspondante de l'étude et professeure adjointe de génie biologique et agricole à NC State. « Il est plus efficace de prévenir les charges élevées en nutriments en premier lieu que de résoudre les problèmes de charge en nutriments une fois qu'ils sont établis. Nous voulions aider les décideurs politiques à identifier les systèmes les plus à risque et qui pourraient bénéficier considérablement des efforts de conservation pour prévenir l'augmentation des charges en nutriments.

Pour l'étude, les chercheurs se sont appuyés à la fois sur des données historiques et sur des recherches existantes qui prédisaient l'utilisation des terres et les conditions climatiques pour la partie continentale des États-Unis entre 2035 et 2065. Ces données ont ensuite été incorporées dans un modèle qui a prédit les charges annuelles moyennes d'azote et de phosphore pour 112 estuaires dans les 48 États inférieurs.

Les chercheurs ont appliqué le modèle aux périodes couvrant les années 1990-2020 et 2035-2065.

"Notre objectif avec cette modélisation n'était pas d'identifier quelles seraient les charges de nutriments spécifiques pour un estuaire donné - ce modèle n'est pas conçu pour fournir ce niveau de détail", a déclaré Nelson. "Au contraire, notre objectif était d'identifier les estuaires les plus susceptibles de connaître les plus fortes augmentations des charges de nutriments. C'est quelque chose que ce modèle peut bien faire."

"Nous avons constaté que presque tous les estuaires verront des augmentations des charges de nutriments", explique Montefiore. "Mais les plus fortes augmentations semblent se produire dans la région de l'Atlantique Nord - qui s'étend de la Nouvelle-Angleterre à la Virginie - les plus fortes augmentations se produisant dans les régions côtières au nord de la baie de Chesapeake."

Pour aider à replacer les résultats de la modélisation dans leur contexte, les chercheurs ont également évalué la sensibilité de chaque estuaire à l'augmentation des charges de nutriments. Les chercheurs se sont appuyés sur les recherches existantes pour classer les estuaires en fonction de la mesure dans laquelle leurs conditions sont susceptibles de se détériorer si leurs charges en nutriments augmentaient.

Les chercheurs ont également évalué la "capacité d'adaptation" de chaque estuaire, en tenant essentiellement compte des ressources disponibles dans chaque estuaire que les autorités pourraient utiliser pour traiter les charges de nutriments de manière significative. Ces facteurs comprenaient des éléments tels que les lois et réglementations des États, la disponibilité des données de surveillance et la quantité de zones humides dans l'estuaire. Plus il y a de ressources disponibles, plus le score de capacité d'adaptation de l'estuaire est élevé.

"La prise en compte de la sensibilité, de la capacité d'adaptation et des augmentations prévues des charges de nutriments offre une évaluation plus complexe - et plus complète - des estuaires les plus vulnérables", a déclaré Nelson.

"Par exemple, la région de l'Atlantique Nord connaîtra probablement la plus forte augmentation des charges de nutriments", déclare Montefiore. "Cependant, les estuaires de la région de l'Atlantique Nord ont également une grande capacité d'adaptation. En conséquence, la région dispose de plus de ressources que de nombreuses autres régions qui pourraient être utilisées pour réduire l'augmentation prévue de la charge en éléments nutritifs, si les autorités de la région choisissent d'agir. "

"En outre, de nombreux estuaires de l'Atlantique Nord ont déjà des charges élevées en nutriments - il n'est donc pas clair si une nouvelle augmentation aurait un impact significatif", a déclaré Nelson.

Cependant, cette évaluation globale met également en évidence la vulnérabilité des estuaires sur la côte sud de l'Atlantique et le long de la côte orientale du golfe du Mexique.

"Notre modélisation suggère que ces régions verront des augmentations significatives des charges de nutriments, et plusieurs États de ces régions ont une capacité d'adaptation relativement faible", explique Montefiore.

"Cela étant dit, tous les États de l'Atlantique Sud et de l'est du Golfe possèdent d'importantes zones humides, qui peuvent constituer une ressource naturelle précieuse pour réduire les charges de nutriments", déclare Nelson. "Si ces États choisissent d'agir et de conserver les zones humides, ils pourront peut-être atténuer l'augmentation prévue des charges de nutriments."

"L'un des principaux enseignements de ce travail est que l'utilisation des terres joue un rôle majeur dans les charges de nutriments - peut-être plus que ce que beaucoup de gens pourraient imaginer, par rapport au changement climatique", déclare Montefiore. "Les autorités nationales et régionales ont une capacité limitée à influencer le changement climatique, mais elles ont le pouvoir de contrôler les décisions d'utilisation des terres. Cela signifie qu'elles sont en mesure d'aider à limiter les futures charges de nutriments et à protéger leurs ressources en eau."

L'article, "Vulnerability of Estuarine Systems in the Contiguous United States to Water Quality Change Under Future Climate and Land Use", est publié en libre accès dans la revue Earth's Future. Le document a été co-écrit par Adam Terando, chercheur scientifique à l'US Geological Survey (USGS) et membre auxiliaire du corps professoral de NC State; et par Michelle Staudinger, écologiste à l'USGS et membre auxiliaire du corps professoral de l'Université du Massachusetts à Amherst.

Le travail a été réalisé avec le soutien du US Geological Survey Southeast Climate Adaptation Science Center ; une bourse Science to Action du National Climate Adaptation Science Center sous le numéro de subvention G18AC00336 ; une bourse de recherche en début de carrière du programme de recherche du Golfe des académies nationales des sciences, de l'ingénierie et de la médecine ; et le projet Hatch 1016068 du National Institute of Food and Agriculture du Département américain de l'agriculture.

-navire-

Remarque aux rédacteurs :Le résumé de l'étude suit.

"Vulnérabilité des systèmes estuariens des États-Unis contigus au changement de la qualité de l'eau dans le cadre du climat futur et de l'utilisation des terres"

Auteurs : LR Montefiore et NG Nelson, North Carolina State University ; MD Staudinger, US Geological Survey et Université du Massachusetts Amherst ; A. Terando, US Geological Survey et North Carolina State University

Publié: 23 février, Earth's Future

DOI : 10.1029/2022EF002884

Abstrait: On s'attend à ce que les changements du climat et de l'utilisation des terres et de la couverture des terres (LULC) influencent le ruissellement des eaux de surface et les caractéristiques des éléments nutritifs des bassins versants estuariens, mais la mesure dans laquelle les estuaires sont vulnérables à la modification de la charge en éléments nutritifs dans les conditions futures est mal comprise. Le présent travail vise à combler cette lacune grâce à l'élaboration d'un nouveau cadre d'évaluation de la vulnérabilité qui tient compte (a) de l'exposition des estuaires aux changements projetés des charges d'azote total (TN) et de phosphore total (TP) en fonction de LULC et du changement climatique selon plusieurs scénarios, (b) sensibilité et (c) capacité d'adaptation. Le cadre a été appliqué à 112 estuaires et à leurs bassins hydrographiques contributifs à travers les États-Unis contigus, spécifiquement pour examiner la variabilité régionale de la vulnérabilité des estuaires à la charge en éléments nutritifs. Les résultats de l'étude ont révélé que les augmentations les plus importantes des charges de nutriments dans les estuaires sont attendues dans les régions de l'Atlantique Nord et Sud et dans l'est du golfe du Mexique, tandis que les augmentations les plus faibles sont attendues dans les régions du Pacifique Nord et Sud et dans l'ouest du golfe du Mexique. Cependant, l'Atlantique Nord et le Pacifique Sud avaient la capacité d'adaptation la plus élevée, ce qui pourrait potentiellement contrecarrer les effets de LULC et du changement climatique sur les charges de nutriments. Une forte variation des charges estuariennes prévues en éléments nutritifs a été observée en fonction des projections des modèles climatiques, tandis que les changements projetés de LULC étaient plus systématiquement associés à des charges élevées. Nos résultats illustrent les avantages de l'intégration des facteurs naturels et socio-écologiques pour identifier les opportunités de développer des plans et des politiques d'adaptation pour atténuer la dégradation écologique dans les estuaires d'importance vitale.