Des chercheurs mettent en lumière la résilience des rivières face aux inondations

La professeure adjointe Joanna Blaszczak et la chercheuse postdoctorale Heili Lowman, toutes deux du Collège d’agriculture, de biotechnologie et de ressources naturelles et du Global Water Center de l’Université, ont dirigé la recherche, qui a été publiée dans deux articles de revues distincts. Les travaux préliminaires, dirigés par Blaszczak et publiés dans Ecology Letters en juin dernier, ont d’abord étudié six rivières et jeté les bases et la méthodologie de la deuxième étude, que Blaszczak a engagé Lowman pour mener, examinant les 143 rivières. Les résultats de cette recherche ont été publiés le mois dernier dans PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences).

La recherche est unique car elle estime les changements de biomasse dans les rivières plus fréquemment que jamais sans avoir besoin d’échantillonner directement les rivières. Cela se fait en utilisant à la fois les données des capteurs d’oxygène placés dans les rivières par l’US Geological Survey et un modèle de population de biomasse algale et végétale – similaire à un modèle de population humaine qui modélise l’évolution du nombre de personnes au fil du temps, mais modélise plutôt le changement dans la quantité d’algues et de plantes. Les capteurs d’oxygène ont commencé à collecter des données en 2007, et l’étude la plus récente menée par le Nevada sur 143 rivières comprend des données qui s’étalent sur neuf années consécutives, parmi les enregistrements de ce type les plus longs jamais enregistrés pour les rivières du monde entier.

« Auparavant, il fallait se rendre dans une rivière et frotter les roches pour mesurer les algues, et le faire plusieurs fois pendant une période prolongée afin d’estimer les changements dans la croissance et la perte de biomasse », a déclaré Blaszczak. « Cela prend beaucoup de temps, les données sont donc extrêmement limitées par rapport à l’étendue de nos réseaux de capteurs. »

Blaszczak a déclaré qu’avec les capteurs d’oxygène qui prennent des données toutes les cinq minutes, l’équipe a découvert qu’elle pouvait utiliser des modèles statistiques pour extraire la quantité de photosynthèse qui se produit quotidiennement et estimer les changements quotidiens de la quantité de biomasse dans une rivière au fil du temps.

« Les capteurs d’oxygène dissous affichent le pic pendant la journée et le minimum pendant la nuit, et à partir de ces modèles, vous pouvez estimer la quantité de nouvelles algues et autres biomasses qui ont poussé ce jour-là », a-t-elle déclaré. « Grâce aux capteurs mesurant continuellement les données dans des centaines de rivières depuis des années, nous pouvons obtenir une image beaucoup plus grande et plus claire. Les données sont là et nous pouvons les utiliser pour modéliser l’ampleur de la crue nécessaire pour perturber la biomasse d’une rivière », ainsi que la vitesse à laquelle une rivière se remet des perturbations causées par les crues, ce qui peut nous aider à gérer les rivières plus efficacement. »

Commencer

Dans la première étude, Blaszczak a utilisé deux années de données provenant de capteurs d’oxygène placés dans six rivières. Elle a découvert qu’elle pouvait utiliser avec succès ces données pour modéliser le seuil de crue spécifique à une rivière perturbant la biomasse sous-jacente, et que généralement, l’ampleur de la crue nécessaire pour perturber la biomasse et réduire la productivité de l’écosystème était inférieure au seuil de débit perturbateur nécessaire pour mobiliser. sédiments du lit des rivières, une mesure de perturbation couramment utilisée par ceux qui étudient les rivières. En d’autres termes, au lieu d’estimer la perturbation de la rivière par le mouvement des roches sur le lit de la rivière, cette étude a utilisé la biologie — les changements dans la croissance des algues et des plantes — pour quantifier la perturbation de la rivière et a constaté que les effets biologiques le seuil de perturbation était inférieur.

« La quantité de biomasse est importante pour la qualité de l’eau et constitue une source de nourriture pour tout ce qui vit dans une rivière », a expliqué Blaszczak, « elle est donc plus importante que le mouvement des roches, en ce qui concerne la manière dont un écosystème fluvial est affecté par une perturbation ».

Blaszczak, écologiste d’eau douce, a commencé ce travail avec Robert O. Hall Jr. de la station biologique du lac Flathead à l’Université du Montana et a fait appel à son collègue, le professeur adjoint Robert Shriver, écologiste végétal, pour les deux projets de recherche visant à compléter le modélisation de la croissance de la biomasse. Blaszczak, Shriver et Lowman mènent tous des recherches au sein du Département des ressources naturelles et des sciences de l’environnement du Collège, ainsi que de l’unité de recherche de la Station expérimentale du Collège. Les professeurs du Collège adoptent souvent des approches interdisciplinaires pour relever les défis de la recherche, a déclaré Blaszczak.

Expansion à l’échelle continentale

Blaszczak souhaitait aller plus loin en appliquant cette approche à davantage de rivières sur une période plus longue afin de faire la lumière sur la manière dont divers facteurs peuvent influencer à la fois les seuils de perturbation des crues d’une rivière et sa résilience aux inondations. Ainsi, elle a recruté Lowman pour se lancer dans la deuxième étude, plus approfondie. Les recherches de Lowman ont examiné les caractéristiques du paysage et des rivières qui affectaient la résilience des rivières aux inondations.

« Nous n’avons jamais eu une aussi grande compréhension de la résilience des rivières, et grâce à la quantité de données et à notre modélisation, nous comprenons maintenant la variation naturelle de la résilience et que les rivières les plus larges sans barrages en amont se rétablissent le plus rapidement », a déclaré Lowman. dit.

Le fait que les larges rivières sans barrages se rétablissent plus rapidement que les larges rivières avec barrages en amont n’était pas immédiatement évident, a-t-elle déclaré, et constitue un exemple de la manière dont les rivières peuvent être affectées et/ou gérées par nos actions. La plupart des rivières étudiées par Lowman disposaient de données sur trois à quatre ans, certaines jusqu’à neuf ans et une poignée moins d’un an.

« Disposer de données sur trois à quatre ans, c’est bien plus que ce que nous avons jamais pu utiliser auparavant », a déclaré Lowman. « Et nous avons utilisé des rivières de différentes tailles avec des climats et des caractéristiques terrestres variés. »

Outre que les rivières plus larges sans barrages sont plus résilientes, Lowman a déclaré que les rivières qui connaissaient des crues plus fréquentes avaient également tendance à se rétablir plus rapidement.

« Il se pourrait qu’ils aient eu une longue histoire d’inondations fréquentes, de sorte que leurs communautés d’algues et de plantes aient développé la capacité de s’adapter à des perturbations plus fréquentes », a-t-elle déclaré.

Dans l’ensemble, Lowman a déclaré que les résultats du nouveau modèle sont cohérents avec d’autres approches précédentes. Mais elle a ajouté que certains sites ont mis beaucoup plus de temps, un mois ou plus, à se remettre des inondations que d’autres, quelle que soit la taille de la rivière.

« Cela pourrait être la composition des communautés d’algues et de plantes, la structure du lit de la rivière ou d’autres facteurs », a-t-elle déclaré. « Les seuils et les temps de récupération dépendent très probablement en partie de la pente, de la granulométrie des sédiments et éventuellement d’autres facteurs qui ne sont pas aussi bien documentés. Ce sont les prochaines étapes des recherches futures. »

Parmi les autres chercheurs qui ont contribué aux deux études, outre les trois chercheurs du Nevada et Hall, figurent, pour la première étude, Charles B. Yackulic du Southwest Biological Science Center de l’US Geological Survey ; et pour la deuxième étude, Yackulic, Judson W. Harvey et Philip Savoy de la Division des processus du système terrestre de l’US Geological Survey.