Rose Brinkoff et Olivia Vought, Université du Michigan, discutent de leur article : L’impact du réchauffement sur l’absorption de carbone par les écosystèmes en haute saison est influencé par les espèces dominantes dans les sites plus chauds.
Les écosystèmes absorbent et libèrent du carbone. Gaz carbonique (CO2) dans l’atmosphère est absorbé par les plantes par le processus de photosynthèse et libéré par les plantes et le sol par la respiration. L’équilibre entre ces processus détermine la quantité nette de carbone échangée entre l’écosystème et l’atmosphère, appelée échange net de carbone dans l’écosystème (NÉE). Le NEE peut révéler qu’il y a une absorption nette de carbone par l’écosystème (plus de photosynthèse que de respiration) ou une libération nette de carbone (plus de respiration que de photosynthèse).
Les températures mondiales augmentent et le réchauffement des températures tend à entraîner une augmentation de la photosynthèse et de la respiration ; cependant, l’un est souvent plus élevé que l’autre. En effet, d’autres facteurs, comme l’humidité du sol, influencent ces processus. L’interaction du réchauffement et de ces autres facteurs environnementaux rend très difficile la prévision de l’équilibre entre l’absorption et la libération du carbone par les écosystèmes dans un climat en changement.
Le réchauffement affecte non seulement directement l’équilibre entre l’absorption et la libération du carbone, mais entraîne également des modifications de l’aire de répartition géographique des espèces. Cela signifie que dans une zone donnée, l’abondance de certaines espèces végétales augmentera et d’autres diminueront, à mesure que de nouvelles espèces s’installent et que d’autres deviennent moins abondantes ou disparaissent localement. Les taux de photosynthèse et de respiration des espèces, ainsi que les réponses de ces processus au réchauffement des températures, varient considérablement. Ainsi, le remaniement et le réassemblage des communautés végétales ajoutent un autre niveau de complexité à la prévision des flux de carbone des écosystèmes à mesure que le climat se réchauffe.
Pour notre étude dans les montagnes Rocheuses du Colorado, nous avons simulé le réchauffement des températures en installant des chambres transparentes en plastique ouvertes sur la moitié de 32 parcelles 2 x 2. Les chambres fonctionnent de la même manière qu’une serre : le rayonnement solaire entrant pénètre dans la chambre où il est piégé et réfléchi vers les plantes et le sol, réchauffant ainsi la température de l’air intérieur d’environ 1,5 °C. Dans la moitié des parcelles chauffées et la moitié des parcelles non chauffées, nous avons modifié la communauté végétale en supprimant la partie aérienne des espèces dominantes pendant la saison de croissance. Ce modèle expérimental nous a permis de tester les effets du réchauffement et de l’élimination des espèces dominantes, séparément et en combinaison. Nous avons reproduit cette expérience à deux altitudes (~ 2 700 m et 3 500 m).
Chaque année, de 2015 à 2023 (à l’exception de l’année COVID-19 et d’une année où il y a eu une avalanche surprise !), nous avons mesuré le NEE dans chaque parcelle au plus fort de la saison de croissance. Pour mesurer le NEE, nous avons utilisé un analyseur de gaz pour mesurer le taux de changement de la concentration de CO2 à l’intérieur d’une chambre en plastique transparent scellée sur chaque parcelle. Il ne faut pas les confondre avec les chambres chauffantes à toit ouvert ; nous les avons retirés temporairement pour effectuer les mesures. Nous avons également mesuré le NEE avec les chambres recouvertes d’une épaisse couverture noire, ce qui nous permet de mesurer la respiration (pas de lumière = pas de photosynthèse, mais la respiration continue) et de soustraire cela du NEE pour calculer la photosynthèse. Grâce à ces informations, nous avons divisé le flux net de carbone en ses composantes, la photosynthèse et la respiration, révélant davantage les processus qui sous-tendent la réponse du NEE aux traitements que nous avons imposés et aux différentes altitudes.
Sur les sites de basse altitude, nous avons constaté que le réchauffement augmentait l’absorption nette de carbone en augmentant les taux de photosynthèse, mais uniquement dans les parcelles où l’espèce dominante était toujours présente. À l’inverse, la suppression des espèces dominantes a diminué l’absorption nette de carbone (par le biais d’une réduction de la photosynthèse), et cet effet avait tendance à être plus fort dans les parcelles chauffées que dans les parcelles ambiantes. Cela met en évidence le fait que l’effet du réchauffement sur l’absorption du carbone dépend en grande partie de la composition de la communauté végétale, et que les effets directs du réchauffement peuvent interagir avec les effets indirects des changements dans la composition des espèces. Nous n’avons trouvé aucun effet de l’un ou l’autre traitement sur le site à haute altitude. Cela a été une surprise pour nous, car nous nous attendions à ce que le réchauffement ait plus d’effet dans un endroit plus frais que dans un endroit plus chaud. Cependant, nous avons constaté que le site de haute altitude était résilient à la fois au réchauffement et à l’élimination des espèces dominantes.
Un autre résultat intéressant de cette étude est que, certaines années, le site de basse altitude est passé d’une absorption nette à une libération nette de carbone, c’est-à-dire qu’il a émis plus de carbone qu’il n’en a absorbé. Les rejets nets de carbone étaient particulièrement fréquents au cours des années sèches, et pourraient devenir plus fréquents à l’avenir à mesure que la fréquence et la gravité des sécheresses augmentent à travers le monde. Cela a des implications importantes sur le changement climatique car cela crée une boucle de rétroaction positive dans laquelle le réchauffement augmente les émissions de carbone, ce qui à son tour augmente le CO atmosphérique.2 et aggrave l’effet de serre.