Si vous êtes un jardinier passionné, vous avez peut-être pensé à la mousse de tourbe – décomposée Sphaigne mousse qui aide à retenir l’humidité dans le sol – pour améliorer le mélange de sol de votre maison. Et tandis que le terreau peut aider les plantes à prospérer, c’est aussi un élément clé des tourbières : des zones humides caractérisées par une épaisse couche de tourbe saturée d’eau et riche en carbone sous les plantes vivantes. Sphaigne mousse, arbres et autres végétaux.
Ces écosystèmes ne couvrent que 3% de la superficie terrestre de la Terre, mais « les tourbières stockent plus d’un tiers de tout le carbone du sol de la planète », explique Joel Kostka, professeur et directeur associé de recherche à l’École des sciences biologiques de Georgia Tech.
Ce stockage de carbone est assuré en grande partie par les microbes. Deux processus microbiens en particulier – la fixation de l’azote et l’oxydation du méthane – trouvent un équilibre délicat, travaillant ensemble pour donner Sphaigneaccès des mousses aux éléments nutritifs essentiels dans les tourbières appauvries en éléments nutritifs.
Le couplage de ces deux processus est souvent qualifié de « chaînon manquant » du cycle des éléments nutritifs dans les tourbières. Pourtant, la façon dont ces processus répondront aux changements climatiques le long des latitudes nord n’est pas claire.
« Il existe des tourbières tropicales, mais la majorité des tourbières se trouvent dans des environnements nordiques. » note Caitlin Petro, une chercheuse qui travaille avec Kostka en sciences biologiques à Tech. « Et ceux-ci vont être plus durement touchés par le changement climatique. »
Kostka et Petro ont récemment mené une étude collaborative pour étudier comment ce type d’écosystème critique (et le « chaînon manquant » des processus microbiens qui le soutiennent) peut réagir à l’augmentation de la température et des niveaux de dioxyde de carbone qui devraient accompagner le changement climatique. L’équipe, qui comprend également des chercheurs de l’Oak Ridge National Laboratory (ORNL), de la Florida State University et de l’Université du Tennessee à Knoxville, vient de publier ses travaux dans la revue scientifique Biologie du changement global.
En testant les effets de l’augmentation de la température et du dioxyde de carbone sur la croissance des Sphaigne mousse, son microbiome associé et la santé globale de l’écosystème, Kostka et Petro affirment que les modèles informatiques seront mieux équipés pour prédire les effets du changement climatique.
« En fin de compte », a ajouté Kostka, « nous espérons que les résultats pourront être utilisés par les gestionnaires de l’environnement et les gouvernements pour gérer de manière adaptative ou géo-ingénierie les tourbières afin de prospérer dans un monde plus chaud. »
Augmenter la chaleur
Pour voir comment les tourbières du Nord réagiront au changement climatique, l’équipe, qui comprenait également la professeure agrégée de l’École des sciences de la Terre et de l’atmosphère Jennifer Glass, s’est tournée vers l’expérience ORNL Spruce and Peatland Responses Under Changing Environments (SPRUCE) – un laboratoire de terrain unique en nord du Minnesota où l’équipe réchauffe les tourbières et modifie expérimentalement la quantité de dioxyde de carbone dans l’atmosphère.
À partir de 2016, l’équipe a exposé différentes parties des tourbières expérimentales de SPRUCE à un gradient de températures plus élevées allant d’une augmentation de 0 °C à 9 °C, capturant l’augmentation prévue de 4 °C à 6 °C par les modèles du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat. dans les régions du nord d’ici 2100.
La réaction de la mousse a été significative. Bien que près de 100 % de la surface de la tourbière était recouverte de mousse au début de l’expérience, la couverture de mousse diminuait à chaque augmentation de température, chutant à moins de 15 % dans les conditions les plus chaudes.
De manière critique, les deux processus microbiens qui étaient auparavant liés de manière cohérente se sont désynchronisés à des températures plus élevées.
« Les tourbières sont extrêmement pauvres en nutriments et la fixation microbienne de l’azote représente un apport majeur d’azote à l’écosystème », a expliqué Kostka. La fixation de l’azote est le processus de transformation de l’azote atmosphérique en un composé organique que la mousse peut utiliser pour la photosynthèse, tandis que l’oxydation du méthane permet à la mousse d’utiliser le méthane libéré par la décomposition de la tourbe comme énergie. « L’oxydation du méthane agit pour alimenter la fixation de l’azote tout en piégeant un gaz à effet de serre très important avant qu’il ne soit rejeté dans l’atmosphère. Cette étude montre que ces deux processus, qui sont catalysés par le Sphaigne microbiome, se déconnecte à mesure que la mousse meurt. »
« Ces processus qui se produisent ensemble sont vraiment importants pour la communauté », a expliqué Petro. Pourtant, de nombreux microbes capables à la fois de fixer l’azote et d’oxyder le méthane étaient absents des mousses collectées dans des enceintes à température plus élevée. Et tandis que les niveaux élevés de dioxyde de carbone semblaient compenser certains des changements dans le cycle de l’azote causés par le réchauffement, le découplage de ces processus demeurait.
« Ces traitements modifient un microbiome végétal assez bien défini et cohérent que nous trouvons dans de nombreux environnements différents, et qui a cette fonction cohérente », a expliqué Petro. « C’est comme un changement fonctionnel complet dans la communauté. »
Bien qu’il ne soit pas clair lequel de ces changements – la mort de la mousse ou l’activité microbienne altérée – est à l’origine de l’autre, il est clair qu’avec des températures plus chaudes et des niveaux de dioxyde de carbone plus élevés, une cascade de résultats imprévisibles pour les tourbières s’ensuit.
« En plus des effets directs du réchauffement climatique sur la fonction de l’écosystème », ajoute Petro, « cela introduira également tous ces effets indirects qui auront un impact sur les tourbières d’une manière que nous n’avions pas prévue auparavant. »