Le rôle critique de la phénologie végétale dans la production de biomasse des plantes alpines face au changement climatique |

Miaojun MaStation nationale d’observation et de recherche sur l’écosystème des prairies de Gansu Gannan, Laboratoire clé d’État pour l’amélioration des herbages et les agro-écosystèmes des prairies, Collège d’écologie, Université de Lanzhou, discute de son article : Les réponses phénologiques asynchrones au réchauffement affectent la production de biomasse de manière contrastée dans les groupes fonctionnels en floraison

Arrière-plan

Les changements de phénologie et de productivité des plantes représentent deux des changements climatiques les plus critiques dans les écosystèmes alpins. Des études récentes ont systématiquement rapporté des tendances d’événements phénologiques printaniers précoces, notamment l’émergence des feuilles et la floraison, en réponse au réchauffement climatique. De tels changements dans la phénologie affectent la croissance des plantes et, par conséquent, leur productivité. Le réchauffement conduisant à une croissance de la végétation printanière plus précoce peut soit favoriser la hauteur estivale en augmentant la séquestration du carbone, soit la gêner en consommant des ressources cruciales pour les stades de croissance ultérieurs. Cependant, la réponse de la phénologie des plantes alpines au changement climatique et ses conséquences sur la croissance en hauteur des plantes et la productivité de la biomasse restent floues.

Nous avons examiné les effets du réchauffement et des changements dans les précipitations sur l’émergence des feuilles et la phénologie de reproduction, la hauteur des plantes à différents stades phénologiques, le taux de croissance en hauteur et la production de biomasse entre les groupes fonctionnels de floraison de 2021 à 2023, sur la base d’une expérience de terrain de sept ans avec un réchauffement et une modification des précipitations provenant d’une expérience d’ajout d’azote à long terme à la station nationale d’observation et de recherche de l’écosystème des prairies de Gansu Gannan située dans une prairie alpine. le plateau tibétain oriental.

Hypothèses

Nous avons posé deux questions :

(1) Comment le réchauffement et la modification des précipitations affectent-ils la phénologie des plantes alpines, les modèles de croissance en hauteur et la production de biomasse ?

(2) Les changements phénologiques dans les différents groupes fonctionnels de floraison régulent-ils leur croissance et leur production de biomasse ? Si oui, quels mécanismes sont à l’origine de ces effets régulateurs ?

Principales conclusions

Nous avons constaté que le réchauffement affectait différemment les taux de croissance en hauteur des plantes alpines au cours de leurs stades de reproduction entre les groupes fonctionnels en floraison, et que les réponses asynchrones de la phénologie reproductive au réchauffement entraînaient davantage les effets du réchauffement sur la production de biomasse. Plus précisément, pour les plantes à floraison précoce (ESF), le réchauffement de la phénologie printanière avancée et l’augmentation du taux de croissance en hauteur des plantes entre l’émergence des feuilles et la floraison, mais le taux de croissance en hauteur limité au cours de la période de fructification ultérieure, réduisant ainsi leur production de biomasse. En revanche, pour les plantes à floraison estivale (MSF), le réchauffement a constamment fait progresser les événements phénologiques végétatifs et reproductifs et favorisé le taux de croissance en hauteur des plantes tout au long de la saison de croissance, augmentant finalement la production de biomasse.

Nos résultats suggèrent que le futur réchauffement climatique induira des réponses phénologiques asynchrones parmi les groupes fonctionnels en floraison dans les prairies alpines, ce qui entraînera des effets contrastés sur leur production de biomasse et aura finalement un impact sur la composition spécifique et la stabilité des communautés végétales.

La température et la disponibilité de l’eau sont des facteurs cruciaux de la production de biomasse dans les plantes alpines. Nos résultats soulignent que l’importance relative de ces facteurs spécifiques diffère selon les groupes fonctionnels en floraison. Le réchauffement réduit la biomasse des plantes à fleurs au début du printemps, mais améliore à la fois la hauteur maximale des plantes et la production de biomasse des plantes à fleurs au milieu de l’été. De plus, les effets du réchauffement sur la production de biomasse végétale pour les groupes fonctionnels en floraison ont été médiés par des altérations de l’émergence des feuilles et d’autres événements phénologiques de reproduction.

Conséquences

Dans l’ensemble, la production de biomasse des communautés végétales alpines reste inchangée sous un réchauffement climatique à long terme, au moins en partie en raison des réponses opposées des groupes fonctionnels à floraison précoce et tardive dans leur réponse de production de biomasse au réchauffement. Par conséquent, les études futures devraient considérer le rôle crucial de la phénologie végétale dans la dynamique de croissance des plantes alpines et la production de biomasse, en particulier les différences entre les groupes fonctionnels de floraison.

Nos résultats suggèrent que le réchauffement, directement ou indirectement par une phénologie végétale altérée, diminue la biomasse des plantes à floraison précoce tout en améliorant celle des plantes à floraison tardive. Ces résultats ont plusieurs implications clés. Premièrement, la réponse phénologique et les stratégies de croissance en hauteur varient selon les groupes fonctionnels en floraison dans les prairies alpines. Deuxièmement, le réchauffement a modifié différemment la phénologie et la production de biomasse des plantes de début et de fin de saison, créant potentiellement de nouvelles niches écologiques et permettant l’invasion d’espèces. Troisièmement, les liens complexes entre phénologie et croissance/biomasse soulignent la nécessité d’une compréhension globale du cycle de vie complet dans le contexte du changement climatique. Dans l’ensemble, ces informations enrichissent notre compréhension de la dynamique de croissance des plantes alpines dans le changement climatique, soulignant le rôle crucial des changements phénologiques dans la production de biomasse.

La productivité des plantes est déterminée à la fois par le taux de croissance et par le moment de leur croissance. Cependant, la croissance et la phénologie des plantes sont également influencées par d’autres facteurs environnementaux, tels que la photopériode, la disponibilité des nutriments et l’intensité du pâturage. Ainsi, les recherches futures devraient prendre en compte les effets combinés de multiples facteurs climatiques et anthropiques sur la productivité des plantes alpines. De plus, la phénologie cryptique est de plus en plus reconnue comme étant étroitement liée au cycle du matériel végétal et peut influencer davantage l’accumulation de biomasse végétale. L’intégration du taux de croissance à la phénologie cryptique pourrait ainsi améliorer notre compréhension du fonctionnement des écosystèmes alpins sous le changement climatique.

Pour en savoir plus sur Miaojun Ma, voir les articles précédents ici et ici.