Inge Althuizen, du Centre de recherche norvégien AS (NORCE), discute de son article : Les changements induits par le climat dans les stratégies d’investissement dans les plantes régulent le cycle du carbone des écosystèmes dans les prairies alpines
Les écosystèmes alpins fournissent une diversité de services écosystémiques, notamment le stockage du carbone. Ces écosystèmes froids et le carbone qui y est stocké sont particulièrement sensibles au changement climatique. Mais quels sont les mécanismes qui sous-tendent l’échange de carbone, l’absorption et la libération du carbone, et comment sont-ils affectés par le changement climatique ? Dans notre étude, nous avons approfondi ces questions en démêlant les différentes voies par lesquelles le changement climatique peut affecter les échanges de carbone dans les écosystèmes.
Grille climatique du Vestland
Pour nos recherches, nous avons utilisé le paysage des fjords de l’ouest de la Norvège comme laboratoire du changement climatique, car il couvre un large éventail de variations bioclimatiques à l’échelle régionale. Ici, douze prairies semi-naturelles ont été sélectionnées pour représenter différentes conditions climatiques, représentant trois niveaux de température (alpin, subalpin, boréal), chaque niveau augmentant d’environ 2 degrés Celsius la température moyenne de la saison de croissance – reproduits à quatre niveaux de précipitations (chaque niveau augmentant d’environ 700 mm les précipitations annuelles moyennes). À l’aide de cette grille climatique, nous avons étudié comment différentes conditions climatiques façonnent les communautés végétales et pourraient affecter le fonctionnement des écosystèmes.
Sur chaque site, nous avons effectué des mesures approfondies de la composition de la communauté végétale et de l’échange de carbone des écosystèmes afin de capturer l’hétérogénéité biotique et abiotique locale au sein des sites. Nous avons mesuré l’échange de carbone dans l’écosystème à l’aide d’une méthode de chambre statique, dans laquelle une chambre en plexiglas transparent connectée à un analyseur de gaz infrarouge est utilisée pour mesurer le changement de CO.2 concentration au fil du temps pour estimer l’absorption du carbone (productivité primaire brute : GPP) et la libération du carbone (respiration de l’écosystème : Reco). Nous avons également collecté des traits fonctionnels des plantes locales pour tenir compte à la fois du renouvellement des espèces et de la variation des traits au sein des espèces connaissant différentes conditions climatiques (variabilité intraspécifique ; ITV). Nous avons ensuite combiné ces données pour évaluer l’impact du climat sur le cycle du carbone dans ces prairies.
Voies du changement climatique
La première voie par laquelle le climat peut affecter les échanges de carbone dans les écosystèmes est la plus évidente. Le rythme de nombreux processus biologiques est limité par la température et la disponibilité de l’eau, et le réchauffement climatique devrait donc augmenter les taux de photosynthèse, de respiration et de décomposition. Nous avons en effet constaté que les sites où les températures estivales sont plus élevées présentaient des taux d’absorption et de libération de carbone plus élevés.
Une deuxième voie s’opère à travers les communautés végétales. Les changements climatiques peuvent favoriser la croissance d’espèces végétales présentant des taux de photosynthèse et de respiration différents. Nous avons constaté que la stratégie d’investissement dans les usines évolue selon nos gradients climatiques. Les communautés végétales des sites plus chauds étaient caractérisées par des espèces hautes à croissance rapide avec des traits de feuilles plus acquisitifs, tandis que les sites plus froids et plus humides avaient des communautés avec des espèces à croissance plus courte et des traits de feuilles plus conservateurs. Nous avons constaté que ce changement de stratégie d’investissement dans les plantes jouait un rôle majeur dans le cycle du carbone des écosystèmes, les communautés végétales ayant des stratégies d’acquisition de ressources ayant des taux d’absorption et de libération de carbone plus élevés. Cet effet médiateur du climat par la communauté végétale était supérieur à l’effet direct de la température.
Deux mécanismes contrastés ont été proposés sur la manière dont la composition de la communauté végétale pourrait réguler le fonctionnement des écosystèmes. L’une se concentre sur les espèces les plus dominantes dans les communautés, arguant qu’elles sont les plus importantes pour le fonctionnement des écosystèmes. Un autre point de vue soutient que la diversité est essentielle, car une communauté plus diversifiée avec des traits complémentaires garantira que la communauté puisse continuer à fonctionner dans un large éventail de conditions environnementales. La grande contribution des traits moyens à l’explication de la variabilité des taux d’échange de carbone dans les écosystèmes selon nos gradients climatiques montre que les espèces dominantes déterminent fortement le cycle du carbone. L’effet négatif de la diversité des traits (dispersion fonctionnelle) a en outre mis en évidence l’importance des traits dominants pour le fonctionnement des écosystèmes.
Implications à court et à long terme pour le bilan carbone
Les régions alpines se réchauffent rapidement, ce qui peut entraîner un renouvellement des espèces et des changements dans les stratégies d’investissement dans les plantes à long terme. Cependant, les effets des changements dans la composition de la végétation se produiront plus lentement que les effets instantanés des changements de température et de précipitations sur les processus biogéochimiques. À court terme, la plus grande sensibilité de la respiration des écosystèmes à la température par rapport à l’absorption du carbone entraînera probablement une augmentation des émissions de carbone dans les prairies alpines en raison du réchauffement climatique. À long terme, le passage de stratégies conservatrices à des stratégies d’investissement dans les usines plus axées sur l’acquisition stimulera à la fois l’absorption et la libération de carbone.