L’histoire Histoire : Utilisation des sédiments lacustres du lac Story pour mieux comprendre les effets interactifs des incendies et du changement climatique sur les changements dans les communautés de chênes et de hêtres dans la région sud des Grands Lacs.
Nora Schlenker parle de son article ‘Effets interactifs du feu et de l’hydroclimat sur la prévalence des communautés de chênes et de hêtres dans la région sud des Grands Lacs.‘
Arrière-plan
Chaque année, le pollen des plantes terrestres tombe et nous fait éternuer. Mais à mesure que le pollen se pose à la surface des lacs et se dépose dans les sédiments du fond des lacs, il fournit également un enregistrement continu des plantes qui ont poussé autour de ce lac et des changements dans la composition de la communauté végétale, décennie après décennie, sur des milliers d’années. Cette perspective écologique temporelle peut fournir le contexte des transformations forestières du passé pour mieux comprendre comment les forêts pourraient changer à l’avenir face à la hausse des températures, à l’augmentation de la variabilité hydroclimatique et à l’évolution des régimes de feux. Des travaux antérieurs ont montré que les forêts de la région des Grands Lacs, qui semblent aujourd’hui stables, ont été étonnamment dynamiques au cours des 10 000 dernières années.
Notre étude
Dans cette étude, nous avons étudié les causes des conversions rapides des écosystèmes dans les forêts tempérées mésiques de la région méridionale des Grands Lacs grâce à un nouvel enregistrement sédimentaire multi-proxy de 8 000 ans provenant du lac Story, dans le nord de l’Indiana. Story Lake est un endroit idéal pour comprendre les transitions écosystémiques car, avant la colonisation euro-américaine, la végétation environnante était une mosaïque de prairies, de forêts/bois dominées par les chênes et de forêts de feuillus américains dominées par les hêtres. Notre nouveau record comprend des approximations pour la composition de la végétation, basées sur le comptage de l’abondance de différents taxons de pollen, l’historique des incendies, basé sur le comptage macroscopique du charbon de bois, et les changements hydroclimatiques issus de la reconstruction du niveau du lac et de l’analyse isotopique des grains de pollen qui indiquent des changements dans l’efficacité intrinsèque de l’utilisation de l’eau. (iWUE) de hêtres. Ces proxys provenaient des mêmes sédiments, ce qui nous a permis de tester des hypothèses sur le calendrier relatif des changements rapides de végétation et les facteurs potentiels. Nous avons également étudié d’autres sites à proximité pour évaluer si les changements rapides de végétation étaient localisés ou synchronisés dans la région sud des Grands Lacs.
Nos découvertes
Ce nouveau record a révélé que ces écosystèmes terrestres étaient très dynamiques, avec une sensibilité changeante au feu et au climat. Il y a 8 000 à 4 600 ans, les populations de hêtres se sont développées pour la première fois dans le cadre du réchauffement post-glaciaire et de l’expansion de leur aire de répartition. Les forêts de hêtres et de feuillus ont ensuite connu un déclin en deux étapes, il y a 5 000 et 4 600 ans. Ces déclins correspondent étroitement à une intensification du régime des incendies et à de brèves périodes d’augmentation de l’iWUE, ce qui indique probablement un stress hydrique chez le hêtre. Il y a 4 600 à 3 700 ans, les forêts de chênes prédominaient avec un régime de feux actif mais de faible intensité, indiquant un fort couplage feu-végétation.
Il y a environ 3 700 ans, l’activité des incendies a brusquement diminué en même temps que la disponibilité en eau augmentait (et que l’iWUE diminuait), ce qui suggère une régulation directe du régime des incendies par le climat. À mesure que l’activité des incendies diminuait, les abondances de caryers augmentaient, suggérant une première étape de remplissage des forêts de chênes et d’établissement de forêts de chênes et de caryers. Les forêts de hêtres et de feuillus se sont rapidement rétablies il y a 2 800 ans, environ 400 ans après la cessation du régime des incendies. Ce long délai suggère que certaines transitions abruptes des écosystèmes peuvent se produire des siècles après l’événement déclencheur initial. Les forêts de hêtres et de feuillus sont ensuite restées stables jusqu’à la colonisation européenne-américaine malgré d’importantes fluctuations de l’iWUE du hêtre, suggérant l’établissement d’un nouvel état stable et une boucle de rétroaction négative stabilisatrice dans laquelle de fortes abondances de hêtres créent des microclimats humides augmentant la résilience des forêts de hêtres et de feuillus à la variabilité hydroclimatique.
Les abondances de hêtres sur tous les sites du nord de l’Indiana montrent de grandes variations, ce qui suggère que ces systèmes étaient très dynamiques avant la colonisation européenne-américaine. Cependant, le moment varie : les abondances de hêtres sur d’autres sites proches du lac Story (dans un rayon de 15 km) sont toutes similaires, mais le moment du déclin abrupt du hêtre au lac Spicer, plus distal (120 km à l’ouest, près du lac Michigan), est différent. Ceci suggère que les interactions à l’échelle locale et paysagère entre la végétation, le régime des incendies et le climat sont les principaux moteurs du changement de végétation dans ces mosaïques de hêtres, de chênes et de prairies du nord de l’Indiana.
Interprétation
Nos résultats suggèrent donc que les rétroactions incendie-sécheresse-végétation sont une source de risque sous-estimée pour les forêts de la région des Grands Lacs, la hausse des températures et les futures sécheresses pouvant potentiellement affecter considérablement les populations de hêtres en déclenchant davantage d’incendies et en favorisant les forêts de chênes, comme on le voit. à Story Lake pendant l’Holocène. En outre, la maladie de l’écorce du hêtre introduite constitue une menace majeure pour le hêtre américain, et les changements dans la charge de combustible provoqués par un siècle de suppression des incendies et de fragmentation de l’utilisation des terres pourraient conduire à de nouvelles interactions complexes entre la variabilité climatique, le régime de perturbation et la dynamique forestière dans le monde. région du sud des Grands Lacs au cours du 21St siècle.