Des dizaines d’études ont démontré que la pollution azotée, due principalement à la combustion de combustibles fossiles et aux pratiques agricoles, entraîne une perte de biodiversité végétale dans le monde entier.
Mais il reste difficile de savoir si l’augmentation des niveaux de dioxyde de carbone, responsable du réchauffement climatique, amplifie ou atténue les pertes de biodiversité induites par l’azote, et reste un sujet peu étudié.
Les résultats récemment publiés d’une étude de terrain écologiquement réaliste sur 24 ans impliquant 108 parcelles expérimentales de prairies dans le Minnesota fournissent une réponse qui n’augure rien de bon pour les efforts de conservation de la biodiversité – du moins pour les prairies.
Au cours des huit dernières années de l’étude, des niveaux expérimentalement élevés de dioxyde de carbone ont presque triplé les pertes d’espèces attribuées à l’application à long terme d’une pollution azotée simulée.
Plus précisément, les parcelles qui ont reçu de l’azote supplémentaire ont vu la richesse en espèces – le nombre d’espèces végétales par parcelle – réduite en moyenne de 7 % aux niveaux ambiants de dioxyde de carbone et de 19 % à des niveaux élevés de dioxyde de carbone.
« Si l’augmentation du dioxyde de carbone exacerbe généralement les impacts négatifs généralisés des dépôts d’azote sur la diversité végétale, comme observé dans notre étude, cela augure mal pour la conservation de la biodiversité des prairies dans le monde entier », a déclaré Peter Reich, écologiste à l’Université du Michigan et auteur principal de l’étude.
« Le maintien de la biodiversité est essentiel car diverses communautés végétales fournissent des services aux humains, tels que la purification de l’eau, les avantages de la pollinisation des cultures, le maintien des sols sains, le ralentissement du changement climatique en stockant le carbone et l’habitat de diverses communautés de papillons, d’oiseaux et de mammifères. »
Les résultats devraient être publiés le 16 octobre dans la revue Nature.
L’azote et le dioxyde de carbone peuvent favoriser la croissance des plantes. Dans l’expérience sur les prairies, appelée BioCON, l’application des deux ressources a stimulé la croissance qui a permis à quelques espèces dominantes d’accaparer la lumière du soleil tout en projetant de l’ombre sur les plantes situées en dessous d’elles, éliminant finalement bon nombre d’entre elles.
C’est un phénomène que les écologistes appellent l’exclusion compétitive.
Ce type de concurrence accrue en matière de lumière est susceptible de se produire dans de nombreuses prairies à travers le monde – entraînant à la fois des gagnants et des perdants – en raison de la disponibilité accrue de dioxyde de carbone et d’azote provenant respectivement des émissions de combustibles fossiles et de la pollution par l’azote, a déclaré Reich.
« Les grandes préoccupations concernant les changements de la biodiversité, y compris ceux dus à la perte d’habitat, au changement du régime des incendies et au changement climatique, doivent être considérées dans le contexte de l’augmentation du dioxyde de carbone et de la variation des dépôts d’azote, qui ont probablement aussi des effets significatifs sur de nombreux écosystèmes », a déclaré Reich, directeur de l’Institut de biologie du changement global à l’École pour l’environnement et la durabilité de l’UM et professeur au Département des ressources forestières de l’Université du Minnesota.
« Les appels à la préservation et à la restauration de la biodiversité sont déjà à leur paroxysme », a-t-il déclaré. « Nos résultats ne font qu’ajouter à ce refrain. »
L’expérience BioCON a été menée dans la réserve scientifique de l’écosystème de Cedar Creek, dans le centre-est du Minnesota. Jusqu’à 16 espèces de graminées et de plantes herbacées autres que les graminées, y compris les fleurs sauvages) ont été cultivées dans chacune des 108 parcelles de 7 pieds sur 7 pieds de 1998 à 2021.
La moitié des parcelles ont été traitées tout au long de la saison de croissance avec du dioxyde de carbone supplémentaire libéré par des tuyaux verticaux perforés. La moitié d’entre eux ont été fertilisés à l’azote chaque année. Le nombre d’espèces végétales présentes dans chaque parcelle était compté à la fin de chaque été.
Au cours des 10 premières années de l’expérience, des niveaux élevés de dioxyde de carbone ont en fait réduit les pertes d’espèces attribuées à l’enrichissement en azote. Aux niveaux ambiants de dioxyde de carbone, l’azote ajouté a réduit la richesse en espèces de 16 % en moyenne ; à CO élevé2la richesse en espèces a chuté de 8%.
Mais au fil du temps, cette interaction s’est inversée et l’augmentation du dioxyde de carbone a amplifié les pertes de diversité dues à l’enrichissement en azote, triplant presque ces réductions au cours des huit dernières années de l’étude.
Le grand barbon, ou Andropogon gerardii, une herbe haute originaire d’une grande partie des grandes plaines et des régions de prairies du centre et de l’est de l’Amérique du Nord, est progressivement devenue l’espèce la plus dominante. À mesure que son abondance relative augmentait, l’ombrage et la perte d’autres espèces végétales augmentaient également.
Parmi les perdants de l’expérience figuraient l’Amorpha canescens à fleurs violettes, communément appelée plante principale, un membre arbustif de la famille des pois qui préfère le plein soleil, et le Solidago rigida à fleurs jaunes, l’une des espèces de verge d’or que l’on trouve couramment dans les champs herbeux du pays.
Les niveaux de dépôts d’azote restent élevés sur une grande partie du globe, même si les tendances et les impacts diminuent dans certaines régions tandis qu’ils augmentent dans d’autres.
Des études observationnelles et expérimentales antérieures suggèrent que la pollution par l’azote diminue la richesse des communautés végétales jusqu’à 20 à 30 % dans les écosystèmes de plantes herbacées sur plusieurs continents. Les plantes herbacées ne produisent pas de tige ligneuse et comprennent les graminées, les plantes herbacées et les fougères.
La réserve scientifique de l’écosystème de Cedar Creek appartient et est exploitée par l’Université du Minnesota. L’expérience BioCON, qui dure 24 ans, est l’étude la plus longue (de plus d’une décennie) visant à examiner comment les interactions entre le CO et2 et l’azote affectent la diversité des espèces dans les prairies.