Dans les environnements froids et difficiles, la sécheresse peut en fait profiter aux arbres en prolongeant la saison de croissance

Contrairement aux attentes, une sécheresse record peut parfois augmenter la croissance des arbres. Pourquoi et où cela se produit fait l’objet d’un nouvel article dans Biologie du changement global.

Une équipe de scientifiques dirigée par Joan Dudney de l’UC Santa Barbara a examiné la réponse à la sécheresse du pin à écorce blanche en voie de disparition au cours du siècle dernier. Ils ont découvert que dans les environnements froids et difficiles – souvent à des altitudes et latitudes élevées – la sécheresse peut en fait profiter aux arbres en prolongeant la saison de croissance. Cette recherche fournit des informations sur les endroits où les menaces de sécheresse extrême seront les plus importantes et sur la manière dont les différentes espèces et écosystèmes réagiront au changement climatique.

De nombreux facteurs peuvent limiter la croissance des arbres, notamment la température, la lumière du soleil et la disponibilité de l’eau et des nutriments. Le seuil entre systèmes limités en énergie et limités en eau s’avère particulièrement important. Les arbres qui essaient de pousser à des températures excessivement froides – souvent des systèmes à énergie limitée – peuvent mourir de froid. D’un autre côté, trop peu d’eau peut aussi tuer un arbre, en particulier dans les systèmes à eau limitée. Au fil du temps, de nombreuses espèces d’arbres se sont adaptées à ces conditions extrêmes et leurs réponses sont globalement similaires. Ils réduisent souvent les activités liées à la croissance, y compris la photosynthèse et l’absorption des nutriments, pour se protéger jusqu’à ce que le temps s’améliore.

“Il est intéressant de noter que la transition d’une croissance limitée en énergie à une croissance limitée en eau peut produire des réponses très inattendues”, a expliqué Dudney, professeur adjoint à la Bren School of Environmental Science & Management et au programme d’études environnementales. “Dans les environnements froids et à énergie limitée, une sécheresse extrême peut en fait augmenter la croissance et la productivité, même en Californie.”

Dudney et ses collègues ont extrait 800 carottes d’arbres de pin à écorce blanche à travers la Sierra Nevada, comparant les cernes des arbres aux enregistrements historiques des conditions climatiques. Ces données climatiques couvraient de 1900 à 2018 et comprenaient trois sécheresses extrêmes : 1959-61, 1976-77 et 2012-15. Ils ont noté où la croissance des arbres et la température montraient une relation positive et où la relation était négative.

Les auteurs ont constaté un changement prononcé de la croissance pendant les périodes de sécheresse lorsque la température maximale moyenne était d’environ 8,4° Celsius (47,1° Fahrenheit) entre octobre et mai. Au-dessus de ce seuil, la sécheresse extrême réduit la croissance et la photosynthèse. En dessous de cette température, les arbres poussaient davantage en réponse à la sécheresse.

“C’est essentiellement, ‘combien de temps dure la saison de croissance?'”, a déclaré Dudney. Les hivers plus froids et l’accumulation de neige plus élevée entraînent souvent des saisons de croissance plus courtes qui limitent la croissance des arbres. Même pendant une sécheresse extrême, de nombreux arbres poussant dans ces environnements extrêmes n’ont pas subi de stress hydrique élevé. Cela a surpris l’équipe de scientifiques, dont beaucoup avaient observé et mesuré la mortalité sans précédent des arbres qui s’est produite à des altitudes légèrement inférieures dans la Sierra Nevada.

Dudney était curieux de savoir si la sécheresse avait un impact sur la croissance du tronc principal ou de l’arbre entier. Sans plus de données, les tendances observées pourraient être le résultat de processus disparates répondant tous différemment à la sécheresse, a-t-elle expliqué. Heureusement, le pin à écorce blanche conserve ses aiguilles pendant environ huit ans. Cela a fourni des données supplémentaires qui pourraient répondre à cette question.

Les chercheurs ont déplacé leur attention de la dendrologie vers la chimie. Les atomes d’un même élément peuvent avoir des poids différents, ou des isotopes, grâce au nombre de neutrons qu’ils contiennent. Plusieurs aspects du métabolisme d’une plante peuvent influencer l’abondance relative du carbone 13 lourd et du carbone 12 léger dans les tissus tels que leurs feuilles et leurs aiguilles. Ces changements fournissent une indication approximative de la quantité de stress hydrique subie par un arbre pendant la sécheresse. Ce fut une aubaine pour les chercheurs, car les données isotopiques des aiguilles de pin couvraient des années de sécheresse et de non-sécheresse.

L’analyse de la croissance des aiguilles, des isotopes du carbone et de l’azote a révélé que l’arbre entier était affecté par le seuil entre les systèmes limités en eau et les systèmes limités en énergie. La croissance du tronc, la croissance des aiguilles, la photosynthèse et le cycle des nutriments ont réagi dans des directions opposées à la sécheresse au-dessus et au-dessous du seuil entre les systèmes limités en énergie et en eau.

L’avenir du pin à écorce blanche est très incertain. L’espèce – récemment répertoriée comme menacée en vertu de la Loi sur les espèces en voie de disparition – fait face à de nombreuses menaces, notamment les maladies, l’infestation par le dendroctone du pin et les effets des régimes d’incendie modifiés. Il ressort clairement de cette recherche que la sécheresse et le réchauffement exacerberont probablement ces menaces dans les régions limitées en eau, mais le réchauffement peut être bénéfique pour la croissance dans des environnements à énergie limitée. “Cette recherche peut aider à développer des stratégies de conservation plus ciblées”, a déclaré Dudney, “pour aider à restaurer cette espèce d’arbre historiquement répandue.” En effet, l’aire de répartition du pin englobe une région diversifiée, s’étendant de la Californie à la Colombie-Britannique et à l’est du Wyoming.

Les résultats ont également des implications plus larges. Environ 21 % des forêts sont considérées comme limitées en énergie, et un pourcentage encore plus élevé peut être classé comme limité en eau. Ainsi, des transitions entre ces deux régimes climatiques se produisent probablement dans le monde entier. De plus, la transition semble avoir un effet sur le cycle de l’azote. Les arbres dans des environnements limités en eau semblaient moins dépendre des champignons symbiotiques pour l’azote, qui est essentiel à la croissance des arbres dans des environnements difficiles et à énergie limitée.

“Les sécheresses entraînent une mortalité généralisée des arbres à travers le monde”, a déclaré Dudney, “ce qui peut accélérer le réchauffement climatique”.

Déchiffrer les nombreuses façons dont les arbres réagissent à la sécheresse nous aidera à mieux prévoir où les écosystèmes sont vulnérables au changement climatique et comment développer des stratégies plus ciblées pour protéger nos forêts.