Analyse

Le stress hydrique causé par la température baisse la productivité moyenne mondiale

Lors d'une promenade récente à travers de la forêt, j’ai pensé aux histoires que nous pouvons lire des arbres. Je regardais les arbres qui paraissaient avoir perdu leur vitalité – comme s’ils n'avaient pas de sang dans les veines – et soudainement mes pensées se sont tournées vers une analyse récente du suivi des forêts à l'aide de données satellitaires.
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Forests in Gede Pangrango, West Java, Indonesia. New research indicates that the amount of carbon absorption may not be rising due to climate change, as is commonly believed.

Forêts de Gede Pangrango,  Java Occidental, Indonésie. De nouvelles recherches indiquent que la quantité de carbone absorbé pourrait ne pas augmenter avec le changement climatique, comme cela est communément admis.

Lors d’une promenade récente en la forêt, j’ai pensé aux histoires que nous pouvons lire sur les arbres. Je regardais les arbres qui paraissaient avoir perdu leur vitalité – comme s’ils n’avaient pas de sang dans les veines – et soudainement mes pensées se sont tournées vers une analyse récente du suivi des forêts à l’aide de données satellitaires. Quel effet le changement climatique a-t-il réellement sur les forêts – et ma recherche pourrait-elle apporter quelque chose à ce sujet ?

J’ai travaillé avec deux collègues d’Inde, Jagdish Krishnaswamy du Fonds Ashoka pour la Recherche en Ecologie et l’Environnement et Robert John de l’Institut Indien pour la Science de l’Éducation et la Recherche, afin d’évaluer l’impact du changement climatique sur la production primaire mondiale — c’est à dire le taux de fixation du carbone par le processus de photosynthèse. La science actuelle indique que la productivité moyenne mondiale est à la hausse en raison du changement climatique. Cependant, la plupart de ces études ont été réalisées à l’échelle mondiale, sans distinguer les facteurs de changement local d’utilisation des terres, tels que l’expansion des zones agricoles. De ce fait, une augmentation de la production primaire mondiale attribuée uniquement au changement climatique ne nous semblait pas logique. Donc, la première question que nous avons abordée était de savoir comment séparer l’impact des facteurs locaux de l’utilisation des terres de ceux des causés par le changement environnemental mondial.

Figure 1.

Fig. 1. Les tendances de l’Indice de Végétation par Différence Normalisée (IVDN) – un indicateur de la productivité primaire – de la végétation de montagne dans cinq régions continentales, situées à des latitudes pantropicales, sur la période 1982-2006.

Nous avons réalisé que les Aires Protégées (AP) sont les seuls endroits où la pression biotique est maintenue basse. Elles constituent ainsi des sites expérimentaux naturels pour tester l’impact du changement climatique. Parmi les AP, nous avons uniquement sélectionné les parcs nationaux ayant le statut de protection le plus élevé. En outre, nous avons décidé de retenir d’autres critères tels que l’altitude élevée – les Parcs nationaux d’au moins 3000 mètres d’altitude (où la température est une contrainte pour l’activité photosynthétique) – et d’exclure les zones en dessous de 1000 mètres d’altitude  au sein des Parcs (afin de minimiser les effets de la pression biotique et du feu).

Alors que l’étude progressait, nous avons été surpris de constater que, depuis le milieu des années 1990, les courbes de productivité primaire ont diminué dans l’ensemble des cinq régions étudiées (Amérique du Sud, Amérique Centrale, Afrique, Asie du Sud et Asie du Sud-Est) (fig. 1). Ces résultats contredisaient les conclusions antérieures indiquant que la productivité augmente du fait du changement climatique.

Figure 2.

Fig 2. Le verdissement le long du gradient d’élévation au cours du temps dans cinq régions continentales à des latitudes pantropicales.

Pourquoi? Nous décidâmes d’étudier les trajectoires de la température et de l’évolution des précipitations sur la même période. Le résultat montrait une augmentation constante de la température, sans tendance claire des précipitations. L’augmentation de la température – non accompagnée par une augmentation de l’humidité – pourrait avoir causé la réduction du taux de photosynthèse.

Si le ‘stress hydrique causé par la température’ est un facteur limitant de la photosynthèse, il ne devrait pas avoir d’impact sur l’abondance de l’humidité à des altitudes plus élevées. Nous avons testé cette hypothèse en mesurant le taux de photosynthèse le long du gradient d’élévation. Nous avons constaté que le taux de photosynthèse augmente le long du gradient d’altitude au fil du temps (c.-à-d. le verdissement le long du gradient d’altitude), ce qui indique que, dans les zones de haute altitude ayant une forte humidité, le réchauffement climatique supprime les contraintes thermiques dans le processus de la photosynthèse (fig. 2).

Nous avons continué notre recherche afin de révéler les tendances résiduelles après prise en compte des influences du changement des températures et précipitations. Nous avons constaté une tendance résiduelle significative indiquant une influence d’autres facteurs climatiques et non-climatiques, tels que les dépôts de nutriments, la fertilisation par le CO2 et la propagation d’aérosols, sur la production primaire mondiale.

Il s’agit ici d’une grande nouvelle ! Comme le m’a dit un collègue: «Il existe tellement de littérature sur l’écologie des plantes, se basant sur une petite échelle et des manipulations au laboratoire, qui prédisent une augmentation de la productivité: cela peut être vrai pour des expériences contrôlées, mais les résultats montrent qu’elles ne parviennent pas à saisir la complexité des réponses du monde réel au changement climatique».

Tony Joseph, un chercheur à l’Université de Canterbury, m’a écrit à propos de son étude récente, révélant que l’effet de la température sur l’échange du carbone est régulé par la teneur en eau du sol. «Le déficit en eau du sol induit une inhibition de la capacité photosynthétique des feuilles en raison de la limitation stomatique, ainsi que la réduction de l’efficacité de la carboxylation et la capacité de régénération du RuBP», écrit-il.

PC Abhilash, professeur à l’Université hindoue de Bénarès, écrit: «Bien qu’il ait été perçu qu’un réchauffement du climat – augmentant notamment le dioxyde de carbone – améliorera la productivité jusqu’à un certain point, l’étude actuelle prouve qu’il existe également d’autres aspects du basculement qui sont à considérer pour prédire la productivité des systèmes forestiers dans des conditions de changement climatique mondial ».

Dans le cadre de mon travail, je pense à la façon dont les changements, que nous avons causés aux mécanismes de rétroaction climatique, affecteront notre existence sur cette planète. Combien de temps pouvons-nous continuer dans cette voie ?

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Krishnaswamy, J., John, R., Joseph, S., 2014. Consistent response of vegetation dynamics to recent climate change in tropical mountain regions. Global Change Biology 20, 203-215.