La forêt peut s’adapter au changement climatique, mais pas assez rapidement

Les forêts américaines ont du mal à s’en sortir. Le changement climatique augmente les températures et diminue les niveaux d’humidité à travers le pays, ce n’est pas une combinaison gagnante pour les arbres.

Des chercheurs de l’UC Santa Barbara et de l’Université de l’Utah ont cherché à déterminer comment nos écosystèmes sylvestres pourraient se comporter dans un avenir proche. Les auteurs ont combiné des modèles mathématiques et des données recueillies par le US Forest Service et des phytophysiologistes pour comprendre la vulnérabilité des forêts à la sécheresse.

Leurs conclusions suggèrent que, bien que la plupart des forêts aient le potentiel de s’adapter à des conditions plus chaudes et plus sèches, elles ne changent pas assez rapidement pour éviter le stress imminent. L’étude, publiée dans Biologie du changement globalsert de référence pour les futures recherches forestières, ainsi que de guide pour la conservation et la gestion.

« Nous étions inquiets de constater que les forêts ne changeaient pas assez vite pour éviter un stress hydrique accru dû au changement climatique », a déclaré le premier auteur Greg Quetin, scientifique adjoint du projet au département de géographie de l’UCSB. « Mais il y a de l’espoir, car la plupart des forêts des États-Unis continentaux contenaient suffisamment de diversité fonctionnelle pour augmenter leur tolérance à la sécheresse grâce à des changements dans la composition des espèces. »

Les forêts peuvent s’adapter à des conditions plus sèches de plusieurs façons. Les arbres individuels peuvent modifier leur activité, leur physiologie et leur expression génétique en fonction des nouvelles conditions auxquelles ils sont confrontés. Les espèces tolérantes à la sécheresse déjà présentes dans l’écosystème peuvent également devenir plus dominantes. La composition de la forêt peut également changer, des espèces plus résistantes migrant à mesure que des espèces plus vulnérables meurent. L’évolution peut également changer les espèces via la sélection naturelle, bien que l’effet sera négligeable au cours du siècle prochain pour ces organismes à longue durée de vie.

Quetin et ses co-auteurs ont cherché à savoir si les caractéristiques et les espèces déjà présentes dans les forêts du pays sont suffisantes pour qu’elles s’acclimatent au futur changement climatique sans mortalité généralisée. Une grande partie des données provenait du programme Forest Inventory and Analysis, une base de données complète gérée par le US Forest Service sur l’état des forêts du pays qui a été normalisée depuis l’an 2000.

Cette base de données comprend des parcelles d’inventaire forestier qui documentent l’emplacement, les espèces, la taille, la densité et la santé des arbres, ainsi que la croissance, la mortalité et la récolte des arbres. Quetin et ses collègues ont également utilisé les données de la base de données des traits fonctionnels Xylem, où les mesures de la physiologie des arbres et des traits hydrauliques sont compilées, croisant cette base de données avec l’inventaire forestier.

Enfin, l’équipe a développé un modèle qui simule la réponse d’une forêt à un stress hydrique accru. Le modèle prédit la photosynthèse (ou CO2 in), la respiration et la croissance (CO2 out), ainsi que le stress des plantes. Ils ont également inclus une technique d’optimisation pour examiner comment les modifications de la surface foliaire pourraient atténuer le stress causé par l’évolution des conditions environnementales.

« Toutes les données à ce jour suggèrent que la surface foliaire n’est que le plus grand levier que les arbres individuels peuvent utiliser pour gérer le stress hydrique », a déclaré le co-auteur Lee Anderegg, professeur adjoint au Département d’écologie, d’évolution et de biologie marine. Les forêts des zones plus sèches ont tendance à avoir des canopées plus clairsemées, tandis que les forêts des climats plus humides peuvent se permettre un feuillage épais.

Les chercheurs ont découvert que de nombreuses forêts américaines ont la capacité de s’adapter. Le modèle a révélé que 88 % des forêts du continent américain possèdent les caractéristiques et la diversité des espèces pour s’acclimater au changement climatique, et elles commencent à le faire. Cependant, la plupart ne s’adaptaient pas aussi rapidement que le modèle l’avait prédit, ce qui était nécessaire pour éviter un stress hydrique accru et la mortalité subséquente.

« Il est inquiétant que nous ne voyions pas les changements requis que notre modèle prédit », a déclaré la co-auteure Anna Trugman, professeure adjointe au Département de géographie. « Mais je pense qu’il y a encore de la place pour l’espoir. » Par exemple, la biodiversité se distingue par sa capacité à amortir l’impact du changement climatique sur une forêt donnée.

« Les arbres sont lents, comme nous le savons », a poursuivi Trugman. « J’ai vu le rythme de ces Ents dans « Le Seigneur des Anneaux ». »

« Ils tiennent toujours l’Entmoot pour le moment », a ajouté Anderegg.

Des concentrations plus élevées de dioxyde de carbone introduisent un facteur de confusion dans les calculs de l’équipe. Les plantes perdent de l’eau par les mêmes pores qu’elles utilisent pour absorber le dioxyde de carbone. Donc, s’il y a plus de CO2 dans l’atmosphère, les plantes peuvent réduire la taille de ces ouvertures de pores et continuer à acquérir le carbone dont elles ont besoin pour la photosynthèse. Cela réduit la quantité d’eau qui s’échappe de leurs feuilles.

Mais l’atmosphère est également plus sèche dans un climat qui se réchauffe, a expliqué Anderegg, de sorte que les feuilles perdent plus d’eau. C’est un système complexe avec beaucoup d’incertitude et de facteurs de compensation, qui nécessite des modèles nuancés pour se démêler. Et l’énergie nécessaire au transport de cette eau est loin d’être négligeable, comme l’ont découvert les auteurs dans un article précédent.

L’équipe collecte actuellement ses propres données sur les changements de la physiologie des arbres suite aux incendies provoqués par le climat dans le parc national de Sequoia, essayant de vérifier empiriquement dans quelle mesure les arbres peuvent ajuster leur physiologie. Les auteurs étudient également si les arbres peuvent éviter le stress hydrique futur entièrement en modifiant leur surface foliaire, et si la maximisation du gain de carbone ou l’évitement du stress est plus limitant.

Les forêts commencent déjà à changer. Les auvents plus clairsemés deviendront plus courants à mesure que l’atmosphère deviendra plus sèche. Les forêts auront également probablement un mélange d’espèces différent de celui qu’elles avaient historiquement. Tous ces facteurs ont également un impact sur le stockage du carbone forestier. Les forêts séquestrent actuellement environ 30% des émissions anthropiques, mais le groupe a récemment découvert que cela diminuerait probablement avec le changement climatique.

Les stratégies de gestion qui encouragent les forêts à s’adapter seront essentielles. « Nous devons penser à ces forêts non pas comme des choses statiques – qui doivent exister telles qu’elles sont en ce moment – mais comme des choses saines qui doivent changer pour suivre le climat », a déclaré Anderegg. Faciliter un changement graduel aidera à prévenir les changements brusques et catastrophiques, comme les incendies de forêt et les mortalités massives, qui nuisent aux forêts, à la faune et aux personnes vivant à proximité.

Les gestionnaires des ressources pourraient commencer à planter des zones avec des espèces plus tolérantes à la sécheresse et à effectuer des brûlages dirigés pour promouvoir des boisés sains. Mais surtout, nous devons atténuer le changement climatique, ont déclaré les auteurs.

Notre avenir dépend de la trajectoire d’émission de la société. L’adaptation au climat n’est pas plus facile que l’atténuation du changement climatique, a noté Quetin. Et moins de changement climatique signifie moins d’adaptation nécessaire.