Les forêts tropicales humides stockent 25% à 40% du carbone du sol mondial, bien qu’elles n’occupent que 7% de la superficie terrestre de la Terre. En fonctionnant comme un puits de carbone, les forêts tropicales préviennent les effets plus graves du changement climatique.
Une équipe de recherche dirigée par un scientifique de l’Université de l’État du Colorado a découvert que le changement climatique aura un impact sur la capacité des forêts tropicales à stocker le carbone. Leur étude révèle que l’assèchement persistant dans les forêts tropicales, un résultat anticipé du changement climatique, entraîne une perte de carbone des sols les plus fertiles et que les nutriments du sol jouent un rôle important dans la quantité de carbone libérée et quand.
« Les forêts tropicales peuvent être très sensibles aux réductions des précipitations », a déclaré Daniela Cusack, auteure principale et professeure agrégée au Département des sciences et de la durabilité des écosystèmes, « et elles possèdent certaines des plus grandes réserves de carbone sur Terre. Alors que le climat se dessèche , que le carbone est vulnérable. »
Le changement climatique réduit les précipitations à certains endroits et entraîne davantage de variations d’une année à l’autre. Certaines forêts tropicales ont déjà été documentées comme s’asséchant.
« Tout ce carbone qui est actuellement stocké dans les forêts tropicales est comme une banque », a déclaré Cusack. « Nous accumulons tout ce carbone et tout ce qui libère ce carbone va exacerber le changement climatique et avoir un impact sur tout le monde. »
Des résultats inattendus
Cusack et son équipe ont évalué les effets de l’assèchement saisonnier naturel et de la réduction chronique des précipitations sur les flux de carbone dans les forêts tropicales. Ils ont découvert que le séchage saisonnier naturel supprimait la libération de dioxyde de carbone.
« Il y avait une certaine résilience au début, ce qui est logique car ce sont des forêts saisonnières, donc elles sont habituées à une saison sèche », a déclaré Cusack. « Mais il semble qu’après cette résilience initiale, nous atteignons un seuil où les choses évoluent plus rapidement dans certaines forêts tropicales. »
Le modèle d’écosystème qu’ils ont utilisé dans l’étude a prédit qu’un assèchement persistant augmenterait la libération de dioxyde de carbone des forêts tropicales plus fertiles et plus humides, mais diminuerait les flux de CO2 des forêts tropicales plus sèches.
« Nous avions prédit que le site le plus humide serait le plus sensible à l’assèchement », a déclaré Cusack. « C’est le moins adapté aux conditions plus sèches. »
On s’attendait à ce qu’à mesure que les sites les plus humides s’asséchaient un peu, ils deviendraient plus favorables aux microbes, qui décomposent le carbone dans le sol, le transformant en dioxyde de carbone.
« Ce que nous avons vu était le contraire de ce qui avait été supposé pour ces forêts tropicales », a déclaré Cusack. Le site sur lequel ils s’attendaient à avoir la plus grande perte de carbone a en fait perdu le moins de carbone.
Peut-être que les microbes ne peuvent pas prospérer dans un sol infertile, a déclaré Cusack, ou peut-être que l’activité microbienne est simplement plus lente à se développer dans les sols les plus humides car ils mettent plus de temps à se dessécher. Cusack a déclaré que des recherches supplémentaires étaient nécessaires pour déterminer pourquoi les résultats étaient en désaccord avec le modèle.
La perte de carbone via la respiration a augmenté de manière significative avec l’assèchement persistant dans les sols les plus fertiles, ce qui suggère que les nutriments jouent un rôle important dans les flux de CO2.
Retenir la pluie de la forêt tropicale
L’étude, appelée PARCHED pour PAnama Rainforest CHanges with Experimental Drying, a mesuré les effets de l’assèchement saisonnier naturel et de l’assèchement chronique expérimental sur le stockage du carbone dans le sol dans quatre forêts tropicales distinctes du Panama.
Les forêts englobaient une large gamme de précipitations naturelles et de fertilité des sols. Cela a permis aux chercheurs de comparer comment différents types de forêts tropicales réagiraient au dessèchement.
Avec un investissement initial de la National Science Foundation, ils ont pris deux ans de mesures de base, à partir de 2015. Puis l’équipe a commencé à surveiller les flux de carbone dans les conditions imposées par l’assèchement expérimental sur des parcelles de forêt tropicale en 2018, grâce au financement du ministère de l’Énergie.
Pour induire un assèchement artificiel, l’équipe a construit une toiture de serre partielle sur des parcelles de 10 mètres sur 10 mètres dans chacune des quatre forêts. La toiture, qui se trouvait sous le couvert forestier, détournait environ la moitié des précipitations du sol à chaque site. Des tranchées doublées de plastique ont empêché l’humidité de s’infiltrer dans les parcelles d’étude.
L’étude, Publié dans Cycles biogéochimiques mondiauxont montré que différentes forêts tropicales réagiront au changement climatique différemment et à des moments différents, et que les sols fertiles pourraient être les premiers à réagir avec de grandes pertes de carbone à travers les tropiques.
Les chercheurs ont été surpris que les éléments nutritifs du sol semblent avoir un effet aussi important que l’humidité du sol, ce qui nécessite des mises à jour des modèles prédictifs.
« S’il n’y a pas assez de nutriments, les microbes ne semblent pas réagir autant aux changements d’humidité », a déclaré Cusack.
Les scientifiques n’ont pas encore observé de changements dans la croissance des plantes ou la conversion du CO2 en oxygène via la photosynthèse, ce qui est logique, a déclaré Cusack, car les plantes sont des organismes plus gros qui mettent plus de temps à se développer.
« Les microbes sont de petites créatures, et ils ont tendance à réagir beaucoup plus rapidement au changement climatique et à d’autres types de perturbations », a-t-elle déclaré.
Avec la poursuite du séchage expérimental, les autres parcelles ont également tendance à perdre du carbone, a déclaré Cusack – une raison de plus pour résoudre les problèmes d’émissions et augmenter les initiatives de séquestration du carbone.
« Tout le monde pense au changement de température, mais je pense que le changement des précipitations peut être plus déroutant », a déclaré Cusack. « C’est plus variable, et ça change différemment selon les endroits. Mais le séchage sous les tropiques est une vraie préoccupation en ce qui concerne ces réserves de carbone. »
Prédiction améliorée
Les résultats de Cusack et de son équipe ont contribué à améliorer la modélisation du cycle du carbone de la forêt tropicale.
Des modèles de carbone du sol à l’échelle de l’écosystème ont été développés pour les forêts tempérées, c’est pourquoi ils ne simulent pas très bien les sols tropicaux saturés et infertiles. Les chercheurs ont mis à jour le modèle de carbone avec lequel ils ont travaillé pour mieux correspondre à leurs observations.
La fertilité des sols n’est pas entièrement représentée dans de nombreux modèles de carbone écosystémique, en particulier pour les nutriments les plus rares dans les forêts tropicales, comme le phosphore. Dans de nombreux modèles de carbone du sol existants, les prévisions de perte de carbone sont basées principalement sur l’humidité du sol. Cusack a déclaré que mieux représenter les nutriments dans les modèles écologiques est une prochaine étape importante dans cette recherche.
Les auteurs de l’étude, « Soil Respiration Responses to Throughfall Exclusion are Decoupled from Changes in Soil Moisture for Four Tropical Forests, Suggesting Processes for Ecosystem Models », sont Cusack, Lee H. Dietterich, du Département des sciences et de la durabilité des écosystèmes de la CSU, et Benjamin N. Sulman, avec le laboratoire national d’Oak Ridge. Le Département des sciences et de la durabilité des écosystèmes fait partie du Warner College of Natural Resources.
Plus d’information:
Daniela F. Cusack et al, Les réponses de la respiration du sol à l’exclusion des chutes sont découplées des changements d’humidité du sol pour quatre forêts tropicales, suggérant des processus pour les modèles d’écosystème, Cycles biogéochimiques mondiaux (2023). DOI : 10.1029/2022GB007473