Une nouvelle étude menée par l’Oregon State University suggère que les feuilles des couverts forestiers ne sont pas capables de se refroidir en dessous de la température de l’air environnant, ce qui signifie probablement que la capacité des arbres à éviter les augmentations de température dommageables et à extraire le carbone de l’atmosphère sera compromise dans un climat plus chaud. , climat plus sec.
Les résultats d’une collaboration internationale qui comprenait des chercheurs de plusieurs universités et agences gouvernementales contrastent avec une théorie dominante dans la communauté scientifique selon laquelle les feuilles de la canopée peuvent maintenir leur température dans une plage optimale pour la photosynthèse – le processus par lequel les plantes vertes fabriquent leur nourriture à partir de la lumière du soleil et gaz carbonique.
Publié aujourd’hui dans le Actes de l’Académie nationale des sciencesla recherche est importante pour comprendre et prédire les réponses des plantes au changement climatique, a déclaré l’auteur principal Chris Still de l’OSU College of Forestry, qui note que de nombreuses études suggèrent que de nombreuses forêts du monde approchent de leur limite thermique d’absorption de carbone.
« Une hypothèse connue sous le nom d’homéothermie foliaire limitée soutient que grâce à une combinaison de traits fonctionnels et de réponses physiologiques, les feuilles peuvent maintenir leur température diurne proche de la meilleure température pour la photosynthèse et en dessous de ce qui leur est préjudiciable », a déclaré Still. « Plus précisément, les feuilles devraient refroidir en dessous de la température de l’air à des températures plus élevées, généralement supérieures à 25 ou 30 degrés Celsius. Cette théorie implique également que l’impact du réchauffement climatique sur les forêts sera partiellement atténué par la réponse de refroidissement des feuilles. »
Une partie de la canopée forestière de Harvard Forest à Petersham, MA se réchauffe et se refroidit sur un cycle de 24 heures au cours de l’été 2013. Des couleurs plus froides (bleus, violets) indiquent des températures plus fraîches, tandis que des couleurs plus chaudes (rouges, oranges) indiquent des températures plus chaudes . Il existe des différences claires dans la température maximale de la canopée entre les pins blancs à feuilles persistantes et le chêne rouge et l’érable rouge à feuilles caduques. Le film a été assemblé à partir d’images capturées par une caméra thermique FLIR A655, qui surveillait la température de la canopée toutes les 30 minutes depuis une tour de 120 pieds au-dessus de la forêt expérimentale de 2013 à 2017. Crédit : Donald Aubrecht et Andrew Richardson
Still et ses collaborateurs ont utilisé l’imagerie thermique pour observer la température des feuilles de la canopée sur de nombreux sites bien instrumentés en Amérique du Nord et en Amérique centrale – de la forêt tropicale panaméenne à la limite des arbres à haute altitude au Colorado – et ont découvert que les feuilles de la canopée ne se refroidissent pas systématiquement en dessous. les températures diurnes de l’air ou restent dans une plage de températures étroite comme le prédit la théorie de l’homéothermie limitée des feuilles.
Les caméras thermiques étaient montées sur des tours équipées de systèmes qui mesurent les « flux » de carbone, d’eau et d’énergie – les échanges entre la forêt et l’atmosphère – ainsi qu’une multitude de variables environnementales.
« L’utilisation de l’imagerie thermique continue à haute fréquence pour surveiller les couverts forestiers change vraiment ce que nous pouvons apprendre sur la façon dont les forêts font face au stress de la hausse des températures », a déclaré Andrew Richardson, professeur à la Northern Arizona University et co-auteur de l’étude. . « Avant les caméras thermiques, si vous vouliez mesurer la température de la canopée, vous deviez coller des thermocouples sur les feuilles avec des pansements et attendre que le vent les retire. Mais ces caméras nous permettaient de mesurer les changements 24 heures sur 24, sept jours sur sept, à travers de nombreuses saisons et années. »
L’étude a montré que les feuilles de la canopée se réchauffent plus rapidement que l’air, sont plus chaudes que l’air pendant la majeure partie de la journée et ne refroidissent en dessous de la température de l’air qu’en milieu ou en fin d’après-midi. Selon les scientifiques, le réchauffement climatique futur entraînera probablement des températures foliaires encore plus élevées, ce qui aurait un impact négatif sur le cycle du carbone forestier et augmenterait le risque de mortalité forestière.
« La température des feuilles est depuis longtemps reconnue comme importante pour le fonctionnement des plantes en raison de son influence sur le métabolisme du carbone et les échanges d’eau et d’énergie », a déclaré Still. « Si la photosynthèse de la canopée diminue avec l’augmentation de la température, la capacité des forêts à agir comme un puits de carbone sera réduite. »
La température des feuilles dans différents habitats est affectée par la façon dont la taille des feuilles varie avec le climat et la latitude ainsi que la structure de la canopée, explique Still. Les grandes feuilles se produisent principalement dans les climats chauds et humides, et les traits des feuilles comme une réflectance plus élevée et des tailles plus petites, qui améliorent la capacité à évacuer la chaleur et conduisent à un refroidissement plus important, se produisent principalement chez les plantes poussant dans des zones chaudes et sèches.
Dans la plupart des régions tropicales chaudes et humides, la température des feuilles approche ou dépasse déjà les seuils de photosynthèse nette positive – le taux de fixation du carbone moins le taux de dioxyde de carbone perdu pendant la respiration des plantes.
« Si les feuilles sont généralement plus chaudes que l’air ambiant, comme le suggèrent nos résultats, les arbres peuvent approcher des seuils critiques de stress thermique plus rapidement que prévu », a déclaré Richardson.
« Nos résultats ont de grandes implications pour comprendre comment les plantes s’acclimatent au réchauffement, et ils suggèrent une capacité limitée des feuilles de la canopée à réguler leur température », a ajouté Still. « Nos données et analyses suggèrent qu’un réchauffement climatique entraînera des températures encore plus élevées des feuilles de la canopée, ce qui entraînera probablement une réduction de la capacité d’assimilation du carbone et éventuellement des dommages causés par la chaleur. »
Aucune preuve de thermorégulation des feuilles à l’échelle de la canopée pour refroidir les feuilles en dessous de la température de l’air dans une gamme d’écosystèmes forestiers, Actes de l’Académie nationale des sciences (2022). DOI : 10.1073/pnas.2205682119