La dynamique et la disponibilité des nutriments dans le sol peuvent limiter la croissance des plantes et des microbes. Ces forces sous-tendent la façon dont les écosystèmes réagissent aux conditions environnementales changeantes. Les chercheurs ont étudié les impacts du climat sur la disponibilité des éléments nutritifs des tourbières dans le cadre de l’expérience à grande échelle Spruce and Peatland Responses Under Changing Environments (SPRUCE). L’étude est publiée dans la revue Écosystèmes.
Avec SPRUCE, les chercheurs peuvent mener des expériences sur le réchauffement et les niveaux de dioxyde de carbone dans une tourbière pauvre en nutriments. L’ÉPINETTE se trouve à l’extrémité sud de l’aire de répartition des tourbières boréales que l’on trouve dans tout l’hémisphère nord. L’expérience a révélé que le réchauffement au-dessus et au-dessous du sol augmentait de manière exponentielle la disponibilité des nutriments dans les couches de tourbe souterraines. Cela était particulièrement vrai ces dernières années, car le tapis de mousses de sphaigne à la surface de la tourbe est mort dans les traitements expérimentaux les plus chauds. Cependant, le dioxyde de carbone élevé n’a pas affecté la disponibilité des nutriments.
Les tourbières couvrent moins de 3 % de la surface terrestre mondiale, mais elles contiennent au moins un tiers du carbone du sol mondial dans des dépôts profonds de tourbe. L’augmentation de la disponibilité des nutriments dans la tourbe en réponse au réchauffement pourrait affecter la croissance et la décomposition des communautés végétales et microbiennes. Cela affecterait à son tour la façon dont les tourbières stockent le carbone.
Cependant, l’ampleur et le moment des augmentations observées de la disponibilité des nutriments dans la tourbe avec le réchauffement dans l’expérience SPRUCE n’ont pas été saisis dans l’espace virtuel ELM-SPRUCE. Il s’agit d’une version spéciale du modèle de terrain (ELM) Energy Exascale Earth System Model (E3SM) pour simuler la végétation, l’hydrologie et le sol uniques dans les écosystèmes des tourbières. Cette inadéquation met en évidence le besoin d’améliorer les mécanismes de modélisation de la façon dont les nutriments se déplacent afin de prédire les futures réponses climatiques des tourbières.
Le réchauffement devrait augmenter la libération nette de carbone des sols des tourbières, contribuant ainsi à un réchauffement futur supplémentaire. Cette rétroaction positive peut être modérée par la réponse de la végétation des tourbières à l’augmentation du dioxyde de carbone atmosphérique ou à l’augmentation de la disponibilité des éléments nutritifs dans le sol. Des chercheurs du Oak Ridge National Laboratory, de la Michigan State University, de la Michigan Technological University, de Boise State, de l’Université de Zurich, de l’Université du Tennessee, de Knoxville et du USDA Forest Service ont posé deux questions à ce sujet.
Tout d’abord, ils ont demandé si un gradient de réchauffement de l’ensemble de l’écosystème (une augmentation de 0 °C à 9 °C) augmenterait l’azote et le phosphore disponibles pour les plantes dans une tourbière ombrotrophe du nord du Minnesota. Deuxièmement, ils ont examiné si une élévation du dioxyde de carbone modifierait la réponse des nutriments.
Ils ont suivi les changements dans les nutriments disponibles pour les plantes dans l’espace et dans le temps et les ont comparés avec d’autres pools de nutriments. Ensuite, les chercheurs ont évalué si les réponses au réchauffement des nutriments étaient capturées par une version ponctuelle du modèle de surface terrestre, ELM-SPRUCE.
Les chercheurs ont découvert que le réchauffement augmentait de manière exponentielle l’ammonium et le phosphate disponibles pour les plantes, mais que la dynamique des nutriments n’était pas affectée par une élévation du dioxyde de carbone.
La réponse au réchauffement a augmenté d’un ordre de grandeur entre la première et la quatrième année de la manipulation expérimentale, peut-être en raison de la mortalité dramatique des mousses de sphaigne dans la tourbe de surface des traitements les plus chauds. Ni l’ampleur ni la dynamique temporelle des réponses n’ont été capturées par ELM-SPRUCE. Les augmentations relatives de l’ammonium et du phosphate disponibles pour les plantes avec le réchauffement étaient similaires, mais la réponse variait selon la microtopographie des tourbières (hummocks surélevés et creux déprimés) et selon la profondeur de la tourbe.
La dynamique des éléments nutritifs disponibles pour les plantes n’était que faiblement corrélée avec les éléments nutritifs inorganiques et organiques de l’eau interstitielle, ce qui représente probablement des processus différents. Les prévisions futures de la disponibilité des éléments nutritifs dans les tourbières selon les scénarios de changement climatique doivent tenir compte des changements dynamiques dans l’acquisition des éléments nutritifs par les plantes et les microbes, ainsi que de la microtopographie et de la profondeur de la tourbe.
Plus d’information:
Colleen M. Iversen et al, Le réchauffement de l’ensemble de l’écosystème augmente l’azote et le phosphore disponibles pour les plantes dans une tourbière ombrotrophe, Écosystèmes (2022). DOI : 10.1007/s10021-022-00744-x