Même un changement climatique modeste peut entraîner des changements radicaux dans les forêts les plus septentrionales

Même un réchauffement climatique relativement modeste et les changements de précipitations associés peuvent considérablement modifier les forêts les plus septentrionales de la Terre, qui constituent l’un des plus grands écosystèmes forestiers presque intacts de la planète et abritent une grande partie du carbone terrestre de la planète.

C’est la principale découverte d’une expérience unique de cinq ans, dirigée par un écologiste de l’Université du Michigan, qui a utilisé des lampes infrarouges et des câbles chauffants pour étudier les impacts projetés du changement climatique à court terme sur des milliers de semis de neuf espèces d’arbres trouvées dans de lointaines régions. les forêts septentrionales, appelées forêts boréales.

Les forêts boréales d’Amérique du Nord contiennent principalement des conifères comme l’épinette, le sapin et le pin. On les trouve principalement au Canada et en Alaska, mais aussi dans certaines parties du nord-est du Minnesota, dans une toute petite partie de la péninsule supérieure du Michigan et dans le nord du Maine. Les forêts boréales sont délimitées au nord par la toundra et au sud par la forêt tempérée.

Dans l’expérience, de jeunes arbres de deux sites forestiers de l’Université du Minnesota dans le nord-est du Minnesota ont été chauffés 24 heures sur 24, du début du printemps à la fin de l’automne, à l’air libre sans utiliser de serres ou de chambres de croissance. Deux niveaux de réchauffement climatique potentiel du 21e siècle ont été utilisés : environ 1,6 degré Celsius (environ 2,9 degrés Fahrenheit) et environ 3,1 C (environ 5,6 F) au-dessus des températures ambiantes.

De plus, des bâches mobiles ont été positionnées au-dessus de la moitié des parcelles avant certaines tempêtes pour capter l’eau de pluie et imiter les changements de précipitations sous un climat changeant. À titre de contrôle, certains des arbres ont été cultivés à des températures et à des niveaux d’humidité ambiants.

L’étude a révélé que même un réchauffement climatique modeste (1,6 °C) provoquait des problèmes majeurs pour de nombreuses espèces, notamment une croissance réduite et une mortalité accrue. De plus, la diminution des précipitations a amplifié les effets négatifs du réchauffement sur la survie de plusieurs espèces boréales.

« Nos résultats posent des problèmes pour la santé et la diversité des futures forêts régionales », a déclaré l’écologiste forestier de l’UM Peter Reich, auteur principal de l’étude dont la publication est prévue le 10 août dans la revue. La nature.

« La forêt boréale méridionale actuelle pourrait atteindre un point de basculement avec un réchauffement climatique même modeste, entraînant un changement de composition majeur avec des impacts négatifs potentiels sur la santé et la diversité des forêts régionales », a déclaré Reich, directeur de l’Institute for Global Change Biology à l’École de l’environnement et de la durabilité de l’Université du Michigan.

« Ces impacts pourraient réduire la capacité de nos forêts à produire du bois, à héberger d’autres diversités végétales, microbiennes et animales, à atténuer les inondations et, peut-être le plus important, à éliminer le carbone de l’air et à le retenir dans le bois et le sol. . »

Selon les scientifiques, les plantes des latitudes moyennes à élevées sont susceptibles de subir les effets à la fois positifs et négatifs du changement climatique du XXIe siècle. À certains endroits, en particulier dans le Grand Nord, une saison de croissance plus longue peut stimuler la croissance des arbres lorsque l’humidité est abondante.

Dans d’autres endroits, des conditions plus chaudes et plus sèches pourraient entraîner une baisse de la croissance et de la survie des arbres. Des études d’observation montrent que des tendances positives et négatives dans la survie et la croissance de la forêt boréale sont déjà en cours.

Mais les tests expérimentaux directs des effets du réchauffement climatique sur les forêts boréales dans une gamme de conditions d’humidité du sol sont rares et ont généralement été limités en taille, en portée et en durée, selon les auteurs de la nouvelle étude.

Le rapport Nature comble bon nombre de ces lacunes dans les connaissances. L’étude a utilisé la manipulation conjointe de la température et des précipitations pour examiner les effets probables du changement climatique à court terme sur la mortalité et la croissance des arbres juvéniles sur les deux sites de terrain.

« Dans l’expérience, nous soumettons des parcelles forestières à des températures que nous ne verrons pas avant 40, 50 ou 60 ans pour comprendre ce que ces températures imminentes feront », a déclaré Reich.

Les chercheurs ont découvert que le réchauffement seul, ou combiné à une réduction des précipitations, augmentait la mortalité juvénile des neuf espèces d’arbres et réduisait considérablement la croissance de plusieurs espèces de conifères du Nord – le sapin baumier, l’épinette blanche et le pin blanc – qui sont communes dans les forêts boréales.

Dans le même temps, un réchauffement modeste a favorisé la croissance de certains feuillus feuillus, dont certains chênes et érables, qui sont rares dans la forêt boréale mais beaucoup plus courants dans les forêts tempérées du sud.

Cependant, la nouvelle étude conclut que les feuillus sont probablement trop rares dans la forêt boréale du sud pour combler rapidement le vide laissé par la disparition des conifères. Par conséquent, les changements climatiques projetés à court terme feront probablement passer la forêt boréale actuelle à « un nouvel état » de composition altérée.

« Ce nouvel état est, au mieux, susceptible d’être une version plus appauvrie de notre forêt actuelle », a déclaré Reich. « Au pire, cela pourrait inclure des niveaux élevés d’arbustes ligneux envahissants, qui sont déjà communs à la frontière tempérée-boréale et se déplacent rapidement vers le nord. »

L’expérience a été menée dans deux stations de terrain de l’Université du Minnesota. Reich, qui a rejoint la faculté de l’UM en 2021, maintient une affiliation conjointe au Minnesota et continue de collaborer au projet de réchauffement des forêts.

Pour l’expérience, plus de 4 500 semis de neuf espèces d’arbres indigènes – cinq feuillus et quatre feuillus – ont été plantés dans la végétation existante d’herbes, d’arbustes et de fougères sur les sites d’étude. Les neuf espèces d’arbres sont le sapin baumier, l’épinette blanche, le pin gris, le pin blanc, l’érable rouge, l’érable à sucre, le bouleau à papier, le chêne à gros fruits et le chêne rouge.

Les bâches mobiles ont permis de réduire d’environ 30 % le total des précipitations sur des parcelles sélectionnées au hasard au cours de la saison de croissance. Étant donné que les précipitations étaient supérieures à la moyenne au cours des cinq années de l’expérience, le traitement à faibles précipitations représentait en fait des années sèches moyennes au cours du siècle dernier, et les traitements de contrôle représentaient des années généralement humides sur la même période. Par conséquent, les traitements à faibles précipitations n’étaient en aucun cas extrêmes.

Les autres auteurs du La nature article sont Raimundo Bermudez, Rebecca Montgomery, Karen Rice, Sarah Hobbie et Artur Stefanski de l’Université du Minnesota, et Roy Rich du Smithsonian Environmental Research Center.