Les zones humides du monde entier risquent de se noyer à cause de la montée des mers. Mais pendant des décennies, les scientifiques ont gardé l’espoir qu’un autre aspect du changement climatique – l’augmentation du dioxyde de carbone (CO2) – pourrait déclencher une croissance supplémentaire des plantes, permettant aux zones humides côtières de se développer suffisamment rapidement pour dépasser l’élévation du niveau de la mer. Cet effet secondaire utile est en train de disparaître, ont-ils découvert dans une nouvelle étude publiée le 18 mai.
« Trop d’eau est un stress, un stress environnemental, pour la réponse des plantes à une forte teneur en CO2 », a déclaré Chunwu Zhu, auteur principal du rapport en Les avancées scientifiques. Zhu, biologiste à l’Académie chinoise des sciences, a mené l’étude alors qu’il était boursier au Smithsonian Environmental Research Center (SERC).
La conservation des zones humides est essentielle à la fois pour lutter contre le changement climatique et pour s’y adapter. En plus de fournir un habitat, les zones humides séquestrent des quantités massives de carbone et protègent les populations de certains des effets les plus extrêmes du changement climatique, tels que les ouragans et les typhons.
« Bien qu’ils n’occupent qu’une fraction de la surface de la Terre, ils fournissent des services écosystémiques démesurés, qui sont essentiellement des avantages pour les personnes », a déclaré l’auteur correspondant Pat Megonigal, biogéochimiste au SERC. « Et nous les apprécions en partie parce qu’en protégeant une partie relativement petite de la Terre, nous pouvons avoir de grands impacts positifs sur l’environnement. »
Les rendements décroissants du dioxyde de carbone
L’étude a eu lieu au Global Change Research Wetland du SERC, un site de recherche que Megonigal gère sur la côte ouest du Maryland. La zone humide abrite plusieurs expériences futuristes, où les scientifiques simulent le climat de 2100. Pour cette étude, les chercheurs se sont appuyés sur une expérience qui a débuté en 1987, actuellement la plus longue expérience de terrain au monde sur l’impact de l’augmentation du CO2 sur les plantes. À l’intérieur de 15 chambres à ciel ouvert, les scientifiques ont augmenté les concentrations de CO2 de 340 parties par million supplémentaires, doublant à peu près les niveaux de CO2 atmosphérique de 1987. 15 autres chambres servent de témoins, sans ajout de CO2. L’équipe s’est concentrée sur les 10 chambres avec des plantes « C3 », un groupe de plantes connues pour réagir vigoureusement à un taux élevé de CO2 qui comprend environ 85 % des espèces végétales sur Terre.
Pendant environ les deux premières décennies de l’expérience, la croissance des plantes dans les chambres à CO2 plus élevées a prospéré. Au-dessus du sol, les plantes dans les chambres à haute teneur en CO2 ont poussé en moyenne 25 % de plus que les plantes dans les chambres non traitées. L’effet était encore plus puissant sous terre : une teneur élevée en CO2 a déclenché environ 35 % de croissance racinaire en plus. La croissance des racines est particulièrement essentielle à la survie des zones humides, car les racines aident les zones humides à construire le sol et à maintenir la croissance des fondations vers le haut alors même que les mers continuent de monter.
« Même si le CO2 élevé contribue à l’élévation du niveau de la mer, il a également amélioré la capacité du marais à s’accréter verticalement au cours des premières années de l’expérience », a déclaré Don Cahoon, co-auteur et chercheur écologiste émérite du US Geological Survey.
Mais après 2005, l’effet a diminué et a disparu. Au cours des 14 dernières années de données de l’étude, il n’y avait aucune différence moyenne dans la croissance des plantes entre les chambres à haute teneur en CO2 et normales.
« L’effet CO2 a toujours été l’une des doublures argentées du changement climatique », a déclaré le co-auteur Adam Langley, écologiste à l’Université Villanova. « Eh bien, au moins les plantes vont pousser davantage. Mais nous voyons ici que ce n’est pas le cas. Donc, pour moi, le côté positif est devenu un peu plus nuageux. »
L’équipe a examiné plusieurs explications possibles de la baisse : les précipitations, la température, la salinité de l’eau pendant la saison de croissance ou la présence d’éléments nutritifs essentiels au sol, comme l’azote. Seule l’élévation du niveau de la mer a montré un lien avec la croissance des plantes. Une fois que le niveau de la mer dans la zone humide a augmenté de 15 centimètres au-dessus de son point de départ en 1987, les avantages d’un CO2 plus élevé ont disparu.
« À certains égards, il s’agit d’une course », a déclaré Lewis Ziska, co-auteur et physiologiste des plantes à la Columbia University Mailman School of Public Health. « Une course entre ce que le CO2 peut faire et ce que le niveau de la mer peut faire. »
Échapper au déluge
L’élévation du niveau de la mer peut arrêter une croissance supplémentaire pour une raison très simple. À mesure que les eaux montent, les zones humides sont inondées plus fréquemment. Les plantes ont besoin d’oxygène ainsi que de CO2 – et les plantes des zones humides ont évolué pour tirer la majeure partie de leur oxygène de l’air plutôt que de l’eau.
« Les plantes sont des organismes aérobies qui respirent de l’oxygène », a déclaré Megonigal. « Et cela inclut leurs racines. Et donc ils sont fondamentalement confrontés à ce problème d’avoir leur système racinaire dans un environnement qui ne contient pas d’oxygène. »
Certaines zones humides peuvent encore échapper à la noyade. Si les zones humides ne peuvent pas s’élever plus haut en construisant du sol, la migration vers l’intérieur des terres est une autre possibilité. Cependant, cela ne peut se produire que s’ils disposent de suffisamment d’espace. Pour de nombreuses communautés, laisser de la place aux zones humides pour s’installer nécessiterait un changement dans la façon dont elles utilisent et valorisent la terre.
En attendant, les comptables du climat de la Terre devront repenser le budget carbone de la planète. Maintenant que les scientifiques savent que le CO2 supplémentaire ne stimule pas toujours la croissance des zones humides autant qu’ils le pensaient, la quantité de carbone que les zones humides peuvent absorber dans les décennies à venir reste encore plus incertaine.
Chunwu Zhu et al, L’élévation accélérée du niveau de la mer supprime la stimulation par le CO2 de la productivité des marais de marée : une étude de 33 ans, Avancées scientifiques (2022). DOI : 10.1126/sciadv.abn0054. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abn0054