Les incendies de forêt sont de plus en plus fréquents et intenses à l'échelle mondiale. Alors qu'ils sont écologiquement important, ils peuvent conduire à des changements dans la composition des espèces et les traits fonctionnels (par exemple la surface foliaire spécifique) qui peuvent avoir un effet en cascade sur l'écosystème.

Dr Rachel Mitchell de la Northern Arizona University et des collègues de la Duke University ont étudié l'effet des régimes de feu sur les pins des marais (Pinus palustris) le long d'un gradient de plaine à montagne. Les chercheurs ont constaté que les traits des feuilles ont changé plus que la composition des espèces pour les plantes brûlées annuellement et ont modifié la structure de l'écosystème. Drs Rachel Mitchell et Justin Wright faisaient auparavant partie d'un projet qui montrait que la mesure de la surface foliaire spécifique couramment mesurée n'est pas un indicateur approprié des réponses des plantes aux engrais.

Mitchell et ses collègues ont établi 105 parcelles expérimentales entre 2011 et 2014 autour des North Carolina Sandhills. La forêt a toujours été brûlée tous les trois ans et se composait de pins des marais et de graminées filaires (Aristide stricte). Trois régiments de brûlage consistaient en un brûlage annuel, un contrôle (brûler tous les trois ans) et une suppression des incendies. Les parcelles ont été positionnées le long d'un écotone, où la composition végétale est passée des communautés dominées par les graminées aux arbustes.

Forêt de pins des marais en régénération. Source: Boisé/WikimediaCommons

Les scientifiques ont classé toutes les espèces par abondance relative dans chaque parcelle chaque année et ont prélevé au hasard cinq feuilles par plante pour mesurer la surface foliaire spécifique et la teneur en matière sèche des feuilles. Les changements dans l'expression des traits ont été calculés comme les moyennes pondérées par la communauté (CWM) qui additionnent la contribution de la valeur du trait d'une espèce pondérée par son abondance relative dans la communauté. Le renouvellement des espèces, l'abondance relative des espèces et la variabilité des traits ont été comparés à des modèles statistiques.

Les moyennes pondérées par la communauté (MPC) ont été calculées pour un trait donné (par exemple, la surface foliaire spécifique, la teneur en matière sèche des feuilles) en fonction de la présence et de l'abondance des espèces dans une parcelle. Trois scénarios hypothétiques illustrent les variations de : A) renouvellement des espèces (par exemple, croix noires et triangles verts) ; B) abondance des espèces (par exemple, plus d'étoiles et moins de pentagones) ; et C) valeurs du trait (pentagones plus grands). Source : Mitchell et al. 2020.

Au bout de quatre ans, l'écotone s'est déplacé de près de 5 m vers le haut lorsque les incendies ont été éteints, mais s'est déplacé vers le bas de 2.5 m vers les basses terres lorsque les parcelles ont été brûlées chaque année. Les feuilles devenaient de plus en plus grandes lorsque les incendies étaient éteints, mais la croissance des feuilles était conservatrice lorsque les incendies étaient fréquents. La teneur en matière sèche des feuilles a également augmenté pour les plantes brûlées annuellement, ce qui pourrait diminuer leur inflammabilité. Les changements dans le renouvellement des espèces et l'abondance relative étaient plus faibles que les changements de traits.

"[N]os résultats, pris ensemble, démontrent que dans ce système adapté au feu, ITV [variation intraspécifique des traits] est le principal moyen par lequel les traits foliaires des espèces réagissent aux altérations des régimes de perturbation, au moins à court terme ", Mitchell et ses collègues ont écrit.

"[W]alors qu'il y avait des preuves de changements structurels (dominance des arbustes par rapport aux herbes) dans la communauté végétale (c'est-à-dire que l'élévation de l'écotone s'est considérablement modifiée en réponse au nombre d'incendies), nous avons également constaté que l'ampleur du changement la composition de la communauté en réponse au nombre d'incendies n'était que marginalement significative », ont expliqué Mitchell et ses collègues.

Ces résultats de recherche montrent que les traits des feuilles des pins adaptés au feu changent avec la fréquence des incendies et que les écotones pourraient subir des changements dynamiques. Les recherches futures devraient se concentrer sur la manière exacte dont les caractéristiques des plantes changent en raison des incendies et sur leur impact sur l'écosystème dans son ensemble.