Par Clare Ziegler, Rosemary Dyson et Iain Johnston

Le dioxyde de carbone est changer le monde, et les niveaux sont en constante augmentation. Les activités humaines pompent du CO₂ dans l'atmosphère. Cela affecte le climat et la croissance des plantes dans le monde entier. Il est urgent de connaître l'effet d'un CO élevé₂ sur les écosystèmes du monde, afin de faire des prévisions scientifiques, environnementales et économiques précises sur les changements climatiques futurs.

Les plantes jouent un rôle central dans la CO de la planète₂ budget. La photosynthèse absorbe du CO₂ de l'atmosphère, et la respiration des plantes le restitue. S'il y a plus d'absorption que de rejet, les plantes peuvent agir comme un puits de carbone et réduire les niveaux atmosphériques de CO₂. Mais quelle quantité de puits les plantes peuvent-elles fournir ? Et comment le changement climatique influencera-t-il cela ? Changer le CO₂ les niveaux affectent la croissance des plantes. Différentes plantes peuvent réagir différemment à l'évolution du CO₂. D'autres processus dans un écosystème peuvent absorber ou libérer du carbone. En raison de ces complications, les chercheurs ont du mal à mesurer la quantité de carbone absorbée par de vrais écosystèmes, comme les forêts britanniques. En particulier, nous ne savons pas comment les futures augmentations de CO₂ affectera les écosystèmes forestiers.

À la Institut de recherche forestière de Birmingham (BIFoR), nous souhaitons répondre à ces questions. Mais comment pouvons-nous étudier comment les écosystèmes réagiront au futur CO₂ les niveaux? Nous utilisons une configuration expérimentale cool appelée FACE. Cela signifie Free-Air Carbon Enrichment. Dans un laboratoire, vous pouvez cultiver une seule plante dans une armoire avec une teneur élevée en CO₂ – FACE étend cela jusqu'au niveau de l'écosystème. Notre expérience se déroule dans une forêt de chênes centenaires du Staffordshire. Nous avons installé une plomberie à l'échelle industrielle dans la forêt qui pompe le CO₂ dans des régions ciblées d'environ 30 m de diamètre. Ces régions connaissent une atmosphère avec du CO₂ niveaux élevés de 150 ppm - les niveaux prévus pour 2050. Cela permet d'observer l'influence du carbone élevé sur les plantes poussant dans leur environnement naturel. Nous avons beaucoup de projets de recherche intéressants qui examinent de nombreux aspects différents de l'écosystème.

Dernière vue de la phénocam BIFoR

Clare Ziegler est doctorante au BIFoR et étudie l'effet d'un CO élevé₂ (eCO₂) sur les systèmes racinaires sous le sol forestier. Les racines sont un organe clé de la plante, fournissent un soutien et des nutriments. Ils transportent du carbone sous terre à mesure qu'ils grandissent. Ce carbone est transféré au sol à mesure qu'ils meurent. Leur croissance, leur architecture, leur chiffre d'affaires et leur développement doivent être compris afin de comprendre le carbone dans un écosystème. Cependant, ils sont très difficiles à surveiller de manière non destructive - comment observer un système racinaire sans creuser ? Une solution consiste à utiliser des minirhizotrons, qui sont des tubes en plastique transparent enfoncés dans le sol. Les racines poussant contre le tube peuvent ensuite être imagées au fil du temps à l'aide d'un équipement de caméra spécialisé pour collecter des données importantes sur ce qui se passe sous le sol.

Ces images sont collectées une fois par mois à partir des 24 tubes du site, dont la moitié font l'expérience d'eCO₂ et dont la moitié reste dans des conditions naturelles comme témoin. Nous analysons ces images à l'aide d'un logiciel spécialisé pour quantifier la croissance et la dynamique des systèmes racinaires en utilisant des facteurs tels que la longueur des branches, le nombre de branches et la largeur des branches. Ces données seront ensuite soumises à une analyse mathématique pour explorer les différences entre eCO₂ et contrôler les racines. Nous utiliserons ces données pour tirer des conclusions sur l'effet du dioxyde de carbone élevé sur les racines des plantes. Nous pourrons également découvrir comment le comportement des racines des plantes affecte le carbone atmosphérique. Ce travail constituera une composante importante de la recherche scientifique et environnementale plus large qui se déroule dans la forêt et dans le monde.

Nous avons récemment présenté des travaux lors d'une Pinte de Science événement de sensibilisation à Birmingham, et je voulais avoir une représentation visuelle du projet et de ce que nous examinons. Clare a pris une série d'images couvrant tout l'intérieur de l'un des tubes, qui est encastré dans le sol de la forêt près d'un jeune chêne et de plusieurs plantes sous-couvertes, notamment des ronces, des fougères et des jacinthes des bois. Elle a assemblé les images pour former une méga-image couvrant une vue à 360 degrés de haut en bas de l'ensemble du tube, comprenant une colonne diagonale d'environ 50 cm d'espace souterrain. L'image a été légèrement falsifiée GIMPL'objectif était simplement d'adoucir les bords créés par l'assemblage des images et d'améliorer l'aspect général (le système racinaire est resté inchangé). En téléchargeant cette photo sur Kuula, un site d'hébergement de panoramas, on a obtenu une représentation visuelle de l'intérieur du tube, facilement consultable sur ordinateur ou téléphone portable. Jetez un oeil ici – voyez si vous pouvez repérer des racines appartenant à différentes plantes qui se battent pour les nutriments souterrains !

En plus (littéralement) de ce travail souterrain, nous effectuons de nombreuses autres recherches utilisant les mathématiques pour explorer la croissance et le fonctionnement des plantes. Notre recherche a exploré comment les plantes réagissent à d'autres signaux environnementaux (comme la température), comment les plantes « lancent les dés » de sorte que les graines germent à des moments différents et l'efficacité de la photosynthèse évolué sur des millions d'années.

Clare, Rosemary et Iain travaillent à l'application de modèles mathématiques et de statistiques à des questions de sciences végétales à l'Université de Birmingham. Clare est doctorant au Birmingham Institute for Forest Research (BIFoR), Romarin est maître de conférences en mathématiques appliquées, et Iain est Birmingham Fellow en biosciences.