Le changement climatique ne fait pas que réchauffer les plantes. Flobert Ndah et ses collègues au Danemark et en Finlande notent que la hausse des températures peut également augmenter les nutriments dans le sol et réduire la lumière du soleil en raison de l'augmentation de la couverture nuageuse. Dans une étude publiée dans Annals of Botany, l'équipe a examiné comment ces changements pourrait affecter la végétation subarctique en modifiant les émissions de composés organiques volatils biogéniques (COVB) et l'anatomie des feuilles. Ils ont découvert qu'une disponibilité accrue des nutriments pourrait aider les plantes à améliorer leur protection contre les stress, en particulier la chaleur et la sécheresse.

Alors que la planète se réchauffe, l'augmentation de la chaleur varie. Le la hausse des températures a été particulièrement spectaculaire dans les régions arctique et subarctique. Alors que la hausse des températures de l'air entraîne des changements dans la croissance des plantes et des changements d'aire de répartition, la modification des températures du sol peut entraîner des changements dans le sol. Un sol plus chaud peut avoir une disponibilité accrue des éléments nutritifs, grâce à l'augmentation des taux de minéralisation de la matière organique du sol causée par la chaleur. La chaleur peut également exposer plus de sol, à mesure que la glace se retire, ce qui entraîne une augmentation de la couverture nuageuse des particules d'aérosol libérées par la surface désormais libre de glace.

Ces changements de conditions entraîneront des stress accrus pour les plantes, en partie en raison de facteurs abiotiques lorsqu'ils s'adaptent à une saison de croissance changeante et à des précipitations différentes, et avec des stress biotiques, par exemple, une activité herbivore accrue. Les plantes peuvent faire face à certains de ces stress en fabriquant des composés organiques volatils biogéniques, les COVB. De nombreuses expériences ont montré que, à mesure que la température augmente, les émissions de COVB augmentent. Mais Ndah et ses collègues n'ont pas vu grand-chose sur la façon dont l'augmentation de la disponibilité des nutriments affectera les émissions de BVOC. Les résultats publiés étant contradictoires, les botanistes ont entrepris de découvrir comment les émissions de COVB des plantes arctiques et subarctiques réagissent à une disponibilité accrue des nutriments du sol.

Ils ont également examiné l'anatomie des feuilles. En effet, les plantes peuvent modifier l'anatomie de leurs feuilles pour faire face à de nouvelles conditions. Cependant, si les feuilles changent, les émissions de BVOC qu'elles libèrent le seront également.

L'équipe a utilisé la toundra subarctique pour Abisko, Nord de la Suède. Ceci est un site qui a mené des expériences sur le climat depuis trente ans. Ici, ils ont examiné trois espèces d'arbustes nains subarctiques, Empetrum hermaphrodite, Cassiope tétragone et Bétula nana. L'équipe a mis en place six traitements : contrôle, réchauffement, ombrage, fertilisation (augmentation de la disponibilité des nutriments), fertilisation + réchauffement et fertilisation + ombrage. L'équipe a répété chacun de ces traitements six fois, ce qui a donné trente-six parcelles de 120 × 120 cm.

Les parcelles les plus chaudes se trouvaient sous des tentes en film de polyéthylène à toit ouvert, ce qui augmentait la température de l'air de 3 à 4 °C. Ils ont utilisé des tentes en toile de jute pour simuler une couverture nuageuse accrue pour l'ombrage, ce qui réduit la lumière du soleil d'environ 50 %.

En août, aux deux tiers de la croissance, les scientifiques ont isolé les plantes dans des sacs pour échantillonner l'air qui les entoure à la recherche de BVOC sans obtenir de composés indésirables provenant d'ailleurs dans l'échantillon. Peu de temps après, ils ont collecté des feuilles complètement développées pour la microscopie optique et la microscopie électronique à balayage.

Les résultats ont été une surprise, écrivent Ndah et ses collègues dans leur article.

"Contrairement à nos attentes, l'augmentation de la disponibilité des nutriments n'a pas diminué les émissions de BVOC, mais a augmenté les émissions de monoterpènes de B. nana et a eu tendance à augmenter les émissions de monoterpènes et sesquiterpènes oxygénés de C. tetragona. Dans un échantillonnage réalisé sur le même site 5 ans plus tôt, 18 ans après le début de l'expérimentation, Poitrine et al. (2011) ont constaté que la fertilisation n'entraînait aucun changement statistiquement significatif dans les émissions de COVB des mêmes arbustes. Valolahti et al. (2015) ont rapporté que les émissions de terpénoïdes au niveau de l'écosystème de la toundra subarctique dominée par les arbustes nains n'étaient pas affectées par l'ajout de litière augmentant la disponibilité des nutriments après 11 et 13 ans de manipulation expérimentale, mais l'ajout de litière augmentait les émissions de COVB dues au traitement de réchauffement. Les réponses observées dans cette étude suggèrent que plus de deux décennies de disponibilité accrue de nutriments commencent à affecter les émissions de BVOC d'espèces d'arbustes nains individuels, ce qui souligne l'importance des expériences à long terme.

Les découvertes de l'équipe montrent qu'une disponibilité accrue des nutriments pourrait aider les arbustes subarctiques à développer une résistance accrue aux stress biotiques et abiotiques. Cependant, pour ce faire, ils devront être capables de photosynthèse pour construire ces composés. L'augmentation de la nébulosité affecte négativement les plantes en réduisant les possibilités de photosynthèse. Ainsi, l'avenir de l'Arctique sera façonné par les interactions entre la chaleur, les nutriments et la couverture nuageuse.

LIRE L'ARTICLE

Ndah, F., Valolahti, H., Schollert, M., Michelsen, A., Rinnan, R. et Kivimäenpää, M. (2022) "Influence de la disponibilité accrue des nutriments sur les émissions de composés organiques volatils biogéniques (COVB) et l'anatomie des feuilles des arbustes nains subarctiques sous le réchauffement climatique et l'augmentation de la nébulosité », Annals of Botany, 129 (4), https://doi.org/10.1093/aob/mcac004