Bien que les érables à sucre du Michigan Acer saccharum bénéficier des effets favorisant la croissance des composés azotés dans l'environnement, ces gains ne compenseront pas entièrement les contraintes supplémentaires de la croissance sous un climat plus sec à l'avenir, selon une nouvelle étude menée par l'Université du Michigan.

Les érables à sucre, connus pour leur feuillage d'automne ardent et comme principale source de sirop d'érable, sont une espèce d'arbre dominante dans les forêts de feuillus du nord de l'est de l'Amérique du Nord. On les trouve principalement dans les sols humides et bien drainés et ils sont sensibles à la sécheresse.

Certaines prévisions climatiques pour la région des Grands Lacs supérieurs au cours des prochaines décennies prévoient des températures plus chaudes et une probabilité accrue de sécheresse estivale, des conditions qui pourraient s'avérer stressantes pour les érables à sucre et d'autres arbres.

Mais à mesure que le climat continue de changer, les forêts du monde entier sont également exposées à des niveaux croissants de composés azotés stimulant la croissance générés par les véhicules à moteur, les centrales électriques, les usines, l'agriculture et d'autres sources humaines. Cet azote d'origine humaine est considéré comme un polluant mais aussi a un effet fertilisant sur les arbres, favorisant la croissance.

Les climatologues et les écologistes forestiers se demandent depuis longtemps si les effets fertilisants de l'azote d'origine humaine suffiraient à compenser les stress supplémentaires produits par un climat plus chaud et plus sec. C'est une question difficile à répondre, et les études précédentes ont produit des résultats contradictoires.

La nouvelle étude dirigée par l'UM, basée sur 20 ans de données provenant de quatre sites forestiers dans les deux péninsules du Michigan, conclut que les dépôts d'azote provenant des activités humaines "ne compenseront pas entièrement les effets négatifs de la croissance sous les climats plus secs prévus".

Au cours des prochaines décennies, les habitants du Michigan devraient s'attendre à une diminution de la croissance des érables à sucre dans tout l'État, selon l'étude. Et si les prévisions climatiques les plus extrêmes pour la région s'avèrent vraies, les érables à sucre finiront par disparaître, sur une période de plusieurs siècles, de la péninsule inférieure de l'État.

"L'azote ajouté aide un peu, mais pas assez", a déclaré l'écologiste forestier de l'UM Inés Ibañez, auteur principal de l'étude.

"Dans des scénarios climatiques extrêmes, l'augmentation de l'azote ne pourra pas compenser la diminution de la croissance des érables à sucre due au manque d'eau", a déclaré Ibáñez.

Comprendre comment diverses espèces d'arbres réagiront à des conditions plus chaudes et plus sèches est essentiel pour produire des prévisions précises de la croissance future des forêts. Et c'est important à savoir parce que les forêts du monde éliminent environ un quart du dioxyde de carbone piégeant la chaleur émis dans l'atmosphère chaque année par la combustion de combustibles fossiles.

Si la croissance des forêts ralentit en réponse aux stress climatiques, ces arbres élimineront moins de dioxyde de carbone, ce qui aggravera le problème du réchauffement. Et les forêts nordiques du monde entier sont des « puits » de carbone particulièrement importants, qui prélèvent d'énormes quantités de l'air et les stockent dans le bois des arbres et les sols forestiers.

"La majorité du carbone stocké sur terre se trouve dans les forêts", a déclaré l'écologiste forestier de l'UM et co-auteur de l'étude Donald Zac. "Et la croissance future des forêts influencera la quantité de dioxyde de carbone d'origine humaine qui reste dans l'atmosphère. Cela, à son tour, aura un effet de rétroaction sur les températures mondiales.

« C'est pourquoi ces questions sur la croissance des forêts sont si importantes. Et la seule façon d'obtenir certaines des réponses est à travers le type de recherche écologique à long terme utilisée dans cette étude.

Pour évaluer l'impact combiné des dépôts d'azote d'origine humaine et du changement climatique sur la croissance des arbres, Ibáñez, Zak et leurs collègues ont utilisé les données d'une étude financée par le gouvernement fédéral sur les dépôts d'azote dans quatre sites d'étude de forêts de feuillus du Michigan, dont un à la station biologique de l'UM. près de Pellston, Michigan.

Les quatre sites sont séparés de 300 milles et couvrent la distribution nord-sud des forêts de feuillus du nord, du centre-ouest de la péninsule inférieure au nord-ouest de la péninsule supérieure. La Michigan Gradient Study a été créée en 1987 pour examiner les effets du climat et des dépôts atmosphériques sur la croissance des forêts et les processus écosystémiques dans la région des Grands Lacs. Zak est l'un des chercheurs principaux du projet.

Depuis 1994, les chercheurs du projet ont ajouté de solides nitrate de sodium, un composé azoté utilisé dans les engrais, sur les sols de certaines des parcelles de l'étude du gradient du Michigan pour simuler les niveaux de dépôt d'azote attendus d'ici la fin de ce siècle. Une grande partie de l'azote émis dans l'atmosphère par les humains retombe ensuite sur Terre sous forme de pluie, de neige et de poussière.

Pour l'étude rapportée dans Écologie, les chercheurs ont analysé les effets combinés des dépôts d'azote, de la température estivale et de l'humidité du sol sur la croissance des érables à sucre. Ils ont utilisé les enregistrements de 1,016 1994 arbres collectés au cours de la période 2013-XNUMX.

La vaste portée de la Étude du gradient du Michigan, sa conception expérimentale inhabituelle et de nouveaux outils statistiques ont permis aux chercheurs de séparer les effets de l'azote d'origine humaine sur la croissance des arbres de ceux associés à la température et à la limitation de l'eau, ce que les études précédentes ne pouvaient pas faire, a déclaré Zak.

Les résultats montrent que, dans tous les cas, l'ajout d'azote a stimulé la croissance mesurée des arbres, un effet qui s'est accentué à mesure que les températures augmentaient et que l'humidité du sol diminuait. De plus, les chercheurs ont simulé les taux de croissance futurs de chaque arbre selon deux scénarios climatiques précédemment élaborés pour la région des Grands Lacs supérieurs.

Le premier scénario prévoit des changements modérés d'ici 2100 : une augmentation de la température de 1.3 degré Fahrenheit et une augmentation de 14 % des précipitations estivales. Ce scénario suppose que les émissions mondiales de dioxyde de carbone finissent par s'inverser et commencent à diminuer.

Le deuxième scénario suppose que les niveaux actuels d'émissions de dioxyde de carbone se maintiendront dans le futur, entraînant des changements climatiques plus extrêmes dans la région : une augmentation de la température d'environ 10 degrés Fahrenheit et une diminution de 40 % des précipitations estivales d'ici 2100.

Les simulations informatiques ont montré que la croissance de l'érable à sucre serait légèrement affectée dans le scénario un, en particulier dans les sites plus chauds du sud. Les résultats du deuxième scénario ont montré une diminution importante et significative de la croissance des érables à sucre aux quatre sites et pour toutes les parcelles, celles traitées avec l'engrais azoté ainsi que les parcelles non traitées. Des diminutions triples des taux de croissance sont possibles dans les conditions du scénario deux.

Selon le deuxième scénario, les érables à sucre finiraient par disparaître de la péninsule inférieure du Michigan, bien que les changements se produisent probablement sur plusieurs siècles, a déclaré Ibáñez. Si cela se produit, la forêt de feuillus nordiques dominée par l'érable à sucre et le hêtre pourrait être remplacée par une forêt de chênes et de caryers, mieux adaptée aux conditions de sécheresse, mais qui n'élimine pas autant de carbone de l'atmosphère.

"La séquestration du carbone est un énorme service que nous fournissent les forêts et est très important pour tout type de régulation climatique à l'avenir", a déclaré Ibáñez. "Si les conditions de sécheresse réduisent la productivité des forêts du Michigan à l'avenir, leur capacité à séquestrer le carbone en souffrira également."

Cela semble s'accorder avec une autre étude récente sur l'épinette blanche (Picea glauca) qui a montré une acclimatation thermique modérée de la respiration mais aucune preuve d'acclimatation thermique de la photosynthèse ou d'adaptation génétique locale pour les traits liés à l'acclimatation thermique.