Une nouvelle étude montrant que la sécheresse de l'atmosphère affecte la productivité des prairies américaines plus que les précipitations pourrait avoir des implications importantes pour prédire comment les plantes réagiront au réchauffement climatique.
Publié en ligne le 6 mars dans la revue Géosciences de la nature , L'étude menée par des scientifiques de l'Université de Stanford et de l'Université de Columbia a examiné 33 ans de données satellitaires sur le climat et la végétation pour déterminer comment les plantes régulent l'eau et le dioxyde de carbone dans des conditions sèches. L'équipe a conclu que les prairies américaines sont plus de trois fois plus sensibles au déficit de pression de vapeur (VPD), ou la sécheresse atmosphérique, qu'ils ne le sont aux précipitations. Les méthodes à grande échelle de l'étude pour comprendre le comportement des plantes pourraient être utilisées pour améliorer les modèles prédictifs de la façon dont les environnements réagiront aux sécheresses, qui devraient s'intensifier au XXIe siècle.
"Le simple fait de regarder les changements dans les précipitations ne vous dira pas toute l'histoire, " a déclaré l'auteur principal Alexandra Konings, professeur adjoint de science du système terrestre à la Stanford's School of Earth, Sciences de l'énergie et de l'environnement (Stanford Earth). "Les prairies américaines sont beaucoup plus sensibles au déficit de pression de vapeur, ce qui est important. Parce que le VPD est si étroitement lié à la température, nous pouvons prédire que cela va continuer à augmenter à l'avenir."
Dans l'étude, les scientifiques ont analysé les conditions dans lesquelles les prairies ouvrent et ferment leurs stomates, des ouvertures microscopiques sur les feuilles des plantes qui permettent le transfert de vapeur d'eau, l'oxygène et le CO2. Quand ses stomates sont ouverts, une plante peut absorber le CO2 de l'atmosphère pour produire de l'énergie mais risque de perdre de l'eau en conditions sèches. La stratégie des différentes plantes - risquer de se dessécher pour continuer à absorber du carbone, ou de fermer et d'arrêter de croître - affecte leur productivité. Le comportement d'une plante dépend de la quantité d'eau dans l'atmosphère telle que mesurée par le VPD :un VPD plus élevé indique un plus grand potentiel pour l'air sec d'extraire l'humidité de la plante.
Variabilité de la réponse à la sécheresse
Grâce à l'analyse statistique, les chercheurs ont séparé l'effet du comportement des plantes des impacts des conditions régionales, comme les différences de précipitations ou de température. Bien que de nombreux modèles climatiques traitent toutes les prairies de la même manière, l'étude a révélé une grande variabilité en termes de réponse à la sécheresse.
"Plus que le type de plante, c'est la physiologie des plantes qui va réguler leur réponse à la sécheresse et à la canicule, " a déclaré le co-auteur de l'étude Pierre Gentine, professeur agrégé d'ingénierie de la Terre et de l'environnement à l'Université de Columbia.
Les chercheurs ont effectué leur analyse à l'aide de données satellitaires de télédétection accessibles au public de 1981 à 2013 montrant la verdure des plantes, qui est un indicateur de la productivité des plantes. Ils ont ensuite combiné ces données avec des ensembles de données sur le climat et les précipitations d'observation pour diviser les prairies américaines en différentes régions, en fonction de leur comportement.
Comprendre comment les stomates des plantes réagissent aux changements de l'atmosphère est particulièrement important dans les prairies américaines, qui sont une source prédominante d'absorption de carbone, ou le stockage du carbone de l'atmosphère. Les prairies abritent une biodiversité variée et constituent un habitat important pour le bétail dans les industries de la viande et des produits laitiers, couvrant environ 26 pour cent des États-Unis et près de 20 pour cent de la surface terrestre de la planète; ils sont le plus grand type de couverture terrestre sur Terre.
« L'absorption de carbone est associée à la croissance et la façon dont celle-ci réagit sous le climat est une grande source d'incertitude dans les prévisions futures du changement climatique, " a déclaré Konings. " Sous des températures croissantes, nous allons potentiellement voir beaucoup moins de prairies vertes, mais cette étude montre que cela me semble plus vrai pour certaines régions que pour d'autres."
Différences de comportement
L'analyse montre que les prairies qui réagissent à la sécheresse en gardant leurs stomates ouverts (comportement anisohydrique) sont plus sensibles à la sécheresse de l'atmosphère que celles qui ferment leurs stomates et arrêtent leur croissance pour économiser l'eau (comportement isohydrique). Les deux comportements sont présents aux États-Unis. L'étude montre que les plantes qui gardent leurs stomates ouverts sont plus endommagées par la sécheresse dans les prairies américaines, car elle supprime la croissance des plantes au cours d'une saison de croissance.
"Les prairies sont vraiment intéressantes car elles montrent une si grande diversité dans ce comportement d'isohydricité, " dit Konings, qui a mené les recherches initiales pour l'étude alors qu'il était chercheur postdoctoral à Columbia avant de rejoindre Stanford Earth. "Ils ont des stratégies vraiment différentes dans la façon dont ils réagissent à la sécheresse."
Alors que les méthodes précédentes pour comprendre la réponse à la sécheresse impliquaient des mesures sur le terrain, la nouvelle métrique permet aux chercheurs de mesurer ces modèles à travers le monde. Konings a déclaré qu'elle espère que la méthode pourra être utilisée pour voir si les résultats de l'étude sur les prairies peuvent être appliqués à d'autres écosystèmes ou pour mieux comprendre ce qui provoque la mort de certains arbres en réponse aux conditions de réchauffement alors que d'autres ne le font pas.
"Je pense qu'il y a encore beaucoup à faire avec cette métrique, ", a déclaré Konings.
