Une nouvelle étude de l'Université du Delaware est l'une des premières au monde à montrer que les troncs d'arbres dans les forêts des hautes terres émettent du méthane plutôt que de le stocker, représentant un nouveau, source jusque-là inexpliquée de ce puissant gaz à effet de serre.

Le méthane est environ 25 fois plus fort que le dioxyde de carbone, avec certaines estimations jusqu'à 33 fois plus fortes en raison de ses effets lorsqu'il est dans l'atmosphère.

En raison du potentiel de réchauffement climatique du méthane, l'identification des sources et des « puits » ou des réservoirs de ce gaz à effet de serre est essentielle pour mesurer et comprendre ses implications dans les écosystèmes.

Les sols forestiers des hautes terres absorbent et stockent généralement du méthane, mais cet effet peut être contrecarré par les émissions de méthane des troncs d'arbres, l'équipe de recherche du Collège de l'agriculture et des ressources naturelles de l'UD a trouvé. Leurs travaux sont publiés dans la revue scientifique Écosystèmes .

"Nous pensons que notre travail peut aider à combler certaines lacunes dans les budgets de méthane et les processus environnementaux dans les modèles d'écosystèmes mondiaux, " a déclaré le responsable de l'étude, Rodrigo Vargas, professeur adjoint au Département des sciences des plantes et des sols du Collège d'agriculture et de ressources naturelles de l'UD.

Shreeram Inamdar, professeur d'hydrologie et de biogéochimie des bassins versants, est co-investigateur du projet avec Vargas, et le doctorant Daniel Warner est l'auteur principal de l'article. La recherche a été financée par le ministère de l'Agriculture des États-Unis, avec un soutien supplémentaire du programme fédéral de subventions de recherche et développement du Delaware.

Site d'étude du Maryland

Dans une zone de forêt de montagne de 30 acres dans la zone de gestion des ressources naturelles de Fair Hill, dans le comté voisin de Cecil, Maryland, les chercheurs ont testé un groupe d'arbres, le sol et les débris ligneux grossiers (CWD) - bois mort gisant sur le sol forestier à divers stades de décomposition - pour mesurer les flux de méthane et de dioxyde de carbone.

Les chercheurs ont utilisé un analyseur de gaz à effet de serre de pointe basé sur la technologie d'absorption laser, appelé spectroscopie de sortie de cavité intégrée hors axe (OA-ICOS), qui ressemble à un pack de protons du film "Ghostbusters".

Warner a visité le site au cours d'une saison de croissance, d'avril à décembre, et mesuré les flux de dioxyde de carbone et de méthane du sol, troncs d'arbres et CWD pour déterminer si ces trois composants étaient des sources ou des puits de ces gaz à effet de serre.

Sols et flux de CWD

En termes de dioxyde de carbone, recherches sur les flux de troncs d'arbres, connu sous le nom de respiration de la tige, et le sol, connue sous le nom de respiration du sol, a été fait pendant des décennies, mais la recherche pour déterminer l'importance des flux de carbone en ce qui concerne la CWD est encore à la traîne.

Pour le méthane, cependant, c'est une autre histoire. Alors que des études ont été menées sur les flux de méthane en lien avec les sols, qui consomment habituellement le méthane et sont considérés comme des puits de méthane, il y en a très peu qui traitent de la MDC et des troncs d'arbres dans les sols des hautes terres.

"Les recherches qui ont été faites sont généralement des incubations de bois en laboratoire où elles mesurent la quantité de méthane libérée au fil du temps. Ce que nous avons découvert dans cette étude, c'est que certains débris ligneux grossiers agissent un peu comme le sol et consomment du méthane tandis que d'autres morceaux de les débris ligneux grossiers émettent de petites quantités de méthane, c'est aussi ce que nous avons vu avec des troncs d'arbres vivants, " dit Warner.

Pour comprendre les différences entre les actions du CWD, Warner et ses collègues ont découvert que la CWD plus fraîche a un flux de méthane positif, ce qui est similaire à la façon dont un arbre vivant se comporte.

"Quand un arbre tombe, c'est toujours fonctionnellement le même en termes d'émissions de méthane. Heures supplémentaires, au fur et à mesure qu'il se dégrade, ma théorie est qu'il est colonisé par des bactéries du sol qui consomment du méthane et qu'il se comporte davantage comme le sol, résultant en un puits de méthane, " dit Warner.

Les chercheurs ont également découvert que la CWD avait un taux de variabilité élevé en ce qui concerne les émissions de méthane.

"Au fur et à mesure qu'il se décompose, il devient beaucoup plus variable. Une partie du bois super-décomposé libérait encore du méthane, mais une grande partie consommait du méthane, " a déclaré Warner. " Si vous avez un pool de CWD avec moins de diversité en ce qui concerne le degré de décomposition, vous pouvez vous attendre à ce qu'il joue un rôle plus uniforme en termes d'émissions ou de puits de méthane."

Troncs d'arbres et flux de méthane

Alors que les troncs d'arbres sont connus pour libérer du dioxyde de carbone, cette recherche a montré qu'ils libéraient également du méthane.

"Les troncs d'arbres ont constamment des émissions de méthane faibles mais détectables. Les sols rendent un service environnemental de séquestration de ce puissant gaz à effet de serre, mais les troncs libèrent du méthane équivalent à 4% de ce qui pourrait être capturé par la CWD et les sols à l'échelle de l'écosystème, " dit Vargas.

Globalement, les troncs d'arbre agissaient comme une source de dioxyde de carbone et comme une petite source de méthane, mais la grandeur des gaz émis variait avec les espèces.

Le peuplier tulipe était une espèce qui libérait beaucoup de méthane et de dioxyde de carbone, alors que les hêtres dégageaient le plus de méthane dans la forêt mais émettaient très peu de dioxyde de carbone.

"Ce pourrait être un trait spécifique à l'espèce qui contrôle le flux, " dit Warner.

Seuil de température

La température a également joué un rôle clé dans la régulation de l'amplitude des flux.

"Le méthane dans les sols semble suivre un gradient de température où des températures plus élevées sont liées à une absorption plus élevée de méthane mais ce n'est pas nécessairement le cas pour la CWD ou pour les troncs d'arbres, " dit Vargas.

Warner a déclaré qu'il était difficile de développer une relation de température avec le méthane car il existe deux processus qui s'opposent.

« Vous avez des choses dans le sol qui produisent du méthane – connu sous le nom de méthanogénèse – des choses qui le consomment – ​​connues sous le nom de méthanotrophie – et ainsi, lorsque vous vous réchauffez, c'est plus comme un fusil de chasse où les magnitudes de méthane se dispersent davantage à mesure qu'il se réchauffe; suggérant que d'autres facteurs au-delà de la température régulent les émissions de méthane, " dit Warner.

Ils ont constaté qu'au-delà d'un seuil de 17 degrés Celsius pour la température du sol, la variabilité de la consommation de méthane augmente considérablement.

« Moins de 17 degrés, la température est un facteur clé du flux de méthane mais au-dessus de 17 degrés, il existe d'autres facteurs qui influenceront la production de méthane, " dit Vargas.

Les points chauds du sol

Quant à l'origine du méthane, Warner a dit que c'est toujours une frontière scientifique, mais cette étude fournit suffisamment d'indices pour donner aux chercheurs quelques théories.

Le premier est que le méthane est produit dans les points chauds du sol.

"Par point chaud, nous voulons dire un endroit où les conditions sont propices à la production de méthane et puis ce méthane est aspiré par les racines des arbres, transporté à travers son système vasculaire et libéré hors de son tronc, " a déclaré Warner. "Nous savons que cela se produit dans les zones humides, mais dans les hautes terres, peut-être que cela se produit à un endroit précis et nulle part ailleurs."

L'autre mécanisme qui pourrait être à l'origine des flux de méthane des troncs est la pourriture interne ou l'infection à l'intérieur de l'arbre, qui produit un environnement où les bactéries méthanogènes peuvent survivre, puis le méthane se diffuse hors de l'arbre.

"À ce moment là, les mécanismes de production de méthane dans les forêts d'altitude ne sont pas clairs. Le méthane peut être soit transporté des sols vers le haut à l'intérieur de la tige et diffusé dans l'atmosphère, soit produit à l'intérieur de la tige par des champignons ou des archées, des micro-organismes unicellulaires, " dit Vargas.

Prochaines étapes

Warner et Vargas ont convenu que les prochaines étapes devraient consister à tester la généralité de ces observations dans différentes forêts, et identifier les mécanismes de production et de transport du méthane dans les troncs d'arbres. Finalement, ils suggèrent que les modèles globaux et écosystémiques devraient prendre en compte le méthane produit à partir des troncs d'arbres comme une nouvelle source de méthane dans l'atmosphère.

« Quand les gens développent un écosystème à des budgets de méthane à l'échelle mondiale, il y a toujours une partie dans laquelle on ne sait pas d'où vient ce méthane. Les émissions de méthane par la végétation et les troncs d'arbres sont considérées comme une source nouvellement considérée qui pourrait rapprocher ce budget de nos estimations. C'est bien de continuer à grignoter ça, " dit Warner.