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

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 nordiques de l'est de l'Amérique du Nord. On les trouve principalement dans les milieux humides, sols bien drainés et 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 autres arbres.

Mais comme 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, centrales électriques, des usines, l'agriculture et d'autres sources humaines. Cet azote d'origine humaine est considéré comme un polluant mais a également 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 seraient suffisants pour compenser les stress supplémentaires produits par un climat plus chaud, climat plus sec. C'est une question difficile à répondre, et des études antérieures ont produit des résultats contradictoires.

La nouvelle étude dirigée par U-M, basé 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".

Dans les décennies à venir, Les Michiganders devraient s'attendre à une diminution de la croissance des érables à sucre dans tout l'État, selon l'étude, dont la publication en ligne est prévue dans la revue Écologie le 17 janvier. 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 U-M Inés Ibáñez, auteur principal de l'étude.

« Dans des scénarios climatiques extrêmes, l'augmentation de l'azote ne pourra pas compenser la baisse de croissance des érables à sucre due au manque d'eau, " dit Ibáñez, professeur agrégé à l'École pour l'environnement et la durabilité et au Département d'écologie et de biologie évolutive.

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, alors ces arbres élimineront moins de dioxyde de carbone, ce qui aggravera le problème de réchauffement. Et les forêts nordiques du monde entier sont des "puits de carbone" particulièrement importants, " en éliminant d'énormes quantités de l'air et en les stockant 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 U-M et co-auteur de l'étude Donald Zak, professeur à l'École pour l'environnement et la durabilité et au Département d'écologie et de biologie évolutive. "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 réponses est le type de recherche écologique à long terme utilisé dans cette étude."

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

Les quatre sites sont séparés de 300 milles et couvrent la répartition 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 établie 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 principaux chercheurs du projet.

Depuis 1994, les chercheurs du projet ont ajouté du nitrate de sodium solide, un composé azoté utilisé dans les engrais, aux 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 plus tard sur Terre sous la pluie, neige et poussière.

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

La vaste portée de la Michigan Gradient Study, 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 limitation de la température et de l'eau - ce que les études précédentes ne pouvaient pas faire, dit Zak.

Les résultats montrent que, dans tous les cas, croissance de l'arbre mesurée stimulée par l'azote ajouté, un effet qui s'est accentué à mesure que les températures augmentaient et que l'humidité du sol diminuait. En outre, 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 scénario 1 envisage 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 scénario 2 suppose que les niveaux actuels d'émission de dioxyde de carbone se poursuivent 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 1, surtout sur les sites plus chauds du sud. Les résultats du scénario 2 ont montré une diminution importante et toujours significative de la croissance des érables à sucre dans les quatre sites et pour toutes les parcelles—celles traitées avec l'engrais azoté ainsi que les parcelles non traitées. Des diminutions par trois des taux de croissance sont possibles dans les conditions du scénario deux.

Dans le scénario 2, les érables à sucre finiraient par disparaître de la péninsule inférieure du Michigan, bien que les changements se produiront probablement sur plusieurs siècles, dit Ibáñez. Si cela arrive, la forêt de feuillus nordiques dominée par l'érable à sucre et le hêtre pourrait être remplacée par la forêt de chênes et de caryers, qui est mieux adapté aux conditions sèches mais qui retire moins de carbone de l'atmosphère.

"La séquestration du carbone est un énorme service que nous rendent les forêts et est très importante 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. »