Pendant la plus longue sécheresse de l'histoire moderne de la Californie, une paire de chercheurs de l'UO se sont rendus dans les bois de la Sierra Nevada pour étudier comment la composition des forêts affecte l'approvisionnement en eau et quels changements peuvent survenir lorsque le changement climatique modifie la composition écologique des forêts.

Ce qu'ils ont trouvé, c'est un moyen d'utiliser la relation entre les arbres et les sols pour prédire les changements dans les niveaux d'eau et de carbone dans ces forêts de montagne et ces bassins versants. En combinant leurs résultats avec des données historiques, ils suggèrent une augmentation possible de 10 à 60 pour cent de la perte d'eau régionale alors que le changement climatique pousse les espèces d'arbres à migrer vers différentes altitudes.

Le chercheur postdoctoral de l'UO Toby Maxwell de l'Institute of Ecology and Evolution et Lucas Silva, professeur d'études environnementales et de géographie, a dirigé l'étude, qui a été fait en collaboration avec le pédologue Will Horwath de l'Université de Californie, Davis. L'étude est parue dans le Actes de l'Académie nationale des sciences .

« La sécheresse en Californie devait entraîner des changements dans les paysages forestiers de montagne et nous voulions essayer de comprendre comment ces changements pourraient affecter le cycle de deux ressources naturelles importantes :l'eau et le carbone, " dit Maxwell, l'auteur principal de l'étude. "Nous avons découvert que l'interaction des espèces d'arbres et des propriétés du sol est utile pour mieux comprendre les relations carbone-eau et pour prédire les changements dans la façon dont l'eau se déplace à travers ces forêts."

Les chercheurs se sont concentrés sur la composition des forêts car les arbres jouent un rôle central dans le mouvement et la disponibilité de l'eau. Cela se produit principalement par la transpiration, un processus dans lequel l'humidité se déplace des arbres dans l'atmosphère.

Si un arbre transporte plus d'eau du sol vers l'atmosphère, moins d'eau coulera dans les rivières et les réservoirs. Mais la nature exacte du rôle de chaque arbre et ce que cela signifie pour les niveaux d'eau et de carbone varie considérablement en fonction d'un certain nombre de facteurs biologiques et environnementaux.

Ces facteurs sont en constante évolution, les chercheurs ont dit, parce que les forêts évoluent parallèlement au climat, car les plantes et les arbres réagissent à la hausse des températures et aux fluctuations des précipitations. Dans la Sierra Nevada, il y a des années de données montrant que certains types d'arbres commencent à pousser à des altitudes plus élevées à mesure que le climat de l'État devient plus chaud et plus sec.

« Les parcelles de surveillance à long terme à travers la Sierra Nevada montrent une expansion des feuillus vers des altitudes plus élevées, ", a déclaré Silva. "L'une des principales réponses au changement climatique dans les environnements de montagne est la migration des arbres vers le haut."

Considérant que ces bassins versants forestiers fournissent de l'eau à pas moins de 20 millions de personnes en Californie, les changements dans ces forêts – et l'eau qui s'écoule à travers leurs bassins versants – pourraient avoir des ramifications importantes pour l'État.

"L'une des principales raisons pour lesquelles j'étais intéressé à rechercher ce que les changements dans la composition des forêts pourraient signifier pour les cycles de l'eau et du carbone est à cause des implications pour les ressources naturelles et ces paysages, " a déclaré Maxwell.

Maxwell souhaitait également utiliser ses recherches pour examiner un domaine de grande incertitude dans le fonctionnement des forêts :l'interaction du sol et des espèces d'arbres.

Depuis trois altitudes différentes dans la Sierra Nevada, des pentes granitiques à l'extérieur du lac Tahoe aux flancs volcaniques du mont Lassen, ils ont collecté 225 échantillons de sol et de litière végétale et 345 échantillons de feuilles de neuf espèces d'arbres pour mesurer l'efficacité de l'utilisation de l'eau - un indice qui montre combien d'eau est perdue par la transpiration par rapport à la quantité de dioxyde de carbone qu'ils éliminent de l'air - à travers paysages différents.

"J'ai obtenu mon deuxième doctorat en usines de broyage, " a plaisanté Maxwell, qui a recruté l'aide d'un moulin à café et de solutions acides pour se frayer un chemin à travers les premières étapes de l'extraction de la cellulose de centaines de feuilles et d'aiguilles de pin.

L'une des premières observations était déroutante :les données ont montré que les arbres situés dans les endroits les plus pluvieux étaient les plus soumis à un stress hydrique – ce qui signifie que les arbres rationnaient l'eau parce qu'ils sentaient qu'il s'agissait d'une ressource rare. Cela semble contre-intuitif, compte tenu des précipitations importantes dans la région où ces arbres étaient situés, dit Maxwell.

Lorsque les chercheurs ont approfondi les données et examiné le sol, ils ont découvert que le sol ne retenait pas beaucoup d'eau, limiter la transpiration. Ce fut l'une de leurs premières découvertes importantes pour comprendre comment le sol et les espèces interagissent pour influencer la façon dont l'eau se déplace de la terre vers l'air.

Ils ont continué à trier des quantités massives de données pour extraire des informations sur la façon dont chaque espèce d'arbre transporte l'eau et comment cela change en fonction du sol dans lequel elles sont enracinées.

"C'était des données assez bruyantes au début. C'est vraiment cette interaction entre les arbres et le développement du sol qui a conduit à des conclusions significatives, " dit Silva. " Si vous regardez juste les arbres, vous voyez un tas de points de données, sans tendance claire. Une fois que vous considérez leurs interactions avec le sol et les changements atmosphériques, ça a vraiment du sens."

En examinant les interactions, ils ont pu transformer leur ensemble de données compliqué en résultats condensés qui aident à identifier les combinaisons d'arbres et de sol produisant différents niveaux de transpiration.

"Nous avons constaté que la quantité de perte d'eau varie considérablement entre les différentes espèces d'arbres et que différents types de sol régulent ce qui affecte, " a déclaré Maxwell.

Silva a ajouté, "Quand tu mets les deux ensemble, vous pouvez passer de la compréhension de ce qui se passe au niveau des feuilles à la compréhension de ce que cela signifie pour le paysage."

Les conclusions devraient être utiles aux aménagistes forestiers et aux décideurs politiques lorsqu'ils réfléchissent à la manière de gérer stratégiquement les forêts et les ressources naturelles, Maxwell et Silva ont dit. Les informations devraient également aider à modéliser la façon dont le changement climatique affectera les paysages.

Maxwell prévoit de poursuivre cette recherche dans le laboratoire de recherche sol-plante-atmosphère de Silva à l'UO grâce à une nouvelle subvention du National Geographic Committee for Research and Exploration. La nouvelle étude, "Le paradoxe climatique :cartographier la résilience et la vulnérabilité des forêts de montagne, " intégrera de nouveaux sites des forêts de l'Oregon.

Les chercheurs prévoient de générer des cartes régionales de l'utilisation de l'eau et de la séquestration du carbone en collaboration avec des chercheurs du laboratoire d'infographie du département de géographie de l'UO.