Les cernes des arbres racontent ce qui se passe physiologiquement alors que la suppression des incendies rend les forêts plus denses et moins tolérantes à la sécheresse, ravageurs et feux de forêt, de nouvelles recherches montrent.

Des scientifiques de l'Oregon State University et de l'Utah State University ont étudié 2, 800 hectares de forêt mixte de conifères dans le centre de l'Oregon, avec de nombreux pins ponderosa dans la zone d'étude datant de centaines d'années avant 1910, lorsque l'extinction des feux de forêt est devenue une politique fédérale.

D'autres arbres dans la région, où l'histoire des incendies a été largement étudiée, étaient plus jeunes, des grands sapins relativement intolérants au feu et à la sécheresse.

Les résultats, Publié dans Biologie du changement global , indiquent qu'à mesure que les peuplements d'arbres sont devenus plus épais au cours du siècle dernier, les arbres ont été forcés d'utiliser progressivement plus de l'isotope stable plus lourd du carbone pour la photosynthèse, indiquant une augmentation du stress hydrique car ils limitaient le passage des gaz dans leurs feuilles.

La recherche suggère également que l'augmentation des niveaux de dioxyde de carbone - le CO2 atmosphérique a augmenté de 40 pour cent depuis l'aube de l'ère industrielle - ne peut pas aider les arbres à surmonter les effets des forêts devenues plus denses sans incendie.

« Nous avons voulu documenter la trajectoire de sensibilité au stress hydrique en réponse à des déficits en feu progressivement croissants, et le seuil d'occupation du peuplement où la résistance et la résilience décroissantes au stress hydrique, les scolytes et les feux de forêt s'installent, ", a déclaré le co-auteur de l'étude Christopher Still du Collège de foresterie de l'OSU. "C'était une intersection de l'écologie du feu et de l'écologie physiologique, deux domaines qui ne se rencontrent pas aussi souvent qu'ils le devraient."

Avant 1910, les feux de surface fréquents et de faible gravité ont joué un rôle clé dans le maintien des forêts des régions montagneuses sèches de l'ouest des États-Unis. Dans les décennies qui ont suivi, les déficits de feu qui ont résulté de la politique fédérale - de concert avec le pâturage, l'exploitation forestière et les changements d'utilisation des terres - ont provoqué des changements structurels majeurs dans les forêts plus anciennes à mesure que des espèces tolérantes à l'ombre et au feu se sont installées.

Sur la même période, les concentrations de dioxyde de carbone dans l'atmosphère n'ont pas seulement augmenté, mais à un rythme croissant; les concentrations plus élevées de CO2 ont un effet sur les échanges gazeux des feuilles, processus par lesquels les arbres obtiennent de l'oxygène pour la respiration et du dioxyde de carbone pour la photosynthèse.

« Nous savons depuis longtemps que la suppression des incendies a conduit à des forêts surpeuplées, ce qui signifie plus de concurrence pour les ressources, " a déclaré Andrew Merschel, étudiant diplômé du Collège de foresterie, un autre co-auteur de l'étude. "Nous savons qu'à cause de cela, les arbres sont plus sujets à la sécheresse, ce qui est logique :il y a moins d'eau qui atteint les profondeurs du sol et plus d'arbres qui la pompent. Notre recherche montre d'une manière physiologique ce qui se passe. Nous pensions qu'il y aurait des signaux dans les cernes annuels des arbres, et il y a."

Un arbre ajoute un anneau pour chaque année de croissance, et dans un conifère, l'anneau se compose d'une partie de « bois primitif » de couleur plus claire et d'une partie de « bois tardif » de couleur plus foncée.

La variation de la taille des anneaux reflète la température et les précipitations au moment de la croissance. Et la chimie de chaque bague raconte aussi une histoire, y compris si un arbre peut utiliser plus de l'isotope carbone 12 plus léger qu'il préfère, ou a dû recourir à une utilisation relativement plus importante de l'isotope plus lourd du carbone-13 pour la photosynthèse également.

Les enregistrements des isotopes du carbone des cernes des arbres ont également montré que les arbres réagissent à la sécheresse en devenant plus efficaces dans leur utilisation de l'eau.

Ce qui n'était pas connu, bien que, était de savoir si les augmentations de l'efficacité de l'utilisation de l'eau, renforcée par la hausse des concentrations de CO2, étaient suffisants pour surmonter le stress hydrique accru résultant d'une récente impulsion de croissance de plus jeunes, arbres intolérants au feu.

"L'augmentation de la densité des arbres semble l'emporter sur les avantages de la fertilisation au dioxyde de carbone, '", a déclaré Merschel. "Ce n'est pas nécessairement mauvais si plus jeune, les arbres sensibles à la sécheresse qui se sont établis depuis l'exclusion du feu meurent parce que cela correspond à l'apparence de ces forêts - plus ouvertes, permettant au pin ponderosa de vivre jusqu'à 600 ans. Moins d'arbres et une concurrence réduite permettent aux vieux, des arbres résistants au feu qui ont survécu à des siècles de sécheresse, insectes, et le feu à persister en tant qu'épine dorsale structurelle des forêts sèches. »

L'auteur principal Steven Voelker de l'Utah State University note que la sensibilité à la sécheresse des forêts dans les régions montagneuses sèches du nord-ouest du Pacifique peut être aggravée à mesure que le changement climatique augmente la durée de la saison sans neige.

"Des recherches récentes de l'OSU et d'autres institutions montrent également que des forêts plus denses réduisent le manteau neigeux dans le nord-ouest, " a déclaré Voelker. " Nous ne pouvons pas prédire exactement comment tous ces facteurs affectant les forêts interagiront à l'avenir, mais il est certain que les forêts à plus faible densité auront plus de neige et moins de stress hydrique."

Et sans « changements majeurs de politique et de gestion visant à réduire les densités de peuplement, " de nombreuses forêts du centre de l'Oregon franchiront un seuil qui les rend moins résistantes à la sécheresse et moins résistantes aux feux de forêt et aux épidémies de scolytes, il a dit.

Les travaux futurs de ce groupe de recherche étendront les analyses des isotopes des cernes des arbres à différentes régions de l'Oregon et d'autres parties de l'ouest des États-Unis pour évaluer l'effet d'une concurrence accrue à travers les forêts de conifères où il pourrait être plus sec et plus chaud, et ainsi fournir une analyse plus complète vue de la façon dont la résilience des forêts a changé en raison de la suppression des incendies.