Il y a près de 30 ans, Les scientifiques de Harvard Forest ont commencé un projet unique, expérience de longue durée sur une forêt de 2 acres à l'aide d'un long câble d'acier, un treuil, et un véhicule forestier lourd appelé débusqueur.

Un par un, ils ont traîné le câble jusqu'à 279 arbres sélectionnés, attaché haut sur le tronc, puis j'ai téléphoné au gars du débardeur, stationné à l'extérieur du terrain pour ne pas perturber le sol forestier, pour déclencher le treuil. Et, un par un, les arbres sont tombés.

Quand ils ont été faits, ils avaient approximé les dégâts causés à travers la Nouvelle-Angleterre par le grand ouragan de 1938, créant un ouragan expérimental qui a touché 50 pour cent des grands arbres de la canopée, a ouvert le sous-bois à une nouvelle lumière, a lancé un processus de récupération de plusieurs décennies, et a créé un paysage cauchemardesque de troncs tombés et de branches entrecroisées plus facilement traversé par un expert en parkour que par des scientifiques chargés d'enregistrer régulièrement les changements à venir.

D'ici mars 2019, le cauchemar s'était en grande partie calmé. Le sol forestier était encore jonché de troncs en décomposition, mais leur lent retour au sol avait suffisamment avancé pour qu'ils soient facilement traversés par une vingtaine de scientifiques et de visiteurs qui se sont rassemblés dans la parcelle expérimentale couverte de neige, dans le Tom Swamp Research Tract de Harvard Forest à Petersham, Massachusetts.

Autour d'eux se trouvaient des arbres qui, tout en étant plus jeunes et plus minces que ceux qu'ils ont remplacés, avait depuis longtemps comblé les brèches de la canopée. Leur composition était similaire à celle d'avant la tempête, une surprise pour les chercheurs qui s'attendaient à ce que davantage d'espèces pionnières s'installent. Aussi remarquable était à quel point le tract avait l'air banal. C'était comme beaucoup d'autres forêts de feuillus de la Nouvelle-Angleterre, nu et attendant la fin du printemps par une froide matinée de fin d'hiver.

En réalité, cette banalité - une expression de la stabilité de l'écosystème forestier de la Nouvelle-Angleterre, même à la suite d'une calamité d'un siècle - était une autre leçon clé, ainsi que la conclusion qu'il vaut mieux laisser les forêts gérées comme des environnements naturels se rétablir plutôt que d'être aidées par la " coupe de récupération " répandue après la tempête de 1938 et toujours courante après les chablis, les feux, et les infestations d'insectes tueurs d'arbres aujourd'hui.

Les scientifiques, originaire de Harvard Forest et des institutions associées, réunis ce matin-là pour réfléchir au déroulement de l'expérience, découvertes majeures, et l'importance de telles recherches, qui nécessite un patient, engagement à long terme des sources de financement, d'institutions d'accueil comme Harvard Forest, et des scientifiques eux-mêmes, une vue de plus en plus rare chez un impatient, résultats-maintenant monde.

S'adressant à l'assemblée ce matin-là, Le directeur forestier de Harvard, David Foster, a déclaré que l'expérience sur l'ouragan était importante non seulement en raison de la science qu'elle permettait, mais aussi parce qu'il a été l'un des premiers et des plus marquants après la désignation de Harvard Forest en tant que site de recherche écologique à long terme (LTER) par la National Science Foundation en 1988.

Cette désignation, renouvelé tous les six ans, a fourni une base de soutien financier - environ 1 million de dollars par an - pour des travaux comme l'ouragan expérimental, et exploite entre cinq et dix fois plus que le financement d'autres organismes. Les projets LTER sont également au cœur des programmes pédagogiques en forêt, y compris les programmes de niveau K‒12 et de niveau collégial. Des milliers d'étudiants de Harvard ont visité lors de visites sur le terrain, travaillé sur les sites pendant le programme de recherche d'été, et a étudié leurs découvertes lors du séminaire de première année de Foster sur la biologie du changement global.

Les 18 et 19 mars, Harvard Forest a organisé un événement de deux jours marquant le 30e anniversaire de sa désignation LTER. La première journée a été consacrée à des visites de sites et la seconde à une journée de colloque scientifique, avec des présentations détaillées des résultats à ce jour à 125 participants. Aujourd'hui, Harvard Forest est l'un des 28 sites LTER à travers le pays, partie d'un réseau peut-être peu connu du grand public mais que les écologistes vénèrent.

"Ce sont des lieux chargés d'histoire pour les écologistes, " a déclaré Jonathan Thompson, écologiste principal de Harvard Forest, qui a récemment succédé à Foster en tant que chercheur principal pour la subvention LTER de la forêt. "Il n'y a rien comme eux."

Après avoir vu le souffle de l'ouragan, des scientifiques chargés dans des camionnettes se sont dirigés vers d'autres expériences le long des étroits chemins de terre qui croisent le 4, forêt de 000 acres. Un arrêt était un peuplement d'imposantes conifères – des pruches surveillées par l'écologiste principal David Orwig. Centenaire et jamais connecté, les jours de la pruche sont pourtant comptés à cause de l'agression du puceron lanigère envahissant, dont la pénétration dans ce grand nord a été facilitée par les hivers toujours plus chauds de la région.

Le groupe a visité le site de surveillance environnementale, où la première tour de recherche au monde a été construite pour mesurer l'entrée et la sortie de gaz pendant que la forêt respire. Recherche à la tour, lancé par Steven Wofsy, Professeur Abbott Lawrence Rotch de Harvard en sciences de l'atmosphère et de l'environnement, et maintenant supervisé par le chercheur principal en chimie atmosphérique J. William Munger, a montré que la récupération de forêts comme celle de la Nouvelle-Angleterre - coupée à blanc à l'époque coloniale - aide à lutter contre le changement climatique en emprisonnant le carbone atmosphérique dans leur bois à mesure que les arbres deviennent plus épais et poussent plus haut.

La journée s'est terminée sur un damier marron sur le sol enneigé de la forêt. Les parcelles sans neige sont la marque d'une expérience de longue haleine sur le réchauffement du sol. À l'aide de câbles chauffants enfouis sous terre, L'effort de près de 30 ans cherche à comprendre comment les microbes du sol et la respiration des racines des arbres pourraient réagir à un réchauffement du monde.

Maintenu à 5 degrés Celsius au-dessus du sol environnant pour refléter les estimations élevées de réchauffement pour la fin du siècle, les parcelles ont montré que les microbes et les racines réchauffés passent à la vitesse supérieure, augmentant rapidement la quantité de carbone libéré qui avait été enfermé dans le sol. Après avoir atteint un sommet, les émissions ont diminué, stabilisé depuis plusieurs années, et puis - dans une autre surprise expérimentale - est passé à un deuxième pic.

"Nous avons pensé que nous avons un phénomène triphasé et nous avons continué à faire des mesures, " a déclaré Jerry Melillo, scientifique distingué au Laboratoire de biologie marine de l'Université de Chicago et chercheur principal à la forêt. "Nous sommes maintenant dans une deuxième période de repos. Dans 20 ou 30 ans, nous nous rapprocherons probablement d'une réponse."

Melillo a déclaré que le financement LTER était essentiel à l'expérience, d'abord parce qu'il a fourni des fonds de base importants qui ont été augmentés par des fonds provenant d'autres sources comme le département américain de l'Énergie. Puis, lorsque l'intérêt s'est affaibli après la disparition du premier pic d'émissions de carbone, le financement LTER a permis à l'expérience de continuer. Sans ça, Melillo a dit, la deuxième vague d'émissions de carbone et la meilleure compréhension des effets du réchauffement sur les sols forestiers seraient passées inaperçues.

LTER et une « expérience signature »

Melillo, who has conducted research at Harvard Forest for 40 years, played an important role in getting the initial LTER experiments up and running, dit Foster. Not long after the LTER designation, Melillo counseled that the forest needed something exciting to help it stand out.

"'What we need is a signature experiment, '" Foster recalled Melillo saying. "'We need something that they'll talk about at NSF, that'll be unlike something that anybody else has done.'

"I said, 'Jerry, what is that?' And he said, 'I don't know, but we gotta have it.'"

Foster eventually seized on replicating one of the most devastating forces that mold the New England forest landscape:major hurricanes that blast ashore every 100 to 150 years. But how to do it? He rejected the idea of bulldozing trees because it would tear up the forest floor and disrupt the invisible but nonetheless critical cycling of nutrients and gases between the floor and the atmosphere.

When Foster suggested winching trees down instead, the idea was ridiculed as unworkable by a visiting scientist:The roots were far too strong. Foster chewed over the problem until he mentioned it to John Wisnewski, a Harvard Forest staffer with experience logging.

"'I'd just pull them over, '" Foster recalled Wisnewski saying. "'We do it all the time.'"

Wisnewski, today Harvard Forest's woods crew supervisor, told Foster that loggers need a flat area to stage removal of logs from the forest. So instead of cutting trees, which would leave stumps behind, they simply pull them down with a winch and cable, lop off the trunks, and pile the roots to one side.

An experimental path cleared, Foster turned to the forest's archive to plan the simulated storm In 1938, graduate student Willett Rowland recorded the Great Hurricane's damage at the forest, showing that about half of the large trees came down and that some species, such as white pine, were more susceptible to wind damage.

With that knowledge in hand, Foster laid out an east-west plot 50 meters by 160 meters in the Tom Swamp tract and marked the trees to come down. Preparations complete, they drove in the skidder and hauled the cable into the forest, pulling down tree after tree, all oriented so their crowns pointed northwest, as if felled by a hurricane's prevailing winds.

Most trees came right over, Foster said, but some broke and were left to regrow as they were. Only one tree—a large old oak—resisted the skidder's tow.

"We decided that, bien, in a hurricane that tree wouldn't have fallen, " Foster said. "We went and found one of equal size downslope and pulled it over."

Then began the lengthy task of monitoring. An early revelation was the stability of key indicators like soil temperature, overall productivity, and carbon dioxide and nitrogen gas cycling among the trees, the soil, and the atmosphere.

Another was that the trees didn't die right away. Ninety percent of trees damaged by the winch leafed out regardless, photosynthesizing, drawing water from the earth, and contributing to the forest ecosystem even though they were flat on the ground. As they slowly died, the understory took over. Saplings that had been awaiting their chance shot upward, sprouts grew from the fallen trees' roots, and newly seeded trees got started. Lost production—measured in the amount of leaf litter each fall—recovered in just six years.

"Despite the fact that this looked like a destroyed forest, because it was physically altered in such a major way, it was functioning as an absolutely intact ecosystem, " Foster said.

In trying to understand the forest's unexpected stability, researchers realized that most experience with disturbed sites was at places subjected to the common practice of salvage logging, where fallen trees are cut and dragged out using soil-churning heavy equipment. Dans certains cas, as after the 1938 hurricane, the piled debris left behind is burned.

"We're used to looking at sites that were subsequently disturbed after a major wind storm or ice storm by people going in and logging, " Foster said. "The 1938 hurricane was the biggest salvage logging exercise in U.S. history. And it pretty comprehensively turned the 1938 hurricane into one great big cutting operation.

"In almost every case you can think of, if your intent is to encourage the recovery of the forest and ecosystem function with minimal change … doing nothing becomes a viable alternative."

When Audrey Barker-Plotkin arrived at the site eight years after the pulldown, just walking around was a challenge. Today a senior researcher and the author of several studies on the site, she recalled having to weave through tangled branches and wrestle with wiry new growth that all seemed to be at "face level."

"It was like walking through a jungle gym. The plot seems a lot smaller now that you can see through it, " Barker-Plotkin told the visiting scientists. "Just the changes I've seen in 20 years have been really remarkable. … [The site] was different every single year."

Another thing scientists didn't expect, Barker-Plotkin said, was the stability of the tract's species makeup. Researchers thought that more pioneer species like cherry and paper birch—usually fast-growing colonizers of disturbed sites—would take hold. But the stability of even the damaged ecosystem didn't provide much of an opening. While those species did appear in disturbed soil around upturned roots, that was less than 10 percent of the forest floor. Invasive species, another threat at disturbed sites, were also absent, elle a dit.

Aujourd'hui, elle a dit, the experimental plot has largely recovered structurally, but is still struggling to catch up with the surrounding forest's growth. Tree volume has reached about 80 percent of what it was before the pulldown, but measurements of the nearby control plot show that the surrounding forest has grown 25 percent over the intervening decades as part of New England forests' continued recovery from Colonial-era clear-cutting.

New leaders and a landscape full of questions

Like the long-term processes they measure, the hurricane pulldown and other experiments continue to produce data even as their original investigators' careers come to a close. A smooth transition to new leadership will be essential in maintaining both research continuity and excellence, dit Foster. At several sites the group visited, experimental founders handed off presentations to younger researchers, as Foster did to Barker-Plotkin at the hurricane site and Melillo did to University of New Hampshire Professor Serita Frey, a soil microbe expert, at the soil warming experiments.

LTER's new principal investigator, Thompson, spoke of the importance of ensuring the continuity of key long-term experiments even as researchers move on from work that has run its scientific course.

"À certains égards, the experiments they set up in the '80s just look so prescient now, " il a dit.

An important question still to be explored is how long recovering forests will keep absorbing carbon, Thompson added. That answer has potentially crucial implications for climate change, since global forests absorb roughly 20 percent of the excess carbon humans emit.

Une partie du problème, Thompson said, is that though remnant old-growth patches exist, they may not be good models for understanding forests regrowing on former farmland, since they're typically in poor growing locations, which is why they weren't cut in the first place.

"We know how much [carbon] is in the forests, " Thompson said, "but we don't know how much carbon can be in these forests."

Cette histoire est publiée avec l'aimable autorisation de la Harvard Gazette, Journal officiel de l'université Harvard. Pour des nouvelles universitaires supplémentaires, visitez Harvard.edu.