Dans un monde où les niveaux de dioxyde de carbone atmosphérique augmentent, les plantes devraient être heureuses, droit? Des expériences ont montré que, Oui, l'augmentation du dioxyde de carbone permet aux plantes de faire plus de photosynthèse et d'utiliser moins d'eau.

Mais le revers de la médaille est que les températures plus élevées poussent les plantes à utiliser plus d'eau et à moins faire la photosynthèse. Donc, quelle force, CO 2 fertilisation ou stress thermique, gagne ce bras de fer climatique?

La réponse, Des chercheurs de l'Université de l'Utah écrivent dans une nouvelle étude en Actes de l'Académie nationale des sciences , est que cela dépend de la capacité des forêts et des arbres à s'adapter à leur nouvel environnement. L'étude, ils disent, intègre des aspects de la physiologie d'un arbre pour explorer comment les arbres et les forêts réagissent au changement climatique.

"C'est prendre la physiologie de cellules individuelles et l'agrandir dans un ordinateur pour faire des projections de la valeur des forêts d'un continent, ", explique le co-auteur de l'étude, William Anderegg.

Endiguer la perte d'eau

Pour préparer le terrain pour ce bras de fer, il est important de comprendre comment les arbres et les plantes utilisent l'eau.

Dans un arbre, l'eau est extraite des racines à travers le xylème, le système vasculaire de l'arbre. L'eau se déplace vers les feuilles, où se produit la photosynthèse. Sous les feuilles, petits pores appelés stomates ouverts pour admettre le CO 2 pour la photosynthèse. La vapeur d'eau peut s'échapper par les stomates, bien que, la fermeture des stomates est donc nécessaire pour se prémunir contre la perte d'eau pendant les périodes sèches ou chaudes.

Lors d'une sécheresse intense, les arbres doivent travailler plus fort pour attirer l'eau dans l'arbre et à travers le xylème. Si le sol est suffisamment sec, la tension sur l'eau provoque la formation d'une bulle d'air dans le xylème, réduisant efficacement le transport de l'eau et blessant ou tuant l'arbre. C'est comme une crise cardiaque.

Un modèle physiologique

John Sperry de la U's School of Biological Sciences a passé des décennies à étudier la physiologie de l'utilisation de l'eau par les arbres, et ces dernières années a été rejoint par Anderegg et le chercheur postdoctoral Martin Venturas, avec d'autres collègues. Ensemble, ils ont développé un modèle de la façon dont les traits physiologiques des arbres, principalement la régulation de l'ouverture des stomates, influence la photosynthèse et la perte d'eau en réponse à un environnement changeant, y compris la sécheresse.

Ce modèle, Sperry dit, a maintenant permis une nouvelle façon de prédire l'issue du bras de fer climatique, quantifier les effets concurrents du CO 2 fertilisation et stress thermique pour trouver le point d'équilibre.

Mais cela a également permis une autre avancée dans la compréhension :Anderegg dit que le modèle leur permet de simuler la capacité des arbres à s'acclimater à la chaleur et à la sécheresse, à la fois à des échelles de temps courtes, en fermant ou en ouvrant les stomates, ou à des échelles de temps longues, par la croissance supplémentaire des arbres ou le dépérissement des forêts. "Nous supposons que les plantes sont adaptées pour être quelque peu intelligentes pour répondre au climat et à l'environnement, ", dit Anderegg.

Une certaine acclimatation a été observée dans des expériences précédentes où les arbres étaient baignés de CO 2 -air enrichi, Venturas ajoute, et est également observé dans des forêts similaires les unes aux autres mais situées dans des climats légèrement différents.

"Nos modèles actuels ne font pas de physiologie ou d'acclimatation, " Anderegg dit. "Ils comptent absolument énormément pour l'avenir des forêts. Nous avons trouvé des moyens de les intégrer. »

Tout est dans le rapport

Les résultats du modèle, Sperry dit, suggèrent que le vainqueur du tir à la corde ne dépend pas de la quantité absolue de CO 2 hausse ou réchauffement, juste le rapport entre les deux.

« Donc, vous pouvez avoir la même forêt se déplaçant à travers de grands gradients de changement climatique si ce rapport est au point neutre, ", dit Sperry. "Mais tout ce qui pousse ce rapport du côté du réchauffement va avoir un potentiel d'impact négatif sérieux."

Si les forêts ne parviennent pas à s'acclimater, les chercheurs écrivent, alors le rapport doit être supérieur à 89 parties par million de CO 2 par degré C de réchauffement pour éviter un stress important et la mort des arbres. Seulement 55% des prévisions climatiques montrent que ce scénario se produit. Mais si les forêts sont capables de s'acclimater, alors ils peuvent tolérer un ratio inférieur :67 parties par million de CO 2 par degré de réchauffement, qui se produit dans 71% des prévisions.

Autres facteurs de pourboire

Mais même avec acclimatation, d'autres facteurs peuvent faire pencher la balance vers une catastrophe forestière. Le modèle ne prend pas en compte les feux de forêt ou les infestations d'insectes, Venturas dit, seule la physiologie des arbres, bien que les forêts stressées soient plus sensibles aux incendies et aux insectes.

"C'est améliorer une pièce du puzzle, mais nous avons encore besoin d'en apprendre beaucoup sur les autres pièces et comment elles sont intégrées, " il dit.

Les chercheurs écrivent également que des années exceptionnellement sèches peuvent également faire pencher la balance. « Dans ces cas, si nous descendons en dessous d'un seuil d'humidité du sol, nous pourrions faire mourir toute la forêt, " dit Venturas. La mortalité peut arriver relativement soudainement. " Vous voyez cela dans votre pot de fleurs à la maison si vous oubliez d'arroser, " Dit Sperry. " Tout ira bien jusqu'à un certain point, mais ensuite vous atteignez ce seuil d'humidité et en quelques jours, la plante peut mourir. Si vous n'avez pas de pluie pendant cette période, le système entre dans un cycle où le sol se dessèche trop vite et envoie les arbres en défaillance vasculaire. »

Sperry ajoute que l'étude prédit une corde raide précaire des conditions climatiques pour les futures forêts à naviguer. "L'étude ne donne en aucun cas le feu vert au statu quo."