Un pâturage adjacent à la forêt tropicale mature en Équateur, où la déforestation a ouvert la voie au bétail. Les arbres restants créent un habitat pour la faune qui peut aider à disperser les graines et à relancer le reboisement si et quand l'agriculture est abandonnée. Crédit :Sarah Batterman
Les forêts tropicales sont des alliées dans la lutte contre le changement climatique. Les arbres en croissance absorbent les émissions de carbone et les stockent sous forme de biomasse ligneuse. Par conséquent, reboisement des terres une fois défrichées pour l'exploitation forestière, exploitation minière, et l'agriculture est considérée comme un outil puissant pour bloquer de grandes quantités d'émissions de carbone dans les tropiques d'Amérique du Sud.
Mais de nouvelles recherches publiées dans Communication Nature montre que la capacité des forêts tropicales à retenir le carbone dépend d'un groupe d'arbres qui possèdent un talent unique :la capacité de fixer l'azote de l'atmosphère.
L'étude a modélisé comment le mélange d'espèces d'arbres poussant dans une forêt tropicale à la suite d'une perturbation, comme la coupe à blanc, peut affecter la capacité de la forêt à séquestrer le carbone. L'équipe a découvert que la présence d'arbres fixant l'azote pouvait doubler la quantité de carbone stockée par une forêt au cours de ses 30 premières années de repousse. A maturité, les forêts avec fixation d'azote ont absorbé 10 % plus de carbone que les forêts sans.
Sarah Batterman, chercheur au Cary Institute of Ecosystem Studies et co-auteur de l'article, explique, "Nous voulons utiliser ce travail pour guider le reboisement tropical afin d'optimiser l'absorption du carbone et la résilience. Cela nécessite de comprendre quel mélange d'arbres est nécessaire pour maximiser le stockage du carbone à long terme tout en résistant aux conditions climatiques futures. Nos résultats suggèrent que les arbres fixateurs d'azote sont un ingrédient clé de la recette du reboisement."
Les plantes fixatrices d'azote s'associent aux microbes du sol pour transformer l'azote atmosphérique en une forme d'azote disponible pour alimenter la croissance des plantes. Grâce à ces interactions, les fixateurs d'azote sont capables de s'autoféconder. Cette adaptation leur donne un avantage dans les défrichements récents, sols tropicaux de début de succession pauvres en azote. Les fixateurs aident également à fertiliser les plantes voisines lorsqu'elles perdent leurs feuilles et restituent l'azote au sol.
Sous les tropiques, les arbres fixateurs d'azote sont communs, mais ils peuvent être relativement rares dans les forêts nouvellement récupérées. Leur grand, les graines riches en nutriments sont souvent dispersées par la faune. Disposer de graines animales dispersées est un inconvénient dans les premiers stades de la repousse de la forêt, quand les animaux qui vivaient autrefois dans la forêt ne sont pas encore revenus. La plantation de fixateurs dans le cadre des efforts de reboisement pourrait stimuler le développement forestier et l'accumulation de carbone.
Batterman dit, "Pour comprendre la fonction des arbres fixateurs d'azote dans une forêt tropicale, nous devons isoler leurs effets. Nous ne pouvons pas le faire dans une vraie forêt, car l'ajout ou la suppression d'arbres modifierait d'autres aspects de l'écosystème, comme la disponibilité de la lumière, ce qui fausserait les conclusions. Il faudrait également des décennies, voire des siècles, pour le mesurer. Au lieu, nous avons développé un modèle pour quantifier les processus écosystémiques, comme le cycle de l'azote, qui affectent la croissance des forêts et la séquestration du carbone.
Une parcelle de pâturage à côté de forêts tropicales à différents stades de récupération de la déforestation au Panama. Pour entretenir les pâturages dans cette zone, les semis d'arbres doivent être coupés à la main plusieurs fois par an. Cette image montre à quelle vitesse les arbres peuvent se rétablir s'ils en ont l'occasion et si des espèces fixatrices d'azote sont présentes. Crédit :Sarah Batterman
À l'aide des données recueillies sur 112 parcelles de forêt tropicale au Panama, un enregistrement qui comprend des données sur plus de 13, 000 arbres individuels âgés de cinq à 300 ans après la perturbation - l'équipe de recherche a développé un modèle qui représente les interactions entre le sol, les plantes, et les nutriments à l'échelle des arbres individuels. Le modèle tient compte de la compétition entre les plantes pour la lumière et les nutriments, cycle des nutriments entre les plantes et le sol, et la fixation de l'azote au niveau des arbres.
Les arbres ont été classés en quatre groupes qui sont propres aux différents stades de repousse de la forêt, y compris au début, milieu-, et les espèces de fin de succession, plus des fixateurs d'azote. En modifiant la capacité des arbres à fixer l'azote dans leur modèle, l'équipe a pu prédire à quelle vitesse le carbone s'accumulait dans une forêt et combien de carbone elle était capable de stocker.
Batterman explique :« Les forêts avec des arbres fixateurs d'azote poussent plus rapidement au début de la succession et ont un potentiel de stockage de carbone plus élevé que les forêts sans fixateurs d'azote. Elles récupèrent également plus rapidement lorsqu'elles sont confrontées à des perturbations.
Pour quantifier le cycle de l'azote dans les forêts tropicales, de nombreux modèles existants utilisent des paramètres à l'échelle de l'écosystème tels que l'évapotranspiration et la production primaire nette pour estimer les flux de fixation d'azote. Ces modèles ont tendance à surestimer la quantité d'azote dans le système.
Auteur principal Jennifer Levy-Varon, qui a travaillé sur l'étude alors qu'il était associé de recherche postdoctorale à l'Université de Princeton, dit, "Notre modèle est unique car au lieu d'examiner les processus à l'échelle de l'écosystème et de les utiliser pour estimer les flux d'azote, nous nous penchons sur des arbres individuels. Cela nous donne une compréhension plus précise des contributions des fixateurs d'azote au bilan de l'azote forestier et à la séquestration du carbone associée. »
Pour mettre en contexte l'importance des arbres fixateurs d'azote, l'équipe a utilisé son modèle pour prédire combien de carbone supplémentaire pourrait être stocké dans les zones reboisées des pays tropicaux sur la base des superficies promises dans le cadre du Bonn Challenge.
"Le Bonn Challenge est un effort international visant à reboiser 350 millions d'hectares de terres d'ici 2030. Nous avons constaté qu'en incluant des arbres fixateurs d'azote dans ces efforts, les pays tropicaux pourraient séquestrer 6,7 Gt supplémentaires de dioxyde de carbone au cours des 20 prochaines années. Pour donner un peu de contexte à ce nombre, 6,4 Gt était la quantité totale de CO
Co-auteur Lars Hedin, Professeur d'écologie et de biologie évolutive à l'Université de Princeton, conclut, "Ce modèle nous rapproche de la compréhension de l'importance des forêts tropicales dans le cycle mondial du carbone, et leur rôle dans l'élimination du dioxyde de carbone, un gaz à effet de serre, de l'atmosphère.
