Les avantages environnementaux des plus grands, les plantes arbustives de la toundra dans l'Arctique peuvent être exagérées, selon de nouvelles recherches impliquant l'Université de Stirling.

Les modèles écosystémiques et climatiques actuels suggèrent que, alors que l'Arctique se réchauffe, les écosystèmes de la toundra deviennent plus productifs, avec une plus grande photosynthèse résultant en une plus grande élimination de carbone, ou séquestré, de l'atmosphère.

Cependant, la plupart des modèles ne prennent pas en compte le transfert et le devenir de ce carbone sous le sol, et comment cela peut interagir avec le carbone du sol à travers les activités des micro-organismes du sol. Ceci est d'une importance critique car la grande majorité du carbone dans les écosystèmes arctiques se trouve dans le sol et le « pergélisol » (sol ou sédiments gelés en permanence) sous forme de matière organique produite par la décomposition incomplète des plantes mortes, les animaux et les organismes du sol dans des conditions froides.

La nouvelle recherche a examiné l'impact d'un Arctique plus arbustif sur les stocks de carbone du sol et le potentiel global de séquestration du carbone de ces écosystèmes. Significativement, il a constaté que certaines communautés de grands arbustes stimulent le recyclage du carbone dans les sols, en le libérant dans l'atmosphère sous forme de dioxyde de carbone, ce qui signifie que des arbustes plus productifs peuvent ne pas toujours entraîner une plus grande séquestration de carbone.

Le professeur Philip Wookey de la Faculté des sciences naturelles de l'Université de Stirling a dirigé le programme de recherche financé par le Natural Environment Research Council (NERC) dont cette étude faisait partie. Le collègue de Stirling, le Dr Jens-Arne Subke, a également participé à ce travail.

Le professeur Wookey a déclaré :« Alors que des études antérieures suggèrent qu'un un Arctique plus vert peut augmenter le taux d'élimination du dioxyde de carbone de l'atmosphère, nos recherches ont identifié une accélération du taux de perte de carbone des sols, de nouveau dans l'atmosphère.

« Cela pourrait plus que compenser la séquestration du carbone et, de façon inattendue, transformer ces écosystèmes en une source nette de dioxyde de carbone dans l'atmosphère. Significativement, les modèles écosystémiques et climatiques actuels ne tiennent pas compte de cette énigme, ce qui signifie que nous sous-estimons peut-être les futures rétroactions climatiques des écosystèmes arctiques. »

L'étude a été dirigée par le Dr Lorna Street, de la School of GeoSciences de l'Université d'Édimbourg, et a également impliqué des scientifiques de la NERC Radiocarbon Facility à East Kilbride, et les universités de Durham et de Liverpool. Un soutien supplémentaire a été reçu de l'Institut de recherche Aurora, Université Wilfrid Laurier, et l'Université de Montréal, tout au Canada.

Les travaux sur le terrain, qui examinent le cycle du carbone dans les plantes et les sols au cours des 50 dernières années, ont été menés en 2013 et 2014 dans les hautes terres du Mackenzie, dans les Territoires du Nord-Ouest, Canada.

L'équipe a trouvé des preuves que les arbustes de bouleau de la toundra arctique sont fortement liés à la libération de vieux carbone, fixé par photosynthèse il y a plus de 50 ans et stocké dans la matière organique du sol. Cependant, ce n'était pas le cas de l'aulne, un autre type d'arbuste arctique.

Le Dr Street a déclaré :"Nous pensons que c'est parce que, en bouleau, les produits de la photosynthèse sont transférés au sol par l'intermédiaire de symbiotes fongiques, qui stimulent la décomposition de la matière organique du sol comme moyen de libérer les nutriments, comme l'azote, dont les bouleaux ont besoin pour pousser.

"Par contre, en aulne, les produits de la photosynthèse sont principalement retenus dans les tissus végétaux car l'aulne a souvent l'aide de micro-organismes dans les racines, capables de "fixer" l'azote directement de l'atmosphère.

"Ces résultats indiquent que, si, comme les preuves l'ont suggéré, le bouleau arbustif prolifère dans les écosystèmes de la toundra au cours des prochaines décennies, cela pourrait directement stimuler la perte, par décomposition accélérée, du carbone préexistant du sol sous forme de dioxyde de carbone.

Réductions d'émissions

L'incertitude entoure le niveau de libération potentielle de carbone des systèmes de pergélisol des hautes latitudes, avec des prévisions comprises entre 0 et 200 gigatonnes. Pour le contexte, 200 Gt représentent environ 20 ans d'émissions totales de carbone mondiales actuelles, en raison de l'activité humaine, à l'atmosphère.

Le Dr Street a ajouté :« Si nos résultats s'appliquent à toutes les régions de la toundra du pergélisol, cela suggère qu'il existe un processus auparavant non comptabilisé qui pourrait pousser le système vers l'extrémité supérieure de ces prédictions. Ceci est extrêmement important car cela signifie que nous devrons peut-être faire plus que prévu actuellement, en termes de réduction des émissions de dioxyde de carbone, pour atteindre nos objectifs climatiques."