Là où les rivières rencontrent les océans, chaque cycle de la marée déplace l'eau dans et hors des estuaires. Le mélange et le mélange d'eau douce et d'eau salée, combiné avec la météo saisonnière, crée un environnement unique pour les écosystèmes des estuaires côtiers et des rivières à marée en amont.

Mais que signifie le changement climatique pour ces communautés de zones humides ? Et comment les activités telles que l'exploitation des barrages et l'aménagement du territoire pourraient-elles les affecter ?

Pour aider à répondre à ces questions, des chercheurs du laboratoire de recherche marine et côtière du Pacific Northwest National Laboratory ont élaboré un cadre prédictif d'indicateurs et d'analyses écologiques pour la recherche et la gestion des estuaires et des rivières à marée. Une décennie en préparation, le cadre innovant fournit un moyen de comprendre comment les forces naturelles et humaines régissent l'hydrologie et les communautés végétales dans ces écosystèmes de zones humides complexes, maintenant et dans le futur.

Le cadre est décrit dans « Ecohydrologie des communautés végétales des zones humides le long d'un gradient d'estuaire à marée de rivière, " qui est paru le 18 septembre dans le journal en libre accès de l'Ecological Society of America Écosphère . La recherche est la dernière d'une série d'études à l'échelle régionale soutenues par la Bonneville Power Administration et le U.S. Army Corps of Engineers, Quartier de Portland, qui mettent en œuvre un programme de reconnexion et de restauration des zones humides dans la plaine inondable du fleuve Columbia.

Une première pour l'écohydrologie

De 2005 à 2016, l'équipe d'étude a enregistré l'élévation du terrain, élévation de l'eau, et les types de plantes de 50 marais le long de la plaine inondable du cours inférieur du fleuve Columbia. Cette plaine inondable s'étend sur 145 milles de l'embouchure du fleuve Columbia au barrage de Bonneville, 40 miles à l'est de Portland, Oregon.

Amy Borde, un scientifique de la Terre du PNNL et auteur principal de l'étude, combiné les données d'enquête avec un algorithme pour mesurer l'inondation - combien d'eau a persisté pendant combien de temps sur un certain site. Borde a déclaré que la valeur cumulative résultante a permis aux chercheurs de fusionner les différents types d'informations hydrologiques en un seul nombre.

« Nous pourrions ensuite comparer les différentes altitudes sur un seul site, ou entre les sites le long de la pente de la rivière, " a déclaré Borde. "C'était un outil précieux pour analyser l'hydrologie."

Heida Diefenderfer, un collègue scientifique de la Terre au PNNL et co-auteur de l'étude, a déclaré que le nouveau cadre pourrait fournir une base pour la modélisation et la prévision des changements futurs dans des écosystèmes de marée similaires à travers le monde.

« Les travaux d'Amy ont permis de comparer les zones humides tout au long de ce type de gradient, du littoral à un système à dominance fluviale, ce qui n'avait jamais été fait auparavant, " a déclaré Diefenderfer.

Joueur utilitaire de la nature

Comme des éponges géantes, les zones humides remplissent des fonctions environnementales clés, comme le contrôle des inondations, stocker du carbone, et filtrer la pollution. Les habitats humides offrent également une protection et de la nourriture aux oiseaux, poisson, et les mammifères. Par exemple, de minuscules saumons grignotent le long des rives du fleuve Columbia, grandir et gagner en force au cours de leur voyage en aval de l'océan Pacifique.

Mais Diefenderfer a déclaré que ces importants écosystèmes côtiers passent souvent inaperçus ou sont considérés comme des terres en friche.

"Ils ont tendance à être remplis et construits ou cultivés, " dit Diefenderfer, « ainsi, comprendre les seuils hydrologiques et la compétition entre les espèces est important à la fois pour éclairer la restauration des écosystèmes et pour améliorer la compréhension de la relation entre les zones humides et le changement mondial. »

Le barrage de Bonneville représentait une limite naturelle pour l'étude. De nombreux barrages sur le fleuve Columbia, qui prend sa source au Canada et traverse plusieurs États américains avant de se diriger vers l'ouest jusqu'à l'océan Pacifique, Bonneville est le plus en aval. À la fin de l'été et à l'automne, lorsque les débits des rivières sont au plus bas, les marées peuvent remonter jusqu'au barrage, ou la "tête de marée".

Salinité et espèces

L'effort de recherche à long terme, un objectif de l'équipe de recherche sur les écosystèmes côtiers du PNNL, a permis aux scientifiques d'enregistrer les réponses des plantes en moyen-, et les années à fort débit. Les résultats ont montré que les espèces végétales variaient selon les altitudes dans les zones humides et le long de la rivière. Les variations dépendaient de la distance du sel et des marées à la côte, et le volume d'écoulement fluvial sous la hauteur de marée.

L'équipe a également découvert que l'humidité - ou l'inondation - déterminait en grande partie les communautés végétales et la résistance aux espèces non indigènes. Au plus près de l'océan Pacifique, la salinité a empêché les espèces non indigènes de s'installer. Juste en amont, dans la zone fortement marémotrice mais d'eau douce, la diversité des espèces végétales était la plus élevée, un indicateur de la résilience dans les zones humides intertidales.

Plus en amont, changements au quotidien, saisonnier, et les cycles annuels de mouillage et de séchage ont accru l'invasion d'espèces non indigènes. Ces cycles ont également réduit la diversité des plantes aquatiques et d'autres couvertures végétales. En moyenne, la qualité des communautés végétales s'est considérablement améliorée plus près de l'océan.

Sur la base du cadre, l'équipe a identifié cinq zones de végétation distinctes associées à des espèces indicatrices et à des modèles uniques de salinité et d'inondation. Deux espèces végétales — le carex de Lyngbye (indigène) et l'alpiste roseau (non indigène) — se distinguaient par leur couverture et leurs effets compétitifs sur d'autres plantes. Le rôle dominant de ces deux espèces s'échange entre les zones d'influence océanique et fluviale, respectivement.

Le cadre écohydrologique de l'équipe peut être utilisé pour des approches à l'échelle du paysage de la recherche et de la gestion écologiques dans les zones de transition des rivières à marée à travers le monde. L'étude concerne également les efforts de modélisation du système terrestre mondial du PNNL pour le département américain de l'Énergie à travers ses recherches visant à mieux comprendre et modéliser l'interface terre-aquatique, où les écosystèmes font la transition entre la terre et l'eau.