Un écologiste de l'Université RUDN et des collègues de 14 pays ont comparé trois méthodes d'estimation de la transpiration des écosystèmes dans une étude. Dans la toute première recherche avec un ensemble de données aussi complet, l'équipe a utilisé des données de flux de vapeur d'eau dans l'atmosphère terrestre recueillies à 251 endroits sur toute la planète, de l'Australie au Groenland. Les résultats de la recherche aident à comprendre le rôle des plantes dans les cycles mondiaux de l'eau et du carbone dans la situation actuelle du réchauffement climatique. Les résultats de l'étude ont été publiés dans le numéro de décembre 2020 de la revue Biologie du changement global .

Les racines des plantes absorbent l'eau du sol et la transportent à travers les tiges jusqu'à leurs feuilles grâce à un gradient de pression de vapeur d'eau. Une fois qu'il atteint les feuilles, l'eau s'évapore à travers les pores des feuilles appelés stomates et pénètre dans l'atmosphère. Le processus physique par lequel l'eau est rejetée dans l'atmosphère par les plantes est appelé transpiration. La transpiration est un "point de rencontre" du carbone, l'eau, et les cycles énergétiques dans les écosystèmes terrestres, puisque les plantes ont besoin d'eau pour fixer le CO atmosphérique 2 par photosynthèse et convertir une grande partie de l'apport d'énergie solaire dans ce processus. Par conséquent, en améliorant la modélisation de la transpiration, les scientifiques peuvent analyser le rôle de la végétation dans les scénarios de changement climatique.

Un groupe international de scientifiques dirigé par le Dr Jacob Nelson de l'Institut Max Planck de biogéochimie (Allemagne) et comprenant un écologiste de l'Université RUDN, ont comparé trois méthodes d'estimation de la transpiration des écosystèmes basées sur les données micrométéorologiques de FLUXNET, un réseau mondial de stations.

L'équipe a utilisé les données collectées sur 251 sites FLUXNET. Parmi de nombreux paramètres physiques et chimiques environnementaux, ces stations fournissent des mesures en continu des flux de vapeur d'eau et de dioxyde de carbone entre les écosystèmes surveillés et l'atmosphère. Faire cela, la méthode de covariance de Foucault est appliquée, qui repose sur la surveillance tridimensionnelle à haute fréquence d'écoulements turbulents de gaz traces. L'équipe a choisi trois approches méthodologiques pour extraire la transpiration des données de covariance turbulente et a utilisé des mesures indépendantes du débit de sève des arbres sur six sites d'essai pour comparer les estimations de la transpiration.

"Les trois méthodes sont basées sur le rapport entre l'évapotranspiration et les flux de carbone absorbés par la photosynthèse de l'atmosphère, c'est ce qu'on appelle l'efficacité de l'utilisation de l'eau, et diffèrent par les hypothèses initiales et la paramétrisation. A l'échelle du jour, les estimations de transpiration produites par les trois méthodes étaient fortement corrélées, entre 89 et 94%. Cependant, le rapport de la transpiration à l'évapotranspiration différait selon les modèles, allant de 45 % à 77 %", a déclaré le Dr Luca Belelli Marchesini, chercheur à l'Institut agraire et technologique de l'Université RUDN (Russie) et à la Fondazione Edmund Mach (Italie).

Après avoir analysé plus avant les résultats à la recherche de facteurs déterminants, l'équipe a conclu que la variation géographique du rapport transpiration/évapotranspiration (T/ET) était principalement contrôlée par les caractéristiques de la végétation et du sol plutôt que par des variables climatiques telles que la température et les précipitations.

Pour expliquer la stabilité relative de T/ET entre les sites, l'équipe a suggéré deux hypothèses. Le premier consiste en un arbitrage entre la quantité de précipitations interceptées par les couverts végétaux et l'évaporation des sols :écosystèmes à couvert foliaire dense, pas limité par la disponibilité de l'eau, intercepterait ainsi plus de pluie et l'évaporation du sol serait réduite. En revanche, écosystèmes limités en eau, caractérisé par un couvert végétal plus petit, aurait une plus grande fraction d'eau évaporée du sol.

Selon la seconde hypothèse, les écosystèmes ont tendance à s'adapter aux ressources en eau disponibles, donc, par exemple, la végétation dans les climats secs améliorerait l'utilisation des précipitations limitées, augmentant ainsi le rapport T/ET.

«La combinaison de ces deux hypothèses explique probablement la stabilité relative du rapport T/ET dans différents écosystèmes. Cette étude représente la première estimation extensive de la transpiration de l'écosystème basée sur des données in-situ et permet d'apporter un éclairage nouveau sur le rôle de l'utilisation de l'eau par les plantes dans le contexte des cycles mondiaux de l'eau et du carbone, " a ajouté le Dr Luca Belelli Marchesini.