Comment le changement climatique perturbe le moment clé pour les fleurs sauvages et les arbres au printemps

Pour les fleurs sauvages printanières de courte durée comme l’anémone des bois (Anémone quinquefolia) et la culotte de Hollandais (Dicentra cucullaria), le timing est tout. Ces plantes éphémères, connues sous le nom d’éphémères, poussent dans les forêts tempérées du monde entier, feuilletant et fleurissant tôt au printemps avant que les arbres qui les surplombent ne s’effeuillent. Sortez trop tôt, et ce sera encore l’hiver ; émergent trop tard, et il sera trop ombragé sous le couvert forestier pour que la photosynthèse essentielle se produise.

Au cours de leur histoire évolutive, ces plantes ont trouvé le meilleur moment pour leur survie. Mais le changement climatique modifie les conditions de croissance printanières, et la vie végétale change avec elle.

Il existe de nombreux exemples de plantes qui modifient leur période de floraison en réponse au réchauffement des températures, comme les fleurs de cerisier qui s’ouvrent de plus en plus tôt chaque année. Cependant, lorsqu’une partie d’un écosystème se déplace, tous les organismes qui en dépendent vont-ils également se déplacer avec succès ? Ou n’auront-ils pas de chance? Et si les espèces interconnectées réagissaient au changement à des rythmes différents, entraînant des perturbations dans les relations écologiques de longue date ?

Les participants au réseau national de phénologie des États-Unis, financé par le gouvernement fédéral, collectent, stockent et partagent des données sur la chronologie des événements du cycle de vie des plantes et des animaux et sur la manière dont le changement climatique modifie ces cycles.

Les chercheurs posent depuis des années ce type de questions sur la phénologie – le moment des événements biologiques – liés au changement climatique. Mais la plupart des études se sont concentrées sur les interactions plantes-animaux, comme les pollinisateurs qui sortent au mauvais moment pour les fleurs. Beaucoup moins ont analysé les interactions plante-plante, comme les éphémères printaniers qui ont besoin de temps pour pousser avant que les arbres ne poussent au-dessus d’eux et ne bloquent la lumière du soleil.

Notre groupe de recherche a étudié le décalage entre les fleurs sauvages du sous-étage et les arbres de la canopée autour de Concord, Massachusetts, en utilisant des observations historiques enregistrées par Henry David Thoreau, l’auteur de « Walden », son récit classique de la vie dans les bois. Nous avons constaté que les arbres de Concord étaient plus sensibles aux températures printanières que les fleurs sauvages, et que cela entraînait une effeuillage précoce des arbres qui réduisait la lumière disponible dans le sous-étage.

Cette découverte était une première étape importante, mais nous voulions savoir si ces modèles persistaient dans d’autres forêts tempérées d’Amérique du Nord et de l’hémisphère Nord. Notre dernière étude montre que la réponse est oui.

Inadéquations nord-américaines

Pour cette recherche, nous avons utilisé des spécimens d’herbiers – des collections de plantes qui ont été pressées, séchées et cataloguées. Les plantes que nous avons examinées ont été récoltées dans l’est de l’Amérique du Nord au cours des 100 dernières années. Nous avons évalué plus de 3 000 spécimens de plantes pressées pour tracer le temps de feuillaison des arbres et le temps de floraison des fleurs sauvages printanières.

La vaste échelle de cette étude a été rendue possible parce que les herbiers ont numérisé des millions de photographies de spécimens de plantes et les ont rendues disponibles en ligne au cours de la dernière décennie. Avant que cette ressource n’existe, les chercheurs devaient se rendre dans de nombreux musées dispersés à travers le pays.

L’herbier des jardins botaniques royaux de Kew, en Angleterre, est l’un des plus grands au monde et soutient la recherche génétique sur les plantes du monde entier.
Les enregistrements météorologiques historiques sont également disponibles en ligne maintenant. Cela permet aux chercheurs de déterminer les températures printanières pour l’année et le lieu où chaque spécimen a été collecté.

Notre nouvelle étude nous a permis de confirmer les résultats de nos travaux à Concord. Nous avons constaté qu’à mesure que les températures se réchauffent, les arbres à feuilles caduques de l’est de l’Amérique du Nord avancent plus rapidement que les fleurs sauvages indigènes ne réagissent.

Par exemple, pendant les printemps plus frais avec des températures moyennes sur 24 heures en mars et avril de 41 degrés Fahrenheit (5 degrés Celsius), les arbres ont mis à feu 13 jours après les fleurs sauvages indigènes. Cela a donné aux fleurs près de deux semaines de plein soleil sur le sol de la forêt. Cependant, pendant les printemps plus chauds, avec des températures moyennes de 58 F (15 C), les arbres ne sont tombés que 10 jours après les fleurs sauvages indigènes. Cela a donné aux fleurs sauvages environ 25% de temps de plein soleil en moins pendant lequel faire la photosynthèse.

Alors que les températures printanières se réchauffent encore plus avec le changement climatique, nous nous attendons à ce que les fleurs sauvages aient des périodes de plein soleil encore plus courtes. Cela peut signifier une diminution considérable de l’approvisionnement énergétique des fleurs et de leur capacité à survivre, à grandir et à se reproduire.

Les trilles, comme ce Trillium grandiflorum, fleurissent de février à juin à travers l’Amérique du Nord selon leur emplacement. Eric Hill/Wikipédia, CC BY-SA

Nous avons également observé que les arbres et les fleurs sauvages de la partie sud plus chaude de leur aire de répartition ont respectivement avancé leurs périodes de feuillaison et de floraison plus rapidement que ceux des régions plus froides du nord. Dans ces zones, nous avons trouvé de plus grandes différences temporelles entre les arbres et les fleurs sauvages. Cela signifie que le potentiel de décalage phénologique, où les fleurs sauvages indigènes sont plus susceptibles d’être ombragées par les arbres, est plus grand dans le sud-est des États-Unis que dans les régions plus au nord.

Parallèles et différences sur d’autres continents

Pour une autre étude récente, nous avons collaboré avec des collègues de Chine et d’Allemagne pour évaluer plus de 5 000 spécimens d’arbres et de fleurs sauvages collectés au cours des 120 dernières années. Nous voulions voir si les décalages phénologiques que nous avons documentés en Amérique du Nord pouvaient également être trouvés dans les forêts tempérées d’Asie de l’Est et d’Europe centrale.

Notre équipe a trouvé un schéma commun sur les trois continents. Les arbres et les fleurs sauvages sont actifs plus tôt que par le passé, et ils sont actifs plus tôt dans les années et les endroits chauds.

Cependant, dans une tournure surprenante, nous n’avons pas vu le modèle nord-américain des arbres être plus sensible que les fleurs sauvages sur les deux autres continents. En Europe, les fleurs sauvages et les arbres de la canopée semblaient se déplacer ensemble au fil du temps. En Asie, les fleurs sauvages du sous-étage se déplaçaient plus que les arbres, ce qui signifie qu’elles pourraient recevoir plus de lumière, pas moins, dans un avenir plus chaud.

Les différences que nous avons trouvées entre les trois régions étaient principalement dues à la variation des sensibilités des arbres à la température. Les arbres de l’est de l’Amérique du Nord ont réagi plus fortement aux changements de température, tandis que les arbres asiatiques ont réagi moins fortement.

Ces résultats suggèrent que les arbres de l’est de l’Amérique du Nord sont devenus particulièrement sensibles à la température comme moyen de s’adapter au climat très variable de cette région. En revanche, les arbres d’Asie de l’Est sont apparemment plus sensibles à d’autres signaux environnementaux, tels que la durée du jour, en ce qui concerne le moment de la croissance printanière.

Informer la gestion forestière

Nos résultats posent des questions pour des recherches ultérieures. Si les températures printanières ne sont pas les principaux indices déterminant les périodes de feuillaison et de floraison des arbres et des fleurs sauvages en Asie de l’Est, quels sont ces indices ? Comment la fenêtre de lumière printanière décroissante des fleurs sauvages dans l’est de l’Amérique du Nord affecte-t-elle leur bilan énergétique et leur capacité à survivre, à pousser et à fleurir?

Une autre question est de savoir s’il existe des techniques de gestion pratiques, telles que l’éclaircissage des arbres de l’étage dominant ou l’élimination des plantes envahissantes, qui peuvent aider les fleurs sauvages à faire face aux défis actuels du changement climatique. De telles stratégies pourraient aider les gens à apprécier et à conserver toute la gamme de plantes dans les forêts dont nous dépendons et que nous chérissons dans le monde entier.

Cet article est republié de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l’article d’origine.