La santé végétale. La menace climatique sur les plantes
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La santé végétale La menace climatique sur les plantes Alain Hambuckers Université de Liège Département de Biologie Ecologie et Evolution Marche-en-Famenne, le 3 mars 2015 Le changement climatique 1 Le changement climatique Le changement climatique 2 La menace climatique sur les plantes Changements de végétation observés Comment les plantes font-elles face aux stress climatiques? Comment prévoir les changements futurs? Conclusions Exemple d’observation de changement de végétation G. R. Walther, S. Beissner, C. A. Burga, J.Veg.Sci. 16, 541 (2005). Sud-est des Alpes suisses: 1912, 1980s, 2003, Enrichissement des sommets en espèces Effet probable du réchauffement 3 Autres observations de changements de végétation Afrique tropicale Nikiéma et al. 1997; Kambou et al. 1998; Dione & Vassal 1998; Gonzales et al. 2012; Hien 2000; Hiernaux et al. 2011; Zerbo 2005; Wezel & Lykke 2006; etc. Au cours des dernières décennies, augmentation de la mortalité dans la végétation ligneuse en région sahélienne (Burkina-Fasso, Mali, Senegal, Niger, etc.) Causes possibles: sécheresses sévères des années 70 ou réduction des précipitations des années 90 ou augmentation nette des températures depuis les années 80 Végétation du sommet de Tenerife Hambuckers et al. (en préparation) 4 Descureinia bourgeana Pterocephalus lasiospermus Végétation du sommet de Tenerife Ces plantes sont observées 1000 m plus haut que Bramwell et Bramwell (1974). L’augmentation de température explique en partie ce changement, environ 300 m. Les 700 m restant seraient une conséquence de la diminution drastique du pâturage Argyranthememum teneriffae Nepeta teydea Observations de changements de végétation Conclusions Extension au cours des dernières décennies des aires de distribution vers les plus hautes latitudes et altitudes; Les flores boréales et de montagnes s’enrichissent* Mais on ne peut exclure la contribution de variation dans les précipitations, de modifications de l’utilisation du sol, des interactions entre espèces ou de la pollution atmosphérique (GIEC 2014) * Hughes, 2000; Parmesan et Yohe 2003; Root et al 2003; Walther et al 2005; Thuiller et al 2005; Walther et al. 2005; GonzálezMégías et al 2008; Lenoir et al. 2008; Thomas 2010; Chen et al. 2011, etc. 5 Comment les plantes font-elles face aux stress climatiques? Les conditions du changement La température (augmentation) La pluviosité (augmentation ou diminution, distribution annuelle) Les épisodes extrêmes (ex. sécheresse canicule, etc.) La concentration atmosphérique en CO2 (augmentation) Les conditions biotiques Effet de la température sur la photosynthèse et la respiration Deux éphémérophytes, Tiré de Atwell et al. 1999, basé sur Woledge et Dennis 1982 --- espèce de saison froide ___ espèce de saison chaude Tiré de Pearcy et Ehleringer (1984) 6 Effet de la température sur la photosynthèse et la respiration Production primaire nette Tiré de Fitter et Hay 2002, adapté de Wardlaw 1979 La respiration et la photosynthèse sont adaptées au climat Acclimation ≠ Acclimatisation Mais les individus s’adaptent aussi à leurs conditions de croissance 7 Effet de la sécheresse Les plantes contrôle l’évaporation de l’eau au niveau de leur stomates (influences de la lumière, de la disponibilité de l’eau et du CO2 ) 8 La sécheresse Les plantes s’acclimatent à la sécheresse: plus de racines, moins de feuilles, cuticule plus épaisse, moins de stomates, etc.) Effet et de la température et de la sécheresse Pour faire face aux saisons défavorables (sécheresse, froid) les plantes entrent en dormance, après avoir éventuellement perdu leur feuilles 9 La température et la sécheresse Régions équatoriales : pas de dormance (chute des feuilles si coup de froid ou sécheresse inhabituelle) Régions tropicales : endodormance en début de saison sèche - les variations de la longueur des jours déclenchent la chute des feuilles et le repos métabolique puis y mettent fin Régions méditerranéennes : endodormance en début de saison hivernale – l’exposition au froid déclenche le repos métabolique et augmente la résistance au froid. Le froid y met fin aussi Régions tempérées : endodormance et écodormance (donc deux mécanismes!) – la variation de longueur des jours déclenche l’écodormance. L’exposition aux températures plus élevées (chaud) et aux jours plus longs met fin à l’écodormance Adaptations très fines aux conditions climatiques Dégâts du au gel chez une espèce sempervirente cultivée sous un climat inadapté (espèce de zonobiome IV cultivée en région tempérée Les dégâts peuvent résulter du simple gel des tissus foliaires ou d’une réponse physiologique inadaptée, c’est-à-dire qu’ au printemps, la plante recommence à transpirer alors que l’eau du sol n’est pas disponible (dessication due au gel) L’endodormance et l’écodormance évitent dans nos régions aux espèces indigènes de recommencer leur croissance trop tôt dans l’année Les espèces indigènes à feuilles persistantes de nos régions (houx, lierre) présentent parfois de tels dégâts à leur feuillage à la fin de l’hiver 10 Hiver 2013-2014 très doux, pratiquement pas de gelée Comment les plantes font-elles face aux stress climatiques? Nombreux mécanismes (structures anatomiques, sensibilités physiologiques, acclimatations anatomiques et physiologiques) Variables selon les espèces Prévoir les changements futurs est complexe 11 Comment prévoir les changements futurs? 1. Analyser les distributions En Belgique La Linaigrette vaginée, plante de distribution holoarctique et des montagnes (régions froides), en Belgique, sur les hauts-plateaux ardennais L’aulne glutineux a une distribution correspondant aux régions tempérées, il est aussi présent dans les régions à climat méditerranéen 12 le chêne pubescent, espèce thermophile de distribution subméditerranéenne Erable de Montpellier, espèce subméditerranéenne, non présente en Belgique, mais présente dans la vallée de la Moselle 13 En Belgique A. Hambuckers, in Impacts des changements climatiques en Belgique, P. Marbaix et al., Eds. (Greenpeace, Bruxelles, 2004), pp. 21-25. 2. La modélisation: modèles de niche Régression en utilisant présences/absences Trouver la meilleure combinaison de variables explicatives qui permette de calculer la probabilité de présence (Px) Facteurs climatiques : annual or trimestrial values (mean conditions), minimum or maximum values (stress) Projections: Calculer Px pour tous les pixels d’un espace donné Présent / Futur / Passé Annickia chlorantha Température moyenne 1951-2000 14 Modèles de niche Avantages: Faciles d’utilisation Marchent très bien avec les données du présent Limites: On n’obtient que des relations empiriques Ils ne tiennent qu’implicitement compte des interactions biotiques Il n’est pas possible de prendre en compte des phénomènes non-observé comme l’effet de la concentration en CO2 qui augmente CRU 1951- 2000 climate dataset (10’x10’ interpolations) Presence datasets assembled by A. Fayolle, C. Zerbo, F. Tosso, A. Hambuckers Logistic regression Temp, prec, etp, dtr Staudtia kamerunensis 15 3. La modélisation: Dynamic Vegetation Model CARAIB: - Dynamic vegetation model simulating plant growth, typically on 60,000 pixels could work at various spatial scales (from global to regional) - can grow PFT, BAG or species -LAND-USE could be imposed Dynamic Vegetation Models Avantages: Permettent en particulier de tenir compte des nombreux mécanismes de résistance aux stress et de plus de phénomènes (dispersion, compétition, incendies, [CO2],…) Produisent de nombreuses variables écologiques (LAI, NPP, respiration, etc.) Limites: Plus difficiles à utiliser Nécessitent des ordinateurs très puissants Ils ne tiennent qu’implicitement compte des interactions biotiques Nécessitent de nombreuses informations caractérisant les espèces 16 Hambuckers et al., en préparation Temp, prec, etp, dtr Forest species Temp, prec, etp, dtr Forest species 17 Acacia senegal Logistic model, uniquement présences des 3 sous-espèces du N et de l’E CARAIB , paramètres par défaut CARAIB , après adaptation: C/N diminué, profondeur racinaire augmentée, diminution de la respiration dans la phase décidue, en compétition pour la lumière avec les grands arbres… FUTUR avec Modèle de niche Staudtia kamerunensis 1975 CRU 1951 -2000 dataset (’10’x10’ interpolation) Logistic Regression Model projections 2050 CRU 1951 -2000 dataset (’10’x10’ interpolation) + anomalies of the CNRM-CM5 climate model (Centre National de Recherches Météorologiques / Centre Européen de Recherche et Formation Avancée en Calcul Scientifique global) under the RCP 8.5 climate scenario, with a 936 ppm final CO2 atmospheric concentration in 2100 18 Garcinia kola Présent Futur Milicia excelsa 1975 2050 19 Présent Afzelia africana Futur Pterocarpus erinaceus 1975 2050 20 Acacia senegal Présent 2050 FUTUR avec DVM Devenir de 75 espèces d’arbres constituant le milieu de vie de deux espèces de tamarins? N. Raghunathan, L. François, M. C. Huynen, L. C. Oliveira, A. Hambuckers, Reg. Envir. Chang., (2014) 21 Rassembler un échantillon suffisant de présences (coordonnées) de chacune des espèces (bases de données, observations) Extraire les caractéristiques climatiques des espèces Simuler - évaluer Projeter (présent-futur) Analyser les résultats 66 % des espèces atteignent un agrément de 70 % (70 % des présences sont correctement prédites) 22 La végétation: peu de changements apparaissent pour le futur! En 2100, 72 des 75 espèces conservent 95 % de leur aire originale La plupart des espèces gagnent en extension 23 Conclusions Y a-t-il menace climatique sur les plantes? Forêt tropicale atlantique brésilienne Il y a 500 ans, 1.200.000 km2 Il en reste 7 % en fragments Dans les régions tropicales arides, les savanes steppiques sont souvent transformées en déserts Ce phénomène résulte du surpâturage lié à la surpopulation ainsi qu’à la salinisation provoquée par des cultures incorrectement irriguée 24 En Europe occidentale Conclusions Y a-t-il menace climatique sur les plantes? Les effets climatiques sont là, mais finalement de faible ampleur comparés aux autres effets anthropiques Le principal problème contre lequel il faut agir, en priorité, reste la destruction des habitats naturels et semi-naturels, y compris en Belgique 25 Merci de votre attention! Embouchure du rio Cachoeira, Ilhéus, état de Bahia, Brésil (en train d’être détruit par la création d’une zone industrielle) 26
