Carte mondiale des caractères clés qui stimulent la croissance des végétaux.

Des cartes mondiales détaillées des caractères clés des plantes supérieures ont été dressées pour la première fois par des chercheurs de l’université du Minnesota, USA, en collaboration avec l’institut Max Planck de biogéochimie (MPI-BGC), Jena, Allemagne, et le centre allemand de recherche en biochimie intégrée (iDiv), Halle-Jena-Leipzig. Sur la base de mesures effectuées sur 45 000 plantes appartenant à 3 680 espèces, et de protocoles de cartographie statistique de haute technologie, l’équipe a dressé des cartes mondiales des caractères végétaux essentiels à la croissance.

Les cartes illustrent la concentration d’azote et de phosphore dans les feuilles, ainsi que la surface foliaire spécifique, mesure de la surface exposée interceptant la lumière par rapport à la biomasse foliaire. Les cartes à haute définition (plus de 50 000 pixels) révèlent des variations locales étonnamment fortes des valeurs des caractères.

Étant donné que les caractères végétaux cartographiés dans l’étude sont essentielles pour la photosynthèse et la respiration foliaire, elles constituent les données de base des modèles du système terrestre (Earth System Models – ESM). Par conséquent, les importants écarts observés pourraient avoir un impact considérable sur les futurs calculs du cycle du carbone effectués par les modèles du système terrestre (ESM). L’intégration de cette variabilité locale des caractères végétaux dans les ESM devrait ainsi entraîner une modélisation plus précise des rétro-informations sur le cycle du carbone. Globalement, les importantes variations locales apportent un éclairage nouveau sur la pertinence de la biodiversité comme condition préalable à la résilience des écosystèmes dans le contexte de changements environnementaux, par ex. le changement climatique.

L’étude publiée dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) a été réalisée par une équipe multidisciplinaire de chercheurs d’instituts du monde entier, parmi lesquels Kattge, Wirth et Boenisch de l’institut Max Planck de biogéochimie MPI-BGC et de chercheurs centre allemand de recherche en biochimie intégrée. « La rareté des observations sur le terrain est un obstacle majeur à la création de cartes mondiales des caractères végétaux », déclare Kattge, chef de groupe au MPI-BGC et coordinateur de la base de données TRY. « En utilisant TRY, plus grande base de données sur les caractères végétaux à ce jour, plusieurs fois plus grande que n’importe quelle base de données utilisée auparavant, nous avons pu surmonter ces obstacles et avons fait des progrès considérables dans les approches antérieures de cartographie des caractères. »

Toutefois, malgré le nombre d’observations sans précédent, la couverture géographique de TRY reste limitée et comporte peu ou pas de données sur la Russie, de vastes régions d’Afrique et sur les zones tropicales. « C’est particulièrement important lorsqu’on tient compte de la grande diversité des espèces dans certaines de ces régions sous-représentées, » explique Jens Kattge. « Nous avons par conséquent eu recours à des techniques avancées d’apprentissage automatique pour combler ce déficit d’informations en extrapolant les observations des caractères végétaux sur la base d’une combinaison d’informations climatiques, pédologiques et spatiales. » Les cartes ainsi obtenues donnent une caractérisation de la façon dont les caractères varient dans plus de 50 000 cellules, et entre elles, chacune mesurant 50 km x 50 km, sur la totalité de la surface des terres végétalisées du globe. »

Selon Christian Wirth, qui dirige le groupe de recherche au MPI-BGC, est professeur à l’université de Leipzig et directeur du centre, « les modèles actuels du système terrestre représentent des variations de caractères végétaux à partir de quelques paramètres (valeurs) seulement ; un modèle peut être simpliste au point de considérer que toutes les feuilles de l’Amazonie ou de l’Alaska sont identiques. Toutefois, les nouvelles cartes révèlent que la diversité fonctionnelle locale a une importance considérable, et ignorer cette réalité c’est s’exposer à des problèmes. Les importantes variations locales soulignent la pertinence de la biodiversité pour la fonction écosystémique, et leur intégration dans les ESM de nouvelle génération entraînera une amélioration des modèles de cycle du carbone. »

(MPI-BGC/wi)

Ethan E. Butler et al., Mapping local and global variability in plant trait distributions
PNAS, doi: 10.1073/pnas.1708984114

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