Le pin de Piñon, un conifère au système racinaire étendu, pousse à haute altitude dans le sud-ouest. Son système racinaire le rend remarquablement tolérant à la sécheresse, mais en 2002-2003, une sécheresse prolongée combinée à une épidémie de scolytes a tué 12 000 hectares d'arbres. Il s'agissait d'une sécheresse centennale, la période la plus sèche jamais enregistrée, qui a coïncidé avec des températures supérieures de 2 à 3 ˚C aux moyennes enregistrées.
Adams et ses conseillers se sont demandé si l'augmentation des températures due au changement climatique pouvait exacerber les effets de la sécheresse et accélérer le dépérissement des arbres. L'université de l'Arizona dispose d'une occasion inhabituelle de tester les conditions de sécheresse et les changements de température dans son laboratoire Biosphère 2. Biosphère 2, un "laboratoire vivant" unique de trois acres situé dans le désert de l'Arizona, a déjà accueilli huit personnes pendant deux ans pour un séjour de survie en autarcie. Aujourd'hui, il accueille des projets de recherche et Adams a pu utiliser l'espace intérieur pour induire la sécheresse dans deux traitements distincts de pins de Piñon transplantés, l'un à des températures ambiantes et l'autre à des températures supérieures de 4 ˚C aux températures ambiantes.
"Il est évident que les arbres les plus chauds devraient mourir en premier", explique M. Adams. "Mais nous voulons vérifier si le changement de température, indépendamment d'autres facteurs, accélère la mortalité. Si cette accélération se produit effectivement, une sécheresse de courte durée, comme celle à laquelle le pin de Piñon a toujours pu résister, pourrait provoquer un dépérissement important.
Naturellement, Adams et ses collègues ne se sont pas contentés d'observer la vitesse à laquelle les arbres meurent sans eau. Ils ont également étudié la réponse physiologique des arbres à la sécheresse, en mesurant les échanges gazeux, le potentiel hydrique et la conductance stomatique. Pour mesurer la conductance stomatique, ils ont utilisé un METER SC-1 leaf porometer , effectuant près de 9 000 mesures distinctes au cours de sessions qui ont duré du lever au coucher du soleil pendant une très longue journée, une fois par semaine.
Le manuel du poromètre ne donne pas beaucoup d'indications aux personnes qui souhaitent l'utiliser sur des conifères. Adams a donc "joué un peu avec" sur des arbres non stressés par la sécheresse avant de commencer son étude. Il a découvert que la meilleure façon d'obtenir de bonnes mesures était de couvrir l'ouverture avec une seule couche d'aiguilles. "Les aiguilles sont des objets tridimensionnels", explique-t-il. "Elles ont des stomates sur plusieurs côtés, en fonction de l'espèce. Si vous imaginez que les doigts de votre main sont des aiguilles qui dépassent d'une branche, nous les avons simplement pris et nous les avons poussés l'un contre l'autre pour nous assurer que l'ouverture était recouverte d'une seule couche d'aiguilles. Si vous écartez les doigts, c'est ce que vous obtiendriez si vous ne couvriez pas totalement l'ouverture - vous sous-estimeriez alors la conductance. Nous avons également constaté qu'en plaçant plusieurs couches, nous pouvions augmenter la conductance.
Une autre partie de l'étude sur la sécheresse a impliqué un hydrologue qui souhaitait utiliser les données de la pesée lysimeter pour paramétrer certains modèles utilisés par les hydrologues pour modéliser la perte d'eau pendant la sécheresse. "Les lysimètres sont difficiles à utiliser, mais ils sont très sensibles", explique Adams. "Ils peuvent mesurer avec une précision de 0,1 kg, ce qui semble être un bon moyen de quantifier la perte d'eau. Il s'avère que la conductance stomatique mesurée par le poromètre est en fait plus sensible que les données de la balance lysimeter . La perte d'eau de la balance atteint rapidement zéro et nous ne pouvons plus mesurer de perte après quelques semaines, mais nous pouvons toujours voir la perte d'eau avec les données de notre poromètre du matin et du soir."
Au plus fort de l'expérience, Adams avait des étudiants et des techniciens de laboratoire qui utilisaient jusqu'à trois poromètres à la fois, toute la journée, et bien qu'il soit encore enseveli sous les données de la première expérience, il est impatient d'accumuler encore plus de données. "L'une des limites de notre étude est que les arbres avaient des mottes de racines assez petites lorsqu'ils sont arrivés. Nous avons transplanté des arbres [à différentes altitudes sur un site] dans le nord de l'Arizona à l'aide d'une machine à déplacer les arbres de taille normale afin d'obtenir un rapport racines-pousses aussi élevé que possible lors de la transplantation. Nous utiliserons les poromètres pour essayer de comprendre la physiologie de la mort de ces arbres et pour prédire leur sensibilité à la température à la lumière du changement climatique mondial, en utilisant le changement d'altitude comme substitut de la température. Nous avons également des arbres sur le site qui n'ont pas été transplantés et qui serviront de contrôle pour les transplantations".
Adams reconnaît que tout le monde dans le Sud-Ouest n'est pas préoccupé par le pin piñon. "Nous travaillons dans un système qui n'a pas beaucoup de valeur économique. Beaucoup d'éleveurs sont heureux de voir disparaître les pins. Ils pensent simplement qu'il y aura beaucoup plus d'herbe pour le bétail, et les coupeurs de bois de chauffage sont là pour couper les arbres morts et les vendre." Mais si la température seule rend les arbres plus sensibles à la sécheresse, les implications vont bien au-delà de l'économie. Adams l'exprime de manière succincte, bien qu'un peu légère : "C'est un peu effrayant".
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