Divergent biodiversity–carbon relationships across vertically distributed forest biomes on the Tibetan Plateau

Les forêts sont souvent considérées comme les poumons de la planète, absorbant le dioxyde de carbone et le stockant dans le bois et les feuilles. Depuis des décennies, les écologues débattent d'une question simple mais profonde : le fait d'avoir des types d'arbres plus diversifiés rend-il une forêt plus efficace dans cette tâche ? L'idée prédominante, connue sous le nom de relation biodiversité-fonctionnement des écosystèmes, suggère qu'un mélange diversifié d'espèces fonctionne comme une machine bien huilée, où chaque arbre remplit un rôle unique et utilise les ressources comme la lumière du soleil et l'eau d'une manière qui stimule la croissance de l'ensemble du groupe. Cependant, la nature est rarement statique. Les forêts changent à mesure qu'elles vieillissent, devenant plus hautes, plus denses et plus complexes. Un mystère clé est demeuré : le bénéfice d'avoir de nombreuses espèces d'arbres reste-t-il le même à mesure qu'une forêt mûrit, ou change-t-il, s'affaiblit-il ou disparaît-il même lorsque les arbres vieillissent ? Comprendre cela est crucial car les forêts sont notre outil naturel le plus puissant pour ralentir le changement climatique, et nous devons savoir si planter un mélange d'espèces est une stratégie qui porte ses fruits pour toujours ou seulement pour un certain temps.

Une équipe de chercheurs s'est donné pour mission de résoudre ce casse-tête en observant les forêts réelles et vivantes du plateau tibétain. Au lieu d'étudier une seule petite parcelle ou une forêt jeune, ils ont analysé les données de 1 248 parcelles forestières couvrant une gamme immense d'altitudes, des plaines chaudes aux hautes terres froides. Ces parcelles contenaient près de 120 000 arbres et ont été suivies lors de huit recensements différents entre 1979 et 2017. Cette perspective à long terme leur a permis d'observer comment la relation entre la diversité des arbres et le stockage du carbone changeait à mesure que les forêts passaient de jeunes semis à des géants matures. Ils se sont concentrés sur quatre types distincts de forêts présents à différentes hauteurs : des forêts mixtes d'arbres feuillus persistants et caducs, des forêts de feuillus caducs purs, des forêts mixtes de feuillus et de conifères, et des forêts de conifères pures.

Les chercheurs ont découvert que si l'on regarde toutes les forêts ensemble, la réponse semble simple : plus il y a d'espèces d'arbres, plus le carbone stocké est généralement élevé. Cela confirme l'idée classique selon laquelle la diversité aide. Cependant, lorsqu'ils ont zoomé pour voir comment cela se jouait au fil du temps et à travers différents types de forêts, l'histoire est devenue beaucoup plus complexe. L'effet positif de la diversité n'était pas une force constante et immuable. Au contraire, il suivait des trajectoires très différentes selon le type de forêt et son âge. Dans certaines forêts, le bénéfice de la diversité s'estompa à mesure que les arbres vieillissaient. Dans d'autres, il s'est renforcé avant de stagner. Dans quelques cas, la relation s'est même inversée, où le fait d'avoir plus d'espèces a commencé à être corrélé à un stockage de carbone moindre dans les peuplements les plus anciens.

Le type de forêt importait énormément. Dans les forêts dominées par des feuillus caducs — ceux qui perdent leurs feuilles en hiver — l'élan provenant de la diversité était fort lorsque la forêt était jeune, mais s'est rapidement affaibli. À mesure que ces forêts approchaient l'âge de 100 ans, le bénéfice d'avoir de nombreuses espèces a disparu et est même devenu négatif. Les chercheurs suggèrent que cela se produit parce que ces arbres à croissance rapide occupent rapidement l'espace, se faisant concurrence et se bousculant férocement pour la lumière. Une fois que la canopée se ferme, ajouter plus d'espèces n'aide pas la forêt à croître davantage ; au lieu de cela, les arbres se battent simplement pour les mêmes ressources limitées. En revanche, les forêts de conifères présentaient un schéma différent. Leurs bénéfices de diversité ont atteint un sommet vers l'âge de 100 ans avant de décliner lentement, mais ils n'ont jamais été négatifs. Ces forêts, souvent dominées par des conifères à croissance plus lente, ont maintenu une relation plus stable entre la diversité et le stockage du carbone pendant une période plus longue.

Les résultats les plus stables provenaient des forêts mixtes combinant conifères et feuillus. Dans ces peuplements, l'effet positif de la diversité est resté constant et fort tout au long de la vie de la forêt, des jeunes semis aux vieux géants. Les chercheurs pensent que cela est dû au fait que les différents types d'arbres s'ajustent de manière à réduire la compétition. Les conifères et les feuillus ont des formes et des modes de croissance différents, ce qui leur permet d'utiliser l'espace et la lumière plus efficacement ensemble que s'ils étaient seuls. Cette harmonie structurelle a permis à la forêt de continuer à récolter les fruits de la diversité même en vieillissant.

L'étude révèle que le secret de savoir pourquoi la diversité aide ou nuit à une forêt réside dans la façon dont la forêt construit sa structure. À mesure que les arbres grandissent, ils modifient l'environnement qui les entoure. Dans les forêts où les arbres poussent vite et remplissent l'espace rapidement sans créer beaucoup de variété dans leurs formes et tailles, l'avantage d'avoir de nombreuses espèces disparaît. La compétition entre les arbres devient si intense que les avantages uniques de la diversité se perdent. Mais dans les forêts où la structure se développe progressivement et crée un environnement complexe et stratifié, les bénéfices de la diversité peuvent durer beaucoup plus longtemps. Les chercheurs ont constaté que lorsqu'une forêt développe une structure complexe — où des arbres de différentes hauteurs et formes créent un habitat tridimensionnel riche — les effets positifs de la diversité sont maintenus. Cette complexité permet à différentes espèces de coexister sans se battre pour la même place, maintenant la forêt productive et riche en carbone pendant des siècles.

Ce travail change notre façon de penser les forêts et le changement climatique. Il suggère que la règle « plus de diversité est toujours mieux » est trop simple. La valeur d'une forêt diversifiée dépend du type d'arbres qui s'y trouvent et de la manière dont la forêt croît. Une forêt de feuillus à croissance rapide peut bénéficier d'un grand élan grâce à la diversité lorsqu'elle est jeune, mais cet élan peut disparaître à mesure que la forêt mûrit. Une forêt mixte de différents types d'arbres, cependant, peut conserver cet élan pendant très longtemps. Les conclusions impliquent que pour maximiser le stockage du carbone, nous ne pouvons pas simplement planter n'importe quel mélange d'arbres ; nous devons considérer comment ces arbres interagiront à mesure qu'ils grandissent et comment leur structure physique évoluera. La forêt n'est pas une collection statique d'arbres, mais un système dynamique où l'arrangement des branches et des feuilles détermine si la diversité aide ou entrave la capacité de la forêt à lutter contre le changement climatique.

Les chercheurs ont pris soin de noter que leurs conclusions proviennent de forêts naturelles du plateau tibétain, qui possèdent des climats et des espèces d'arbres spécifiques. Bien que les modèles qu'ils ont trouvés offrent une nouvelle façon puissante de comprendre la croissance des forêts, ils reconnaissent également que d'autres facteurs, tels que les conditions du sol et les perturbations humaines, jouent un rôle. Ils n'ont pas mesuré le taux auquel le carbone est ajouté à la forêt, mais plutôt la quantité totale stockée à n'importe quel moment donné. Malgré ces limites, l'étude fournit un cadre clair et fondé sur des preuves pour comprendre pourquoi les forêts se comportent différemment. Elle dépasse la simple question de savoir si la diversité aide pour répondre à la question plus complexe de savoir quand, où et pourquoi elle aide. En liant le nombre d'espèces d'arbres à la structure physique de la forêt, l'étude propose une feuille de route pour prédire comment les forêts stockeront le carbone à l'avenir, suggérant que la clé d'une forêt riche en carbone réside dans la promotion d'une structure complexe et stratifiée qui permet à diverses espèces de prospérer ensemble au fil du temps.