Snow droughts enhance carbon uptake in energy-limited ecosystems but reduce it in water-limited ones

La neige hivernale est bien plus qu'une couverture blanche recouvrant le sol ; c'est un immense réservoir gelé qui retient l'eau pour le printemps et l'été. Dans l'hémisphère nord, où se trouve la quasi-totalité de la neige saisonnière mondiale, ce stockage gelé est crucial. Elle fond lentement à mesure que les températures augmentent, libérant un flux régulier d'eau qui alimente les rivières, recharge le sol et permet aux plantes de croître. Lorsque cette neige ne s'accumule pas suffisamment en hiver, ou qu'elle fond trop tôt, cela crée une condition que les scientifiques appellent une sécheresse de la neige. Il ne s'agit pas seulement d'un manque de neige, mais d'une perturbation de l'approvisionnement en eau dont les écosystèmes dépendent depuis des millénaires. À mesure que la planète se réchauffe, ces sécheresses de la neige deviennent plus fréquentes, soulevant une question vitale pour notre compréhension du monde naturel : comment la perte de cette eau gelée affecte-t-elle la capacité des plantes à absorber le carbone de l'atmosphère ?

Une équipe de chercheurs s'est donné pour mission de répondre à cela en examinant l'ensemble de l'hémisphère nord, en combinant des modèles informatiques de croissance de la végétation avec des données satellitaires réelles. Ils se sont concentrés sur une mesure spécifique de la santé des plantes appelée productivité primaire brute, qui est simplement la quantité totale de dioxyde de carbone que les plantes extraient de l'air pour construire leurs feuilles et leurs tiges. En comparant les années de sécheresses de la neige sévères aux années de neige normale, ils ont découvert une histoire complexe où le même événement météorologique peut avoir des effets opposés selon l'endroit où il se produit. Les chercheurs ont découvert que dans les forêts froides du nord, où la lumière et la chaleur sont habituellement les facteurs limitants de la croissance, un manque de neige aide en réalité les plantes à croître. Cependant, dans les régions plus sèches où l'eau est déjà rare, ce même manque de neige fait que les plantes peinent et absorbent moins de carbone.

Le mécanisme derrière ce résultat partagé réside dans le calendrier de la saison de croissance. Dans les régions limitées par l'énergie, comme les forêts boréales du Canada et de la Sibérie, une sécheresse de la neige signifie que la neige fond plus tôt. Cela donne une avance aux plantes, leur permettant de commencer la photosynthèse plus tôt au printemps. Comme ces zones disposent généralement de suffisamment d'eau provenant de la pluie et de l'humidité du sol plus tard dans la saison, les plantes peuvent pleinement profiter de ce temps supplémentaire. Le résultat est un coup de pouce à la productivité, les plantes absorbant plus de carbone qu'elles ne l'auraient fait si la neige avait duré plus longtemps. Les chercheurs ont observé que dans ces écosystèmes du nord, la croissance printanière précoce était si significative qu'elle entraînait une augmentation nette de l'absorption de carbone pour l'année entière.

En revanche, l'histoire change complètement dans les écosystèmes limités par l'eau, tels que les prairies et les zones arbustives d'Asie centrale ou de l'Ouest américain. Ici, la fonte précoce causée par une sécheresse de la neige crée un piège dangereux. Les plantes commencent certes à croître plus tôt, mais comme le manteau neigeux était plus faible, il y a moins d'eau stockée dans le sol pour les mois chauds de l'été. La croissance précoce consomme rapidement l'humidité disponible, laissant les plantes assoiffées au moment où elles en ont le plus besoin. Cela entraîne un déclin marqué de la productivité durant l'été, qui l'emporte sur les gains précoces. Dans ces régions sèches, la sécheresse de la neige vole effectivement l'eau du futur, faisant en sorte que les plantes absorbent moins de carbone au total. L'étude a montré que bien que le coup de pouce printanier précoce se produise dans les deux types de régions, le krach estival dans les zones sèches est assez sévère pour transformer un bénéfice potentiel en une perte nette.

Les chercheurs ont également examiné ce qui se passe lorsque le temps après la fonte des neiges est soit humide, soit sec. Ils ont découvert que dans les régions limitées par l'eau, même un été humide ne peut pas pleinement sauver les plantes des dommages causés par une sécheresse de la neige. Le déficit hydrique créé par la fonte précoce et la croissance précoce qui en résulte est trop profond pour être comblé par la pluie seule. Cela suggère que l'impact d'une sécheresse de la neige n'est pas seulement lié au manque immédiat de neige, mais à un effet de legs qui persiste tout au long de la saison de croissance. Les plantes de ces zones sont essentiellement programmées pour l'échec avant même l'arrivée de la chaleur estivale.

Lorsque l'équipe a additionné les effets à travers tout l'hémisphère nord, le tableau présentait un équilibre délicat basculant dans différentes directions. Ils ont calculé que les effets positifs dans les forêts froides et humides étaient assez importants pour créer un gain net d'absorption de carbone pour toute la région, s'élevant à près de 180 milliards de kilogrammes de carbone. Cependant, ce gain global masque les pertes significatives se produisant dans les parties plus sèches du monde. L'étude souligne que la stabilité du puits de carbone de la Terre — le système naturel qui retire le carbone de l'air — n'est pas uniforme. Elle dépend fortement de si une région est limitée par l'énergie ou par l'eau. À mesure que le réchauffement climatique réduit les manteaux neigeux, l'avenir de ces écosystèmes dépendra de leur capacité à s'adapter à ce basculement entre un début plus précoce de la saison de croissance et un été potentiellement plus sec et plus stressant.