Ce qui fait vieillir les feuilles mortes en automne

A la fin de sa vie, le feuillage brille de magnifiques couleurs jaunes et rouges : c'est l'automne. Dans les zones tempérées, les arbres à feuilles caduques se préparent à l'approche de l'hiver. Ils cessent de cro?tre et retirent les substances nutritives du feuillage. Les feuilles tombent progressivement et meurent. Ce processus de vieillissement des feuilles est appelé sénescence. Dans le cycle phénologique des arbres, il marque la fin de la période de végétation, au cours de laquelle ils absorbent du CO₂ et de réaliser la photosynthèse.

Avec le réchauffement climatique, la période de végétation s'est allongée au cours des dernières décennies : au printemps, les arbres européens bourgeonnent environ deux semaines plus t?t qu'il y a cent ans. En automne, les feuilles tombent aujourd'hui six bons jours plus tard. On s'attend généralement à ce que la sénescence soit encore retardée dans un climat plus chaud à l'avenir. Les arbres pourraient ainsi émettre plus de CO₂ de l'atmosphère.

Des chercheurs de l'ETH Zurich parviennent maintenant à une conclusion contraire : dans une étude publiée dans la revue spécialisée page externeScience ils mettent en évidence chez les feuillus un mécanisme autorégulateur qui limite la période de végétation : Une photosynthèse accrue au printemps et en été fait vieillir les feuilles plus t?t en automne. Ainsi, contre toute attente, la chute des feuilles en automne devrait à l'avenir être plus précoce - et non plus retardée.

Des puits limités comme moteurs de la sénescence

"Jusqu'à présent, il n'était guère possible de faire des prévisions précises sur la saison de croissance des arbres, car on ne comprenait pas suffisamment les causes de la sénescence des feuilles", explique Constantin Zohner, responsable de l'étude et Senior Scientist au Crowther Lab de l'ETH Zurich.

Jusqu'à présent, les scientifiques pensaient généralement que c'était principalement la baisse de la température et la longueur du jour en automne qui déterminaient le moment de la sénescence des feuilles. Certes, il existait déjà différents indices selon lesquels l'apparition des feuilles au printemps devait être liée à leur chute en automne. "Mais comme les mécanismes n'étaient pas clairs, les modèles phénologiques ne prennent en compte de tels effets que partiellement, dans le meilleur des cas", explique le biologiste.

Zohner a supposé que le lien entre le printemps et l'automne pourrait avoir un rapport avec la photosynthèse saisonnière - plus précisément avec le phénomène des puits de carbone limités. Les éléments nutritifs rares du sol, comme l'azote, limitent notamment le stockage du CO₂-quantité de carbone qu'une plante peut absorber pendant la saison. Si la quantité maximale de CO₂-Le vieillissement des feuilles commence donc plus t?t.

Ce r?le de la photosynthèse dans le contr?le de la sénescence des feuilles est par exemple connu depuis longtemps pour les céréales, mais n'avait jamais été testé sur les arbres. Les chercheurs de l'ETH ont donc entrepris de découvrir les moteurs de la chute automnale des feuilles en combinant les observations sur le terrain, les essais en laboratoire et la modélisation.

Effet net de la photosynthèse

L'étude s'est basée sur des observations à long terme de six pays européens. des espèces d'arbres feuillus au cours des six dernières décennies. Sur la base de ces données, l'équipe de Zohner a testé l'influence relative de différents facteurs sur le moment de la sénescence automnale, dont l'apparition des feuilles au printemps, la photosynthèse saisonnière, le CO₂-concentration, température et précipitations.

En complément, les chercheurs ont mené une série d'expériences avec de jeunes arbres dans des chambres climatiques et à l'extérieur. Ils ont ainsi pu mesurer la température, la lumière du jour et le taux de CO₂-Les chercheurs ont pu faire varier la teneur en carbone et étudier les effets respectifs sur la photosynthèse et la sénescence des feuilles.

En effet, les observations des arbres ont révélé une nette influence de la photosynthèse saisonnière : pour toutes les espèces étudiées, la sénescence en automne est également survenue plus t?t les années où la photosynthèse était plus élevée au printemps et en été, une activité supérieure de dix pour cent avan?ant le vieillissement des feuilles de huit jours. Les expériences ont étayé les conclusions tirées des observations.

La mécanique de l'automne modélisée

"Nos analyses suggèrent que la photosynthèse saisonnière, la température automnale et la durée du jour sont des moteurs primaires de la sénescence", explique Deborah Zani, première auteure. Il en va autrement des autres facteurs : "Le CO₂-Les températures estivales, l'intensité lumineuse et les précipitations influencent certes très directement la photosynthèse, mais n'ont qu'un effet indirect sur la sénescence automnale", explique-t-elle pour expliquer l'interaction des forces en présence.

Les automnes plus chauds ont tendance à retarder la sénescence. Mais l'augmentation des émissions de CO₂-La concentration de carbone, les périodes estivales plus chaudes et la sortie précoce des feuilles augmentent visiblement la photosynthèse au printemps et en été. Les réserves limitées de carbone se remplissent ainsi - si elles sont saturées prématurément, la sénescence est avancée, ce qui contrecarre la tendance au retard due aux températures automnales plus élevées.

Zani et Zohner ont développé un nouveau modèle de phénologie automnale qui prend en compte tous les facteurs selon leur poids relatif. Celui-ci est capable de dater le moment de la sénescence des six dernières décennies jusqu'à 42 pour cent plus précisément que les modèles précédents.

En outre, il inverse leurs prévisions : Jusqu'à présent, on s'attendait à ce que la sénescence se produise deux à trois semaines plus tard d'ici la fin du siècle. "Notre nouveau modèle suggère le contraire : si la photosynthèse continue d'augmenter, les feuilles vieilliront au cours du siècle de trois à six jours plus t?t qu'aujourd'hui - et non plus tard", explique Zani. Cela signifie que la saison de croissance ne s'allongera que de 8 à 12 jours d'ici la fin du siècle. "C'est environ deux à trois fois moins que ce que l'on pensait jusqu'à présent", ajoute Zani. Dans le cadre de son travail de master au Crowhter Lab, elle a participé de manière déterminante à l'analyse des données et à la modélisation.

La durée de la saison influence le bilan carbone

Pour leurs recherches, les scientifiques ont utilisé les données du Pan European Phenology Project. Au total, ils ont évalué 434'000 observations phénologiques sur 3800 sites d'Europe centrale entre 1948 et 2015. Six espèces représentatives ont été étudiées : le marronnier commun, le bouleau pubescent, le hêtre commun, le mélèze européen, le chêne pédonculé et le sorbier des oiseleurs.

Les auteurs considèrent leur étude comme une indication supplémentaire que les forêts de la zone tempérée ont une capacité limitée à absorber le CO₂ pourrait absorber : "La régulation du CO₂-L'absorption de carbone augmentera probablement moins avec la hausse des températures que ne le prévoyaient les anciens modèles", explique Zohner. Les chercheurs veulent maintenant mieux comprendre dans quelle mesure les puits de carbone limités sont répandus dans les forêts de la Terre.