Le chêne face aux changements climatiques: la physiologie

Cet article est le premier d'une série en trois volets consacrée aux effets des changements climatiques sur le chêne.

• 1re partie: la croissance
• 2e partie: sécheresse et adaptation
• 3^e partie: la physiologie

L’Institut fédéral de recherches WSL a analysé entre 2006 et 2012 le comportement de jeunes chênes sous différentes conditions climatiques. Le but de cette expérimentation de grande envergure fut d’étudier les effets de la sécheresse et d’une augmentation de la température de l’air sur le microclimat, le sol et les arbres. 770 jeunes chênes furent observés et mensurés en chambre d’écosystème modélisé pendant trois ans.

La physiologie végétale est le domaine qui s’intéresse aux phénomènes de la vie d’une plante et aux réactions chimiques ainsi que biochimiques responsables de sa bonne croissance. Et naturellement, dans le monde végétal, la photosynthèse en est le phénomène central. Mais aussi la croissance, la différentiation des organes et les réactions aux modifications de l’environnement sont des questions qui intéressent les physiologistes. Ce troisième article présente plus particulièrement trois aspects spécifiques des différentes analyses réalisées dans l’expérimentation Querco:

• la photosynthèse
• la formation d’hydrates de carbone
• l’absorption de l’azote

En exploitant la lumière du soleil, la photosynthèse, qui a lieu dans les feuilles, transforme le dioxyde de carbone (CO₂) et l’eau (H₂O) en hydrates de carbone (surtout des sucres et de l’amidon). A partir de composés inorganiques, la plante réussit donc à synthétiser des produits organiques qui sont indispensables à sa survie. La photosynthèse peut être considérée comme le processus biochimique fondamental pour la vie des plantes. Non seulement, elle assure leur survie, mais elle produit également de l’énergie pour d’autres formes de vie n’ayant pas cette capacité de photosynthèse.

Après trois ans de recherches, il a été constaté que l’élévation de la température de l’air conduit à une augmentation saisonnière (plein été–fin de l’été) de l’activité photosynthétique de façon semblable pour les trois espèces de chênes étudiés. L’interruption de l’arrosage pour les traitements sécheresse et combinaison de séchereesse et augmentation de la température a conduit à une dégradation du régime hydrique du sol (cf. deuxième article). Ceci a entraîné, à la fin de la période de sécheresse, une forte baisse du rendement de la photosynthèse (figure 3), due à une réaction «volontaire» de la plante, à savoir la fermeture des stomates sur la face inférieure de ses feuilles. Une perte incontrôlée d’eau par évaporation est ainsi évitée.

En contrepartie, la plante absorbe moins de CO₂, ce qui diminue le rendement de la photosynthèse. Pour le chêne pubescent, on a pu observer que les stomates (figure 2) s’ouvrent lorsque la température de l’air augmente et se referment lors d’une sécheresse.

Le comportement des chênes exposés à un stress hydrique fut révélateur. Après la reprise de l’irrigation, et indépendamment du rétablissement du régime hydrique du sol, les arbres furent à même de rétablir très vite la photosynthèse (figure 3). Ceci s’explique par la présence de racines fines à la surface du sol. Elles absorbent immédiatement la moindre pluie, dès que l'eau atteint les premières couches du sol. La photosynthèse de ces chênes a retrouvé très rapidement le niveau de celle des arbres du traitement de contrôle, ce qui signifie que l’appareil de photosynthèse demeura intact, même lors de grande sécheresse.

Seul le chêne pédonculé, après la deuxième période de sécheresse au mois d’août, ne retrouva pas un niveau de photosynthèse identique à celui des chênes du traitement de contrôle. Ce phénomène a aussi été observé lors du traitement combiné avec une élévation de la température. Les mesures réalisées au cours de l’expérimentation Querco montrent qu'en période de sécheresse les feuilles du chêne pédonculé contiennent moins de chlorophylle que celles des chênes sessiles et pubescents. Ceci pourrait expliquer pourquoi cette espèce de chêne a un rendement photosynthétique inférieur.
 

L’azote est un élément vital pour le bon fonctionnement des êtres vivants, particulièrement pour la production de protéines et de l’ADN. Bien que l’air contienne beaucoup d’azote sous forme gazeuse (N₂), la plus grande partie de l’absorption (90%) se fait sous forme de nitrates et d’ammonium par le sol et le système racinaire des plantes. Ces deux composés azotés proviennent de la dégradations de matériaux organiques présents dans le sol (p. ex. des feuilles) par l’activité de micro-organismes (champignons, bactéries).

L’azote est le nutriment des plantes qui a souvent un effet limitatif sur la croissance. Comme composant de la chlorophylle, il est indirectement lié à la photosynthèse. De plus, il est présent dans de nombreuses enzymes et soutient la formation de substances nécessaires à la croissance des pousses et des racines. En agriculture, il est reconnu que le manque d’azote limite la croissance des feuilles (feuilles petites et pâles) et le fonctionnement de la photosynthèse. De plus, les plantes sont nettement davantage sensibles au stress hydrique. Toutes ces raisons ont incité les chercheurs du WSL à s’occuper de l’influence de l‘azote sur les plantes et dans le sol.

Les résultats des analyses, à fin 2009, ont à nouveau surpris: bien que le stress hydrique ait diminué l’activité des bactéries, il n’a été trouvé aucun effet sur la disponibilité en ammonium (NH₄+) et en azote (NO₃-) dans le sol. De même, la concentration d’azote dans la biomasse des arbres n’a pas été réduite. Ceci montre que, dans l’expérimentation Querco, l’azote n’a pas été un facteur limitant la croissance en périodes de sécheresse.