Les moteurs secrets de la croissance des arbres
La plupart des espèces d'arbres du monde entretiennent une relation étroite avec les champignons, appelés ectomycorhizes, qui poussent sur leurs racines. Ceux-ci forment un réseau dense autour des racines fines, fournissant aux arbres des nutriments et les protégeant des agents pathogènes. En retour, les champignons reçoivent de l'énergie sous forme d'hydrates de carbone, que les arbres produisent par photosynthèse. Les scientifiques connaissent cette relation mutualiste depuis longtemps.
Ce qui fait défaut, cependant, c'est une compréhension complète de la mesure dans laquelle les champignons ectomycorhiziens influencent la croissance des arbres adultes et des forêts entières. On a longtemps supposé que les facteurs physiques tels que la température, les précipitations et l'apport anthropique d'azote dans le sol étaient les principaux facteurs influençant la croissance des arbres, tandis que l'effet des communautés fongiques cachées dans le sous-sol était difficile à mesurer et négligé.
Une croissance trois fois plus rapide
Mais aujourd'hui, le post-doctorant Mark Anthony et ses collègues du groupe dirigé par Tom Crowther, professeur d'écologie des écosystèmes mondiaux à l'ETH Zurich, ont changé tout cela. En étudiant cinq espèces d'arbres forestiers européens parmi les plus courants, les scientifiques ont montré que les différences entre les communautés fongiques sont liées à des variations encore plus importantes de la croissance des arbres que les conditions climatiques locales et les apports d'azote anthropiques. L'étude a récemment été publiée dans la revue ISME.
«Les différences entre les communautés fongiques ectomycorhiziennes correspondent à une multiplication par trois du taux de croissance des arbres. Ces champignons fournissent également une explication écologique plus claire des différences de croissance des arbres par rapport à d'autres facteurs tels que la température et les précipitations», explique Mark Anthony, auteur principal de l'étude.
Engrais fongiques
Les arbres à la croissance la plus rapide ont été trouvés là où les communautés fongiques ectomycorhiziennes sont très adaptées pour extraire les composés d'azote inorganique (ammonium et nitrate) du sol et les mettre à la disposition des arbres. L'azote inorganique se trouve dans la plupart des engrais, c'est la forme d'azote la plus bénéfique sur le plan énergétique et c'est un excellent promoteur de la croissance des plantes.
On a constaté une croissance plus lente des arbres forestiers là où les communautés fongiques ectomycorhiziennes locales sont adaptées pour fournir aux arbres de l'azote provenant de sources organiques. Ce type d'azote se trouve dans la biomasse morte et en décomposition dans le sol. Pour le libérer, les champignons doivent d'abord produire des enzymes spéciales pour dépolymériser et décomposer la biomasse. Cette opération coûte plus d'énergie aux champignons que l'extraction directe de l'azote inorganique du sol et, par conséquent, elle coûte également plus cher aux arbres. Étant donné que les champignons qui puisent l'azote organique tirent l'énergie dont ils ont besoin de leurs partenaires, les arbres eux-mêmes ont moins d'énergie à consacrer à leur propre croissance.
Identifier les champignons et leurs fonctions
Pour obtenir ces nouvelles informations, l'équipe de recherche a identifié les champignons ectomycorhiziens présents dans les échantillons de sol de 137 parcelles de surveillance des forêts européennes. Elle a ensuite associé chaque type de champignon présent à son génome entièrement séquencé afin de déterminer la fonction de chacun dans l'écosystème forestier global. Enfin, elle a corrélé les diverses fonctions des champignons avec des décennies de données sur la croissance des arbres afin de révéler la relation entre les champignons ectomycorhiziens et la croissance des arbres. Les espèces d'arbres étudiées comprenaient les feuillus (chêne et hêtre) ainsi que les conifères (pin et épicéa).
Inoculation des semis d'arbres avec des champignons idéaux
Les résultats de l'équipe auront un impact sur les recherches futures et sur la foresterie elle-même. Les scientifiques peuvent désormais identifier les types de champignons et leurs propriétés qui permettront aux arbres de pousser plus vite, ou au contraire plus lentement. Ainsi, cette étude peut aider le secteur forestier à inoculer certaines zones boisées à l'aide de communautés fongiques spécifiques afin d'obtenir des changements ciblés dans la croissance des arbres.
«L'inoculation de champignons à des semis d'arbres est déjà une pratique établie. Notre travail fournit une base scientifique solide pour cette pratique et peut contribuer à l'améliorer», explique Mark Anthony.
Il envisage également des applications liées au changement climatique et à l'évolution rapide des conditions écologiques. Premièrement, une croissance plus rapide des arbres pourrait constituer un moyen rapide d'absorber davantage de carbone dans l'atmosphère. Deuxièmement, certains arbres ne poussent plus bien dans certaines régions en raison du changement climatique; de nouveaux partenaires fongiques pourraient être recherchés pour ces arbres afin de les aider à survivre.
Un avantage de survie dans le climat futur
«À l'avenir, les communautés fongiques qui utilisent l'azote organique pourraient être avantageuses pour de nombreuses espèces d'arbres», explique Mark Anthony. En effet, la hausse des températures et des concentrations de CO2 favorise la croissance des plantes. Pour croître plus rapidement, les arbres puisent dans l'azote inorganique facile à obtenir. Ce faisant, ils épuisent plus rapidement les réserves de ce type d'azote, ce qui pourrait ralentir la croissance à long terme. En revanche, les communautés fongiques utilisent l'azote organique, qui est plus abondant dans le sol mais plus difficile d'accès. Les bons champignons pourraient garantir à leur partenaire arboricole une croissance régulière à l'avenir en capturant cet azote organique à long terme.
