Dynamique de croissance du varech géant étudiée à l’aide de nouvelles données de télédétection

Canopée de varech géant montrant des frondes avec des conditions physiologiques variables. Les frondes sénescentes de couleur plus claire contiennent moins de pigment de chlorophylle et sont généralement plus âgées que les frondes plus foncées avec une teneur en chlorophylle plus élevée. (Tom Bell, © Institut océanographique de Woods Hole)

Canopée de varech géant montrant des frondes avec des conditions physiologiques variables. Les frondes sénescentes de couleur plus claire contiennent moins de pigment de chlorophylle et sont généralement plus âgées que les frondes plus foncées avec une teneur en chlorophylle plus élevée. (Tom Bell, © Institut océanographique de Woods Hole)

Le varech géant de macroalgue, qui est une espèce emblématique et importante pour la structuration de l’écosystème que l’on trouve au large des côtes de la Californie et de nombreux autres littoraux, peut atteindre 100 pieds de long en 1 à 2 ans.

Maintenant, les chercheurs utilisant de nouvelles observations de télédétection ont découvert que différents facteurs peuvent influer sur la dynamique de croissance spatiale du varech Macrocystis pyrifera, qui est la plus grande espèce d’algue au monde.

Les chercheurs qui étudient le varech géant dans le canal de Santa Barbara au large de la côte californienne ont découvert que « les schémas spatio-temporels de l’état physiologique, et donc de la croissance et de la production, sont régulés par différents processus en fonction de l’échelle d’observation », selon la disponibilité des nutriments et la sénescence structure spatialement la dynamique d’une espèce fondatrice, publiée dans les Actes de l’Académie nationale des sciences des États-Unis d’Amérique (PNAS).

« En fonction de votre échelle spatiale d’observation – que vous examiniez les forêts de varech au niveau régional ou que vous vous concentriez vraiment sur une zone locale spécifique – les modèles qui se manifestent à ces échelles peuvent indiquer différents facteurs », a déclaré l’auteur principal Tom Bell, assistant scientifique au Woods Hole Oceanographic Institution’s Department of Applied Ocean Physics &AMP ; Ingénierie.

« À l’échelle régionale pour les zones de plus d’un kilomètre, les nutriments de l’eau de mer étaient liés à la dynamique de l’état physiologique du varech. Cependant, à des échelles locales de moins d’un kilomètre, les processus de sénescence internes liés à la démographie de l’âge de la canopée du varech étaient liés aux modèles de la perte de biomasse dans les forêts de varech individuelles, malgré des conditions nutritionnelles uniformes », a déclaré Bell. La sénescence est la détérioration progressive et irréversible des performances physiologiques d’un organisme.

Les chercheurs se sont concentrés sur une zone d’étude de 4000 kilomètres carrés dans le canal de Santa Barbara au large de la côte californienne.

Bell a étudié le varech géant de première main, plongeant dans les forêts de varech. Il dit que le varech, qui est ancré au fond de la mer, ressemble à des troncs d’arbres avec des faisceaux de frondes de varech translucides qui forment une canopée à la surface de l’eau.

Cependant, comme les mesures sur le terrain du varech se produisent à petite échelle, les chercheurs ont identifié les rôles de l’environnement externe et des facteurs biotiques internes sur la dynamique des populations de varech en combinant des observations longitudinales sur le terrain avec des observations de télédétection.

Les chercheurs ont utilisé des données de télédétection provenant de plusieurs sources. La dynamique de la température de surface de la mer dans le chenal a été évaluée à l’aide de produits de capteur satellite Aqua du spectroradiomètre imageur à résolution moyenne de résolution de 4 kilomètres (MODIS). L’imagerie satellite Landsat 5, 7 et 8 du varech géant a permis aux chercheurs de suivre la biomasse du couvert de varech et la dynamique de l’âge. Chaque bande d’image Landsat mesure 185 kilomètres de large et les images ont une résolution en pixels de 30 mètres.

De plus, les chercheurs ont incorporé dans leurs études de nouvelles bandes d’images hyperspectrales répétées de 11 kilomètres de large du canal de Santa Barbara prises par le capteur AVIRIS (Airborne Visible/Infrared Imaging Spectrometer), qui a une résolution en pixels de 18 mètres. Le capteur optique, qui a fourni des images calibrées de la réflectance spectrale dans le canal, a volé sur des avions à haute altitude dans le cadre de la campagne aéroportée préparatoire de l’imageur infrarouge hyperspectral (HyspIRI) de la NASA. HyspIRI est une mission préparatoire pour la mission satellite de biologie et géologie de surface prévue par la NASA, qui pourrait être lancée plus tard cette décennie.

Les chercheurs ont utilisé cette imagerie hyperspectrale pour examiner les schémas spatiaux du rapport chlorophylle/carbone de la canopée de varech, un proxy établi de l’état physiologique, qui est positivement associé au taux de croissance du varech, à l’initiation des frondes et à l’accumulation de biomasse. Ils ont constaté que l’état physiologique de la canopée de varech diminuait de manière prévisible avec l’âge et que les sections plus anciennes de la forêt de varech avec un état physiologique faible étaient plus susceptibles d’être perdues au cours des mois suivants.

Bell a déclaré qu’à travers cette recherche, il essaie également d’aider à montrer certaines des capacités de la prochaine mission satellite.

« Dans un avenir proche, les scientifiques auront la possibilité d’utiliser des données hyperspectrales à l’échelle mondiale, ce qui donnera aux écologistes un autre outil dans leur boîte à outils pour comprendre comment les systèmes changent, qu’il s’agisse de forêts tropicales de plaine ou de varech géant », a-t-il déclaré. « Cela va être plus important que jamais à mesure que l’environnement devient moins prévisible. Il semble que plus nous avons de données, plus nous réalisons que nous ne pouvons pas prédire la dynamique des écosystèmes sur la base d’observations passées car le climat change si rapidement. La disponibilité des évaluations directes de la santé des plantes à partir de ces nouveaux capteurs aideront les scientifiques à surveiller l’état de l’écosystème et à anticiper les changements. »

Ce travail a été soutenu par la U.S. National Science Foundation, le U.S. Department of Energy et la National Aeronautics and Space Administration. De plus, le programme de bourses de recherche en sciences de la Terre et de l’espace de la NASA a apporté son soutien à Tom Bell. L’équipe de la campagne préparatoire aéroportée HyspIRI a fourni une assistance pour la recherche.

La disponibilité des nutriments et la sénescence structurent spatialement la dynamique d’une espèce fondatrice, le PNAS

Auteurs : Tom W. Bell1,2,*, David A. Siegel2,3

1Department of Applied Ocean Physics and Engineering, Woods Hole Oceanographic Institution, Woods Hole, MA 02543

2Earth Research Institute, Université de Californie Santa Barbara, Santa Barbara, Californie 93106

3Département de géographie, Université de Californie Santa Barbara, Santa Barbara, CA 93106

*auteur correspondant