Comment le climat et l’activité humaine façonnent un écosystème de montagne

Une étude détaillée de la plus haute montagne d’Afrique explore la façon dont le climat module les effets de l’utilisation des terres par les humains. Son action sur les plantes, les animaux, les micro-organismes et un large éventail de fonctions écosystémiques.

Les montagnes abritent environ un tiers de toutes les espèces terrestres et fournissent de l’eau à près de la moitié de la population. L’écologie des environnements montagneux est fortement influencée par les climats. Par exemple, parce que les températures baissent à mesure que l’altitude augmente, les organismes ayant une plus grande tolérance au froid sont favorisés à des altitudes plus élevées. Par conséquent, les espèces présentes changent rapidement lorsque l’on remonte une montagne des basses terres chaudes vers les hautes terres froides. De plus comme peu d’organismes peuvent résister aux conditions les plus extrêmes, le nombre total d’espèces tend à baisser au sommet des montagnes.

Le changement climatique est en train de réorganiser les pièces de ce casse-tête et les écologistes luttent pour prédire le tableau qui émergera. L’une des principales sources d’incertitude est la mesure dans laquelle les effets de l’utilisation des terres par l’homme (activités telles que l’agriculture et l’exploitation forestière) peuvent interagir avec des facteurs climatiques pour façonner la répartition des espèces et le fonctionnement des processus bio géochimiques. Dans la revue Nature, Peters et ses collègues présentent leur analyse d’un ensemble de données écologiques étonnamment complet du mont Kilimandjaro (Fig. 1), qui montre que la température et les précipitations modulent les effets de l’utilisation des terres par les humains sur la biodiversité et les écosystèmes.

Figure 1 | Un champ de maïs dans l’ombre du Kilimandjaro, Tanzanie. Peters et ses collègues font état d’une étude de sites situés à différentes altitudes sur le mont Kilimandjaro dans laquelle ils ont étudié la façon dont le climat régule les effets de l’utilisation des terres par l’homme (comme la culture du maïs) sur les écosystèmes. Photo : Cheryl-Samantha Owen/NPL

Une étude précédente du même groupe de recherche a révélé que le nombre d’espèces végétales et animales diminue à un rythme presque linéaire à mesure que l’élévation augmente sur le mont Kilimandjaro, suggérant que la température est le principal déterminant de la richesse des espèces. Peters et ses collègues ont élargi la portée et l’échelle de cette évaluation antérieure. Leur nouvelle étude rapporte des données recueillies sur 6 ans par 50 chercheurs sur 60 sites, allant de 866 à 4 550 mètres au-dessus du niveau de la mer. Ces sites représentaient à la fois des habitats naturels, comme les savanes des basses terres et les landes alpines, et des habitats qui avaient été fortement touchés par l’activité humaine, y compris les terres cultivées et les forêts. Les auteurs ont noté le nombre d’espèces de plantes, d’animaux et de bactéries vivant dans le sol à chaque site d’étude. Ils ont également enregistré des données pour 30 fonctions écosystémiques différentes, qui sont des processus liés au transfert d’énergie et de matière à travers le système (par exemple, les taux de croissance des plantes, la décomposition des matières organiques et les émissions de gaz à effet de serre).

Pour convertir les impacts humains en une monnaie commune à utiliser dans les analyses statistiques, Peters et ses collègues ont conçu une mesure quantitative de l’intensité de l’utilisation des terres, qui intégrait l’information sur plusieurs types de perturbations humaines. Pour évaluer le climat, ils ont surveillé la température annuelle moyenne et les précipitations à chaque site. Les chercheurs qui étudient les phénomènes écologiques à grande échelle sont souvent forcés de recueillir des données publiées antérieurement à partir de sources disparates et d’assembler ces informations pour analyse, ce qui peut introduire des erreurs. En mesurant plutôt un large éventail d’attributs dans de nombreux endroits à l’aide de méthodes normalisées, Peters et ses collègues ont pu peindre l’un des portraits écologiques les plus détaillés obtenus jusqu’à présent pour n’importe quelle montagne.

Peters et ses collègues signalent que les effets combinés du climat et de l’utilisation des terres par les humains se sont manifestés de façon constante pour les plantes et les animaux. La richesse des espèces différait à peine entre les habitats naturels et les habitats modifiés par l’homme à haute altitude, mais la richesse des espèces était réduite dans les habitats de faible altitude qui avaient été transformés par l’activité humaine. Ces tendances ont été mieux décrites par des modèles statistiques qui comprenaient les interactions entre le climat et l’intensité de l’utilisation des terres, autrement dit, les effets de l’utilisation des terres dépendaient du climat. L’interaction de ces deux facteurs était nécessaire pour expliquer les tendances observées dans les données.

Les tendances des fonctions écosystémiques par rapport au climat et à l’activité humaine sont plus difficiles à déchiffrer. Toutes les fonctions, sauf cinq, ont été affectées par l’intensité de l’utilisation des terres et, dans la plupart des cas, les effets de l’utilisation des terres dépendaient du climat. Mais ces interactions présentaient toutes sortes de formes, défiant les tentatives d’identifier un schéma général. Une image plus claire s’est dégagée lorsque Peters et ses collègues ont fusionné les 30 fonctions de l’écosystème en un indice statistique composite : dans l’ensemble, le fonctionnement de l’écosystème était plus fortement affecté dans les sites ayant une plus grande superficie.

Les écologistes souhaitent des règles simples pour décrire comment les écosystèmes réagissent aux gradients environnementaux et aux perturbations découlant de l’activité humaine. Cependant, l’analyse de systèmes aussi complexes, avec leur multitude de parties entrelacées, nécessite un niveau d’abstraction statistique qui rend difficile la découverte des mécanismes fondamentaux qui sous-tendent les schémas des données. Peters et ses collègues ont dévoilé une riche mosaïque de modèles écologiques sur le mont Kilimandjaro, mais ils ont expliqué pourquoi ces modèles sont façonnés par le défi trivial pour une enquête future.

Comme pour toute analyse comparative à grande échelle, il faut également envisager d’autres explications possibles pour les résultats. Par exemple, sur le mont Kilimandjaro, des zones de plus de 1 800 mètres au-dessus du niveau de la mer font partie d’un parc national, et cette désignation impose des contraintes à l’utilisation des terres par les humains. En effet, Peters et ses collègues ont constaté que l’intensité de l’utilisation des terres était plus élevée à basse altitude (et donc positivement corrélée avec la température) à travers la montagne, ce qui est typique des montagnes du monde. Ces corrélations font qu’il est difficile de démêler complètement les rôles du climat et de l’utilisation des terres. Est-il possible que les impacts humains aient été plus importants à faible altitude simplement parce que l’activité humaine était beaucoup plus élevée à l’extérieur du parc national ?

Pour répondre à cette question, les auteurs ont effectué d’autres analyses sur différents sous-ensembles de leurs données, ce qui a renforcé leurs conclusions originales. Néanmoins, d’autres travaux seront nécessaires pour déterminer dans quelle mesure la variation des impacts humains à différentes altitudes est régie par des mécanismes biophysiques, au lieu de refléter les tendances du comportement humain qui découlent à la fois des restrictions climatiques et juridiques de l’utilisation des terres.

Alors que les environnements montagneux se réchauffent dans un monde en réchauffement, que peut-on faire pour préserver leur grande richesse biologique ? Ni le changement climatique ni la pression humaine sur les montagnes ne cesseront bientôt, mais les zones peuvent être protégées contre une utilisation intensive des terres, et cela peut faire une différence. Les résultats de Peters et de ses collègues indiquent qu’une telle protection devrait couvrir une gamme d’élévation. des sites de faible altitude qui sont actuellement les plus vulnérables aux impacts humains aux régions montagneuses qui fourniront de futurs foyers aux espèces de réfugiés qui se déplacent vers le haut. Près de 40 % de toutes les chaînes de montagnes n’ont pas de réserves naturelles strictement protégées et, en fait, peu d’entre elles ont des aires de conservation qui couvrent l’ensemble de leur élévation. Il est urgent d’étendre les aires protégées du monde afin d’obtenir une meilleure couverture des gradients d’élévation.

Article source :

https://www.nature.com/articles/d41586-019-00939-8

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