Comment les plantes gèrent le passage de l'hiver au printemps

Comment les plantes gèrent le passage de l'hiver au printemps
Pour les plantes ligneuses comme ce rhododendron, le moment de l'effeuillage printanier est un équilibre entre maximiser leurs saisons de croissance et éviter les gelées tardives. Richard Primak, CC BY-ND

Les conditions météorologiques à travers les États-Unis ont ressemblé à des montagnes russes au cours des derniers mois. Décembre et janvier ont été nettement plus chaud que la moyenne dans de nombreux endroits, suivi de février vague de froid intense un échauffement dramatique.

Si vous avez déjà vu des buissons de lilas écrasés par des congères, puis bourgeonnant par une journée chaude quelques semaines plus tard, vous vous demandez peut-être comment les plantes tolèrent de tels extrêmes. j'étudie comment le changement climatique affecte le moment des événements saisonniers dans les cycles de vie des plantes, des oiseaux et des insectes dans le Massachusetts, je sais donc que les espèces ont évolué ici pour gérer les conditions météorologiques réputées changeantes de la Nouvelle-Angleterre. Mais le réchauffement climatique perturbe les conditions météorologiques et teste la capacité de nombreuses espèces à s'adapter.

Tolérer le froid

Les jours d'hiver brutaux où les températures sont bien en dessous de zéro, les animaux hibernent sous terre ou se blottissent dans des endroits protégés. Mais les arbres et les arbustes doivent s'y asseoir et le prendre. Les tissus de leurs troncs, branches et racines sont vivants. Comment survivent-ils au froid glacial?

À l'automne, les plantes ligneuses de nombreuses régions d'Amérique du Nord commencent se préparer pour l'hiver. Lorsque leurs feuilles changent de couleur et tombent, leurs brindilles, branches et troncs commencent à perdre de l'eau. En conséquence, leurs cellules contiennent des concentrations plus élevées de sucres, de sels et de composés organiques.

Cela abaisse le point de congélation des cellules et des tissus et leur permet de survivre à des températures bien inférieures au point de congélation normal de l'eau. L'astuce a cependant ses limites, donc les événements de froid extrême peuvent toujours tuer certaines plantes.

Les racines des arbres et des arbustes restent en grande partie inchangées et inactives pendant l'hiver, comptant sur l'isolation de la neige et du sol pour se protéger. Pour la plupart, la température du sol autour des racines reste égale ou supérieure au point de congélation. Le sol, les feuilles mortes et les couches de neige persistantes isolent le sol au-dessus des racines et l'empêchent de perdre de la chaleur.

Le danger surprenant des gelées printanières

Une fois que les plantes résistent stoïquement aux hivers froids, le début du printemps apporte de nouveaux dangers. Les plantes doivent feuilleter le plus tôt possible au printemps pour profiter pleinement de la saison de croissance. Mais cela implique de pomper de l'eau dans leurs feuilles en développement, ce qui réduit la concentration de sucres, de sels et de composés organiques dans leurs tissus et supprime leur protection hivernale contre le froid.

Chaque espèce a un temps de feuillage caractéristique. Les espèces à feuilles précoces telles que les bleuets et les saules sont les joueurs du règne végétal. Les espèces plus récentes, comme le chêne et le pin, sont les types prudents et conservateurs. Pour toutes les espèces, le feuillage trop tôt est un risque car les gelées tardives peuvent endommager ou tuer les jeunes feuilles.

Les fleurs sont également vulnérables aux gelées printanières imprévisibles car elles contiennent beaucoup d'eau. Si les fleurs des arbres fruitiers, comme les pommes, sont tuées par le gel, les arbres ne produiront pas de fruits plus tard en été. Les gelées tardives peuvent également entraîner des saisons de floraison extrêmement courtes pour les plantes ornementales à floraison précoce telles que les forsythias et les magnolias.


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Appels de réveil de l'usine

Pour se prémunir du gel tout en profitant de toute la saison de croissance, les arbres et arbustes ont développé trois façons de savoir quand il est temps de commencer à pousser au printemps.

Premièrement, les plantes ont des exigences de refroidissement hivernal: elles conservent leur dormance hivernale jusqu'à ce qu'elles aient été exposées à un certain nombre de jours froids d'hiver. Ce trait les aide à éviter le feuillage ou la floraison pendant les périodes anormalement chaudes au milieu de l'hiver.

Deuxièmement, les plantes ont également des exigences de réchauffement printanier qui favorisent la croissance après avoir connu un certain nombre de jours chauds chaque printemps. Cette fonction les aide à commencer à pousser dès qu'il fait assez chaud.

Troisièmement, certaines plantes ont également un photopériode réponse, ce qui signifie qu'ils réagissent à la durée pendant laquelle ils sont exposés à la lumière sur une période de 24 heures. Cela les prépare à feuilleter à mesure que les jours s'allongent et se réchauffent au printemps. Les hêtres ont à la fois un besoin de réchauffement et une réponse photopériodique, mais l'exigence de température est beaucoup plus forte, donc ils se mettent en marche après seulement quelques jours chauds à la fin du printemps.

Fait intéressant, les arbres nord-américains comme l'érable rouge et le bouleau noir sont plus prudents et conservateurs que les arbres européens et d'Asie de l'Est. Les conditions météorologiques dans l'est de l'Amérique du Nord sont plus variables et la menace de gelées printanières tardives est plus élevée ici que dans ces régions. En conséquence, les arbres nord-américains ont évolué pour feuilleter quelques semaines plus tard que les arbres comparables d'Europe et d'Asie de l'Est.

Le changement climatique brouille les signaux

Les plantes étant très sensibles aux signaux de température, le réchauffement dû au changement climatique empêche de nombreuses espèces de résister au froid hivernal et aux gelées printanières. À mesure que les températures printanières deviennent plus chaudes que par le passé, des arbres comme les pommes et les poires peuvent réagir en feuilletant et en fleurissant. plusieurs semaines plus tôt que la normale. Cela peut augmenter leur vulnérabilité aux gelées tardives.

Comment les plantes gèrent le passage de l'hiver au printempsLes feuilles de ce cerisier ont été endommagées par un gel tardif. Richard Primak, CC BY-ND

Ces gelées tardives sont devenir plus commun because le changement climatique déstabilise le jet stream, l'amenant à plonger beaucoup plus au sud, apportant des éclats de temps inhabituellement froid.

En 2007, une période exceptionnellement chaude en mars a déclenché le feuillage des arbres à travers l'est et le centre des États-Unis. Un gel dur en avril a ensuite tué les jeunes feuilles et fleurs de chênes, de caryer et d'autres espèces d'arbres. Les arbres ont pu produire une deuxième récolte de feuilles, mais n'ont pas pu remplacer complètement les feuilles qu'ils avaient perdues, ce qui a très probablement ralenti leur croissance cette année-là.

Les insectes ravageurs constituent également une menace croissante pour les plantes. Les rudes conditions hivernales tiennent en échec de nombreux insectes trouvés dans les climats nordiques, tels que pucerons laineux de la pruche et foreurs de frêne émeraude. À mesure que les hivers deviennent plus doux, ces insectes sont plus susceptibles de survivre, de se déplacer plus au nord, de provoquer des épidémies majeures et d'endommager les arbres.

Des hivers plus chauds conduisent également à plus de jours où le sol est nu. Les coups de froid qui se produisent lorsqu'il n'y a pas de couche isolante de neige peuvent geler le sol et tuer les racines. Les branches d'arbres et d'arbustes meurent alors parce que les racines endommagées ne peuvent pas fournir suffisamment d'eau et de nutriments. Dans les cas extrêmes, les plantes peuvent mourir.

La carte des zones de rusticité des plantes du département américain de l'Agriculture montre que ces zones - des zones où diverses espèces végétales sont les plus susceptibles de prospérer - se déplacent vers le nord à mesure que le changement climatique réchauffe les États-Unis.

Dans les décennies à venir, de nombreuses espèces d'arbres qui aiment le froid, comme les épicéas et les sapins, deviendront moins abondantes lorsqu'elles ne pourront pas manipuler nouveaux défis associés à un climat plus chaud. Dans le nord-est des États-Unis, les espèces indigènes telles que l'érable à sucre et le hêtre seront progressivement remplacées par des espèces indigènes plus au sud, comme les chênes et les caryer. Et les espèces non indigènes, telles que Érables de Norvège, profitent de ces perturbations pour se disperser dans les forêts à partir du bord des routes et des quartiers.

Des changements similaires se produisent dans de nombreux endroits, car le changement climatique modifie les signaux sur lesquels les plantes s'appuient pour marquer les saisons changeantes.

A propos de l'auteur

Richard B. Primack, professeur de biologie, L'Université de Boston

Cet article est republié de La Conversation sous une licence Creative Commons. Lis le article original.

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