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La façon dont les plantes vasculaires atteignent un bilan carbone positif dans les conditions extrêmes de l'Arctique est essentielle pour comprendre leur capacité à coloniser et à prospérer dans ces environnements (Kumarathunge et al. 2019 ; Fernandez-Marin et al. 2020), et pour anticiper la réponse de la végétation de la toundra au changement global deux à quatre fois plus rapide en Arctique (Rantanen et al. 2022). Notre compréhension actuelle de la photosynthèse foliaire a été largement formulée à partir d'écosystèmes arides, tropicaux et tempérés, oppose les espèces à croissance rapide aux espèces à croissance lente avec une faible capacité photosynthétique le long du spectre économique foliaire (Wright et al 2004 ; Diaz et al 2016 ; Thomas et al. 2020). La manière dont ces variations des caractéristiques chimiques et morphologiques des feuilles contraignent les limites biochimiques et biophysiques de la capacité photosynthétique en toundra arctique reste relativement peu claire.
Nous nous sommes concentrés sur trois espèces de saules répandues dans la vallée glaciaire de Qarlikturvik sur l'île Bylot au Nunavut, et avons évalué leur capacité et limites photosynthétiques. Les objectifs suivants : (i) Déterminer si les espèces de saules arctiques sont particulièrement caractérisées par des valeurs élevées de LMA et PNUE et de faibles valeurs de Narea, Parea et de capacité photosynthétique Asat, comme on pourrait s'y attendre et de l'environnement stressant de la toundra arctique (ii) Déterminer si Asat est plus déterminé par les composants de l'efficacité d'utilisation des nutriments de la feuille (gs, gm, Vcmax à un Narea donné) comme observé dans les environnements froids, plutôt que par l'investissement de la concentration des nutriments de la feuille dans l'activité de la Rubisco (iii) Déterminer cmment Asat est déterminé à la fois par les limitations proximales et les traits distaux d'économie des nutriments (Narea, Parea et LMA), et leurs interactions.
L'étude a été menée dans la vallée glaciaire de Qarlikturvik de l'île Bylot, Nunavut, Canada. Les conditions environnementales moyennes sont les suivantes : altitude, 20 à 400 m ; température annuelle, -14,4°C ; neige, ~ 8 mois année-1 ; pergélisol permanent ; précipitations 77,5 mm pendant la saison de croissance (Domine et al., 2021). La vallée de Qarlikturvik est située dans la plaine sud-ouest de l'île et traversée en son centre par une rivière glaciaire. La vallée est longue d'environ 18 km et possède une terrasse d'environ 5 km de large au fond et est bordée de plateaux pouvant atteindre 500 m d'altitude (Godin & Fortier 2012). La vallée est riche en plans d'eau (rivière proglaciaire, lacs, étangs et polygones, petits cours d'eau et ravines de thermo-érosion) représentant un géosystème typique de vallée glaciaire avec de nombreux environnements de dépôt, qui comprend des sédiments alluviaux, éoliens, fluvioglaciaires, morainiques, colluviaux et marins (Coulombes et al. 2021).
Nous avons sélectionné 29 sites en 2019 pour représenter la diversité des écosystèmes rencontrés dans la vallée de Qarlikturvik, de la proximité du glacier à l'océan et des zones humides le long du glacier fluvial jusqu'au plateau mésique. Sur chaque site, nous avons échantillonné les trois espèces de Salix, S. arctica, S. reticulata, S. richardsonii, dans la mesure du possible (24 des 29 sites présentaient les trois espèces). Pour chaque échantillonnage, trois individus de chaque espèce ont été coupés et entièrement recouverts d'un matériau opaque pour favoriser la fermeture stomatique et limiter la perte d'eau par transpiration pendant le transport vers le camp principal. Les individus ont été laissés dans l'obscurité pendant 24 heures avant d'être mesurés avec les appareils LiCOR Li6400XT et Li-6800.
Nous nous attendons à ce que la photosynthèse augmente à la fois avec la concentration d'azote foliaire Narea et l'efficacité d'utilisation de l'azote photosynthétique (PNUE) mais à des taux différents pour les trois espèces. La photosynthèse des trois espèces de Salix serait principalement limitée par les processus biochimiques de la photosynthèse, malgré la concentration élevée d'azote dans les tissus foliaires. Ces derniers ont été utilisés pour augmenter à la fois Vcmax et gm. Ainsi, notre étude révélerait une adaptation évolutive de la photosynthèse à l'habitat des espèces de Salix. L'arbuste érigé Salix richardsonii présent dans un habitat humide était plus sensible à la variation de la conductance stomatique, tandis que S. arctica et S. reticulata présents dans un habitat mésique étaient plus sensibles à la Rubisco, l'enzyme de la photosynthèse, et à sa vitesse Vcmax. Notre étude a fourni des données précieuses pour les espèces responsables du verdissement de l’Arctique.
Lamarque, L., Jim, F.-F., Deschamps, L., Lévesque, E., Cusson, P.-O., Fortier, D., Giacomazzo, M., Guillemette, F., Paillassa, J., Tremblay, M., Maire, V., 2023.
Hydrological Regime and Plant Functional Traits Jointly Mediate the Influence of Salix spp. on Soil Organic Carbon Stocks in a High Arctic Tundra. Ecosystems. DOI: 10.1007/s10021-023-00829-1.