“La lumière et la stabilité du débit sont les facteurs qui conditionnent le plus la production des rivières”
La scientifique Maite Arroita Azkarate étudie le métabolisme des rivières. Aussi appelé « battement cardiaque » des rivières, il l’utilise pour savoir comment respirent les écosystèmes. En fait, bien qu'il existe des critères clairs pour la classification des écosystèmes terrestres, il n'en est pas de même pour les écosystèmes fluviaux, et leur objectif est de le résoudre. Arroita a identifié dans sa dernière étude, en collaboration avec des chercheurs américains, les principaux facteurs qui conditionnent le métabolisme des écosystèmes fluviaux. La recherche permettra une meilleure connaissance et gestion des rivières.
Pour commencer, quel est le métabolisme des rivières?
Le métabolisme d'un écosystème englobe l'activité biologique de tous les organismes qui y vivent. Les processus sont nombreux, mais ils peuvent se résumer en deux grands : la production primaire ---par photosynthèse, combien d'énergie solaire est consolidée et la quantité de matière organique produite, et la respiration – combien de matière organique est consommée. Par conséquent, le métabolisme des rivières nous dit quel type de flux d'énergie existe. Ceci est important, en définitive, parce que ce flux d'énergie est le support de la vie dans les rivières et les réseaux trophiques.
Les principaux producteurs fluviaux sont les algues benthiques, qui poussent sur la surface des substrats, mais aussi les algues planctoniques. Briofites (mousses). Et dans certains fleuves il y a aussi des macrophytes, des plantes aquatiques: des grappes d’eau, des lentilles, des nénuphars (flottant ou enraciné)…
Le but de votre recherche a été de mieux connaître le métabolisme des rivières et de surmonter un manque, non?
Le problème est que ce métabolisme, l'ampleur de la production et la respiration sont très bien connus dans les écosystèmes terrestres. On connaît aussi la saisonnalité de ces écosystèmes, c'est-à-dire comment la production change selon la période de l'année. On connaît également les facteurs qui conditionnent le métabolisme et la saisonnalité : d'une part, la température est la clé et, d'autre part, la disponibilité de l'eau ou la précipitation. Ces deux facteurs sont fondamentalement ceux qui conditionnent les caractéristiques et la physionomie de la communauté. Par conséquent, ces deux facteurs connus, nous pouvons différencier les biomes qui apparaissent dans les écosystèmes terrestres : en fonction de la température et du débit d'eau, nous savons si ce sera un désert, une forêt tropicale, la toundra… Et sur cette base, nous savons, approximativement, quel type de végétation va exister, quand ils vont produire et combien ; et en fonction de cela, nous pouvons prévoir quel type de biomes vivent en eux.
Le problème est que cette classification n'a pas été réalisée dans les rivières. Il manque des données pour pouvoir faire quelque chose de similaire. Et dans notre recherche, nous avons vu que les facteurs qui conditionnent le métabolisme des rivières ne sont pas les mêmes qui conditionnent le métabolisme des écosystèmes terrestres. Ils sont très différents et nous ne les connaissions pas. Sa détermination est essentielle pour une connaissance approfondie et une bonne gestion des rivières.
Quels facteurs avez-vous identifiés?
Nous avons vu que la lumière et la stabilité du débit sont les principaux facteurs qui conditionnent la production primaire des rivières. Pas tant les précipitations ou la quantité totale d'eau, comme sur la terre, mais si la quantité d'eau de la rivière reste stable.
Pour sa détermination, on a étudié la saisonnalité du métabolisme des rivières à travers une grande base de données, les productions et les respirations maximales et quand elles se produisent. Et nous les avons comparés aux données des écosystèmes terrestres. Les résultats montrent un métabolisme beaucoup plus faible par rapport aux écosystèmes terrestres. Lorsque les écosystèmes terrestres ont une forte période – été –, la biomasse s’accumule parce que la production est supérieure à la consommation. Rien de semblable n'a été observé dans les rivières. On n’apprécie pas une augmentation significative: dans la plupart des cas on observe un léger rebond dans le printemps et l’été, d’autres fois on observe au début de l’année… Dans le cas de la respiration, il y a aussi beaucoup de pics en automne. Mais on n'a pas vu une claire saisonnalité.
Et nous avons vu que dans les rivières, contrairement au sol, la consommation est plus grande que la production. Cela signifie que les rivières sont des écosystèmes hétérophones tout au long de l'année. Par conséquent, la matière organique qui vient de l'extérieur est nécessaire pour soutenir ces écosystèmes. Dans nos rivières, il arrive par les forêts de rivage.
Comment cela est-il lié à la lumière et à la stabilité du débit ?
La lumière et la stabilité des débits sont les principaux facteurs qui conditionnent la photosynthèse. Et dans le cas de la consommation ou de la respiration, le même taux de photosynthèse et la stabilité des débits. Dans la production primaire des rivières, le processus principal est la photosynthèse, la fixation de l'énergie solaire. Et s'il n'y a pas d'énergie solaire, il n'y a pas non plus de photosynthèse.
La disponibilité de la lumière est très variable dans les écosystèmes fluviaux. Il varie avec la latitude, la topographie, la couverture de la forêt de Ribera et aussi avec le temps. Cela dépend même de la turbidité de l'eau. Nous avons vu que les rivières les plus lumineuses ont quatre fois plus de production que les plus sombres. Dans les lumières, en outre, les maxima se produisent en été et dans l'obscurité au printemps. En fait, dans les rivières peu éclairées a une grande influence la forêt de rivage qui pousse en été. Comme les feuilles sortent, moins de lumière atteint les rivières et limite la production primaire.
Et dans le cas du débit, ce qui se passe, c'est que dans les rivières sont des altérations très fréquentes comme des débits torrentiels ou des inondations. Il est vrai qu'il peut y avoir des altérations à différents niveaux: parfois, après une tempête, la turbidité augmente et limite la disponibilité de lumière et donc la photosynthèse; mais les inondations plus intenses, qui déplacent aussi les sédiments, déplacent aussi les êtres vivants avec les sédiments. Ainsi, la biomasse qui pousse dans les rivières est très limitée, puisque presque tous les êtres vivants sont entraînés par la rivière. En quelque sorte, dans le système est fait reset. On observe donc que dans les rivières les plus stables la production est trois fois plus grande que dans celles à débit très variable.
Vos résultats aideront-ils à répondre au manque existant et à classer les écosystèmes fluviaux ?
La conception d'une classification comme celle utilisée dans les écosystèmes terrestres peut être assez ambitieuse, mais elle a donné un indice. Dans le cas du débit, par exemple, il y a des rivières qui fonctionnent en fonction des chutes de neige: la montée se produit lorsque la neige fond et sont plus stables. Dans nos latitudes sont plus fréquentes les rivières qui ont de petits sommets à tout moment, car ils peuvent pleuvoir à tout moment. Il y a des rivières méditerranéennes, avec un grand débit hivernal, mais très sèches en été. Etc. Par conséquent, une classification pourrait être faite en fonction du débit.
Dans le cas de la lumière est plus difficile, car il est affecté par beaucoup de facteurs. Selon la latitude on pouvait faire une certaine classification, mais la topographie lui affecte aussi beaucoup. Ce n'est pas la même rivière dans un canyon, qui n'a aucun obstacle topographique. Ou même les petites rivières reçoivent normalement moins de lumière, en raison de la plus grande influence de la forêt de rivage. Donc, en ce sens, il serait très difficile de faire une classification sous la lumière. Il serait donc difficile d'élaborer une carte des biomes comme celle des écosystèmes terrestres, mais cela pourrait servir à faire les premiers pas. Par exemple, en connaissant la lumière reçue par le fleuve et son hydrologie, il aidera à prédire l'ampleur et la saisonnalité des flux d'énergie de ce fleuve; combien et quand il se produira/respirera.
Qu'est-ce qui a conditionné l'inexistence de classifications efficaces pour les écosystèmes fluviaux jusqu'à présent ?
Je pense que cela a été une question technologique, un manque de données. Les producteurs primaires des rivières sont des algues benthiques, de très petites algues attachées à des substrats. Les altérations sont constantes et le suivi de la biomasse est très difficile. Ainsi, le métabolisme des rivières est estimé à partir de la concentration en oxygène de l'eau, car la photosynthèse et la respiration affectent directement la concentration en oxygène dissoute. Cela est mesuré depuis longtemps, mais des mesures ponctuelles ou des expériences de quelques jours sont effectuées. Des données annuelles complètes sont nécessaires pour mesurer la saisonnalité et, de plus, à haute fréquence. Par exemple, ceux qui sont pris toutes les 10 minutes.
Au cours de la dernière décennie, les longues mesures préoccupées par la qualité de l'eau sont devenues plus fréquentes depuis la mise en service des réseaux. Dans ce projet, réalisé ces deux dernières années avec des collègues américains, un grand effort a été fait pour mesurer les données d'oxygène de ces réseaux et extraire le métabolisme à partir de ces données.
Et ces résultats peuvent affecter la gestion des rivières?
Eh bien, notre objectif était d'identifier les principaux schémas, ce qui permettra de prédire en fonction de ces facteurs quand et combien la biomasse se produira. Et en fonction de cela, quel genre de vie il y aura dans ce fleuve. En quelque sorte, comprendre la saisonnalité des rivières et l'ampleur de la production nous aidera à savoir qui y vivra.
Mais il est vrai que dans le contexte d'une urgence ou d'un changement global il peut également avoir des implications, car en plus d'augmenter la température, les précipitations changent beaucoup : étés très secs, inondations dans d'autres saisons… Si cette variabilité augmente, il peut y avoir une limitation de la production fluviale et une diminution de la biomasse fluviale. La diminution du flux d'énergie affecterait le réseau trophique. Si moins d'énergie est introduite, il y aura moins de développement. Cela peut affecter la biodiversité. Il est donc indispensable d'essayer de pallier les effets des avenues de pluie, en maintenant des sols perméables et des forêts de rivage en bon état écologique.
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