L’effet positif de la diversité végétale sur la respiration du sol diminue avec l’accroissement de la productivité dans les forêts mondiales

Pourquoi cela compte pour le climat et les forêts

Les forêts respirent discrètement par leurs sols, libérant du dioxyde de carbone lorsque les racines et les microbes décomposent la matière organique. Cette « respiration » du sol est l’un des flux de carbone les plus importants sur Terre et influence fortement le climat. Parallèlement, les forêts subissent des pertes rapides d’espèces végétales. Cette étude pose une question apparemment simple mais aux grandes implications : avoir davantage d’espèces végétales dans une forêt fait‑t‑il respirer davantage ses sols, et cette relation change‑t‑elle entre des forêts clairsemées et en difficulté et des forêts luxuriantes et très productives ?

La vie dans le sol et la respiration cachée de la forêt

La respiration du sol correspond à la libération continue de dioxyde de carbone depuis le sol lorsque les racines poussent et que les microbes décomposent les feuilles et le bois morts. À l’échelle mondiale, ce flux n’est devancé que par la photosynthèse des plantes, si bien que de faibles variations en pourcentage peuvent modifier la quantité de carbone stockée dans les sols par rapport à celle retournant à l’atmosphère. De nombreuses expériences à petite échelle ont montré que plus d’espèces végétales tendent à stimuler la vie du sol et la matière organique, laissant entendre que la biodiversité pourrait aussi augmenter la respiration du sol. Toutefois, la plupart de ces expériences ont été de courte durée, concentrées sur des prairies ou limitées à une poignée d’espèces, laissant ouverte la question de la manière dont la diversité végétale façonne la respiration du sol à travers les forêts et climats du monde.

Construire une image globale à partir de mesures dispersées

Pour répondre à cela, les auteurs ont rassemblé plusieurs grands jeux de données et les ont combinés avec l’apprentissage automatique moderne. Ils ont utilisé plus de 6 000 mesures de respiration du sol réalisées sur le terrain à travers le monde et entraîné un modèle d’apprentissage profond pour prédire la respiration du sol mensuelle à haute résolution à partir du climat, des caractéristiques du sol et de la végétation. Ils ont ensuite superposé des cartes globales de richesse en espèces d’arbres et de richesse globale en plantes vasculaires (arbres, arbustes et herbacées), ainsi qu’une mesure satellitaire de la productivité forestière connue sous le nom de production primaire nette. En contrôlant la température, les précipitations, les propriétés du sol et les traits de la végétation, ils ont pu isoler la contribution de la seule diversité végétale à la variation de la respiration du sol.

La diversité aide surtout là où les ressources sont rares

Les analyses globales révèlent un schéma clair mais nuancé. Dans les forêts à productivité faible à modérée, là où la croissance est limitée par le froid, la sécheresse ou des nutriments restreints, une plus grande richesse en espèces est fortement liée à une respiration du sol plus élevée. Les communautés végétales diversifiées semblent alors nourrir le système du sol plus efficacement, par une combinaison de profondeurs racinaires variées, d’exsudats racinaires et de types de litière favorisant des communautés microbiennes actives. Mais à mesure que la productivité augmente et que les forêts deviennent plus riches en biomasse, l’effet bénéfique d’ajouter des espèces diminue. Dans les forêts très productives — par exemple les régions chaudes et humides à canopées denses — le supplément apporté par la diversité devient faible ou peut même devenir légèrement négatif une fois l’influence du climat et des sols prise en compte.

Quand davantage d’espèces n’ajoutent plus grand‑chose

L’étude propose plusieurs raisons à cet estompement de l’effet de la diversité dans les forêts très productives. Lorsque les conditions sont déjà favorables, quelques espèces dominantes peuvent fournir de grandes quantités de matière organique au sol, établissant un niveau de base élevé d’activité microbienne et de respiration du sol. Les espèces supplémentaires peuvent assurer des rôles similaires, si bien que leur présence apporte peu de fonction supplémentaire, un concept connu sous le nom de redondance fonctionnelle. Une forte compétition pour la lumière et les nutriments peut en outre favoriser un petit nombre d’espèces performantes, réduisant l’importance des autres pour les processus du sol. Dans de tels contextes, la température, l’humidité et d’autres facteurs abiotiques deviennent les principaux moteurs de la respiration du sol, et la contribution marginale de la biodiversité diminue.

Ce que cela signifie pour la conservation du carbone et de la diversité

Pour les non‑spécialistes, le message clé est que la diversité végétale ne joue pas le même rôle partout. Dans les forêts de productivité faible à moyenne, chaque espèce végétale additionnelle peut rendre les sols plus actifs, contribuant au cycle des nutriments et au flux du carbone. Dans les forêts les plus productives, en revanche, ajouter simplement des espèces peut ne pas modifier beaucoup la respiration du sol parce que le système fonctionne déjà proche de sa capacité. Ce comportement dépendant du contexte importe pour les politiques climatiques. Protéger la diversité végétale dans les forêts moins productives est particulièrement critique, car la perte d’espèces pourrait affaiblir les processus du sol qui soutiennent le stockage à long terme du carbone et la santé des écosystèmes. Intégrer des effets de biodiversité réalistes dans les modèles du carbone et du climat améliorera notre capacité à prévoir comment les forêts, les sols et l’atmosphère répondront aux changements environnementaux en cours.

Citation: Laffitte, B., Yang, Z., Jian, J. et al. Plant diversity’s positive effect on soil respiration diminishes with increasing productivity in global forests. Nat Commun 17, 3023 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69594-8

Mots-clés: biodiversité forestière, respiration du sol, cycle du carbone, productivité des écosystèmes, rétroactions climatiques