Forêt humide tropicale

Les forêts humides tropicales sont également appelées forêts tropicales humides. Ce biome se trouve dans les régions équatoriales. La végétation est caractérisée par des plantes à larges feuilles qui tombent et sont remplacées tout au long de l’année. Contrairement aux arbres des forêts à feuilles caduques, les arbres de ce biome n’ont pas une perte saisonnière de feuilles associée aux variations de température et d’ensoleillement ; ces forêts sont  » à feuilles persistantes  » toute l’année.

Les profils de température et d’ensoleillement des forêts tropicales humides sont très stables par rapport à ceux des autres biomes terrestres, les températures variant de 20 °C à 34 °C (68 °F à 93 °F). Lorsque l’on compare la variation annuelle de la température des forêts tropicales humides à celle d’autres biomes forestiers, l’absence de variation saisonnière de la température dans la forêt tropicale humide devient évidente. Cette absence de saisonnalité entraîne une croissance des plantes tout au long de l’année, plutôt que la croissance saisonnière (printemps, été et automne) observée dans d’autres biomes plus tempérés. Contrairement à d’autres écosystèmes, les écosystèmes tropicaux ne connaissent pas de jours longs et de jours courts au cours du cycle annuel. Au lieu de cela, une quantité quotidienne constante de lumière solaire (11-12 heures par jour) fournit plus de rayonnement solaire, et donc, une plus longue période de temps pour la croissance des plantes.

Les précipitations annuelles dans les forêts tropicales humides vont de 125 cm à 660 cm (50-200 po) avec une certaine variation mensuelle. Alors que la lumière du soleil et la température restent assez constantes, les précipitations annuelles sont très variables. Les forêts tropicales humides ont généralement des mois humides au cours desquels il peut y avoir plus de 30 cm (11-12 in) de précipitations, ainsi que des mois secs au cours desquels il y a moins de 10 cm (3,5 in) de précipitations. Cependant, le mois le plus sec d’une forêt tropicale humide dépasse encore les précipitations annuelles de certains autres biomes, comme les déserts.

Figure 1. Les forêts tropicales humides, telles que ces forêts de Madre de Dios, au Pérou, près du fleuve Amazone, présentent une grande diversité d’espèces. (crédit : Roosevelt Garcia)

Les forêts humides tropicales ont une productivité primaire nette élevée car les températures annuelles et les valeurs des précipitations dans ces zones sont idéales pour la croissance des plantes. Par conséquent, l’importante biomasse présente dans la forêt tropicale humide conduit à des communautés végétales présentant une très grande diversité d’espèces (figure 1). Les forêts tropicales humides comptent plus d’espèces d’arbres que tout autre biome ; en moyenne, entre 100 et 300 espèces d’arbres sont présentes sur un seul hectare (2,5 acres) de forêt amazonienne d’Amérique du Sud. Une façon de visualiser ce phénomène consiste à comparer les différentes couches horizontales du biome de la forêt tropicale humide. Sur le sol de la forêt se trouve une couche éparse de plantes et de matières végétales en décomposition. Au-dessus se trouve un sous-étage de feuillage arbustif court. Une couche d’arbres s’élève au-dessus de ce sous-étage et est surmontée d’une canopée supérieure fermée – la couche la plus élevée de branches et de feuilles. D’autres arbres émergent de cette canopée supérieure fermée. Ces couches fournissent des habitats divers et complexes pour la variété de plantes, de champignons, d’animaux et d’autres organismes au sein des forêts tropicales humides.

Par exemple, les épiphytes sont des plantes qui poussent sur d’autres plantes, qui ne sont généralement pas endommagées. On trouve des épiphytes dans tous les biomes des forêts tropicales humides. De nombreuses espèces d’animaux utilisent la variété des plantes et la structure complexe des forêts tropicales humides pour se nourrir et s’abriter. Certains organismes vivent à plusieurs mètres du sol et se sont adaptés à ce mode de vie arboricole.

Savanes

Figure 2. Les savanes, comme celle-ci dans le sanctuaire de la faune de Taita Hills au Kenya, sont dominées par les herbes. (crédit : Christopher T. Cooper)

Les savanes sont des prairies avec des arbres épars, et elles sont situées en Afrique, en Amérique du Sud et au nord de l’Australie. Les savanes sont généralement des zones chaudes et tropicales avec des températures moyennes de 24 °C à 29 °C (75 °F à 84 °F) et des précipitations annuelles de 10-40 cm (3,9-15,7 in). Les savanes ont une longue saison sèche ; pour cette raison, les arbres forestiers ne poussent pas aussi bien que dans la forêt tropicale humide (ou d’autres biomes forestiers). Par conséquent, parmi les herbes et les forbs (plantes herbacées à fleurs) qui dominent la savane, il y a relativement peu d’arbres (figure 2). Le feu étant une source importante de perturbation dans ce biome, les plantes ont évolué vers des systèmes racinaires bien développés qui leur permettent de repousser rapidement après un incendie.

Déserts subtropicaux

Figure 3. Pour réduire la perte d’eau, de nombreuses plantes du désert ont des feuilles minuscules ou pas de feuilles du tout. Les feuilles de l’ocotillo (Fouquieria splendens), montrées ici dans le désert de Sonora près de Gila Bend, en Arizona, n’apparaissent qu’après une pluie, puis sont perdues.

Les déserts subtropicaux existent entre 15° et 30° de latitude nord et sud et sont centrés sur les tropiques du Cancer et du Capricorne. Ce biome est très sec ; certaines années, l’évaporation dépasse les précipitations. Les déserts chauds subtropicaux peuvent avoir des températures diurnes à la surface du sol supérieures à 60 °C (140 °F) et des températures nocturnes proches de 0 °C (32 °F). Cela est dû en grande partie au manque d’eau atmosphérique. Dans les déserts froids, les températures peuvent atteindre 25 °C et descendre en dessous de -30 °C (-22 °F). Les déserts subtropicaux se caractérisent par de faibles précipitations annuelles, inférieures à 30 cm (12 in), avec une faible variation mensuelle et un manque de prévisibilité des précipitations. Dans certains cas, les précipitations annuelles peuvent être aussi faibles que 2 cm (0,8 in) dans les déserts subtropicaux situés au centre de l’Australie (« l’Outback ») et au nord de l’Afrique.

La végétation et la faible diversité animale de ce biome sont étroitement liées aux précipitations faibles et imprévisibles. Les déserts très secs sont dépourvus de végétation pérenne qui vit d’une année sur l’autre ; au lieu de cela, de nombreuses plantes sont des annuelles qui poussent rapidement et se reproduisent lorsqu’il pleut, puis meurent. De nombreuses autres plantes de ces régions se caractérisent par un certain nombre d’adaptations qui conservent l’eau, comme des racines profondes, un feuillage réduit et des tiges qui stockent l’eau (figure 3). Les plantes à graines du désert produisent des graines qui peuvent rester en dormance pendant de longues périodes entre les pluies. Les adaptations des animaux du désert comprennent le comportement nocturne et l’enfouissement.

Chaparral

Figure 4. Le chaparral est dominé par des arbustes. (crédit : Miguel Vieira)

Le chaparral est également appelé forêt de broussailles et se trouve en Californie, le long de la mer Méditerranée et le long de la côte sud de l’Australie (figure 4). Les précipitations annuelles dans ce biome varient de 65 cm à 75 cm (25,6-29,5 in), et la majorité des pluies tombent en hiver. Les étés sont très secs et de nombreuses plantes de chaparral sont en dormance pendant l’été. La végétation du chaparral, illustrée à la figure 4, est dominée par des arbustes et est adaptée aux incendies périodiques, certaines plantes produisant des graines qui ne germent qu’après un feu chaud. Les cendres laissées après un incendie sont riches en nutriments comme l’azote qui fertilisent le sol et favorisent la repousse des plantes.

Les prairies tempérées

Les prairies tempérées se trouvent dans tout le centre de l’Amérique du Nord, où elles sont également appelées prairies ; elles se trouvent également en Eurasie, où elles sont appelées steppes (figure 5). Les prairies tempérées présentent des fluctuations annuelles prononcées de la température, avec des étés chauds et des hivers froids. La variation annuelle de température produit des saisons de croissance spécifiques pour les plantes. La croissance des plantes est possible lorsque les températures sont suffisamment chaudes pour soutenir la croissance des plantes et lorsque l’eau est disponible en quantité suffisante, ce qui se produit au printemps, en été et en automne. Pendant une grande partie de l’hiver, les températures sont basses et l’eau, qui est stockée sous forme de glace, n’est pas disponible pour la croissance des plantes.

Figure 5. Le bison américain (Bison bison), plus communément appelé buffle, est un mammifère herbivore qui peuplait autrefois les prairies américaines en très grand nombre. (crédit : Jack Dykinga, USDA Agricultural Research Service)

Les précipitations annuelles varient de 25 cm à 75 cm (9,8-29,5 po). En raison des précipitations annuelles relativement plus faibles dans les prairies tempérées, il y a peu d’arbres, sauf ceux qui poussent le long des rivières ou des ruisseaux. La végétation dominante est généralement constituée de graminées et certaines prairies abritent des populations d’animaux de pâturage Figure 5. La végétation est très dense et les sols sont fertiles parce que le sous-sol du sol est rempli de racines et de rhizomes (tiges souterraines) de ces herbes. Les racines et les rhizomes servent à ancrer les plantes dans le sol et à reconstituer la matière organique (humus) du sol lorsqu’elles meurent et se décomposent.

Les incendies, principalement causés par la foudre, sont une perturbation naturelle des prairies tempérées. Lorsque le feu est supprimé dans les prairies tempérées, la végétation finit par se convertir en broussailles et en forêts denses. Souvent, la restauration ou la gestion des prairies tempérées nécessite l’utilisation de brûlages contrôlés pour supprimer la croissance des arbres et maintenir les herbes.

Forêts tempérées

Figure 6. Les arbres à feuilles caduques sont la plante dominante de la forêt tempérée. (crédit : Oliver Herold)

Les forêts tempérées sont le biome le plus courant dans l’est de l’Amérique du Nord, en Europe occidentale, en Asie orientale, au Chili et en Nouvelle-Zélande (figure 6). Ce biome est présent dans toutes les régions de latitude moyenne. Les températures varient entre -30 °C et 30 °C (-22 °F à 86 °F) et descendent en dessous du point de congélation sur une base annuelle. Ces températures signifient que les forêts tempérées ont des saisons de croissance définies au printemps, en été et au début de l’automne. Les précipitations sont relativement constantes tout au long de l’année et varient entre 75 cm et 150 cm (29,5-59 po).

En raison des précipitations et des températures annuelles modérées, les arbres à feuilles caduques sont les plantes dominantes de ce biome (figure 6). Les arbres à feuilles caduques perdent leurs feuilles chaque automne et restent sans feuilles en hiver. Ainsi, aucune photosynthèse ne se produit dans les arbres à feuilles caduques pendant la période de dormance hivernale. Chaque printemps, de nouvelles feuilles apparaissent lorsque la température augmente. En raison de la période de dormance, la productivité primaire nette des forêts tempérées est inférieure à celle des forêts tropicales humides. En outre, les forêts tempérées présentent moins de diversité d’espèces d’arbres que les biomes des forêts tropicales humides.

Les arbres des forêts tempérées sont feuillus et ombragent une grande partie du sol ; cependant, ce biome est plus ouvert que les forêts tropicales humides car les arbres des forêts tempérées ne poussent pas aussi haut que les arbres des forêts tropicales humides. Les sols des forêts tempérées sont riches en nutriments inorganiques et organiques. Cela est dû à l’épaisse couche de litière de feuilles sur le sol des forêts. Au fur et à mesure que cette litière se décompose, les nutriments sont restitués au sol. La litière de feuilles protège également le sol de l’érosion, isole le sol et fournit des habitats pour les invertébrés (comme la punaise des pilules ou roly-poly, Armadillidium vulgare) et leurs prédateurs, comme la salamandre à dos rouge (Plethodon cinereus).

Forêts boréales

La forêt boréale, également appelée taïga ou forêt de conifères, se trouve au sud du cercle polaire arctique et dans la majeure partie du Canada, de l’Alaska, de la Russie et de l’Europe du Nord (figure 7). Ce biome connaît des hivers froids et secs et des étés courts, frais et humides. Les précipitations annuelles sont de 40 cm à 100 cm (15,7-39 po) et prennent généralement la forme de neige. Il y a peu d’évaporation en raison des températures froides.

Figure 7. La forêt boréale (taïga) présente des plantes basses et des conifères. (crédit : L.B. Brubaker)

Les hivers longs et froids de la forêt boréale ont conduit à la prédominance de plantes conifères tolérantes au froid. Il s’agit de conifères à feuilles persistantes comme les pins, les épinettes et les sapins, qui conservent leurs feuilles en forme d’aiguille toute l’année. Les arbres à feuilles persistantes peuvent réaliser la photosynthèse plus tôt au printemps que les arbres à feuilles caduques, car il faut moins d’énergie solaire pour réchauffer une feuille en forme d’aiguille qu’une feuille large. Cela profite aux arbres à feuilles persistantes, qui poussent plus vite que les arbres à feuilles caduques dans la forêt boréale. En outre, les sols des régions de la forêt boréale ont tendance à être acides et à contenir peu d’azote disponible. Les feuilles sont une structure riche en azote et les arbres à feuilles caduques doivent produire un nouvel ensemble de ces structures riches en azote chaque année. Par conséquent, les conifères qui conservent des aiguilles riches en azote peuvent avoir un avantage concurrentiel sur les arbres à feuilles caduques à larges feuilles.

La productivité primaire nette des forêts boréales est inférieure à celle des forêts tempérées et des forêts tropicales humides. La biomasse aérienne des forêts boréales est élevée car ces espèces d’arbres à croissance lente ont une longue durée de vie et accumulent de la biomasse sur pied au fil du temps. La diversité des espèces végétales est moindre que celle observée dans les forêts tempérées et les forêts tropicales humides. Les forêts boréales ne présentent pas les éléments prononcés de la structure forestière en couches que l’on observe dans les forêts tropicales humides. La structure d’une forêt boréale se résume souvent à une couche d’arbres et une couche de sol (figure 7). Lorsque les aiguilles des conifères tombent, elles se décomposent plus lentement que les feuilles larges ; par conséquent, moins de nutriments sont retournés au sol pour alimenter la croissance des plantes.

Toundra arctique

Figure 8. Les plantes à faible croissance telles que le saule arbustif dominent le paysage de la toundra, illustré ici dans l’Arctic National Wildlife Refuge. (crédit : USFWS Arctic National Wildlife Refuge)

La toundra arctique se trouve au nord de la forêt boréale subarctique et est située dans toutes les régions arctiques de l’hémisphère nord (figure 8). La température moyenne en hiver est de -34 °C (-34 °F) et la température moyenne en été est de 3 °C à 12 °C (37 °F-52 °F). Les plantes de la toundra arctique ont une saison de croissance très courte d’environ 10 à 12 semaines. Cependant, pendant cette période, il y a presque 24 heures de lumière du jour et la croissance des plantes est rapide. Les précipitations annuelles de la toundra arctique sont très faibles et varient peu d’une année sur l’autre. Et, comme dans les forêts boréales, il y a peu d’évaporation en raison des températures froides.

Les plantes de la toundra arctique sont généralement basses par rapport au sol (figure 8). Il y a peu de diversité d’espèces, une faible productivité primaire nette et une faible biomasse aérienne. Les sols de la toundra arctique peuvent rester dans un état de gel permanent appelé permafrost. Le pergélisol rend impossible la pénétration des racines en profondeur dans le sol et ralentit la décomposition de la matière organique, ce qui empêche la libération des nutriments de la matière organique. Pendant la saison de croissance, le sol de la toundra arctique peut être complètement recouvert de plantes ou de lichens.

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