L'ozone anthropogénique, un risque global pour le climat et l'alimentation de l'humanité / Anthropogenic ozone – a global risk for climate, forests and feeding of mankind ?

Polluant secondaire de l'air, l’ozone (O3) de la couche basse de l’atmosphère (troposphère) est toxique pour la végétation. On a pris conscience ces dernières décennies qu’il s’agit d’une composante intrinsèque du changement climatique. Lors de sa formation O3 est réparti dans la basse atmosphère à des échelles transcontinentales et trans-latitudinales. Aussi reconnait-on la formation de "points chauds" dans la zone subtropicale d’Amérique, d’Afrique et d’Asie. Sans être considéré comme un "tueur de végétaux" immédiat (comme supposé dans les années 1980 et 1990), O3 abaisse globalement la vigueur et les capacités de stockage de puits de carbone des écosystèmes forestiers avec rétroaction sur le réchauffement climatique. Le rendement et la qualité des plantes cultivées en est réduit avec des risques potentiels pour l'alimentation dans un contexte de surpopulation mondiale. Au niveau des mécanismes l'impact d’O3 sur les stomates réduit la transpiration. A plus grande échelle le climat affecte aussi le ruissellement, ainsi que les risques d'érosion / inondation. Des risques pour la santé humaine sont aussi envisagés. Cette séance permettra, avec la contribution de confrères et collègues français et allemands, de faire le point sur cette question Polluant de
Au demeurant la réponse de l'écosystème forestier à O3 est relativement vague, par rapport aux éléments de preuve obtenus à partir de plantes cultivées agricoles. L’expérience de suivi d’O3 sur la canopée pendant 8 ans à Kranzberg Forest (Allemagne) a été la première à en examiner l’impact sur les arbres forestiers adultes des espèces à feuilles persistantes (Picea abies) et à feuilles caduques (sylvatica Fagus). Des résultats seront présentés et les mécanismes impliqués seront passés en revue. Environ 30 plantes cultivées sont connues pour perdre jusqu'à 20% de leur rendement sous l'impact d’O3, entrainant des dommages économiques s’élevant à des milliards de dollars ou d'euros. Les interrelations avec le changement d'affectation des terres (déforestation, combustion de la biomasse), avec la stagnation de l’étendue des terres arables, avec le besoin de compensation de fertilisation intense, seront mis en perspective. La croissance de la population humaine et la demande de combustibles fossiles, qui engendre la libération des précurseurs favorisant la formation O3 sera aussi mis en exergue. Des perspectives en matière de recherche expérimentale sur le terrain et vers les mécanismes de compréhension au niveau de l'écosystème de l'impact O3, nécessaire pour concilier les effets O3 sur le climat, la sécurité alimentaire, la forêt et la santé humaine, tout à fait réticulés à travers des concepts d'utilisation des terres, l'utilisation d'énergie et de la claire rôle de la biodiversité dans l'atténuation du stress O3.

Enhanced tropospheric ozone (O3), arising from anthropogenic combustion processes as a secondary air pollutant, is highly toxic to vegetation, while having gained awareness, during recent decades, as an intrinsic component worldwide of climate change. Upon formation, O3 is distributed in the lower atmosphere at transcontinental and hemispheric scales. Additionally upcoming “hot spots” of O3 formation are recognized in the (sub)tropical climate zone (central S-America and Africa, SE- and E-Asia), and also the particular climatic situation of Southern Europe (Mediterranean region) demands for special recognition

Without being an immediate “plant killer” (as assumed in the 1980s and 1990s), enhanced O3 globally lowers carbon sink strength and storage capacities of forest ecosystems (with feedback on climate warming) and substantially reduces yield and quality of agricultural crop plants (with risks for feeding mankind with its exacerbating overpopulation). O3 impact on stomata reduces transpiration, which at large scale is climate-effective as well, enhancing water run-off from ecosystems and erosion/flooding risks. Human health risks by enhanced tropospheric O3 regimes will be addressed briefly.

Notwithstanding, forest ecosystem response to O3 is relatively vague, compared with evidence from agricultural plants. The 8-year free-air O3 canopy fumigation experiment at Kranzberg Forest (Germany) was the first to examine adult forest trees of climax species (evergreen Picea abies, deciduous Fagus sylvatica). Results and mechanisms of above-/belowground O3 will be demonstrated. About 30 crop plants are known to lose up to 20 % of their yield under O3 impact, amounting to economic damage of billions of dollars or euros. Interrelations will be shown to land-use change (deforestation, biomass burning), stagnation in further gaining arable land, compensatory need for intense fertilization, human population growth and demand for fossil fuels, which altogether foster precursor release of O3 formation. Perspectives will be outlined in experimental field research towards mechanistic ecosystem-level understanding of O3 impact, required to reconcile O3 effects on climate, food security, forest and human health, altogether cross-linked through land-use concepts, energy-use and the unclear role of biodiversity in mitigating O3 stress.