Effets de l'interaction multi-stress sur les empreintes d'émissions de BVOC du chêne et du hêtre : une étude croisée utilisant l'apprentissage automatique et la factorisation en matrices positives

Résumé. Les écosystèmes forestiers sont de plus en plus soumis au stress dû aux vagues de chaleur, aux périodes de sécheresse et à d'autres facteurs tels que la pollution par l'ozone ou les infestations d'insectes. Ces facteurs de stress ont un impact profond sur les émissions de composés organiques volatils biogéniques (BVOC) par les arbres, qui influencent à leur tour la formation d'aérosols et les cycles d'oxydation atmosphérique, exerçant ainsi une rétroaction sur la capacité d'auto-épuration atmosphérique et le changement climatique lui-même. Bien que des études antérieures aient examiné les impacts de facteurs de stress spécifiques sur les émissions de BVOC, les analyses des effets combinés du stress sont rares, même si les facteurs de stress surviennent rarement de manière isolée. Cette étude examine l'impact du stress thermique et du stress dû à l'ozone (nocturne), à la fois individuellement et en combinaison, sur les émissions de BVOC de deux espèces d'arbres tempérés d'importance écologique : le hêtre européen (Fagus sylvatica L.) et le chêne pédonculé (Quercus robur L.). Dans une chambre climatisée, les deux espèces d'arbres ont été soumises à un stress thermique (38 ± 3,3 °C) et à un stress dû à l'ozone (∼ 120 ppb), séparément et en combinaison. Les taux d'émission de BVOC ont été mesurés à l'aide de la spectrométrie de masse à temps de vol par réaction de transfert de protons, et les résultats ont été comparés entre les conditions de pré-stress, de chaleur, d'ozone et de stress combiné chaleur-ozone. Le stress thermique a provoqué les plus fortes augmentations des émissions d'isoprène, de monoterpène et de volatils des feuilles vertes chez les deux espèces, tandis que l'ozone a supprimé les émissions de la plupart des BVOC. Le stress combiné a entraîné des réponses non additives différentes de celles observées dans les scénarios à stress unique. Des analyses d'apprentissage automatique et de factorisation en matrices positives ont toutes deux été réalisées pour identifier les marqueurs clés de l'empreinte des VOC qui pourraient être appliqués pour identifier les émissions soumises au stress à partir de données de terrain, et les deux méthodes ont montré une bonne concordance. La réactivité OH des émissions, qui sert de mesure pour leurs impacts sur la chimie atmosphérique et la formation d'ozone, était systématiquement la plus élevée sous stress thermique pour les deux espèces. Cependant, le stress nocturne dû à l'ozone a entraîné une réactivité OH réduite des émissions (de 10 % à 18 %). Nos résultats soulignent que l'étude de combinaisons réalistes de facteurs de stress est cruciale pour comprendre les futures émissions de BVOC et indiquent que les émissions de BVOC pourraient modifier la chimie atmosphérique et interagir avec la qualité de l'air et le climat à mesure que les vagues de chaleur et le stress induit par les polluants deviennent plus fréquents en raison du changement climatique.