Les mécanismes contrôlant le stock de COS Résultats de modèlesIntroductionConclusion Effets des...

Les mécanismes contrôlant le stock de COS Résultats de modèlesIntroduction Conclusion

Effets des changements Effets des changements climatiques sur l’évolution des climatiques sur l’évolution des

stocks de carbone organique des stocks de carbone organique des sols forestierssols forestiers

DESBOURDES Lola,

FEBVRE Vinciane,

JAVAUX Benjamin,

THAUVIN Grégoire.

Séminaire forêts et changements climatiques

FORMATION DES INGÉNIEURS FORESTIERSFORMATION DES INGÉNIEURS FORESTIERS

Séminaire forêts et changements climatiques - 09/01/09 2


Introduction

• Changement climatique : T, CO2, P

• Zones d’étude : boréale, tempérée, méditerranéenne

• Le sol dans le cycle du Carbone

Introduction



Introduction

Introduction



• Les mécanismes contrôlant le stock de COS– Température

– CO2

– Précipitations– Bilan

• Résultats de modèles

Introduction

PLAN



Décomposition

• T => activité des microorganismes (Fissore et al, 2008)

• dégel de pergélisols (Rodionov et al, 2007)

Les mécanismes contrôlant le stock de COSTempérature

Apports

• T => productivité (Reichstein, 2007)

• effet sur les communautés végétales (Saleska et al, 1999)

décomposition > apports (latitudes froides)

Température

Décomposition

Température

Production primaire

Les mécanismes contrôlant le stock de COS



Les mécanismes contrôlant le stock de COSCO2

Apports

• CO2 => productivité (Pendall et al, 2004 ; Reichstein, 2007 ; Lukac et al, 2008)

Décomposition

• CO2 => décomposition(Pendall et al, 2004)

CO2

Production primaire




Les mécanismes contrôlant le stock de COSEau et précipitations

Apports

• P => productivité (Reichstein, 2007)

• effet sur les communautés végétales (Mc Guire et al, 1995)

Décomposition

• si déficit hydrique => décomposition (sauf tourbières) (Kurz-Besson et al, 2006 ; Reichstein, 2007)

Quantité d’eau

Production primaire

Quantité d’eau

Décomposition

des P, mais fortes incertitudes et variabilités spatiales




Les mécanismes contrôlant le stock de COSBilan

• effets T et CO2 semblables

• autres facteurs : azote, évènements extraordinaires, type de sol

• importance des interactions entre facteurs

• COS = apports - décomposition




Résultats de modèles

• modèle statistique vs modèle fonctionnel

• principe

• étude du cycle entier ou d’une étape seulement, d ’un nombre variable de facteurs




Résultats de modèlesÉcosystème Hypothèses Prédictions Modèles, auteurs

Toundra + 1°C, [CO2]atm2, + 3,6 % de COS Mc Guire et al., 1995

hausse température (scénario IS92a GIEC) décomposition augmentée

hausse du taux de CO2 (+1%/an) hausse de la productivité (36%, moindre si azote limitant)Cao et al., 1998

hausse température (IS92a) + haussedépôts N (6 kg/ha)

+ 10% de productivité

+ 4°C, + 10% de précipitations -30% de COSMäkipää et al., 1999

+ 4°C décomposition très augmentée => COS/2

si déficit hydrique : -30 à -50 mm (faibleprobabilité)

décomposition ralentie => sols stockant faiblement du CKurz-Besson et al.,2006

+ 1°C, [CO2]atm2 + 3,1 % de COS Mc Guire et al., 1995

+ 3 à 5°CFonte des pergélisols => relargage rapide de C (surtouttourbières où stocks de C importants)

Rodionov et al.,2007

Hausse température, précipitationsHausse production végétale => COS augmente (effetaccentué par des textures grossières = sables)

si + 100 mm et +1°C+ 0.78 kg C/m² (texture grossière) de COS+ 0.29 kg C/m² (texture moyenne) de COS

Callesen et al., 2003

Forêt boréale

+3.125°C, [CO2]atm x 2, +10% mm(en 100 ans)

Fixation CO2 (croissance) = + 45.4 kg C/m², respiration totale= + 42.9 kg C /m², productivité tot écosystème = +2.5 kg C/m²

Grant et Nalder,2000

hausse du taux de CO2 hausse de la productivité (20%, moindre si azote limitant) Cao et al., 1998

+ 3°C décomposition augmentée => -10 à –50% de COSsi déficit hydrique : -30 à -50 mm (probabilitémoyenne)

décomposition ralentie => stockage de COS (surtout climatsatlantiques

Kurz-Besson et al.,2006

+ 1°C, [CO2]atm2 + 4.7 % de COS Mc Guire et al., 1995Forêt tempérée

Forêts subalpines de haute altitude : haussede température => saison de végétation +longue

CO2 (écosystème -> atmosphère) = 1.37 x (Nbr j. saisonvégétation) – 305=> baisse de la disponibilité en eau provenant de la fonte desneiges => diminution de la consommation de CO2

Sacks et al., 2007

+ 1°C, [CO2]atm2 + 18.4 % de COS Mc Guire et al., 1995

+ 2°C décomposition augmentée => -10% de COSForêtméditerranéenne si déficit hydrique important = -50 mm (forte

probabilité)décomposition ralentie => COS jusqu’à x3

Kurz-Besson et al.,2006

difficultés de synthèse, mais...





Écosystème essai de synthèse principales sources

Forêt boréale décomposition >> productivité

Cao et al , 1998 ; Mäkipää et al , 1999 ; Kurz-Besson et al , 2006 ; Rodionov et al , 2007

Forêt tempérée eau = facteur clé Kurz-Besson et al , 2006 ; Sacks et al , 2007,

Forêt méditerranéenne décomposition << productivitéMc Guire et al , 1995 ; Kurz-Besson et al , 2006

• Globalement : décomposition et productivité végétale augmentent

• Tendances :

• Cas particulier des sols engorgés (tourbières) (Reichstein, 2007)




CONCLUSION

• Difficultés pour appréhender les interactions entre facteurs

• Modélisation : bon outil localement, mais difficultés de synthèse

• Incertitudes inhérentes au changement climatique

• Importance des Pergélisols

Conclusion



Bibliographie– Aussenac G., Bonneau M., Landmann G., Troy J.-P. Evolution des sols et changements globaux : deux enjeux

majeurs pour la durabilité des écosystèmes forestiers. Revue Forestière Française. 1996. Numéro spécial, p. 75-88.

– Callesen, I., Liski J., Raulund-Rasmussen K., Olsson M. T., Tau-Strand L., Vesterdal L. et coll. Soil carbon stores in Nordic well-drained forest soils - relationships with climate and texture class. Global Change Biology. 2003, Vol.9, N° 3, p. 358-370.

– Cao M., Woodward F. I. Dynamic responses of terrestial ecosystem carbon cycling to global climate change. Nature. 1998. Vol.393, p.249-252.

– Fissore C., Giardina C. P., Kolka R. K., Trettin C. C., King G. M., Jurgensen M. F., Barton C. D., McDowell S. Douglas. Temperature and vegetation effects on soil organic carbon quality along a forested mean annual temperature gradient in North America. Global Change Biology. 2008. Vol.14, p.193-205.

– Grant, R. F., Nalder I. A.. Climate change effects on net carbon exchange of a boreal aspen-hazelnut forest: estimates from the ecosystem model. Global Change Biology. 2000. Vol.6, N°2, p.183-200.

– Kurz-Besson C., Coûteaux M.M., Berg B., Remacle J., Ribeiro C., Romanyà J., Thiéry J.M. A climate response function explaining most of the forest floor needle mass and the needle decomposition in pine forests across Europe. Plant and Soil . 2006. Vol.285, N°1/2, p.97-114.

– Loustau D., Dewar R., Granier A., Nys C. La phase biosphérique forestière du cycle biogéochimique du carbone : ce que nous savons, ce que nous ignorons. Dans Stockage du carbone dans la biosphère continentale, Comptes rendus de l'académie d'agriculture de France. 2002. Vol.5. N°88, p.41-48.

– Lukac M., Lagomarsino A., Moscatelli M. C., De Angelis P., Cotrufo M. F., Godbold D. L. Forest soil carbon cycle under elevated CO2 – a case of increased throughput?. Forestry. 2008 (Forestry Advance Access published online on September 16, 2008). doi:10.1093/forestry/cpn041

– McGuire A.D., Melillo J.M., Kicklighter D.W., Joyce L.A. Equilibrium responses of soil carbon to climate change: empirical and process-based estimates. Journal of Biogeography. 1995. N° 22, p. 785-796.

Effets des changements climatiques sur l’évolution des stocks de Effets des changements climatiques sur l’évolution des stocks de carbone organique des sols forestierscarbone organique des sols forestiers



Bibliographie– Mäkipää R., Karjalainen T., Pussinen A., Kellomäki S. Effects of climate change and nitrogen deposition on the

carbon sequestration of a forest ecosystem in the boreal zone. Canadian Journal of Forest Research. 1999. N°29, p. 1490-1501.

– Pendall E., Bridgham S., Hanson P. J., Hungate B., Kicklighter D. W., Johnson D. W., Law B. E., Luo Y., Megonigal J. P., Olsrud M., Ryan M. G., Wan S. Below-ground process responses to elevated CO2 and temperature: a discussion of observations, measurement methods, and models. New Phytologist. 2004. Vol. 162, N° 2, p. 311-322.

– Reichstein, M. 2007. Impacts of climate change on forest soil carbon: principles, factors, models, uncertainties. In : Forestry and climate change. Oxford : CABI Publishing, 2007. p.127-135.

– Rodionov A., Flessa H., Grabe M., Kazansky O.A., Shibitova O., Guggenbergen G. Organic carbon and total nitrogen variability in permafrost-affected soils in a forest tundra ecotone. European Journal of Soil Science. 2007. Vol.58, N°6, p.1260-1272.

– Sacks, W. J., Schimel D. S., Monson R. K.. Coupling between carbon cycling and climate in a high-elevation, subalpine forest: a model-data fusion analysis. Oecologia. 2007. Vol.151, N°1, p.54-68.

– Saleska SR, Harte J, Torn MS. The effect of experimental ecosystem warming on CO2 fluxes in a montane meadow. Global Change Biology. 1999. Vol.5, N°2, p.125-141.

– Schlesinger W. H., Lichter J. Limited carbon storage in soil and litter of experimental forest plots under increased atmospheric CO2. Nature. 2001. Vol.411, p.466-469.

– Wickland K.P., Neff J.C. Decomposition of soil organic matter from boreal black spruce forest: environmental and chemical controls. Journal of Biogeochemistry. 2007. Vol.87, N°1, p.29-47.

Effets des changements climatiques sur l’évolution des stocks de Effets des changements climatiques sur l’évolution des stocks de carbone organique des sols forestierscarbone organique des sols forestiers



Les mécanismes contrôlant le stock de COSEffet de l’azote

Mäkipää et al, 1999

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