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Séquestration de C

atmosphérique dans la

biomasse racinaire de

plantations de saules

Par Gilbert Tremblay

Sous la supervision de

Nicolas Bélanger CEF - TÉLUQ

Et

François Courchesne U de M

Cycle du Carbone: puits et sources

Contexte Objectifs Résultats Méthode Conclusion

Contexte

Le dégazage de C fossile dans l’atmosphère

influence le climat global (GIEC, 2007)

Objectifs spécifiques:


Objectifs

Quantifier la séquestration du C dans la biomasse

racinaire totale produite annuellement par unité de

surface par le saule en cultures intensives en courtes rotations(Mg/ha/an).

(Identifier les sources de var. de la productivité et de

la concentration de C et de N dans les racines pour

mieux estimer la quantité de C immobilisée.)

Déterminer l’influence des conditions pédologiques et climatiques sur la variation de productivité

racinaire et la séquestration du C des sites .

Échantillonnage:


Méthode

Biomasse racinaire totale:

Par excavation manuelle

Séparée par :

1) Sites (n=8)

2) Souche (n=6)

3) Diamètre (n=4)

Classes diamétrales:

Moins que 0.5 mm

0.5 à 1.0 mm

1.0 à 2.0 mm

Plus que 2.0 mm

Ex: Site Abitibi

Échantillonnage:


Méthode

Biomasse racinaire fine:

Par ingrowth core

Séparée par :

1) Sites (n=5) Pour couvrir la variabilité intersite

2) Placette (n=3) Pour couvrir la variabilité intrasite

3) Distance (n=3) Pour couvrir la variabilité

spatiale des rangs

Ex: ABI Placette 1

Statistiques:


Méthode

Données de productivité racinaire totale :

Biomasse totale (Mg/ha/an)

Qté C tot (Mg/ha/an)

Qté N tot (Mg/ha/an)

Nombre de racines ligneuses (qté)

Diamètre au collet (cm) (relation allométrique R2 : 93.9%)

et données de productivité racinaire fine:

Biomasse totale (g / ingrowth core / an)

Qté C tot (g / ingrowth core / an)

Qté N tot (g / ingrowth core / an)

Productivité racinaire totale: Objectif1


Résultats

Estimer correctement le contenu en C et en N de

la biomasse: créer des compartiments à C et N

homogènes.

Diamètre racinaire fait varier la respiration

racinaire et donc le contenu en C.

On peut substituer la biomasse au C: au delà de

0.5 mm de diamètre, le C ne varie pas significa-

tivement d’un diamètre racinaire à l’autre.

Concentration en C selon le diamètre racinaire pour les huit sites.

0,5mm

Très faible variation :

Var entre 46 et 47.5%

Productivité racinaire totale: Objectif1


Résultats

BIOMASSE

Tukey Honest Significant Diff.

ABI ≠ HTG (prob 0.0804)

ABI ≠ SJPJ (prob 0.0693)

QTÉ DE CARBONE

Tukey Honest Significant Diff.

ABI ≠ HTG (prob 0.0648)

ABI ≠ SJPJ (prob 0.0768)

ABI ≠ LAV (prob 0.369)

Productivité racinaire (biomasse et Qté C) totale

moyenne annuelle des plants excavés aux huit sites.

QTÉ DE CARBONE:0.3 – 0.9 environ Significativement différent ANOVA one-way: 0.065

BIOMASSE: 0.75 – 1.75 environ Significativement différent ANOVA one-way: 0.026

Productivité racinaire totale: Objectif2: Lien facteurs environnementaux


Résultats

Variables pédologiques

Densité, pH, % Sable, % Argile, % Matière organique,

CEC, N, C, Ca, Mg, K, P2O5 et CaCO3.

Variables climatiques (Sur 10 ans et sur 40 ans)

Température de l’année, de la saison de croissance et

des saisons individuelles.

Précipitations de l’année, de la saison de croissance et

des saisons individuelles.

Productivité racinaire totale Objectif2: Analyses


Résultats

-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

1.5

Triplot RDA

RDA1

RD

A2

Biomasse annuelle

Nombre de racines ligneuses

Diamètre au collet

ABI

SJPJ

MTL

STR

BOI

LAV

RXP

HTG

T° Saison croissance

Précipitations Automne

Précipitations Été

Conc H+

-10

1

Analyse canonique de

redondance (RDA) Partition de variance

des variables sélectionnées

Axe1: 38.08%(0.01 sig) Axe2: 27.01%(0.01 sig) Axe3: 14.91%(0.025 sig) Total: 80.00% (0.005 sig)


Résultats

Productivité racinaire fine moyenne annuelle des ingrowth core aux cinq sites.

Biom et C Significativement différent

ANOVA one-way: 0.083

Tukey Honest Significant

Diff.

SJPJ ≠ LAV (prob 0.0935)

Productivité racinaire fine Objectif1

3 ans 3 ans 8 ans 4 ans 9 ans


Résultats

-1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

RDA1

RD

A2

Biomasse totale

Qté Carbone totale

Qté Azote totale

ABI1

ABI3

ABI5

SJPJ1

SJPJ3

SJPJ5

MTL1

MTL3

MTL5

STR1

STR3

STR5

LAV1

LAV3

LAV5

Contenu volumetriqueen eau du sol

Carbone

Conc H+-1

01

Analyse canonique de

redondance (RDA) Partition de variance

des variables sélectionnées

Productivité racinaire fine Objectif2: Analyses

+ Pédologique = Taux de survie

Influencé par le climat?

Axe1: 66.72%(0.005 sig) Axe2: 2.23%(0.37 sig) Total: 69.00% (0.005 sig)

Objectif 1: Productivité


Conclusion

La productivité racinaire des plantations varie significativement d’un site à l’autre.

Le diamètre n’influence pas significativement le bilan

global du C dans les racines.

LA BIOMASSE RACINAIRE TOTALE

La productivité racinaire des plantations varie

significativement d’un site à l’autre.

La distribution de la productivité suit celle de la

biomasse racinaire totale.

Dans l’avenir proche: Établir des liens entre les

productivités racinaire et aérienne !

LA BIOMASSE RACINAIRE FINE

Objectif 2: Lien avec les facteurs environnementaux


Conclusion

Davantage influencée par les conditions

pédologiques (pH, C) que climatiques (VWC)

Facteurs limitant: nutriments et eau.

LA BIOMASSE RACINAIRE TOTALE

LA BIOMASSE RACINAIRE FINE

Principalement influencée par les conditions

climatiques.

Influence (limitée) du pH sur les productivités racinaires

globales et fines.

Influence importante des précipitations sur la

productivité racinaire.

LES BIOMASSES RACINAIRES TOTALE ET FINE


Merci à:

FQRNT pour son soutient financier

Benoit Cloutier-Hurteau, Pierre Legendre,

Marie-Claude Turmel, Benoit Lafleur,

Mario Fontana, Simon Constantineau,

Joanie Labonté et Julie Labonté

pour leur soutient moral et leur aide.

Remerciements

Bibliographie Amlin, N. Rood, S. (2002) Comparative Tolerances of Riparian Willows and Cottonwoods to

Water-Table Decline. Wetlands Vol. 22(2):338-346

GIEC (2007) The Carbon Cycle and the Climate System. Sur le site IPCC.com consulté le 20/02/13

http://www.ipcc.ch/publications_and_data/ar4/wg1/en/ch7s7-3.html

Labrecque & Teodorescu (2005) Field performance and biomass production of 12 willow

and poplar clones in short-rotation coppice in southern Quebec. Biomass and Bioenergy 29:1-9

Legendre & Legendre (2012) Numerical Ecology, 3rd edition. Elsevier, 1006 pages

Marschner P. (2012) Mineral Nutrition of Higher Plants. 3ieme éd. Academic Press Etats-Unis 672

p

Pacaldo, S. Volk, T.A Briggs, R.D. (2013) Greenhouse Gas Potentials of Shrub Willow Biomass

Crops Based on Below- and Abovergound Biomass Inventory Along a 19-Year

Chronosequence, Bioenerg. Res. 6:252-262

Pendall et al. (2004) Below-ground process responses to elevated CO2 and temperature:

a discussion of observations, measurement methods, and models. New Phytologist 162: 311-322

Pregitzer et al. (1998). Variation in sugar maple root respiration with root diameter and

soil depth. Tree Physiology 18 : 665-670

Rytter, R-M (2001) Biomass production and allocation, including fine-root turnover, and annual

N uptake in lysimeter-grown basket willows. Forest Ecology and Management, 140: 177-192

Stolarsky, M. (2008) Content of Carbon, Hydrogen and Sulphur in Biomass of Some Shrub

Willow Species. J. Elementol. 13(4):655-663

Zan, CS. Fyles, JW. Girouard, P. Samson, RA. (2001) Carbon sequestration in perennial

bioenergy, annual corn and uncultivated systems in southern Quebec. Agriculture, Ecosystems

and Environment 86 :135-144.




Statistiques:


Méthode

De l’univarié au multivarié (Legendre et

Legendre, 2012)

1. Statistiques descriptives (boxplot)

2. Analyse en composante principale (ACP) pour choix de variables

3. Régressions multiples avec var. choisies

4. Analyse canoniques de redondance (RDA) Pour mettre en relation les var. environnementales aux

données de productivité

5. Partition de variance entre les variables pédologiques et climatiques

Objectif 2: Analyses Productivité racinaire totale


Résultats

VAR: Précip. été 10

Axe1: 42.88%(0.09 sig)

-1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

triplot RDA

RDA1

PC

1

BIOM

ABI

SJPJ

MTL

STRBOI

LAVRXP

HTG

P_E10

-10

1

Régression multiple

Biomasse

-0.5 0.0 0.5 1.0 1.5

-0.5

0.0

0.5

1.0

triplot RDA

RDA1

PC

1

Nb racines

ABI

SJPJ

MTL

STR

BOI

LAV

RXP

HTG

T°_sai10

-10

1


Nombre de racines

-0.5 0.0 0.5 1.0 1.5

-0.5

0.0

0.5

1.0

triplot RDA

RDA1

PC

1

DIAM

ABI

SJPJ

MTL

STR

BOI

LAV

RXP

HTG

P_A10Conc_mmolP_P10

01


Diamètre au collet

VAR: T° Saison croissance

Axe1: 64.66%(0.023 sig)

VAR: Précip. aut. 10

pH, Précip. Prin. 10

Axe1: 97.77%(0.01 sig)

Objectif 2: Analyses Productivité racinaire fine


Résultats

VAR: P205, N, pH

Axe1: 81.99%(0.05 sig)

-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

Triplot RDA

RDA1

PC

1

BIOM

ABI1

ABI2

ABI3

SJPJ1

SJPJ2

SJPJ3

MTL1

MTL2

MTL3

STR1

STR2

STR3

LAV1

LAV2

LAV3

P2O5N Conc.H 0


Biomasse

-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

triplot RDA

RDA1

PC

1

CABI1

ABI2

ABI3

SJPJ1

SJPJ2

SJPJ3

MTL1

MTL2

MTL3

STR1

STR2

STR3

LAV1LAV2

LAV3

P2O5N Conc.H 0


Carbone

-0.5 0.0 0.5 1.0 1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

Triplot RDA

RDA1

PC

1

N

ABI1

ABI2

ABI3

SJPJ1

SJPJ2

SJPJ3

MTL1

MTL2

MTL3

STR1

STR2

STR3

LAV1

LAV2LAV3

VWC Conc.HC

-10

1


Azote

VAR: P205, N, pH

Axe1: 84.39%(0.01 sig)

VAR: VWC, pH, C

Axe1: 71.77%(0.01 sig)

Objectif 2: Choix de variables ACP

productivité racinaire totale


Résultats


Densité(P205, MO, C, N), % Sable,

% Argile (K), pH et CaCO3 (Mg)

Variables climatiques (Sur 10 ans)

T° saison de croissance, T° Hiver,

Préci. printemps, été et automne

-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

PC1

PC

2

Densite

Conc_mmol

Sable

Argile

MO

CEC

NC

Ca

Mg

K

P2O5

CaCO3

ABI

SJPJ

STR

BOI

LAV

-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0

-1.0

-0.5

0.0

PC1

PC

2

TK_an10TK_an_40TK_sai10TK_sai40TK_P10TK_P40TK_E10TK_E40

TK_A10TK_A40TK_H10TK_H40

P_an10

P_an40P_sai10

P_sai40

P_P10

P_P40P_E10

P_E40

P_A10P_A40

P_H10P_H40

SJPJ

MTL

STR

BOI

RXP

HTG

Prod. rac. totale: Objectif 2 Choix de variables


Résultats

Variables pédologiques sélectionnées

Densité

% Sable

% Argile

pH

CaCO3

Variables climatiques (Sur 10 ans) sélectionnées

T° saison de croissance

T° Hiver

Préci. printemps

Préci. Été

Préci. automne


Résultats


Densité, pH, % Sable, % Argile, % Matière organique,

CEC, N, C, Ca, Mg, K, P2O5 et CaCO3 et Âge de plantation.

Variables pédoclimatiques (par placettes)

Température de l’air aux placettes

Température du sol aux placettes

Contenu volumétrique en eau aux placettes

Productivité racinaire fine Objectif2: Lien facteurs environnementaux

Objectif 2: Choix de variables ACP

productivité racinaire fine


Résultats


Densité, Ca(, CEC, Mg, %argile),

N(MO), pH, C, K et P205 (%sable)

Variables climatiques (Sur 10 ans) T° sol (T°air), contenu volumétrique

en eau du sol (VWC)

-2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

1.5

PC1

PC

2

Densite

Conc.H

Sable_tot

Argile_tot

MO

CEC

N

C

Ca

MgK

Na_1P2O5

T_airT_sol

VWC

ABI1

ABI3

ABI5

SJPJ1

SJPJ3

SJPJ5MTL1

MTL3

MTL5

STR1STR3

STR5

LAV1

LAV3LAV5

Prod. rac. fine: Objectif 2 Choix de variables ACP


Résultats


Densité,

Calcium,

Azote,

pH,

Carbone,

Potassium et

Phosphore

Âge de plantation

Variables pédo-climatiques T° sol,

contenu volumétrique en eau du sol (VWC)

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