SOERE F-ORE-T / ACBB /PRO Bilan 2013

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SOERE F-ORE-T / ACBB /PRO Bilan 2013

Laurent Saint-André, Abad Chabbi, Sabine Houot

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Laurent Saint-André, Abad Chabbi, Sabine Houot. SOERE F-ORE-T / ACBB /PRO Bilan

2013 : Réunion de travail sur les systèmes d’observation et d’expérimentation de long terme de

l’environnement (SOERE/ORE, ZA, ICOS et l’éco-informatique associée). Réunion de Travail sur

les Systèmes d’Observation et d’Expérimentation de Long Terme de l’Environnement, May 2013,

France. pp.21slides. �hal-02803664�

SOERE F-ORE-T / ACBB /PRO ^{Bilan 2013}

Forêt tropicale humide Hêtraie tempérée Plantation de Douglas

Réunion de travail sur Les systèmes d’observation et d’expérimentation de long terme de l’environnement (SOERE/ORE, ZA, ICOS et l’éco-informatique associée)

INRA, Direction scientifique Environnement 31 mai 2013

L. Saint-André, A. Chabbi, S. Houot

SOERE F-ORE-T / ACBB /PRO

Bilan 2013 – DS Env Inra

 Création : Impulsion scientifique et politique

 Scientifique pour structurer l'effort de recherche sur le fonctionnement des écosystèmes forestiers / prairiaux / agronomiques dans leur complexité et dans le contexte des changements globaux

 politique avec la volonté des pouvoirs publics de répondre aux défis planétaires induits par les changements globaux et de fonder la gestion durable d'écosystèmes dont les fonctions environnementales sont très importantes

 Objectif triple :

 de comprendre le fonctionnement de ces écosystèmes en analysant, notamment, les stocks et flux de carbone, d’eau et d’éléments minéraux

 d’évaluer leur réponse à des modifications, qu’elles soient lentes ou rapides, naturelles ou anthropiques (climat, sylviculture, changement d’usage des terres)

 De combiner observation et expérimentation sur des sites lourdement instrumentés et suivis sur le long terme

 Un label :

 ORE puis SOERE en 2010

Forêt tropicale humide Hêtraie tempérée Plantation de Douglas

 Des dispositifs ambitieux :

 F-ORE-T: 15 sites ateliers (10 en France métropolitaine et 5 en zone inter-tropicale) et 2 réseaux de placettes permanentes instrumentées (RENECOFOR et à venir en 2011 GUYAFOR); Un dispositif multi-organismes (INRA, CNRS, CIRAD, Universités, ONF) et mutualisé (forte collaborations inter-site)

 ACBB: 4 sites ateliers en France métropolitaine (INRA, Université)

 PRO: 5 sites ateliers en France métropolitaine et 2 en zone inter-tropicale (INRA, IRD, CIRAD, Université)

 Couvrant les tous écosystèmes terrestres :

Plantations de Pins et d’Eucalyptus Taillis de Chêne verts

Surface (ha)

Surface (ha) % %

Ecosystems Ecosystems

Natural Forest

Intensive Forest

Sylviculture Forest

Permanente

grassland Grassland/

arable

Arable system

SOERE F-ORE-T SOERE-ACBB

Permanente grassland 10 M 22

Arable 15 M 33

Forest 15 M 33

Grassland/arable 5 M 11

SOERE-PRO

SOERE F-ORE-T / ACBB /PRO

Bilan 2013 – DS Env Inra

Plantation d’hévéa Système Agro-forestier Café - Erythrine

Réseau de placettes permanentes Renecofor et Guyafor (F-ORE-T)

Réseau de sites expérimentaux (F-ORE-T, ACBB, PRO)

Tropiques et Tempérés

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Bilan 2013 – DS Env Inra

Réunion

(PRO)

Burkina Faso

(PRO)

Nancy

(PRO)

Bordeaux

(PRO)

Colmar

(PRO)

Grignon

(PRO)

Rennes

(PRO)

Mons

(ACBB)

Lusignan

(ACBB)

Theix &

Laqueuille

(ACBB)

 Avec des objectifs / objets scientifiques commun :

 Compréhension du fonctionnement des écosystèmes, Etude des systèmes sol-plante et de leurs interactions, Impact de la gestion et des changements globaux sur les écosystèmes

 Et spécifiques :

Site de Lusignan

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Bilan 2013 – DS Env Inra

Origine : dé c he ts + Traite me nt Temps Climat

Contexte pédologique

Climate changes Climate changes

 CO

2

 N

₂

O  NO

_x

 ...

Soil Organic Matter Dynamics Vegetation

C,N,P,S…

Cycles

Greenhouse gases

Biodiversity

  Vegetation

 Microorganisms

 Micro-Meso-fauna Water Quality

 NO ₃ ^-  DOC  Pesticides...

Anthropogenic forcings

Cycles

biogéochimiques

Atmospheric deposits

Soil Organic Matter Litter fall, recretion

Root turn-over and decomposition

Nutrient uptake, Impact on tree and stand growth

Drainage

Fertilization Fixation of atmospheric N

Litter decomposition

Biomass, Nutrient immobilization and translocation

Bedrock Soil Atmosphere

Mineralization

Vegetation

M ic ro - o rg an is m s Weathering Soil Minerals

Harvest

Soil solution

Soil Gazes

Site de Theix

Du fait des objets (arbres

prairies, cultures), des

échelles temporelles et

des pratiques

 Une forte instrumentation in situ :

 Un noyau « dur » avec une tour à flux et /ou un dispositif lysimétrique complet

 Des manipulations d’écosystèmes, instrumentées et également suivies sur le long terme (exclusion de pluies, manipulation de la matière organique du sol, etc…)

 Environ 80 à 300 capteurs par site

FLUX TOWERS

IN SITU LABELLING EDDY

COVARIANCE

CONTROLLED PRECIPITATIONS

ROOT PROSPECTION

THROUGHFALL

STEMFLOW

ZERO TENSION LYSIMETERS, and

TENSION LYSIMETERS

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Bilan 2013 – DS Env Inra

Parcelle instrumentée

2 m Piézom ètre

L ys

i

m

èt

r e 0, 4 5 m

1 m 1, 6 m 1 m

22. 5 m 5 m

1, 2 m 1 m

0. 5 m 2. 50 m

1.80 m 0. 5 m 2. 50 m

C ha m b r e g a z T

E M 3 0 3

B I O 3 0 2

F U M 2 0 3

O M R 2 0 2

D V B 2 0 1 Bung

alow

Fosse Fos se

Fosse Fosse Fosse

98 m 97 m

DV+

B BIO 408

T 208 OMR 308 FUM 409

T 309

BIO 209

BIO 109

DVB 406 OMR 405 T 404 BIO 403 FUM 402 DVB 401

FUM 306 BIO 307 OMR 407

DVB 305 FUM 304 T 303 BIO 302

FUM 207 DVB 206 T 205

OMR 301

BIO 204

DVB 108 OMR 107 T 106

FUM 203 OMR 202 DVB 201

BIO 105 DVB 104 OMR 103 T 102 FUM 101 T

410

DVB 310

FUM 110 OMR 210

24

6

90 66 42 18

16

88 64 40

10

25 45

Apport N Min faible Apport N Min optimal 8

6

0 0

BLOC 3

BLOC 2

BLOC 1 BLOC 4 98 m 97 m

DV+

B BIO 408

T 208 OMR 308 FUM 409

T 309

BIO 209

BIO 109

DVB 406 OMR 405 T 404 BIO 403 FUM 402 DVB 401

FUM 306 BIO 307 OMR 407

DVB 305 FUM 304 T 303 BIO 302

FUM 207 DVB 206 T 205

OMR 301

BIO 204

DVB 108 OMR 107 T 106

FUM 203 OMR 202 DVB 201

BIO 105 DVB 104 OMR 103 T 102 FUM 101 T

410

DVB 310

FUM 110 OMR 210

24 24

6

90 66 42 18

16

88 64 40

10

25 45

Apport N Min faible Apport N Min optimal 8

6

0 0

BLOC 3

BLOC 2

BLOC 1 BLOC 4

BLOC 3

BLOC 2

BLOC 1 BLOC 4

Tensiomètre UMS T4e Lysimètre à mèche - 2 prof. : 45 cm et 1 m

Sonde TDR CS 610

Thermistance L107 Bonbonne de collecte en verre

Profil instrumenté Préfabriqué béton

Centrale de mesure

Station météo

Sites de Theix et Laqueuille

 Des sites divers mais

complémentaires

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Gradient Climatique

Tempéré

Tropical Méditerranéen

Plantations de matériel sélectionné

Peuplements monospécifiques équiennes

Peuplements mélangés et/ou inéquiennes Gradient

sol Pauvres

Riches

T T C R m oy en vic , F ra nc e

X X

Intermédiaires

Tour à flux C

R ub be rF lu x, T ha ïla nd e

X X

X

P ue ch ab on

X X

X

X

fo nta in eb le au

X

X

F on t-B la nc he

X X

X

G uy afl ux

X X

X

Dispositif Lysimétrique

Ita tin ga , B ré sil

X X X

X X

F ou ge re s

X X

X X

B re uil

X X X

S ite s T as se m en ts

X X X X

H es s e

X X

X X

M on tie rs – O P E , F ra nc e

X X X X

* X

Dispositif Bassin versant

P oin te -N oir e

X X

X X

*

La nd es

X X

X X

C off ee F lu x, C os ta -R ic a

X X

X

X

 Des dispositifs expérimentaux permettant d’aborder les

grandes questions environnementales

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X

Tests d’hypothèses

Manipulation de la Matière organique

Effet des essences / Changement d’usage des terres

Réponse au climat (milieu saturé/non saturé; exclusion de pluie..)

Réponse aux pratiques Culturales

Gradient sol/nutriments

X

X X

X X

X

X X

X X

X

X

X X

*

X

* X

X

+ réseau (RENECOFOR, GUYAFOR) pour gagner en robustesse et en généralisation des processus identifiés sur les sites ateliers

Chronoséquence

? X

X

Sites ateliers

Gaz dans le sols/émission

des autres GES que CO2 ^{X X X X ?}

Dynamiques des réserves X X ? X

X X

Bassins versants/érosion ^{* X X}

X ?

X

X

X

T T C R m oy en vic , F ra nc e

R ub be rF lu x, T ha ïla nd e P ue ch ab on fo nta in eb le au F on t-B la nc he G uy afl ux

Ita tin ga , B ré sil F ou ge re s B re uil S ite s T as se m en ts H es se M on tie rs – O P E , F ra nc e

P oin te -N oir e La nd es C off ee F lu x, C os ta -R ic a

X

Biodiversité ^{X X X X X}

F-ORE-T

ICOS , ANAEE

ICOS -Ecosystè me s (site s flux C), ANAEE-S (tous site s) ESFRI

Infrastructures nationales

Xylofore st (Lande s)

CEBA (Guyaflux,

Guyafor) Equipex

et Labex COTE

(Lande s)

ARBR E (s ite s gé ré s par

le s é quipe s nancé e nne s,

7/15) + Re ne cofor Mondial

Insertion au sein des dispositifs nationaux et internationaux

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ACBB PRO

BAS C (U-PS ud)

Compost, Colmar Epandage de compost – Site Qualiagro

Europe FP6/7

FLUXNET AS IA

Flux

Expe ER Ecofinde

r AnimalChan

ge

Mutis ward ULCOS CARBO- s

Europe /Africa IMMEC GHG-

Europe

 Quelques résultats F-ORE-T : cycle du C sur le long terme; marquages 13C pour identifier les flux

Futaie de chêne et sous-

étage de charme Mélange pin d’Alep – Chêne vert

Time lag in soil

 Beech: 12 ~ 32 h

 Oak: 14 ~ 26 h

 Pine: 39 ~ 110 h

Peak time in soil

 Beech: 41 ~ 89 h

 Oak: 38 ~ 89 h

 Pine: 89 ~ 278 h

0.00 0.01 0.02 0.03 0.04

0 20 40 60 80

Days after labelling

13 C in e xc es s (g C m -2 j -1 )

3 days

Carbon Allocation in Trees and Soil ANR-07-BLAN-0109

C.A.T.S. (Fontainebleau, Hesse, Landes), 13C Leaf Labeling

-20 -15 -10 -5 0 5 10 15

1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 NEE GPP Reco

Variabilité interannuelle du bilan de C (site de Hesse)

• Séquestration annuelle de carbone dans l’écosystème Moyenne de -3.9 ± 1.7 t _C ha ^-1 an ^-1

•30% de GPP (ou 60% de la NPP) affecté pour la croissance des arbres

• Forte variabilité interannuelle du bilan de Carbone Rapport de 1 à 7, Il faut 8 ans de mesures pour avoir une bonne idée de la valeur moyenne de Reco, 5 ans pour GPP et 6 ans pour NEE

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 Quelques résultats F-ORE-T : fertilisation, partition de la biomasse, durée de vie des feuilles

-20 -10 0 10 20 30 40 50

D ry m at te r (k g .t re e -1 )

Bud and cone Foliage Branche Bark Stem wood Root

C I P IP F IF

b b

ab ab

a a

a a a a

a a

Bud and cone Foliage Branch

Bark Stem wood Root -20

-10 0 10 20 30 40 50

D ry m at te r (k g .t re e -1 )

Bud and cone Foliage Branche Bark Stem wood Root

C I P IP F IF

b b

ab ab

a a

a a a a

a a

Bud and cone Foliage Branch

Bark Stem wood Root Bud and cone Foliage Branch

Bark Stem wood Root

Impact de la fertilisation et de l’irrigation sur la partition de la biomasse. Pin

Maritime, site des Landes. Impact plus fort sur la biomasse aérienne que souterraine (plus de lumière interceptée et plus de biomasse aérienne produite par unité de feuille) Trichet et al. 2008

Contrôle - Irrigué

Phosphore - Irrigué

Fertilisation Optimale (dont N et P) - Irrigué

Fertilisation en potassium (Eucalyptus au Brésil): un LAI plus élevé qui s’explique par une différence de durée de vie des feuilles (Laclau et al. 2008)

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1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 0

5 10 15 20 25

Simulated with fitted partitioning coefficients Simulated with predicted partitioning coefficients Measured

A cc u m ul a te d C ( M g C .h a -1 )

Δ RMSE: 27%

CV = 18%

R² = 0.95

MSW compost

Time (years)

Bonne simulation de l’accumulation de C

Gr ee n m an ur e- Ul t St ra w- Ul t

De sh yd ra te d FY M -S er Fr es h FY M -S er

M un ici pa l s ol id w as te co m po st- Q ua St ra w- As k

Sa wd us t-A sk Sa wd us t-U lt

FY M -U lt

En ric he d co ffe e ca ke s c om po st- Se r Fa rm ya rd m an ur e- As k

Fa rm ya rd m an ur e- Qu a

Gr ee n wa st e slu dg e co m po st- Q ua En ric he d ba rk s c om po st- Se r

Bi ow as te co m po st- Q ua

% o f E O M -C

0 20 40 60 80 100

fDPM fRPM fHUM

Prédiction avec ISMO

 Quelques résultats PRO : Stocks de carbone après application de composts et modélisation

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Site Qualiagro

 Quelques résultats PRO : Communautés microbiennes après application de composts et fumier

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0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 Nombre de séquences

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

Nombre de MOTUs

OMR Temoin DVB Bio Fum

Structure génétique des communautés microbiennes Abondance des

communautés microbiennes

Analyse de la diversité microbienne

(S. Dequiedt, Genosol, 2012)

Site Qualiagro

 Quelques résultats ACBB : Propriétés du sol et changements d’échelle

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Moni et al. 2010, Geoderma Sampling design at field and pit scale from

contrasting pedological horizons at different depths

 Positive relationships involving amorphous Fe and Al oxides for horizons at pit scale

 such relationships were no longer observable at field scale

27 profiles

over 25ha 1 profile

 Quelques résultats ACBB: lien entre la séquestration nette de carbone (NEE) et carbone dans le sol

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 Quelques résultats : Synthèse des publications

-43 thèses soutenues (21 depuis 2009)

-386 articles ACL (dont Nature, Science, PLOSone) 242 depuis 2009.

-28% articles intersites sur dernier quadriennal

- Revues très diverses: Forest Ecology and Management (35), Agricultural and Forest Meteorology (22), Biogeosciences (19), Remote Sensing of Environment (13), Geoderma (7),

-> 50 équipes accueillies dont 17 étrangères

0 10 20 30 40 50 60 70 80

2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 Nombre de publications / an

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

Observation et Analyse

des processus

Variabilité spatiale et temporelle

Changement d'echelle

Changement d'usage des

terres

Effet des essences

Reponse à la sylviculture

Reponse au climat

Modélisation TélédétectionMéthodologie

Proportion par catégorie ^2002-2005

2006-2009 2010-2013

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F-ORE-T

-4 thèses depuis 2009

-16 articles ACL depuis 2009

ACBB

-6 thèses depuis 2009

-23 articles ACL depuis 2009

PRO

 Re s s ourc es humaine s :

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106 ETP (59% INRA), pour une masse salariale totale de 6 870 000 euros

 Un budge t d’inve s tis s e me nt très cons é que nt :

 15 à 250ke pour une tour à flux (et son montage)

 100 à 250 ke pour les équipements (chiffres identiques pour les tours à flux ou les dispositifs lysimétrique)

 100 à 130 ke pour l’alimentation électrique

 100 à 200 ke de salaires pour la mise en place du dispositif Sources = Projets, Instituts

 Un budge t annue l éle vé (30 à 100ke /an/s ite pour le fonc tio nne me nt e t re no uvelle me nt de s é quipe me nts ) e n quatre volets :

 Soutien Récurent assuré par les organismes et unités porteuses (ex F-ORE-T GIP – ECOFOR : 65ke/an de 2003 à 2007 puis 130ke/an jusqu’en 2013; Pour les trois SOERE INRA DS-ENV 15 à 20ke/an; ACBB - Départements INRA 45 ke/an)

 Bonus lors des labellisations (ex SOERE 2010 à 2012 = F-ORE-T 405ke; PRO ; ACBB)

 Projets (Région, ANR, Europe, etc..) – Réponse aux appels d’offre de façon groupée (ex: KBBE, EQUIPEX, Labex, Infrastructure)

 Entreprises Privées, EPIC, etc.. (Loist, Véolia, Arvalis, Agence de l’eau, ADEME, ONF)

CIBLE F-ORE-T = 1/5 venant des organismes, 1/5 d’Ecofor (contributions des membres), 1/5 des Ministères (labels), 1/5 de fonds européens (ex : Feder, ULCOS, CarboAfrica, Climafrica, IMMEC), et 1/5 de divers

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 Ventilation du budget récurent GIP-ECOFOR/ANAEE-S:

 Un système de jetons en fonction de la dimension des sites

 + (pour F-ORE-T) Une somme variable allouée aux projets transversaux (environ 20ke/an, sauf en 2010 300ke sur deux projets)

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 Couts complets et marginaux:

 Cout journalier de mise en place d'expérimentations et/ou d'observation, conformes aux objectifs du SOERE F-ORE-T (voir charte interne), et

n'impactant pas le site (mesures essentiellement non destructives) c alc ulé à 640 e uro s

 Coût journalier de mise en place d'expérimentations, conformes aux objectifs du SOERE F-ORE-T (voir charte interne), mais impactant fortement le site (utilisation de foncier, abattage d'arbres etc. ) au c as par c as s elo n la

de mande

Désignation Charge annuelle

Mesures routines pour dispositifs long terme (€) 1 053 000 Fluide, consommables fonctionnement : part fixe 210 700

Contrats entretien 150 000

Amortissement Dispositifs 229 875

Amortissement Equipement 262 500

Main d’œuvre (institut) 3 528 433

Main d’œuvre (additionnelle) 705 700

Total 1 6 140 208

Total 2 (hors main d’œuvre Institut et amortissement Bât) 2 381 900

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 Charte partagée entre les 3 SOERE, finalisée (en cours de finalisation)

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