SOERE F-ORE-T

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Submitted on 5 Jun 2020

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SOERE F-ORE-T

Laurent Saint-André, Guy Landmann

To cite this version:

Laurent Saint-André, Guy Landmann. SOERE F-ORE-T. Séminaire OTELO, Jul 2012, Nancy, France. 20 p. �hal-02804505�

SOERE F-ORE-T

Forêt tropicale humide Hêtraie tempérée Plantation de Douglas



Seminaire OTELO



Nancy



11/07/2012



L. Saint-André et G. Landmann

SOERE F-ORE-T



été créé en 2002 sous l’égide du GIP-ECOFOR : Impulsion scientifique et politique



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



politique avec la volonté des pouvoirs publics et des gestionnaires forestiers de répondre à ces défis planétaires et de fonder la gestion durable d'écosystèmes dont les fonctions environnementales sont très importantes



Objectif double :



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).

Forêt tropicale humide Hêtraie tempérée Plantation de Douglas

SOERE F-ORE-T



Un dispositif ambitieux :

 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)

 Un comité de pilotage (PI des sites) et un comité scientifique



Au service de l’étude de processus complexes :

Biogeochemical cycles in forest ecosystems = nutrient circulation and immobilization in the soil and in the vegetation

Atmospheric deposits

Soil Organic Matter Litter falls, 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

Minéralisation

Vegetation

Micro-organismes

Weathering Soil Minerals

Harvest

Soil solution

Soil Gazes

Biogeochemical cycles in forest ecosystems = nutrient circulation and immobilization in the soil and in the vegetation

Atmospheric deposits

Soil Organic Matter Litter falls, recretion Litter falls, 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

Minéralisation

Vegetation

Micro-organismes

Weathering Soil Minerals

Harvest

Soil solution

Soil Gazes

Plantations de Pins et d’Eucalyptus Taillis de Chêne verts

SOERE F-ORE-T

Plantations de Pins et d’Eucalyptus Taillis de Chêne verts

SOERE F-ORE-T



Une forte instrumentation in situ :



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



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

FLUX TOWERS

IN SITU LABELLING EDDY

COVARIANCE

CONTROLLED PRECIPITATIONS

ROOT PROSPECTION

THROUGHFALL

STEMFLOW

ZERO TENSION LYSIMETERS, and

TENSION LYSIMETERS

Plantation d’hévéa Système Agro-forestier Café - Erythrine

SOERE F-ORE-T

Plantation d’hévéa Système Agro-forestier Café - Erythrine

Gradient Climatique

Tempéré

Tropical Méditerranéen

Plantations de matériel sélectionné

Peuplements monospécifiques équiennes

Peuplements mélangés et/ou inéquiennes Gradient

sol Pauvres

Riches

TTCR moyenvic, France

X X

Intermédiaires

Tour à flux C

RubberFlux, Thaïlande

X X

X

Puechabon

X X

X

X

fontainebleau

?

X

Font-Blanche

X X

X

Guyaflux

X X

X

Dispositif Lysimétrique

Itatinga, Brésil

X X X

X X

Fougeres

X X

X X

Breuil

X X X

Sites Tassements

X X X X

Hess e

X X

X X

Montiers –OPE, France

X X X X

* X

Dispositif Bassin versant

Pointe-Noire

X X

X X

*

Landes

X X

X X

Coffee Flux, Costa-Rica

X X

X X



Des sites

divers mais

complémentair

es

SOERE F-ORE-T

Plantation d’hévéa Système Agro-forestier Café - Erythrine

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 à la sylviculture (tassement, fertilisation, éclaircies, saignée) Gradient

sol

X

X X

X X

X

X X

X X

X

X

X X

*

X

* X

X

+ réseau pour gagner en robustesse et en généralisation des processus identifiés sur les sites ateliers

RENECOFOR = observation sur sylviculture courante

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

TTCR moyenvic, France

RubberFlux, Thaïlande Puechabon fontainebleau Font-Blanche Guyaflux

Itatinga, Brésil Fougeres Breuil Sites Tassements Hesse Montiers –OPE, France

Pointe-Noire Landes Coffee Flux, Costa-Rica

X



Des dispositifs expérimentaux permettant

d’aborder les grandes

questions

environnemental

es

SOERE F-ORE-T



Quelques résultats : 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 excess (gC 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

SOERE F-ORE-T



Quelques résultats : fertilisation, partition de la biomasse, durée de vie des feuilles

Futaie de chêne et sous-

étage de charme Mélange pin d’Alep – Chêne vert

-20 -10 0 10 20 30 40 50

Dry matter (kg.tree-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

Dry matter (kg.tree-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)

SOERE F-ORE-T



Quelques résultats : Bilans N et interaction avec amendement (Ca + P)

Futaie de chêne et sous-

étage de charme Mélange pin d’Alep – Chêne vert

732 410

4663 4239

755 590

276 298

17 2

175

75 ⁴⁵

44 65

244 126 176

331

107 353

55 363

kg.ha^-1.an^-1 NO3 µmol.L^-1

N

Douglas témoin

30 ans

Douglas amendé

30 ans ( Ca + P en 1979 et 1983)

Site F-ORE-T Breuil Morvan : m.e.p. M Bonneau et Coll. 1976 plui

e31

Ecosystème saturé en N Ecosystème non saturé en N

rôle des microbes ?

SOERE F-ORE-T



Quelques résultats : Contrôle de la nitrification dans les écosystèmes forestiers

Futaie de chêne et sous-

étage de charme Mélange pin d’Alep – Chêne vert

Effet type du sol

Le pH et le C/N microbien explique 56% de la variation de la minéralisation potentielle dans le sol de 50 hêtraies

Sol pH

3 4 5 6 7 8

0 1 2 3 4 5

y₁ = 8556*10^-pH + 0.9 R² = 0.47***

PNM0-5cm(mg N kg-1 sol j-1)

Après

16 Mois Hêtre Pin Douglas Forêt

native Sapin Epicéa Témoin Hêtre 100.1^ab

(AB) 104.1^a

(A) 102.3^a

(A) 56.1_(ABC) ^c 73.1^abc

(AB) 69.3^bc

(A) 86.6^abc

(A)

Pin 102.8^a

(A) 96.0^a

(AB) 100.2^a

(A) 81.4_(A) ^a 88.3^a

(A) 74.6^a

(A) 105.4^a

(A)

Douglas 86.1^ab

(ABC) 104.6^a

(A) 96.3^a

(AB) 59.6_(AB) ^bc 55.0^c

(B) 45.8^c

(AB) 97.8^a

(A)

Forêt

native 70.0^a

(C) 78.1^a

(B) 87.5^a

(AB) 26.9_(BDC) ^b 18.3^b

(C) 21.3^b

(BC) 22.8^b

(B)

Sapin 94.9^a

(AB) 77.7^a

(B) 70.7^a

(AB) 14.3^b

(DC) 12.4^b

(C) 26.1^b

(BC) 23.8^b

(B)

Epicéa 80.5^a

(BC) 80.8^a

(B) 87.1^a

(B) 9.7^b

(D) 9.9^b

(C) 13.2^b

(C) 36.3^b

(B)

Effet d’essence sur la nitrification (expérience in situ permutation des carottes du sol sur le site de Breuil)

Les peuplements nitrifiants stimulent rapidement la nitrification, les peuplements non nitrifiants réduisent lentement la nitrification =

activation/stimulation des bactéries nitrifiantes est plus rapide que de réduire leur activité

(Andrianarisoa et al. (2009), Gauthier et al (2010), Andrianarisoa et al. (2010)

Peuplements récepteurs

Provenance des sols

< 25 25 - 50

50 - 75

> 75

% de nitrification

SOERE F-ORE-T

Futaie de chêne et sous-

étage de charme Mélange pin d’Alep – Chêne vert

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

Changement

d'echelle Changement

d'usage des terres Effet des

essences Méthodologie Modélisation Observation et Analyse des

processus

Reponse à la

sylviculture Reponse au

climat Télédétection Variabilité spatiale et temporelle

Proportion par catégorie ^2002-2005

2006-2009 2010-2013

0 10 20 30 40 50 60 70

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



Quelques résultats : Synthèse des publications

-34 thèses soutenues

-254 articles ACL (dont Nature et Science) -50 équipes accueillies dont 17 étrangères

SOERE F-ORE-T

Futaie de chêne et sous-

étage de charme Mélange pin d’Alep – Chêne vert



Un budge t d’inve s tis s e me nt trè s co ns équent :

 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 annuel (fo nctionnement e t reno uve lle me nt des é quipements ) en quatre vo le ts :

 Récurent assuré par le GIP – ECOFOR (75ke/an de 2003 à 2007 puis 130ke/an)

 Bonus lors des labellisation (ORE 60ke/an de 2003 à 2007, puis SOERE 2010 et 2011 260ke)

 Soutien des organismes (ex INRA 15 à 20ke/an)

 Projets (ONF, ANR, Europe, etc..) – Depuis 2010, réponse aux appels d’offre de façon groupée (ex: KBBE, EQUIPEX, Labex, Infrastructure)

CIBLE = 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

SOERE F-ORE-T

Futaie de chêne et sous-

étage de charme Mélange pin d’Alep – Chêne vert



Ventilation du budget récurent GIP-ECOFOR:



Un système de jetons en fonction de la dimension des sites



+ Une somme variable allouée aux projets transversaux (environ 20ke/an, sauf en

2010 300ke sur deux projets)

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étage de charme Mélange pin d’Alep – Chêne vert



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.

c alc ulé à 4000 e uros

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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étage de charme Mélange pin d’Alep – Chêne vert



Charte en cours de finalisation

SOERE F-ORE-T

Futaie de chêne et sous-

étage de charme Mélange pin d’Alep – Chêne vert



Un des gros chantiers – Infrastructure ANAEE-S

Titre du projet en français :  

Infrastructure nationale “Analyse et  d’expérimentation sur les écosystèmes – Service”

Project title in English 

Analysis and Experimentation on Ecosystems – Service

Coordination

Jean CLOBERT , CNRS, Station d’Ecologie Expérimentale de Moulis André CHANZY, INRA, EMMAH, UMR 1114

Requested funding:

Phase 1 (2012-2015) 9,753,607 € Phase 2 (2015-2020) 4,427,734€

Scientific area

Ecology, agronomy, ecosystem biology, evolutionary biology, complex system

analysis

SOERE F-ORE-T

Futaie de chêne et sous-

étage de charme Mélange pin d’Alep – Chêne vert



Un des gros chantiers – Infrastructure ANAEE-S

Overall project  structure

Ecotrons de Montpellier et

Ile de France

3SEMI-NATURAL experimental platforms CEREEP-PLANAQUA (CNRS), SEEM-Métatron (CNRS) and the U3E-Aquatic Platform (INRA).

SOERE F-ORE-T (14), ACBB(4), PRO (3), GLAPCE (1)

BEF, UREP, EEF [EFPA]

GENOSOL, PESSAC [EA]

ECO-INFORMATIQUE INRA (Capsis, Record, Sol Virtuel) + CMTB (CNRS)

SOERE F-ORE-T

Futaie de chêne et sous-

étage de charme Mélange pin d’Alep – Chêne vert



Un des gros chantiers – Infrastructure ANAEE-S

In-Natura long-term observation and experimentation systems

ANAEE-S will :

Provide maintenance facilities for F-ORE-T and will contribute to the renovation of two buildings for SAJF

Contribute to the development of off shore aquatic mesocosm platform for GLAPCE

Develop facilities on SOERE PRO experimental platform (croplands) to host further experimental devices (electricity power, bungalow, cooling and freezing capacity) and provide continuous acquisition of GHG on site

Completion of the canopy Operating Permanent Access System COPAS and installation of a sensor grid in Les

Nouragues in French Guyana

SOERE F-ORE-T

Futaie de chêne et sous-

étage de charme Mélange pin d’Alep – Chêne vert



Un des gros chantiers – Infrastructure ANAEE-S

Innovative devices and platforms for in situ analysis and for the microbiological compartment

ANAEE-S will :

Provide a MobileLAB (i) to characterize sites (soil, vegetation, water)- tests in situ in node 2 and 3 and application in a large range of ecosystems, (ii) to perform targeted experiments (hotspots and hot moment), and (iii) to host innovative techniques

Develop innovative and shared instruments (VOC signature of thje microbial communities measured by Proton Transfer Reaction-Mass spectroscopy (PTR-MS) method; continuous measurement of stable isotope of CO2 (δ13C) from soil efflux using The Cavity Ring-Down Spectroscopy (CRDS) Develop Microbiology analytical platforms for environmental matrix (soil, water, sediment), including biodiversity characterization (genetic and genomic tools) and the biochemical characterization

(biochemical tools)