Effects of grazing practice and climate variability on annual above(ANPP) and below ground(BNPP) production

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Submitted on 5 Jun 2020

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Effects of grazing practice and climate variability on annual above(ANPP) and below ground(BNPP)

production

Katja Klumpp, Catherine Picon-Cochard, Frédérique Louault, Nathalie Vassal, Magali Mattei, Olivier Darsonville

To cite this version:

Katja Klumpp, Catherine Picon-Cochard, Frédérique Louault, Nathalie Vassal, Magali Mattei, et al..

Effects of grazing practice and climate variability on annual above(ANPP) and below ground(BNPP) production. Réseau prairies – Symposium 2017, Mar 2017, Montpellier, France. �hal-01606995�

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Effects of grazing practice and climate

variability on annual above (ANPP) and below ground (BNPP) production

Réseau Prairie, Montpellier, 08 Mars 2017

K. Klumpp, C. Picon-Cochard, F. Louault, N. Vassal, M. Mattei, O. Darsonville

INRA UREP Clermont-Ferrand

(3)

.02

Contexte et questionnement

NOM DE L’AUTEUR / NOM DE LA PRESENTATION JOUR / MOIS / ANNEE

 Services écosystémiques des prairies

 Analyse du fonctionnement et des propriétés de l’écosystème prairial

 Propriétés associées à services Production / Régulation

 Production/qualité fourrages # Stockage du C dans le sol

Compréhension des cycles CN en prairie

Effects of Grassland intensification on C processes in grassland

Fig. 2. Estimated range and direction of effects of grassland intensification by graz-ing and cutting (horizontal axis) and by N fertilizer application (vertical axis) on C cycle processes in grasslands, and on animal production, enteric CH4and soil N2Oemissions per unit land

Soussana et Lemaire 2014 AEE

(4)

.03

Contexte et questionnement

 Stockage C des écosystèmes prairiaux

 Les prairies sont considérées comme « puits » pour les GES en Europe (Ciais et al., 2010)

 Parmi les entrées de carbone dans l'écosystème, les racines, par la production et la décomposition, jouent un rôle majeur (John & Donnely, 2004)

Continuum de dégradation des MOS

cPOM fPOM AOM

rSOM Roots

C:N

C o n ti n u u m d e d ég ra d ati o n d es M O S

cPOM fPOM AOM

rSOM Roots

C:N

Tissus sénescents

(5)

NOM DE L’AUTEUR / NOM DE LA PRESENTATION JOUR / MOIS / ANNEE.04

Effet négatif du pâturage sur les stocks C et N du sol mais effet variable selon l’intensité du pâturage

Zhou et al, GCB, 2017 a meta-analysis (119 papers) Effects of grazing intensity on C and N cycles

C N

Standing biomass

Litter

Root Soil Microbe

Grazing intensity L Light

M Medium H High

(6)

NOM DE L’AUTEUR / NOM DE LA PRESENTATION JOUR / MOIS / ANNEE.05

Impact du pâturage sur les parties aériennes

Soil C sequestration

NPP GPP

N fertilizer

Competitive, Grazing avoidant/tolerant

Effects of Grassland intensification on plant functional traits and plant functionnal types

Soussana et Lemaire 2014 AEE

TxUtil 0 51 86

%

TxUtil

Kg ms consommé.an^-1.ha^-1 / Production annuelle de biomasse aérienne kg.ha^-1

+ +

-

- +

TxUtil 0 51 86

% 41 52 INN

%

Th.Cat+

65

Th.Cat-

Th.Ab

INN

%

67

65

47 La.Int

La.Ext

THE:

Hypothèse :

Production racinaire limitée en fort

pâturage car défoliation avec allocations aux parties

aériennes)aériennes (Ferraro &

Oesterheld, 2002) Production racinaire Ab > Cat- > Cat+

Root/shoot Ab>cat->cat+

LAQ :

Hypothèse : En condition fertile (La.Int), production biomasse

importante avec et root:shoot faible (milieu fertile) La.Ext : plus faible production globale mais orientée vers la production

racinaire, root:shoot

fort

(7)

Suivi de la dynamique intra-annuelle de production racinaire avec la méthode des ingrowth core

2 ans climatiques contrastées (2014 et 2015)

(8)

.07

Méthodes : dispositif expérimental

Sites

Laqueuille

1050m

Theix 880m

Climate mean T : 8°C

Rain:1000mm

mean T : 8,7°C Rain:780mm Soil

(Top Layer 0-20cm)

Andosols

substrat basalte

(22/ 55/ 33%, Sand /Silt /Clay)

MO = 15,0%

eutric cambisol

granitic socle

(54 / 26/ 20 %, Sand/Silt/Clay )

MO = 7,0%

colluvic cambisol

granitic socle

(50/ 26/ 24%, Sand/Silt/Clay)

MO = 7,4%

5

10 5

15 10

25

20 15

25

30

0 50m

50 25

30

5

10 5

15 10

25

20 15

25

30

0 50m

50 25 0 50m

50 25

30 P1

P2 P3

P45 P4Ov

P5Ov P1

P2 P3 P4

P5r P5c

Bo+

Bo- Bo+

Bo+

Bo- Bo-

Ov- Ov- Ov-

1 1 3 3 Ov-

2 2 4 4

5 5 66 7 7

8 8 99 10 10

11 11 13 13 1414

15 15 16 16

17 17 18 18

19 19 20 20 21 21

22 22

23 23 24 24 12

12

25 25 26 26

27 27 28 28 29

29

Bo- Bo+

30 30 nul

pk npk

Ab Ab

Ab

Ab npk

npk

npk pk

pk

pk nul

nul

nul BLOC 2 Moine ORE Theix Parcellaire : BLOC / TRAIT / n° ID-PAR / REP et P. tampon

Parcelles Pâture : Bovin taux fort (Bo+), Bovin taux faible (Bo-), Ovin taux faible (Ov-) Parcelles Fauche, restitutions nulles (NUL), restitution PK (PK), restitutions NPK (NPK) Parcelles Abandon (AB)

Parcelles Sol Nu (SN)

REP1 REP2

REP1

REP2 1 ID_PAR de

à30 1 1 ID_PAR de

à3030 BLOC 1

Blatiere ^Parcelles

Tampon A à G

B C

D E G F

A TrM TrB

(9)

Nutrientavailabilitygradient Nutrientsupply

-- Disturbance regime ++

No

Abandon Low

Grazing Ca

High Grazing

Ca

High Cutting N, P, K

P, K

0

T

T.Ab T.Cat-

Le T,Cat+ T

Li



Theix : since 2005

 Disturbance gradient : - From no perturbation (Ab) to strong perturbation (grazing +) - 5 grazing periods (april to november)

- Cattle (Bo) and Sheep (Ov)

 Nutrient availability : - From no input (0) to High inputs (NPK)

- Three cuts per year



LAQ : since 2002

Distrubance x nutrient availability integration

 Intensive (cattle grazing + with fertilisation 200N)

 Extensive (cattle grazing – No fertilisation)

dispositif expérimental

(10)

.09

Méthodes : « ingrowth core »

Mise en place et prélèvement

Lavage, pesée, scannage

Pesée en frais et en sec Lavage sur tamis

- Destructive

- Répétée au même endroit - Permet de mesurer la

croissance potentielle racinaire sur la période séparant 2 prélèvements

Filet + terre

Masses racinaires => Production g ms m

^-2

/ période

g ms m

^-2

/ an : BNPP

=

 _n

(g ms m

^-2

/période) Traits racinaires :

Taux de matière sèche (RDMC, g.g

^-1

)

1 mois - - - - ->

2 mois 20 cm (Theix)

15 cm (Laqueuille)

(11)

.010

Méthodes : Autres mesures

Stock racinaire

Lavage carottes de sol (0-20 cm)

Séparation des racines et des rhizomes : gms.m

^-2

Theix : 3 dates (décembre, Mars, Juin)

Laq : 2 dates

ANPP : production biomasse aérienne

Repousse sur emplacements préalablement arasés

Theix, pâturage rotatif, 5 mesures / an, Laqueuille , pâturage continu (5-7 mesures /an, Abandon (3/an).

g ms m

^-2

/ période

g ms m

^-2

/ an : ANPP = 

_n

(g ms m

^-2

/période)

20 cm (Theix) 15 cm (Laqueuille)

(12)

.011

Resultats

2014

Feb Apr

Jun Aug

Oct Dec

Feb Apr

Jun Aug

Oct Dec

Rainfall (mm), Aridity index (P-PET, mm)

-150 -100 -50 0 50 100 150

Rainfall Aridity index

2015 2014

THEIX LAQUEUILLE

Climat: Précipitation annuelle et P-ETP

Somme P-ETP annuel

+545 -25 Somme P-ETP annuel

158 -181

(13)

Root growth (g m-2 day-1 )

0 2 4 6 8 10

Abandonment Cattle- Cattle+

2014

Feb Apr

Jun Aug

Oct Dec

Feb Apr

Jun Aug

Oct Dec

Soil temperature (°C)

0 5 10 15 20 25

Treat. p < 0.0001 Dates p < 0.0001 Treat. x Dates p < 0.0001 Treat. p = 0.2273 Dates p < 0.0001 Treat. x Dates p < 0.0007

2015 2014

THEIX LAQUEUILLE

Croissance racinaire (g/m2.j) et Température du sol

Resultats

(14)

2014 2015

BNPP (g m-2 y-1 )

0 200 400 600 800 1000 1200

Abandonment Cattle- Cattle+

ANPP (g m-2 y-1 )

0 200 400 600 800 1000

2014 2015

Root shoot ratio

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

THEIX LAQUEUILLE

• Production annuelle racinaire et aérienne (g/m2/an)

c b a ns ns ns

ns ns

A * T * AxT * A ns T * AxT *

A * T * AxT *

Production racinaire BNPP

Production aérienne ANPP

Ratio

BNPP/ANPP

A ***

T ns AxT ns

A ***

T * AxT **

A **

T ns AxT **

(15)

THEIX LAQUEUILLE

• Stocks racinaires (g/m2)

c b a ns

Stock Racine T0 0

100 200 300 400 500 600 700 800 900

Ab Cattle- Cattle +

Root Stock (g ms. m2)

D13 M14 J14 D13 M14 J14 D13 M14 J14

Ab Cattle - Cattle +

Intensif Extensif

Pas d’effet Traitement significatif La.Ext > La.Int

(16)

.015

Discussion

- Effets du pâturage

- Entre niveaux de fertilité contrastés, i.e. La.Int / La.Ext : - Résultats en accord avec hypothèses

- Production racinaire La.Ext > Laq Int - Root:Shoot (production) La.Ext > La.Int - Stock La.Ext > La.Int

- Entre niveau d’utilisation, i.e. perturbation, à INN comparable, plutôt élevé - Résultats non conformes aux hypothèses

- Pas d’effet sur la production racinaire, ni sur le ratio Root:Shoot de production, ni sur stock

*Grande disparité dans la littérature concernant les effets du pâturage sur la production racinaire :  à relier à une description incomplète des conditions de pâturage et confusion d’effets défoliation # fertilité

*Effet « fertilité » « fertilisation » > effet « défoliation ; perturbation » ?

- Effet des conditions climatiques

- Affectent de façon différenciée selon les traitements la production racinaire, aérienne et le root/shoot

- Quelle gestion pour favoriser la stabilité des fonctions production / stockage ?

- Suivi long terme

(17)

Merci de votre attention

(18)

.017

Résultats

a b

Diamètre moyen (diam, mm)

Longueur spécifique (SRL, m.g^-1)

Surface spécifique (SRA, m².g^-1) Densité des tissus (RTD, g.cm^-3)