Agriculture, sylviculture et gaz à effet de serre: observations du réseau
Ecosystèmes-Fr de l’infrastructure ICOS.
D. Loustau, S. Lafont, B. Longdoz, E. Ceschia, T. Tallec, R. Joffre, K. Klumpp, B. Loubet,
A. Chabbi, G. Simioni, S. Garrigues, D. Bonal, B. Mary, S. Conil
NDVI MODIS, index de végétation, été 2013.
L’ écosystème continental
BIOMASSE
SOL
transport latéral ATMOSPHERE
Production primaire brute Respirations
Le cycle rapide du carbone dans l’écosystème
continental.
GIEC
5eRapport WG1
Atmosp hère (5 89 PgC )
Le cycle global pré-anthropique
Ruesch, et al. 2008. New IPCC Tier-1 Global Biomass Carbon Map For the Year 2000.
Scharlemann, J., Hiederer, R., Kapos, V. (2009). UNEP-WCMC & EU-JRC, Cambridge, UK.
•
Biomasse
•
Carbone du sol
Les stocks de carbone biosphériques continentaux.
Intensité d’anthropisation des écosystèmes continentaux.
% de la surface du point de grille où la végétation a été convertie.
Les surfaces en vert sont considérées comme non anthropisées.
Luyssaert et al. Nature Climate Change, 2014
L’écosystème continental anthropisé.
1.
Déforestation
2. Carbone Lent
Rapide
3.
Rétroactions
L’anthropocène
GIEC
5eRapport
WG1
BIO- MASSE
SOL
transport latéral
ATMOSPHERE
Produit s Récolte
C Fossile Composition spécifique
ou varietale
Taille, élagage, récoltes Adventices
Maladies, herbivorie
Le cycle rapide du carbone dans l’écosystème anthropisé.
Amendements Fertilisation Travail du sol Drainage
Fragmentation du paysage
Rugosité
Flux convectifs
Albedo
9
Le fonctionnement du puits de carbone continental (cycle rapide) dans l’Anthropocène.
Les constats :
La biosphére terrestre séquestre l’équivalent de 25 à 30% des émissions de carbone fossile.
Les agrosystèmes sont soumis à une intensification culturale croissante.
Les questions :
En quoi l’intensification culturale des agrosystèmes modifie t elle le cycle du carbone continental?
Le cycle rapide du carbone dans l’écosystème
anthropisé.
10
§
Biomasse, productivité primaire
§
Occupation des terres
§
Bilan global du carbone
§
Changement global
§
Monitoring in situ des flux de gaz à effet de serre continent-océan-atmosphère
§
Monitoring et observations globales
Les approches depuis
1956.
1956 Mauna Loa Mace HeadIBP
SCOPE
MAB
1972 Landsat-1
1987 IGBP
1996 EUROFLUX Spot
1997 AMERIFLUX
1999 ASIAFLUX MODIS FLUXNET
2004 TCCON
2009 GOSAT
2014 ICOS OCO2
Pleiades
BIOMASS
Surface Atmosphere
683 Sites instrumentés (2014)
Monitoring in situ des flux continent – atmosphère.
Cycle du carbone: la stratégie d’observation ICOS
-Ecosystèmes
-Atmosphère
13
Le principe de mesure des flux turbulents
Flux net = Co variance de la vitesse verticale de vent ↑↓ et de sa concentration [CO2]
Données analysées
Cycle annuel du flux de CO2
S
Patron saisonnier des flux de CO2
L’anthropisation accroît la variabilité des flux.
Signature haute fréquence des échanges de CO2 végétation - atmosphère
Forêt écidue Forêt Conifère
µmolCO2 m-2 s-1
Heure de la journée
Source Puits Forêt feuillue(hêtraie) Forêt conifère (Pin m.)
-371gC.m-2.an-1 -417gC.m-2.an-1
Prairie extensive Prairie intensive
Heure de la journée
-382gC.m-2.an-1 -371gC.m-2.an-1
Signature haute fréquence des échanges de CO2 végétation - atmosphère
Heure de la journée
Culture : blé d'hiver Culture : maïs irrigué
-138gC.m-2.an-1 -313gC.m-2.an-1
Signature haute fréquence des échanges de CO2 végétation - atmosphère
LE
19
NEE Rg
Période (j)
1 365 0.5 1/24
Densités spectrales du flux de CO2 et de Rayt Solaire
Hêtraie (2000-2011) Cultures (2004-2008)
Rg
Les spectres temporels de flux de CO2 sont
remarquablement conservatifs.
La variance temporelle à
haute fréquence est contrôlée par les facteurs
météorologiques (Rg)
Les séries temporelles sont trop limitées pour faire ressortir l’impact des
pratiques.
Signature haute fréquence des échanges de CO2 végétation - atmosphère
Les cas des forêts. Les forêts exploitées (Europe)
§
Cycle multi décennal
§
Intrants et exports très faibles
§
Couvert ~continu, stocks de carbone important
§
Cycle de végétation naturel
§
Faiblement voire pas anthropisé
Kowalski et al. Global Ch Biology 2004
Les cas des forêts gérées
-8 -6 -4 -2 0 2 4 6
01/05/00 01/07/00 31/08/00 31/10/00 31/12/00 02/03/01 02/05/01 02/07/01 01/09/01
Date
Fc (µ mol m-2 s-1 )
Le site après coupe rase (Bilos) est une source de ~ 200 gC .m-2.an-1
Le site de 30 ans (Bray) est un puits de ~540 gC .m-2.an(Berbigier et al., 2001)-1
-14 -7 0 7 14
0 91.5 183 274.5 366
Reco (gC m-2)
GPP (gC m-2)
-14 -7 0 7 14
0 91.5 183 274.5 366
Reco (gC m-2)
GPP (gC m-2)
-6 -3 0 3
6 NEE(gC m-2)
-6 -3 0 3
6 NEE(gC m-2)
01/ 01 01/ 04 01/ 07
Standard year Dry year Bilos
Bray
01/ 10
dd/ mm -14
-7 0 7 14
0 91.5 183 274.5 366
Reco (gC m-2)
GPP (gC m-2)
-14 -7 0 7 14
0 91.5 183 274.5 366
Reco (gC m-2)
GPP (gC m-2)
-6 -3 0 3
6 NEE(gC m-2)
-6 -3 0 3
6 NEE(gC m-2)
01/ 01 01/ 04 01/ 07
Standard year Dry year Bilos
Bray
01/ 10
dd/ mm
Jeune régénération Couvert adulte
•
La sécheresse inverse le sens du bilan net
•
Et réduit voire annule les composantes du
•
bilan de la forêt adulte, photosynthèse et respiration.
Les évènements à basse fréquence ont des impacts différenciés suivant le stade de vie
(Moreaux, 2012)
Bilan net cumulé
(gC . m-2)-3000 -2000 -1000 0 1000 2000 3000
2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011
+ 807
- 2658
Secheresse
Forêt à 35 ans
Jeune Forêt (0-5 ans)
coupe
Reprise Semis Labour
Chablis 20%
- 20%
-3%
-5%
Disquage
humide Standard
Coupe
Labour
•
Le flux net des jeunes forêts est contrôlé par les opérations culturales
•
La forêt adulte répond aux variations climatiques.
Les évènements à basse fréquence et stades du cycle de vie.
-France
Production forest Ext. management unmanaged
(Hyvonen et al., 2007 New Phytol., Data fom Black et al. 2005)
L’intensification sylvicole amplifie la variance à basse fréquence: l’effet âge
Synthèse de 85 années de mesure sur 28 stations en forêts
•
Raccourcissement des rotations
•
Amplification des flux
L’intensification sylvicole amplifie la variance à basse fréquence.
Magnani et al. Nature, 2007.
Caractérisation de 5 chronoséquences
Le retour à la neutralité post perturbation est plus rapide
pour les forêts les plus productives
Cas des prairies
§
Cycle annuel / pluriannuel
§
Intrants et exports élevés
§
Couvert continu, fauche ou pâture
§
Cycle de végétation contrôlé
•
Contrôle cultural du flux de CO2
0 2 4 6 8 10 12
Dry Dry (Dry) Dry
2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011
0 2 4 6 8 10 12
0 2 4 6 8 10 12
GPP (gC.m-2.s-1) Animal stocking rate
Les flux de CO2 photo-
synthétique est
contrôlé par la charge en bétail
Le flux net est corrélé à au stock de
biomasse sur pied
Prairies de Laqueuille, Massif Central.
Bilan net de carbone de la prairies:
CO2 et CH4 in situ, bétail, méthane, intrants
•
Forte variabilité du flux net dans le deux cas
•
Le bilan de carbone est plus négatif (séquestration) sous régime intensif en annèe sèche (e.g. 2003, 2005, 2011, …)
Dry Dry (Dry) Dry
0 2 4 6 8 10 12
N e t C s to ra g e ( g C /m 2 )
2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011
(NCS = NEE + Fmanure - FCH4-C - Fharvest - Fanimal-products – Fleach)
sink
Prairies de Laqueuille, Massif Central.
•
Le mode de conduite est le principal facteur du bilan de carbone.
•
L‘intensification amplifie les fluctuations basse fréquence
Bilan net de carbone
2006 2007 2008 2009 2010 2011
(NCS = NEE + Fmanure - FCH4-C - Fharvest - Fanimal-products - Fleach )
Fauche Paturage Prairies de Lusignan
Poitou
30
Cas des cultures
ü
Cycle annuel de végétation entièrement
ü
contrôlé
ü
Intrants et exports élevés
ü
Couvert temporaire
ü
Travail du sol
Données des stations de :
Auradé, Lamasquère (Midi Pyrénées),
Grignon (Bassin parisien)
20 sites de grande culture comparés
76 années de mesure analysées
17 espèces cultivées
Analyse comparée du bilan de grandes cultures
Gebesee Klingerberg
Avignon
Cioffi El Saler Sueca
Grignon
Oensingen
Lamasquère Auradé
Risbyholm
Carlow
Lonzée
Lutjewad Langerak
Vredepeel Brody
Castellaro
Roccarespampani
Selhausen Dijkgraaf
(Ceschia , Tallec et al. 2013)
Impact des exportations et de la gestion des rémanents sur le bilan net de carbone des cultures
-1000 -800 -600 -400 -200 0 200 400 600
Cumulated NEE (gC/m²/year)
Klingerberg, 2005/06 Kilngerberg, 2010/11 Gebesee, 2009/10 Gebesee, 2006/07 Gebesee, 2007/08 Lonzée, 2004/05 Lonzée, 2006/07 Lonzée, 2008/09 Oensingen, 2006/07 Selhausen, 2007/08 Selhausen, 2008/09 Lamasquère, 2006/07 Lamasquère, 2008/09 Auradé, 2005/06 Auradé, 2007/08 Auradé, 2009/10
11± 211
-300 -200 -100 0 100 200 300 400
Straw on site Straw removed
Mean NECB (gC/m²/year)
Bilan NEE- Export
-1000 -500 0 500 1000 1500
g C/m²/year
Annual mean values of the different terms composing GHGB for each site
EFO C exported
C imported NEP GHGB
Bilan moyen annuel en carbone de
20 grandes cultures
Bilan cumulé sur une succession culturale complète (4 années)
-3000 -2000 -1000 0 1000 2000 3000
g C/m²/year
Cumlated values of the different terms composing GHGB for site rotation (n=4)
EFO C export
C import NEP
GHGB
Le régime d’apport – export détermine le bilan annuel en carbone de la culture.
Loubet et al. Plant & Soil 2014. 35
Carbone Azote G.E.S.
Source | Puits Source | Puits Source |Puits
