Fonctionnement carboné d’un couvert forestier

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Fonctionnement carboné d’un couvert forestier

Bernard Longdoz, André Granier, Patrick Gross

To cite this version:

Bernard Longdoz, André Granier, Patrick Gross. Fonctionnement carboné d’un couvert forestier.

Journées Scientifiques et Techniques de l’INRA, Mar 2005, Champenoux, France. 32 p. �hal-02826082�

FONCTIONNEMENT CARBON

FONCTIONNEMENT CARBON É É D D ’ ’ UN UN COUVERT FORESTIER

COUVERT FORESTIER

Longdoz

Longdoz Bernard, Bernard, Granier Granier André, Gross PatrickAndré, Gross Patrick INRA Nancy

INRA Nancy

Échelle spatiale : parcelle(s) Échelle spatiale : parcelle(s)

Élément étudié : carbone (CO

Élément étudié : carbone (CO₂₂, climat), climat)

Nouvelles techniques de mesures Nouvelles techniques de mesures

éévolution journalivolution journalièère de lre de l’’échange net de COéchange net de CO₂₂ écosystème

écosystème--atmosphèreatmosphère

oo Influence de variables microInfluence de variables micro--méteométeo..

oo Impact des caractéristiques du couvertImpact des caractéristiques du couvert

oo Détermination de GPP etDétermination de GPP et RécoRéco Nouveaux Objectifs

Nouveaux Objectifs

Hêtraie de Hesse (57)

1. Système des covariances turbulentes 1. Système des covariances turbulentes

(Eddy Covariance) (Eddy Covariance)

Flux net CO

Flux net CO₂₂ écosystèmeécosystème--atmosphère : NEEatmosphère : NEE

NEE = Emporter par le vent

+ Stocker dans l’air du couvert

+ Diffuser

Advection Advection

(horizontale et verticale) (horizontale et verticale)

Turbulence Turbulence

(horizontale et verticale) (horizontale et verticale)

( ) _{∫ ∫ ∫ } ^{ ⋅}





 





∂

⋅ ∂ +

 ⋅







 





∂

⋅ ∂ +

∂ ⋅ + ∂

⋅

=

eco eco

eco eco

h h

h h

0 0

0

'

' dz

z w c

dz x

u c dz

t c c

w NEE

I II III IV

Système EC doit mesurer les variations à hautes Système EC doit mesurer les variations à hautes fréquences de w et de c

fréquences de w et de c

I:I: Flux turbulent vertical (Flux turbulent vertical (FcFc)) II:II: Flux de stockageFlux de stockage

III:III: Divergence du flux d’advection horizontalDivergence du flux d’advection horizontal IV:IV: Divergence du flux d’advection verticalDivergence du flux d’advection vertical

Système EC : Système EC : -- TourTour

–Anémomètre sonique (10 hertz)–Anémomètre sonique (10 hertz)

–Analyseur de gaz (IRGA) (10 hertz)–Analyseur de gaz (IRGA) (10 hertz) –Système d’acquisition de données–Système d’acquisition de données

Juillet 2000 (moyennes horaires)

-14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4

0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 0:00

Temps (heures) Densité de flux de CO2 (umol m-2 s-1)

Nuit : Respiration seule

Jour : La photosynthèse l’emporte

-40 -30 -20 -10 0 10 20

13/08 14/08 15/08 16/08 17/08 18/08 19/08 Time

Fc (µmol m-2 s-1 )

Janvier 2000 (moyennes horaires)

-14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4

0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 0:00

Temps (heures) Densité de flux de CO2 (umol m-2 s-1)

Problème : Périodes turbulence faible (nuits peu venteuses) Problème : Périodes turbulence faible (nuits peu venteuses)

Turbulence faible

Turbulence faible Stockage et advection non négligeableStockage et advection non négligeable Production de CO₂ ne diminue pas avec

la turbulence

0 1 2 3 4

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Friction velocity u* (m s^-1) R eco at 10°C (µmol m2 s-1 )

???

Fc Fc à 10°C (µmol mà 10°C (µmol m

--22 ss

--11 ))

Vitesse de friction u* (m s Vitesse de friction u* (m s^-1-1))

NEE = Flux turbulent vertical Fc + Stockage Sc +

Advection horizontale Ah + Advection verticale Av

Mesure du stockage : Mesure du stockage :

––Analyseur de gaz (IRGA)Analyseur de gaz (IRGA) –Electro–Electro--vanne vanne

∆∆C/∆C/∆tt

0 1 2 3 4

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Friction velocity u* (m s^-1) Reco at 10°C (µmol m2 s-1 )

Fc + Sc Fc

Flux à 10°C (µmol mFlux à 10°C (µmol m--22 ss

--11 ))

Vitesse de friction u* (m s Vitesse de friction u* (m s^-1-1))

Pas de mesure en continu de l’advection horizontale et verticale Pas de mesure en continu de l’advection horizontale et verticale

Sélection des données u*>u*

Sélection des données u*>u*_limitelimite

2. Exemple de mesures : Hêtraie de Hesse 2. Exemple de mesures : Hêtraie de Hesse

Hesse (Moselle) 48°40’ N 7°05’ E à 65 km à l’est de Nancy

à 10 km au sud de Sarrebourg altitude : 300 m

• Temp. moyenne 9,9°C Précip. 975 mm

Rayon. 3850 MJ m^-2

• Deux parcelles

Hesse-1 et Hesse-2

N E W

S

Nancy

Nancy HesseHesse

HHêêtretre 90%90%

AgeAge 37 ans (1968)37 ans (1968) Hauteur

Hauteur 16m16m

LAILAI 7 7 –– 7,5 m7,5 m²² mm^-2-2 Densit

Densitéé 3800-3800-3000 n ha3000 n ha^-1-1 DiamDiamèètre tre 10,110,1--10,7 cm10,7 cm

Biomasse a

Biomasse aéérienne 78rienne 78--61 t 61 t haha^-1-1 Increment boisIncrement bois 11,5

11,5 mm^-2-2 haha^-1-1 anan^-1-1 HESSE

HESSE--11

INRA ONF GIP ECOFOR CARBO-EUROFLUX

200 m

Hesse 1

Hesse 2 N

Vents dominants

Hesse Hesse Hesse Hesse Hesse Hesse Hesse

Hesse - - - - - - - - 1 1 1 1 1 1 1 1

• •

Mai 1996: début des mesures Mai 1996: début des mesures Mai 1996: début des mesures Mai 1996: début des mesures Mai 1996: début des mesures Mai 1996: début des mesures Mai 1996: début des mesures Mai 1996: début des mesures

• •

Mars 1999: éclaircie (25%)Mars 1999: éclaircie (25%)Mars 1999: éclaircie (25%)Mars 1999: éclaircie (25%)Mars 1999: éclaircie (25%)Mars 1999: éclaircie (25%)Mars 1999: éclaircie (25%)Mars 1999: éclaircie (25%)

• •

Décembre 1999: tempête; nouvelle tour Avril 2000Décembre 1999: tempête; nouvelle tour Avril 2000Décembre 1999: tempête; nouvelle tour Avril 2000Décembre 1999: tempête; nouvelle tour Avril 2000Décembre 1999: tempête; nouvelle tour Avril 2000Décembre 1999: tempête; nouvelle tour Avril 2000Décembre 1999: tempête; nouvelle tour Avril 2000Décembre 1999: tempête; nouvelle tour Avril 2000

• •

^{FévrierFévrierFévrierFévrierFévrierFévrierFévrierFévrier--------}Mars 2005: éclaircieMars 2005: éclaircieMars 2005: éclaircieMars 2005: éclaircieMars 2005: éclaircieMars 2005: éclaircieMars 2005: éclaircieMars 2005: éclaircie

Hesse 1996-2002

-15 -10 -5 0 5 10

0 365 730 1095 1460 1825 2190 2555

jour depuis le 1-01-1996

Fc (g C m-2 jour-1)

-40 -30 -20 -10 0 10 20

13/08 14/08 15/08 16/08 17/08 18/08 19/08 Time

Fc (µmol m-2 s-1 )

100 200 300 400 500 600 700 100

200 300 400 500 600 700

100 200 300 400 500 600 700

L A I 4 L A I 4 . 5 L A I 5 L A I 5 . 5 L A I 6 L A I 6 . 5 L A I 7 L A I 7 . 5 L A I 8 L A I 8 . 5 L A I 9

L A I 4 L A I 4 . 5 L A I 5 L A I 5 . 5 L A I 6 L A I 6 . 5 L A I 7 L A I 7 . 5 L A I 8 L A I 8 . 5 L A I 9

Indice foliaire Indice foliaire Indice foliaire

Indice foliaire spatialisé spatialisé spatialisé ((((Bouriaudspatialisé BouriaudBouriaud et Bouriaud et et et BrédaBrédaBréda))))Bréda

Site Site Site Site

Interannual variation of NEE at Hesse

-1000 -800 -600 -400 -200 0

1996 1997 1998 1999 2000 2001

NEE g C m-2 a-1

Annèes Annèes Annèes

Annèes sèchessèchessèchessèches

Stress hydrique précoce Stress hydrique précoce Stress hydrique précoce Stress hydrique précoce

Années humides Années humides Années humides Années humides

Compréhension du fonctionnement de l’écosystème

NEE

R_éco

GPP (photosynthèse)

R_éco = Flux net nocturne et période sans feuille R_sol Rbois aérien R_feuille R_nécromasse

Daniel Epron, Jérôme Ngao

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

1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002

t C ha-1 an-1

NEE GPP Reco

Respiration totale de l'écosystème (1997 à 1999, forêt de Hesse)

0 5 10 15

0 5 10 15 20

Tsol 10cm (°C)

Reco (mol m-2 s-1)

R_éco : dépendance vis à vis de la température (sol)

R_éco = R_éco (10°) *Q₁₀((T-10)/10)

Q₁₀ dépend du contenu en eau du sol

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0

janvier-97 janvier-98 janvier-99 janvier-00 déce mbre-00

déce mbre-01

déce mbre-02

R10 (µmol m-2 s-1)

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0

janvier-97 janvier-98 janvier-99 janvier-00 déce mbre-00

déce mbre-01

déce mbre-02

Q10

0 5 10 15

0 10 20

T_sol,10 (°C) Rsol, Reco (µµµµmol m-2 s-1 )

Rsol Reco

Soroe

Hesse

Flux de carbone diurne entrant dans l'écosystème (forêt de Hesse, 1999)

-10 0 10 20 30

0 500 1000 1500 2000

rayonnement PAR (µµµµmol m-2 s-1)

Fc (mol m-2 s-1)

Hesse 2000

-40 -30 -20 -10 0 10

0 1000 2000

PAR (µµµµmol m-2 s-1)

Fc (mol m-2 s-1)

D <1.5 kPa D >1.5 kPa

GPP n=7 % variance expliquée variable explicative :

nombre de jours de stress 50.7

LAI 21.6

total 72.3

40 50 60 70 80

1994 1996 1998 2000 2002 2004 année

biomasse et flux C (t C ha-1 )

biom tot vivante+morte cumflux

respiration totale

64%

exportations bois fort

8%

accr. bois fort

15%

accr. racines 8%

accr.

branches 5%

Journées Scientifiques et Techniques INRA-Nancy 17-19 juin 2003

Devenir du carbone assimilé par le peuplement de Hesse.

Estimation annuelle sur la période 1996-2002.

Euroflux EurofluxEuroflux Euroflux

+ ++ +

Ameriflux Ameriflux Ameriflux Ameriflux

+++ + LBA LBALBA LBA

+ ++ +

Asiaflux Asiaflux Asiaflux Asiaflux

===

=

FLUXNET FLUXNETFLUXNET FLUXNET