Impact de la saison sèche sur les flux de CO2 en forêt tropicale humide guyanaise

HAL Id: hal-02811683

https://hal.inrae.fr/hal-02811683

Submitted on 6 Jun 2020

HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers.

L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés.

Impact de la saison sèche sur les flux de CO2 en forêt tropicale humide guyanaise

Damien Bonal, Stéphane Ponton, André Granier

To cite this version:

Damien Bonal, Stéphane Ponton, André Granier. Impact de la saison sèche sur les flux de CO2 en forêt tropicale humide guyanaise. 10. Journées d’Ecologie Fonctionnelles, Apr 2008, La Grande Motte, France. 24 p. �hal-02811683�

Impact de la saison sèche sur les flux de CO ₂ en forêt

tropicale humide guyanaise

D. BONAL, S. PONTON, A. GRANIER

JEF 2008

Les forêts tropicales humides

Importance à l'échelle de la planète :

 Superficie

 Stocks de carbone

 Forte Productivité Primaire nette

 Quel est leur rôle dans le puits de carbone biosphérique ?

Net Ecosystem Exchange (NEE) obtenus à partir de - mesures de tour à flux (gris)

- inventaires de biomasse aérienne (noir)

Adapté d’Ometto et al. 2005

Bilan de C – Amazonie

ECOSYSTEMES NON PERTURBES

Bilan de C – Amazonie

ECOSYSTEMES NON PERTURBES

 Évolution future de la température

Pour l'Amazonie :

- augmentation de la température

- modification de la répartition de la pluviométrie au cours de l'année - diminution des stocks de C dans le sol

Modifications futures des stocks de carbone dans le sol

Modifications qui pourraient engendrer des modifications du fonctionnement (flux de C, N, eau) des écosystèmes forestiers tropicaux et de leurs bilans

Changements climatiques globaux

Questions

Quelle est l'influence des variations saisonnières du climat (alternance saison sèche / saison humide) sur les flux de CO

₂

entre l'écosystème forestier et l'atmosphère ?

Quelle est l’impact d’une saison sèche très marquée sur ce fonctionnement ?

Quel est le bilan annuel de C pour l’écosystème étudié ?

Guyane Française, forêt tropicale humide non perturbée Site expérimental de Paracou, concession du CIRAD-Forêt

Équateur 5°16'54''N 52°54'44'' W

Forêt mature, H = 35 m (arbres émergents à 45 m) Densité = 550 arbres ha^-1(dbh > 10 cm)

 180 espèces d’arbres différentes par ha (dbh>10 cm) Relief de petites collines (40 m) – Altitude ≈ 30 m

Dispositif Guyaflux

Dispositif Guyaflux

mis en place en 2003

http://ecofog.cirad.fr/fr/fonctionnement/guyaflux/

[ F-ORE-T ]

Observatoire de Recherche en Environnement Fonctionnement des écosystèmes forestiers

Guyaflux

Station météorologique (57 m)

Système de corrélations turbulentes (Li7500 + Li7000 + R3-50) avec HP200LX et Eddylogp (Alterra) (57 m)

Profil de CO

₂

(6 niveaux)

10 parcelles de 0.49 ha : 2950 arbres mesurés tous les 2 ans

Transect de 1 km avec 20 tubes TDR pour la caractérisation de l'humidité du sol (3 m) sur l’empreinte de la tour (ISWC)

Bacs à litière (40) pour caractériser la production hebdomadaire / annuelle

Chambres automatiques de

respiration du sol (8) de type fluxnet

canada

Transfert de masse par turbulence

respiration brute (R

_eco

) photosynthèse

brute (GPP)

h = 57 m

Principes de la mesure des flux

-

par la méthodes des corrélations turbulentes :

"Eddy correlations"

Flux nets de CO₂ entre écosystème et atmosphère (NEE)

R eco

GPP NEE  

Variation de stockage de CO₂ dans le couvert : accumulation nocturne et relarguage le matin

dt CO h d

F

NEE _CO ([ ])

* ²

2 



) ,

cov(

2

2

C w

F

_CO



_CO

Densité de flux verticale moyenne :

Analyseur IRGA

Anémomètre

sonique 3D

Bilan de C entre l’écosystème et l’atmosphère 2004-2007

-2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0

2004 2005 2006

 Stockage en moyenne de 1.5 tC ha^-1 an^-1 depuis 3 ans



Puits de carbone pour l’atmosphère

Flux de C entre l’écosystème et l’atmosphère Variations journalières de NEE

-40 -30 -20 -10 0 10 20 30

165.0 165.3 165.5 165.8 166.0 166.3 166.5 166.8 167.0

0 500 1000 1500 NEE 2000

Rayonnement solaire

Nuit Jour

PhotosynthèseRespiration nettenette

Jour

14-15 juin 2005

1 point correspond au flux net semi-horaire de NEE

Par définition, NEE négatif  stockage de C dans l’écosystème

Flux de C entre l’écosystème et l’atmosphère Variations saisonnières de NEE

-0.3 -0.2 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3

0 50 100 150 200 250 300 350

Time

Flux de C - -

NEEO (mol CO2 m-2 jour-1)

 Fortes variations saisonnières des échanges nets de C entre écosystème et atmosphère

 Alternance de périodes de stockage de C (saison sèche) et de déstockage (saison des pluies)

Puit de CSource de C

1 point correspond à la somme des flux nets de NEE sur 10 jours

Année 2005

-10 -5

0 5 10

0 10 20 30 40 50

semaine NEE (g Cm-2 jour-1 )

-10 -5 0 5

0 10 20 30 40 50

Séquestration Relarguage

-10 -5 0 5

0 10 20 30 40 50

Séquestration Relarguage

Exemple Année 2005

Guyane - Forêt Naturelle 5° Nord

France - Futaie de Hêtre 48° Nord

Séquestration Relarguage

semaine

semaine

Congo - Plantation d’Eucalyptus 4° Sud

NEE (g Cm-2 jour-1 ) NEE (g Cm-2 jour-1 )

Flux de C entre l’écosystème et l’atmosphère

Variations saisonnières de NEE

0 100 200 300 400 500 600 700 800

J F M A M J J A S O N D

2004 2005

10-year average

Variations saisonnières de la pluviométrie

Année 2004-2005

Variations saisonnières - Comparaison

saison sèche 2004 / 2005 / saison des pluies 2005

2004 2005 2005

Longue saison sèche Saison des pluies Longue saison sèche

Air Temperature (°C) 26.4 25.7 26.6

Soil Temperature (°C) 25.6 25.3 25.7

Wind Direction (°) 116.7 116.1 108.1

Wind Speed (m s^-1) 2.8 2.6 2.9

Atmospheric pressure (mbar) 1005.5 1006.3 1006.0

Rainfall (mm) 156.4 1473.4 66.8

VPD_d (kPa) 1.10 0.65 1.11

PPFD_d (mol_photon m^-2) 3888.6 2756.3 3677.1

Litter production (Mg_C ha^-1) 1.15 0.99 1.37

92 j consécutifs dans chaque saison

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

j-04 a-04 a-04 d-04 a-05 a-05 d-05

Variations saisonnières

Teneur en eau du sol 2004-2005

Indice de teneur en eau du sol sur l’empreinte de la t our à f lu x (m )

Mois

-1.6 -1.2 -0.8 -0.4 0.0 0.4 0.8

a s o n

8 9 10 11 12 13 14

a s o n

8 9 10 11 12 13 14

a s o n

Effet d’une saison sèche marquée sur NEE, GPP, R

_eco

GPPd(gC m-2 d-1 ) R ecod(gC m-2 d-1 )NEE d(gC m-2 d-1 )

2005 2004

Moyennes

mobiles sur 13j

Variations saisonnières Saison sèche 2004 / 2005

2004 2005 2005

Longue saison sèche Saison des pluies Longue saison sèche

Air Temperature (°C) 26.4 25.7 26.6

Soil Temperature (°C) 25.6 25.3 25.7

Wind Direction (°) 116.7 116.1 108.1

Wind Speed (m s^-1) 2.8 2.6 2.9

Atmospheric pressure (mbar) 1005.5 1006.3 1006.0

Rainfall (mm) 156.4 1473.4 66.8

VPD_d (kPa) 1.10 0.65 1.11

PPFD_d (mol_photon m^-2) 3888.6 2756.3 3677.1

Litter production (Mg_C ha^-1) 1.15 0.99 1.37

NPP_d (gC m^-2) -32.7 -9.0 -64.6

R_Ed (gC m^-2) 975.6 876.2 888.6

GPP_d (gC m^-2) 1008.4 885.2 953.2

 GPP et R_eco plus faibles en 2005 qu’en 2004

 Plus forte diminution de R_eco que GPP



2 fois plus de stockage de C en forte saison sèche 2005 !

92 j consécutifs dans chaque saison

Quels facteurs expliquent ces différences ?

1- Modifications des caractéristiques de la canopée ?

0 2 4 6 8 10

j-04 m-04 m-04 j-04 s-04 n-04 j-05 m-05 m-05 j-05 s-05 n-05

 Variations de production de litière ?

Production litière (Tc ha^-1 an^-1) ; Moyenne de 40 bacs à litière

6.0 6.5 7.0 7.5 8.0

6.0 6.5 7.0 7.5 8.0

LAI (Mars 2005)

LAI (Nov 2005) ---

 Variations de PAI ?

Moyenne ± SEM de 40 points par parcelle

Chablis PAI - Mars2005

PAI -Nov 2005

Quels facteurs expliquent ces différences ?

2- Effet de la disponibilité en eau du sol ?

-0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

Moyenne journalière de Teneur en eau dans le sol (260 cm)

Moyenne journalière de NEE - - Saison seche 2005

Les variations de NEE au cours de la

saison sèche

(ici 2005) sont expliquées principalement par :

 Les variations de la respiration de l’écosystème

 Les variations de teneur en eau dans le sol, avec interaction avec R_eco

ISWC (m)

Conclusions

La forêt de Paracou se comporte comme un puits de carbone :

(Approche corrélations turbulentes sur 4 ans)

1.5 tC ha

^-1

an

^-1

Stockage confirmé par l’observation de l’accroissement de la biomasse aérienne sur le site

(Approche inventaire sur 20 ans) :

0.7 tC ha

^-1

an

^-1

Les variations saisonnières du climat influencent les échanges de CO

₂

entre l'écosystème et l'atmosphère :

 En saison des pluies, le faible rayonnement solaire engendre une faible photosynthèse brute, avec une respiration de l'écosystème stable



alternance de périodes de source / puits de C pour l'atmosphère

 En saison sèche, fort rayonnement + faible diminution de GPP et plus forte diminution de R_eco en relation avec la diminution de la disponibilité en eau dans le sol



Stockage de carbone en saison sèche modérée



Stockage encore plus fort en saison sèche très marquée

Perspectives

 Comment se comporte l’écosystème pendant les périodes de transition : fort relarguage ? puits ?

 Quelle sera l’influence des changements climatiques sur le fonctionnement de l’écosystème forestier tropical humide ?

 Parmi les différents compartiments de l’écosystème, lesquels sont sensibles (en terme d’échanges gazeux) aux variations de disponibilité en eau ?

 Présentation C. Stahl sur les variations saisonnières de la

respiration du tronc

Merci de votre attention ...

Merci à Jean-Yves, Alexandre, Benoit, Jean-Marc(s), Daniel, …

Bonal et al. 2008 GCB in press