Bilans d'eau, de carbonne, et croissance des hêtraies de plaine

(1)

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Submitted on 7 Jun 2020

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André Granier, Marianne Peiffer, Olivier Bouriaud, Nathalie Bréda, Patrick Gross, Noël Le Goff, Bernard Longdoz, Jérome Ngao, Jean Marc Ottorini,

Claude Nys

To cite this version:

André Granier, Marianne Peiffer, Olivier Bouriaud, Nathalie Bréda, Patrick Gross, et al.. Bilans d’eau, de carbonne, et croissance des hêtraies de plaine. Journées Scientifiques et Techniques de l’INRA, Jun 2003, Champenoux, France. 35 p. �hal-02830201�

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Bilans d

Bilans d ’ ’ eau, de carbone, et eau, de carbone, et croissance des h

croissance des h ê ê traies de plaine traies de plaine

AndrAndréé GRANIER*, INRAGRANIER*, INRA-Nancy, Marianne PEIFFER,-Nancy, Marianne PEIFFER,

Olivier BOURIAUD, Nathalie BRÉDA, Patrick GROSS, Noël LE GOFF, Bernard LONGDOZ, Jérôme NGAO, Jean-Marc OTTORINI,

Claude NYS

* UMR INRA-UHP Écologie et Écophysiologie Forestières, F-54280 Champenoux

(3)

• Analyser la structure et la croissance de deux hêtraies de plaine

• Établir et comparer leurs bilans de masse et d’énergie

• Quantifier les conditions de croissance de ces peuplements : le climat et les

contraintes édaphiques

Objectifs

(4)

Structure des peuplements

(5)

avant éclaircie après éclaircie

age (ans) 30 30 36

densité (n/ha) 4260 1088 3144

surface terrière (m2/ha) 27.3 13.5 21.6

hauteur moyenne (m) 12.4 14.6

hauteur dominante (m) 14.8 17.9

circonférence moyenne (cm) 25 41 26

indice foliaire (litières) 7.4 7.6

biomasse (t MS/ha) 167 86 137

accroissement biomasse (t MS/ha/an)

à calculer sur 1997-1999 8.9 (1996-1998)

10.1 (2000-2002) 9.7 (1999-2002)

enlevé par éclaircie

en 1999 29

en 2003 80

total biomasse 167 167 166

Fougères

fin 2002 Hesse

Caractéristiques des deux peuplements

Fougères (35): FOU-2 ; Hesse (57) : Hesse-1

0 100 200 300 400

0 20 40 60 80

circonférence (cm)

biomasse/arbre (kg)

codominants +94%

dominants +74%

(6)

0 2 4 6 8 10

00-10 10-20 20-30 30-40 40-50 50-60 60-70 70-80 >80 classe circonférence (cm)

G m2/ha

Fougères avant éclaircie Fougères après éclaircie Hesse

Histogramme des tiges en classes de circonférence

(7)

Questions

• estimation de la biomasse totale et de son accroissement par compartiments :

analyses de tiges et tarifs de biomasse

(8)

Relations allométriques chez le hêtre:

comparaison de 3 sites européens

0 100 200 300 400 500

0 20 40 60 80 100

biomasse totale (kg)

Fougères (Nys)

(9)

0 100 200 300 400 500

0 20 40 60 80 100

Fougères (Nys) Hesse (Ottorini &

Le Goff)

(10)

0 100 200 300 400 500

0 20 40 60 80 100

Fougères (Nys) Hesse (Ottorini &

Le Goff) Santaregina (1997)

(11)

age (ans) 30 30 36

densité (n/ha) 4260 1088 3144

biomasse (t MS/ha) 167 86 137

à calculer sur 1997-1999 8.9 (1996-1998)

10.1 (2000-2002) 9.7 (1999-2002)

en 1999 29

en 2003 80

total biomasse 167 167 166

Fougères

fin 2002 Hesse

(12)

age (ans) 30 30 36

densité (n/ha) 4260 1088 3144

biomasse (t MS/ha) 167 86 137

à calculer sur 1997-1999 8.9 (1996-1998)

10.1 (2000-2002) 9.7 (1999-2002)

en 1999 29

en 2003 80

total biomasse 167 167 166

Fougères

fin 2002 Hesse

(13)

Climat et bilan hydrique

(14)

Questions

• similitudes vs. différences climatiques et édaphiques déterminant les conditions

du développement et de la croissance

(15)

Climat et contrainte hydrique

Fougères

1997-2002 1996-2002 1950-2002

climat :

Tair (°C) 11.2 9.9 8.9

précipitations (mm) 1083 989 857

N gel ⁵ ³¹ ³⁴

rayonn. global (kJ m-2) 3588 3940 3872

bilan hydrique :

transpiration (mm) ²²³ ²⁶³ ²²²

interception (mm) 137 157 145

NJ stress ¹⁶ ³⁵ ³¹

stress moyen 4.3 10.4 10.2

drainage mm) 729 559 462

Hesse

(16)

Climat et contrainte hydrique

Fougères

1997-2002 1996-2002 1950-2002

climat :

Tair (°C) 11.2 9.9 8.9

précipitations (mm) 1083 989 857

N gel ⁵ ³¹ ³⁴

rayonn. global (kJ m-2) 3588 3940 3872

bilan hydrique :

transpiration (mm) ²²³ ²⁶³ ²²²

interception (mm) 137 157 145

NJ stress ¹⁶ ³⁵ ³¹

stress moyen 4.3 10.4 10.2

drainage mm) 729 559 462

Hesse

(17)

Questions

• quel est l’impact des différences de structure des deux peuplements sur leur bilan hydrique ?

(18)

--- Hesse --- Fougères

0 1 2 3

174 175 176

jour (2002) densité de flux de sève (l dm-2 h-1 )

Les mesures de flux de sève réalisées sur des tiges de

différents diamètres (Hesse n=10, Fougères n=7) sont situées dans une gamme similaire pour les arbres dominants.

(19)

0 0.2 0.4

177 178 179 180 181 182 183 184 185 jour (2002)

T (mm h-1 )

Hesse Fougères

… de même à l’échelle du peuplement:

maximum 0.35-0.40 mm/heure

(20)

0 1 2 3 4 5

130 150 170 190 210 230

jour (2002) T, ETM (mm jour-1 )

ETM Fougères T Fougères

Modèle de transpiration calibré à Hesse et appliqué à Fougères (ETM), comparé aux mesures (T)

Interception des précipitations : analyse en cours

(21)

Conditions édaphiques : fréquence et intensité des stress hydriques au cours des 7 dernières années à Hesse et à Fougères

0 10 20 30 40

1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002

indice stress hydrique (mm)

Hesse Fougères

(22)

Bilan de carbone et

croissance

(23)

Questions

• quelles sont les composantes du bilan annuel de carbone (Hesse seulement)

• quelles sont ses variations inter- annuelles et leur déterminisme ?

(24)

Le bilan net de carbone (NEE) rés lte de la différence

entre deux flux: l’assimilation photosynthétique (GPP) et la respiration de l’écosystème (Reco).

Ici, 7 années de mesures à Hesse. Flèche rouge: éclaircie

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

1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002

t C ha-1 an-1

NEE GPP Reco

Reco

GPP

NEE

(25)

0 1 0 2 0 3 0 4 0

1 9 9 6 1 9 9 7 1 9 9 8 1 9 9 9 2 0 0 0 2 0 0 1 2 0 0 2

indice de stress (mm)

-8%

-18%

-19%

-5%

-17%

0 1 2 3 4

1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 réduction de GPP (t C ha-1 )

Effet des contraintes hydriques sur l’assimilation brute de carbone à Hesse. Utilisation d’un modèle « couvert » calibré sur les mesures de flux de CO₂.

(26)

10 12 14 16 18

0 10 20 30 40

indice de stress hydrique accroissement biomasse (t ha-1 an-1 )

L’accroissement annuel total du peuplement dépend de façon très significative (r²=0.72) du stress hydrique subi pendant la saison de végétation (Hesse 1996-2002)

(27)

Questions

• quelles est la relation entre le bilan net de carbone et la croissance du

peuplement ?

(28)

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

Il y a une divergence entre l’augmentation de biomasse totale du peuplement et le flux net de carbone cumulé (Hesse 1996-2002)

(29)

respiration totale

64%

exportations bois fort

8%

accr. bois fort

15%

accr. racines 8%

accr.

branches 5%

Devenir du carbone assimilé par le peuplement de Hesse.

Estimation annuelle sur la période 1996-2002.

(30)

GPP n=7 % variance expliquée variable explicative :

nombre de jours de stress 50.7

LAI 21.6

total 72.3

Analyse statistique des variations inter-annuelles de l’assimilation brute GPP à Hesse (1996-2002)

(31)

Conclusion

• fortes similitudes des fonctions du bilan hydrique… mais différences climatiques

importantes entre les deux sites

• bilan de carbone vs. croissance: divergences parfois importantes

• accroissement annuel total vs. bois fort

• fertilité des stations :

1. effet majeur des contraintes hydriques et du LAI sur les bilans d’eau et de carbone, donc la

croissance

2. effets de l’alimentation minérale et des dépôts azotés ?

(32)

(33)

Hesse

age (ans) 31 31 36

densité (n/ha) 4260 1088 3144

indice foliaire (LAI-2000) 8.2 8.2

biomasse (t MS/ha) 167 86 137

15.2 (1996-2000) 8.9 (1996-1998)

15.2 (2001-2002) 9.7 (1999-2002)

avant 1995 20 ?

en 1995 15.7

en 1999 29.1

en 2003 80

total biomasse 167 167 202

Fougères fin 2002

(34)

coefficientcoefficientcoefficientcoefficient % variance % variance % variance % variance expliquée expliquée expliquée expliquée toutes les années (n=7)

toutes les années (n=7) toutes les années (n=7)

toutes les années (n=7) constante

constante constante

constante ----926926926926 Indice stress hydrique

Indice stress hydrique Indice stress hydrique

Indice stress hydrique 10.3 10.3 10.3 10.3 43434343 LAILAI

LAILAI --90.3--90.390.3 90.3 26262626 total

total total

total 69696969

sans 1999 (n=6) sans 1999 (n=6) sans 1999 (n=6)

sans 1999 (n=6) constante

constante constante

constante ----614614614614 LAI

LAI LAI

LAI ----228228228228 73737373 RecoReco

RecoReco 0.68 0.68 0.68 0.68 17171717 Indice stress hydrique

Indice stress hydrique Indice stress hydrique

Indice stress hydrique 4.374.374.374.37 777 7 total

total total

total 97979797

Analyse statistique des variations inter-annuelles de l’assimilation brute GPP à Hesse (1996-2002)

(35)

0 1 2 3

0 10 20 30 40

vpd (hPa) gc (cm s-1 )

gc Hesse gc Fougères

… ceci à cause des valeurs très proches de conductance du couvert pour la vapeur d’eau (gc) sur les deux parcelles

(36)