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The effect of drought on carbon storage capacity in a tropical rainforest of French Guiana

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Academic year: 2021

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HAL Id: hal-01269439

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Submitted on 3 Jun 2020

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The effect of drought on carbon storage capacity in a tropical rainforest of French Guiana

Maricar Aguilos, Benoît Burban, Jocelyn Cazal, Jean-Yves Goret, Bruno Herault, Damien Bonal

To cite this version:

Maricar Aguilos, Benoît Burban, Jocelyn Cazal, Jean-Yves Goret, Bruno Herault, et al.. The effect of drought on carbon storage capacity in a tropical rainforest of French Guiana. AGU Fall Meeting 2015, Dec 2015, San Francisco, United States. 2015, AGU. Fall Meeting. San Francisco: 14-18 December 2015. Transformative science for a sustainable future. �hal-01269439�

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The effect of drought on carbon storage capacity

in a tropical rainforest of French Guiana

Paper number: 

B33C­0671

Maricar Aguilos1, Benoit Burban1, Jocelyn Cazal1, Jean-Yves Goret1, Bruno Hérault2 and Damien Bonal3

1INRA Institut National de la Recherche Agronomique, UMR Ecologie des Forêts de Guyane, BP 316 Avenue de France Kourou Cedex, French Guiana 2CIRAD, UMR Ecologie des Forets de Guyane, BP 316 Avenue de France, Kourou Cedex, French Guiana and 3INRA, UMR EEF 1137, Champenoux, France

I. Introduction

II. Materials and Methods

French Guiana • Amazon basin plays an important role in the global carbon budget.  • It accounts for 15% of global photosynthesis and a major contributor to terrestrial carbon sink. • Unfortunately, this biome is facing threats  from drought.  • Amazon region had suffered two exceptional droughts in 2005 and 2010 (Xu et al., 2011 and Lewis et al., 2011) • Increasing occurrences of drought urge us  to study their impacts on terrestrial carbon budget. Objectives • Present the interannual and seasonal variations in carbon fluxes (GPP, RE, NEE) and carbon     balance at a tropical rainforest site in French Guiana and understand which climatic factors     influenced these fluxes; and • Determine the effect of severe drought events (2005­2010) on the CO2 fluxes using the     perfect­deficit approach. Hypothesis • Drought will cause significant impact to the carbon fluxes; and • Differences in solar radiation, air temperature, soil water content (rain) may explain differences   in GPP, RE and NEE among years or among seasons.

Study site

• French Guiana, South America – a tropical wet forest • 10 – 40 m above sea level; soils are nutrient­poor acrisol • Ave. rainfall is 3041 mm; ave. air temperature is 25.7°C  • Guyaflux experimental unit covers >400 ha of undisturbed forest • 620 tree ha­1 tree density (DBH >0.1 m); Tree species richness is 140 species  ha­1 ; Mean tree height is 35 m; emergent trees>40m 

The CO2 flux monitoring tower

• 55 m high   • 20 m higher than the overall canopy height • Atmospheric pressure • soil temperature • volumetric soil water content  • Vapor Pressure Deficit data were collected and compiled as 30 min averages or sums and  processed following the standard flux data processing, gap­filling  and analysis procedures. PCPC curve (perfect canopy photosynthetic capacity curve) perfect annual CPC curve CPC deficits

The Perfect Deficit Approach

(daily maximum ecosystem productivity in a given year)

(maximum ecosystem productivity during the entire record period e.g 10

years)

     Amazon forest − a very important carbon sequestering ecosystem did not escape from the wrath of droughts, two of which occurred in 2005 and 

2010. Thus, this study was conducted to elucidate how these dry spells alter the interannual and seasonal variations in carbon fluxes and verify the 

commonly­invoked notion that drought will create significant impact to the ecosystem’s productivity. Using an 11­year (2004–2014) eddy covariance 

flux and meteorological data, the relationships between potential productivity and droughts occurring in a tropical rainforest of French Guiana, South 

America were examined. A new method in determining disturbance effect called ‘perfect­deficit’ approach was also explored.  Surprisingly, the effect 

of drought in ecosystem productivity was observed to be subtle. The ecosystem even remained a net sink  all throughout  the  study period in an 

annual basis. Despite being the driest year, 2010 has  the highest gross primary  production (GPP). However,  there was large 

III. Results

Meteorological and flux data

• Air temperature and humidity • bulk rainfall • wind direction and speed • global and infrared incident and reflected   radiations  • incident and reflected photosynthetic   photon flux  density

Acknowledgment:

Jena platform, Labex CEBA,

Observatoire du Carbone, CPER-Guyaflux.

Maricar Aguilos is supported by an INRA grant.

IV. Conclusions

• CPC chart shows a subtle effect of drought on GPP.  • Despite being the driest year, 2010 has the highest GPP making it a remarkable record of  GPP for the decade.  • GPP is higher than RE all throughout the recorded timeframe, thus the ecosystem remains  a carbon sink.  • Dry periods have higher ecosystem productivity than wet periods.  • Solar radiation remain the key factors influencing the variations in ecosystem productivity.  • Reduced soil water content during dry periods only moderately reduce GPP

• Caution  must  be  taken  in  modeling  drought  effects  because  forests,  even  located  at  the 

same region, may respond differently with drought.  • How this rainforest will cope with the climate extremes in the long run is a worthy question  that needs to be answered, hence, must be closely monitored. 

Interannual variation in GPP, RE and NEE

Seasonal variation in GPP, RE and NEE

Drivers of ecosystem productivity and respiration  

wet

wet

dry

dry

dry

dry

Strong significant effect No significant effect

No significant effect Moderate effect With significant effect

Moderate effect

inter­annual variation  in net ecosystem exchange (NEE) from ­0.66 ± 0.50 tC ha­1 y­1 in 2004 to ­5.72 ± 0.50 tC ha­1 y­1 in 2009, with an average annual sink 

of around ­3.21 ± 0.50 tC ha­1 y­1. Seasonally, there were higher GPP and ecosystem respiration (RE) during dry than in wet seasons. Highest GPP occurred 

in 2010 which is the driest period from 2004­2014 across Amazonia. Global radiation (Rg) caused significant effect to GPP and RE during wet seasons but not 

during dry seasons. Weaker relationships between GPP or RE and soil water content (SWC) were observed when dry seasons were moderate but the effect 

was stronger during extreme dry seasons, thus requiring for a deeper understanding during these extreme drought years.  Modeling studies should therefore 

consider site­specific drought responses since it did not seem to negatively alter carbon fluxes in this Amazonian forest. Long­term observation is needed to 

examine closely how this ecosystem will respond to future drought incidents as these events are occurring more frequent and becoming severe. 

2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 CPC 20.9 23.6 27.3 26.9 26.4 25.6 18.5 18.6 21.5 26.4 35.3 Air temp 3.4 2.9 4.6 4.5 4.3 4.5 3.0 4.3 4.4 4.9 5.0 RH 1.3 3.2 4.0 4.9 4.9 5.3 4.6 4.4 3.8 3.6 3.5 Rg 14.4 16.7 18.6 17.2 18.7 17.9 18.2 16.8 14.9 17.3 17.1 Rain 76.8 75.7 72.3 72.3 77.2 76.7 71.6 73.3 74.6 73.6 78.1 VPD 23.2 21.5 24.6 23.0 19.4 22.2 21.6 23.9 23.6 29.0 29.9 PET 15.0 17.0 20.2 17.3 18.3 17.4 18.0 17.1 18.5 20.7 18.2

CPC and climatic parameters percent reduction from perfect values (%)

The CPC Chart

P C P C , C P C (g C m -2 d -1)

Day of the year

Abstra

ct

The critical time or extreme period in a year can be clearly identified through the perfect­deficit graphs. 

Any increase or decrease in CPC deficits would reflect the impact of extreme climatic events on the potential 

  productivity of the forest

dry wet dry wet dry wet dry wet dry wet dry wet

2004 26.3 25.3 78.9 84.2 250.4 189.0 260.4 2495.6 0.8 0.5 0.5 0.6 2005 26.4 25.6 78.0 82.2 252.1 187.2 70.0 3002.2 0.8 0.6 0.5 0.6 2006 26.2 25.2 78.0 82.1 247.5 175.9 214.8 3294.8 0.8 0.6 0.5 0.6 2007 26.2 25.3 77.5 81.0 248.8 178.6 312.7 3237.8 0.8 0.6 0.6 0.7 2008 26.4 25.1 76.8 80.1 252.6 178.9 92.4 2745.6 0.9 0.7 0.5 0.6 2009 26.2 25.4 77.4 80.4 252.5 185.8 183.2 2935.2 0.8 0.7 0.5 0.6 2010 26.6 25.7 77.4 81.0 248.7 183.4 93.8 3127.4 0.8 0.7 0.5 0.6 2011 26.2 25.4 78.6 80.7 244.5 197.8 107.8 3040.0 0.8 0.7 0.5 0.6 2012 26.2 25.0 77.9 82.2 254.3 187.8 80.2 3220.6 0.8 0.6 0.5 0.7 2013 26.2 25.4 79.1 81.8 252.9 193.3 69.6 2652.2 0.8 0.6 0.6 0.6 2014 26.3 25.4 79.9 82.0 256.9 188.9 69.2 2665.2 0.7 0.6 0.5 0.6 Rg (Wm-2) Rain (mm) VPD (kPa) SWC (m3m-3) Year Air Temp (°C) RH (%)

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