Les forêts : Réservoir de Carbone ? Illustration avec différents écosystèmes

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Les forêts : Réservoir de Carbone ? Illustration avec

différents écosystèmes

Damien Bonal, Laurent Saint-André

To cite this version:

Damien Bonal, Laurent Saint-André. Les forêts : Réservoir de Carbone ? Illustration avec différents écosystèmes. Salon International de l’Agriculture, Feb 2008, France. 21 p. �hal-01032109�

(2)

Les Forêts : Réservoir de Carbone ?

Illustration avec différents écosystèmes

Damien Bonal

, INRA Kourou, UMR Écologie des Forêts de Guyane

Laurent Saint-André

, CIRAD, UPR Écosystèmes de Plantations

Avec l’aide de nombreux contributeurs de l’Inra (ex. André Granier), du Cirad (Y. Nouvellon, C. Marsden, O. Roupsard, JM. Harmand), et de partenaires à l’étranger (UR2PI, ESALQ, USP etc…)

Forêt tropicale humide

Forêt tempérée

Plantation Eucalyptus

(3)

Qu’est ce qu’un écosystème forestier ?

- Des stocks et flux de matières (C, H

₂

0, Minéraux)

- Des dynamiques de populations (Arbres, Populations microbiennes, etc..)

qui interagissent avec deux matrices (Atmosphère et Sol)

Ils sont soumis à une anthropisation plus

ou moins marquée

Dépôts atmosphériques Absorption directe Matières organiques du sol Chutes de litières Restitutions souterraines

Nutrition hydrique et minérale

Drainage Apports

(fertilisants et fixation) _{Décomposition des litières}

Biomasse, minéralomasse Roche Mère Sol Atmosphère Altération Bio- disponibilité Remontées capillaires

Ils sont complexes, verticalement,

(4)

Cycle du carbone dans un écosystème forestier ?

GPP

=

Production

Primaire Brute

Photosynthèse

R

_eco

=

Respiration de

l’écosystème

Respiration

Rh =

Décomposition

des litières

Rs

=

Respiration du

Sol

Ra

=

Respiration

Autotrophe

Net Ecosystem Exchange : NEE = GPP – Reco

NPP = GPP – Ra

= Production primaire nette

AR=

(turnover

racinaire et

exsudats)

Drainage

L=

Chutes de

litières

BC = L+AR-Rh

- Drainage

= Balance du Carbone dans le Sol

Séquestration ou Rejet net de C

(5)

Notion 1 :

Croissance

du peuplement

tC

/ha

Années

Stockage

fort

Stockage

faible

Régénération plantation

Carbone stockéen permanence dans le massif forestier Arbres (aérien/souterrain) / Litière / Sol

Et son corollaire,

le réservoir permanent dans un massif

Temps

tC/ha

Développement de la surface occupée par la forêt

(6)

tC

/ha

Années

Notion 2 : le produit forestier

Eclaircies, Exploitation à faible impact en forêt dense tropicale, etc…)

Produits forestiers avec une durée de vie

définie, stockage plus ou moins long

Et son corollaire, impact de la gestion

- sur la fonction de stockage (augmentation ou

diminution des flux)

ou

- sur le réservoir de carbone que constituent les

forêts (augmentation ou diminution du stock)

Et/Ou bois énergie,

comme substitution à du pétrole,

ou qui permet d’éviter la déforestation

des forêts naturelles

Ou Exploitation totale (en fin de rotation pour la plupart des massifs gérés)

(7)

Bilan de Carbone

dans l’écosystème

Génétique

(efficience des essences)

_{(coupe, fertilisation)}

Sylviculture

Climat

changements à long terme (CO

₂

, température, pluie)

Aléas à court terme (sécheresse, tempête)

Milieu au sens large

(fertilité)

Facteurs majeurs influençant les bilans de carbone dans un écosystème

Notion de VARIABILITE,

de SENSIBILITE,

et de VULNERABILITE

des bilans des écosystèmes

aux facteurs

(8)

Séquestration de carbone dans un écosystème forestier ?

Trois exemples pour illustrer les problématiques inhérentes :

• Changement d’usage des terres

• Influence des changements climatiques

• Impact de la gestion

• Conservation de la biodiversité

Forêt tropicale humide Forêt tempérée

Plantation Eucalyptus

(9)

Les tours à flux : des dispositifs de mesure de haute technologie

Capture du

CO

₂

atmosphérique

(GPP)

Respiration de

l’écosystème

(Re)

NEP (Net Ecosystem Production)

=

ΣNEE

Re

est obtenu à partir des mesures de

flux (NEE) réalisées la nuit (pas de

photosynthèse). Cette respiration inclut

différentes composantes (arbres,

décomposition de la litière..)

GPP

est obtenue à partir de

NEP

et

Re

NEP

=

GPP

– Re

Mesures par

«

corr

é

lations turbulentes

»

des flux de CO

(10)

-10 -5 0 5 10 0 10 20 30 40 50

semaine

Variabilité saisonnière du bilan de carbone

NEE (g

C

m

-2

jou

r

-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

Congo - Plantation d’Eucalyptus

4° Sud

NEE (g

C

m

-2

jou

r

-1

)

NEE (g

C

m

-2

jou

r

-1

)

(11)

-10 -5 0 5 10 0 10 20 30 40 50 60

Origine de la variabilité intra annuelle du bilan de carbone

Guyane (Forêt Naturelle)

Congo (Plantation d’Eucalyptus)

• Les variations saisonnières de NEE sont

expliquées très largement par les différences

d’ensoleillement (saison sèche / saison des

pluies)

-10 -5 0 5 10 0 10 20 30 40 50 60 Séquestration Relarguage

Rayonnement journalier (PAR m

-2

_j

-1

₎

Rayonnement journalier (PAR m

-2

_j

-1

₎

NEE (gC m

-2

_j

-1

₎

Séquestration Relarguage

Saison des pluies

Saison sèche

(12)

Origine de la variabilité intra annuelle du bilan de carbone

Guyane (Forêt Naturelle)

4 5 6 7 8 9 10 11 1 1.5 2 2.5 3 3.5

Soil water content (%)

S o il C O 2 ef fl ux (μ mo l m -2 s -1 ) measured simulated Eq. 1 simulated Eq. 2

Congo (Plantation d’Eucalyptus)

• Les variations saisonnières de la respiration de l’écosystème (R

_eco

) sont

expliquées principalement par l’humidité du sol. La diminution de R

_eco

en

saison sèche est fortement liée à la diminution de la respiration du sol

Reco

(g

C

m

-2

j

-1

)

10.8 8.8 0 2 4 6 8 10 12

Début saison sèche Fin de saison sèche

Respiration de l’

écosystème

Respiration du sol

(13)

Variabilité interannuelle du bilan de carbone

-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 NEE GPP Reco

• Séquestration annuelle de carbone dans l’écosystème

Moyenne de -3.9 ± 1.7 t

_C

ha

-1

_an

-1

• Accumulation principalement dans la biomasse aérienne

c.à.d. Croissance des arbres

• Forte variabilité interannuelle de ce bilan

Rapport de 1 à 7

NEE (t

C

ha

-1

an

-1

)

France (Futaie de Hêtre)

Guyane (Forêt Naturelle)

-5 -2.5 0 2.5 5 2004 2005 2006 NEE

Séquestration

Émission

• Séquestration annuelle de carbone dans l’écosystème

Moyenne de -1.5 t

_C

ha

-1

_an

-1

• Accumulation à raison de 50% dans la biomasse aérienne

c.à.d. augmentation du nombre d’arbres et de

leur taille moyenne

• Faible variabilité interannuelle de ce bilan

Séquestration

Émission

NEE (t

C

ha

-1

an

-1

)

(14)

Origine de la variabilité interannuelle du bilan de carbone

• Respiration et photosynthèse brute évoluent différemment dans le temps

9 Augmentation de GPP avec l’âge, mais arrêt en 2003

9 Variations de R

_eco

difficilement expliquées

France (Futaie de Hêtre)

t

C

ha

-1

an

-1 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 NEE GPP Reco

Séquestration

Émission

(15)

Origine de la variabilité interannuelle du bilan de carbone

France (Futaie de Hêtre)

t

C

ha

-1

an

-1 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 NEE GPP Reco

Séquestration

Émission

S+E S E SS S S+E

S : Sécheresse estivale

E : Eclaircie

• Forte influence du stress hydrique estival sur GPP et le bilan annuel

• Pas d’influence observée d’une éclaircie sur GPP ou le bilan annuel

(16)

2- Dans un peuplement de 3-4 ans

1- A la plantation

Pas d’effet de la préparation du site (herbicide ou cover-crop) sur la respiration du sol

R

_e

(13.7)

NEP

(4.7)

GPP

(18.4)

R

_so_l

(11.1)

R

_aa

(2.6)

R

_h

(7.0)

R

_ar

(4.1)

Compartiment

∆S Prod. De _Litières _tMS/ha/anNPP _tC/ha/anNPP

Bois _8.6 _1.4 _10.0 _5.0 Feuilles 0.1 4.8 4.8 2.4 Total Aérien _8.7 _6.2 _14.8 _7.4 Total souterrain 2.4 5.1 7.5 3.8 TOTAL 11.1 11.3 22.3 11.2

Influence du changement d’usage des terres sur le bilan de carbone

Congo (Plantation d’eucalyptus)

Concordance des méthodes

(17)

Exportation de carbone = 36.7 tC ha

-1

soit une production moyenne de bois de 5.2 tC ha

-1

_an

-1

3- A l’exploitation

4- Bilan général : Conséquence de l’afforestation

Augmentation des stocks de carbone = 28.8 tC ha

-1

• 24.4 tC ha

-1

_{dans la biomasse sur pied}

• 4.4 tC ha

-1

_{dans la litière au sol}

• 0.0 tC ha

-1

_{dans les sols}

sous réserve d’une gestion raisonnée (éviter les feux, conservation des rémanents,

durée de la rotation respectée)

Congo (Plantation d’eucalyptus)

(18)

Variabilité du bilan de carbone selon le clone d’Eucalyptus

Congo (Plantation d’eucalyptus)

R

_e

(13.7)

NEP

(4.7)

GPP

(18.4)

R

_so_l

(11.1)

R

_aa

(2.6)

Clone N°1 : Pf1

R

_e

(18.5)

NEP

(10.6)

GPP

(29.1)

R

_so_l

(10.5)

R

_aa

(8.0)

Clone N°2 : UxG

• Séquestration de carbone doublée chez le clone N°2, grâce notamment à une

meilleure efficience vis à vis de l’eau (g de C séquestré par g d’eau consommé)

(19)

Conclusions - Perspectives

Oui, les écosystèmes forestiers sont un réservoir de carbone et

stockent aujourd’hui plus de carbone qu’ils n’en rejettent :

PUITS DE CARBONE POUR L’ATMOSPHERE

Les composantes du bilan (NEP = GPP - R

_eco

) ne sont pas nécessairement

pilotées par les mêmes facteurs et peuvent donc répondre de façon différente à

une perturbation donnée (anthropique ou naturelle)

Les trois sites étudiés illustrent que :

Cette complexité nécessite une intégration progressive des informations

dans des modèles (Utilisation des réseaux, couplage entre observations et manipulation des

écosystèmes, méta-analyses) pour répondre aux questions de la société :

• Changement d’usage des terres et Mécanismes de Développement Propre

• Forêt naturelle et Dégradation/Déforestation évitée

(20)

Des approches multi-cycles…

Carbone

8 Eau

8 Éléments minéraux

8 Séquestration de C par les peuplements forestiers ?

Quantité (et la qualité) des eaux ?

Fertilité des sols ?

Des cycles

intimement liés

Qui dépendent étroitement de la gestion

Ainsi que des aléas climatiques (sécheresse, tempête, rayonnement)

et des changements à long terme (CO

₂

, température)

(21)

Et nécessairement interdisciplinaires…

Ecophysiologie

Agronomie

Biométrie

Biogéochimie

Sciences du sol

Microbiologie

Écophysiologie

Agronomie

Biométrie

Biogéochimie

Sciences du sol

Microbiologie

Cycle H2O

Cycle C

Cycle Minéraux

L’avenir….

(22)

Merci de votre attention

Marsden C., Nouvellon Y., Thongo M’Bou A., Saint-André L., Jourdan C., Kinana A., Epron D. 2008. Two independent estimations of stand

level root respiration on clonal Eucalyptus stands in Congo: up scaling of direct measurements on roots versus the trenched-plot technique.New Phytologist, 177 (3), 676-687.

D’Annunzio R., Conche S., Landais D., Saint-André L, Joffre R., Barthes B., 2008 Pairwise comparison of soil organic particle-size

distributions under native savannahs and Eucalyptus plantations in Congo.Forest Ecology and Management 255:1050-1056.

Bonal D, Bosc A, Goret JY, Burban B, Gross P, Bonnefond JM, Elbers J, Longdoz B, Ponton S, Epron D, Guehl JM, Granier A (2008) The

impact of severe dry season on net ecosystem exchange in the Neotropical rainforest of French Guiana. Global Change Biology, sous

presse.

Granier A, Reichstein M, Bréda N, Janssens I, Falge E, Ciais P, Grünwald T, Aubinet M, Berbigier P, Bernhofer C, Buchmann N, Facini O, Grassi G, Heinesch B, Ilvesniemi H, Keronen P, Knohl A, Köstner B, Lagergren F, Lindroth A, Longdoz B, Loustau D, Mateus J, Montagnani L, Nys C, Moors E, Papale D, Peiffer M, Pilegaard K, Pita G, Pumpanen J, Rambal S, Rebmann C, Rodrigues A, Seufert G, Tenhunen J, Vesala T, Wang Q (2007) Evidence for soil water control on carbon and water dynamics in European forests during the extremely dry

year: 2003.Agricultural and Forest Meteorology, 143, 123-145.