Effets des changements climatiques sur l’évolution des stocks de carbone organique des sols forestiers

1. Séminaire forêts et changements climatiques Effets des changements climatiques sur l’évolution des stocks de carbone organique des sols forestiers DESBOURDES Lola, FEBVRE Vinciane, JAVAUX Benjamin, THAUVIN Grégoire.

2. Introduction Introduction • Changement climatique : T, CO2, P • Zones d’étude : boréale, tempérée, méditerranéenne • Le sol dans le cycle du Carbone Séminaire forêts et changements climatiques - 09/01/09

3. Introduction Introduction Séminaire forêts et changements climatiques - 09/01/09

4. Introduction PLAN • Les mécanismes contrôlant le stock de COS • Température • CO2 • Précipitations • Bilan • Résultats de modèles Séminaire forêts et changements climatiques - 09/01/09

5. Décomposition T => activité des microorganismes (Fissore et al, 2008) dégel de pergélisols (Rodionov et al, 2007) Apports T => productivité (Reichstein, 2007) effet sur les communautés végétales (Saleska et al, 1999) Décomposition Production primaire Température Température Les mécanismes contrôlant le stock de COS Les mécanismes contrôlant le stock de COSTempérature décomposition > apports (latitudes froides) Séminaire forêts et changements climatiques - 09/01/09

6. Apports CO2 => productivité(Pendall et al, 2004 ; Reichstein, 2007 ; Lukac et al, 2008) Décomposition CO2 => décomposition (Pendall et al, 2004) Production primaire CO2 Les mécanismes contrôlant le stock de COS Les mécanismes contrôlant le stock de COSCO2 Séminaire forêts et changements climatiques - 09/01/09

7. Apports P => productivité (Reichstein, 2007) effet sur les communautés végétales (Mc Guire et al, 1995) Décomposition si déficit hydrique => décomposition (sauf tourbières) (Kurz-Besson et al, 2006 ; Reichstein, 2007) Production primaire Décomposition des P, mais fortes incertitudes et variabilités spatiales Quantité d’eau Quantité d’eau Les mécanismes contrôlant le stock de COS Les mécanismes contrôlant le stock de COSEau et précipitations Séminaire forêts et changements climatiques - 09/01/09

8. Les mécanismes contrôlant le stock de COS Les mécanismes contrôlant le stock de COSBilan • effets T et CO2 semblables • autres facteurs : azote, évènements extraordinaires, type de sol • importance des interactions entre facteurs • COS = apports - décomposition Séminaire forêts et changements climatiques - 09/01/09

9. Résultats de modèles Résultats de modèles • modèle statistique vs modèle fonctionnel • principe • étude du cycle entier ou d’une étape seulement, d ’un nombre variable de facteurs Séminaire forêts et changements climatiques - 09/01/09

10. difficultés de synthèse, mais... Résultats de modèles Résultats de modèles Séminaire forêts et changements climatiques - 09/01/09

11. Résultats de modèles Résultats de modèles • Globalement : décomposition et productivité végétale augmentent • Tendances : • Cas particulier des sols engorgés (tourbières) (Reichstein, 2007) Séminaire forêts et changements climatiques - 09/01/09

12. Conclusion CONCLUSION • Difficultés pour appréhender les interactions entre facteurs • Modélisation : bon outil localement, mais difficultés de synthèse • Incertitudes inhérentes au changement climatique • Importance des Pergélisols Séminaire forêts et changements climatiques - 09/01/09

13. Effets des changements climatiques sur l’évolution des stocks de carbone organique des sols forestiers Bibliographie • Aussenac G., Bonneau M., Landmann G., Troy J.-P. Evolution des sols et changements globaux : deux enjeux majeurs pour la durabilité des écosystèmes forestiers. Revue Forestière Française. 1996. Numéro spécial, p. 75-88. • Callesen, I., Liski J., Raulund-Rasmussen K., Olsson M. T., Tau-Strand L., Vesterdal L. et coll. Soil carbon stores in Nordic well-drained forest soils - relationships with climate and texture class. Global Change Biology. 2003, Vol.9, N° 3, p. 358-370. • Cao M., Woodward F. I. Dynamic responses of terrestial ecosystem carbon cycling to global climate change. Nature. 1998. Vol.393, p.249-252. • Fissore C., Giardina C. P., Kolka R. K., Trettin C. C., King G. M., Jurgensen M. F., Barton C. D., McDowell S. Douglas. Temperature and vegetation effects on soil organic carbon quality along a forested mean annual temperature gradient in North America. Global Change Biology. 2008. Vol.14, p.193-205. • Grant, R. F., Nalder I. A.. Climate change effects on net carbon exchange of a boreal aspen-hazelnut forest: estimates from the ecosystem model. Global Change Biology. 2000. Vol.6, N°2, p.183-200. • Kurz-Besson C., Coûteaux M.M., Berg B., Remacle J., Ribeiro C., Romanyà J., Thiéry J.M. A climate response function explaining most of the forest floor needle mass and the needle decomposition in pine forests across Europe. Plant and Soil . 2006. Vol.285, N°1/2, p.97-114. • Loustau D., Dewar R., Granier A., Nys C. La phase biosphérique forestière du cycle biogéochimique du carbone : ce que nous savons, ce que nous ignorons. Dans Stockage du carbone dans la biosphère continentale, Comptes rendus de l'académie d'agriculture de France. 2002. Vol.5. N°88, p.41-48. • Lukac M., Lagomarsino A., Moscatelli M. C., De Angelis P., Cotrufo M. F., Godbold D. L. Forest soil carbon cycle under elevated CO2 – a case of increased throughput?. Forestry. 2008 (Forestry Advance Access published online on September 16, 2008). doi:10.1093/forestry/cpn041 • McGuire A.D., Melillo J.M., Kicklighter D.W., Joyce L.A. Equilibrium responses of soil carbon to climate change: empirical and process-based estimates. Journal of Biogeography. 1995. N° 22, p. 785-796. Séminaire forêts et changements climatiques - 09/01/09

14. Effets des changements climatiques sur l’évolution des stocks de carbone organique des sols forestiers Bibliographie • Mäkipää R., Karjalainen T., Pussinen A., Kellomäki S. Effects of climate change and nitrogen deposition on the carbon sequestration of a forest ecosystem in the boreal zone. Canadian Journal of Forest Research. 1999. N°29, p. 1490-1501. • Pendall E., Bridgham S., Hanson P. J., Hungate B., Kicklighter D. W., Johnson D. W., Law B. E., Luo Y., Megonigal J. P., Olsrud M., Ryan M. G., Wan S. Below-ground process responses to elevated CO2 and temperature: a discussion of observations, measurement methods, and models. New Phytologist. 2004. Vol. 162, N° 2, p. 311-322. • Reichstein, M. 2007. Impacts of climate change on forest soil carbon: principles, factors, models, uncertainties. In : Forestry and climate change. Oxford : CABI Publishing, 2007. p.127-135. • Rodionov A., Flessa H., Grabe M., Kazansky O.A., Shibitova O., Guggenbergen G. Organic carbon and total nitrogen variability in permafrost-affected soils in a forest tundra ecotone. European Journal of Soil Science. 2007.Vol.58, N°6, p.1260-1272. • Sacks, W. J., Schimel D. S., Monson R. K.. Coupling between carbon cycling and climate in a high-elevation, subalpine forest: a model-data fusion analysis. Oecologia. 2007. Vol.151, N°1, p.54-68. • Saleska SR, Harte J, Torn MS. The effect of experimental ecosystem warming on CO2 fluxes in a montane meadow. Global Change Biology. 1999. Vol.5, N°2, p.125-141. • Schlesinger W. H., Lichter J. Limited carbon storage in soil and litter of experimental forest plots under increased atmospheric CO2. Nature. 2001. Vol.411, p.466-469. • Wickland K.P., Neff J.C. Decomposition of soil organic matter from boreal black spruce forest: environmental and chemical controls. Journal of Biogeochemistry. 2007. Vol.87, N°1, p.29-47. Séminaire forêts et changements climatiques - 09/01/09

15. Les mécanismes contrôlant le stock de COS Les mécanismes contrôlant le stock de COSEffet de l’azote Mäkipää et al, 1999