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Changements de la productivité
et de la fertilité des forêts
Laurent Saint-André (INRA)
Jean-Daniel Bontemps (IGN)
Biogéochimie des Ecosystèmes forestiers
Laboratoire d’Inventaire Forestier
CRFB, 19 novembre 2016
2
PNFB – quelques éléments de contexte
� Mobilisation de la ressource forestière
� Durabilité environnementale (avis de l’Autorité environnementale)
� Impact du CC, politiques d’adaptation des forêts
� durabilité de la production, maintien de la fertilité des forêts
3
Changements de la productivité forestière
1
Région « Grand-Est »
4
Essences Stock sur pied %
Hêtre 66 Mm3 17
Chêne sessile 59 Mm3 15
Chêne pédonculé 48 Mm3 13
Epicéa 45 Mm3 12
Sapin pectiné 43 Mm3 11
Pin sylvestre 18 Mm3 5
TOTAL 387 Mm3 73%
� 390 Mm3 bois, 15% du stock national, importance des feuillus
� résineux : épicéa, sapin, pin sylvestre
1
1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
2.2
Bontemps et al. (2011, 2012)
Changements de productivité hêtre/chêne sessile(+) et plus marqués dans le NE
C1
C2
C3
C4/H2
H1
H2
H1
C1
C2
C3
C4
5
1
1900 1920 1940 1960 1980 2000
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8Hêtre - Nord-EstEpicéa - Nord-Est
Epicéa dans le NE: une tendance semblable
6
Bontemps et al. (2014)
1
Pinto et al. (2007)
Saturation en azote, acidification
7
� Hêtre et sapin dans l’Est
� Effet (-) de l’aluminium
� Effet (+) du phosphore
� Sapin
� Déclin dans contextes les + acides
� Période récente
1
1950 1960 1970 1980 1990 2000
Date
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
2.2
C1
C2C3
C4
Bontemps et al. (2012)
1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000
-2
-1
0
1
2Anomalies Tmoy
15.3
15.3
14.314.6
Tmean 4-9 (°C)
C1
C2
C3
C4
� Chêne : corrélation (+) avec Tmin SV, pas observé sur le hêtre
8
Rôle des températures, effet du réchauffement1
Analyse des changements de croissancerécents à partir des observations IFN
9
1
Charru et al. (2016)
Des variations spécifiques très marquées
� +40% à -15% sur la période 1980–2005
10
1
Des associations fortes avec le climat moyen et le réchauffement climatique
11
700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400
Annual precipitation (mm)
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
1.3
1.4Pa
Aa
Ps
FsQr
Qp
Qpu
Ph
Rel
ativ
e ch
ange
in B
AI (
BA
Ich
g, n
o un
it)
b
0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
1.3
1.4
Rel
ativ
e ch
ange
in B
AI (
BA
Ich
g, n
o un
it)
Pa
Aa
Ps
FsQr
Qp
Qpu
Ph
Pa
Aa
Ps
FsQr
Qp
Qpu
Ph
Change 1982-2007 in annual temperature (°C)
X minimal temperatureX mean temperature
d
7 8 9 10 11 12 13
Mean annual temperature (°C)
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
1.3
1.4
Pa
Aa
Ps
Fs Qr
Qp
Qpu
PhRel
ativ
e ch
ange
in B
AI (
BA
Ich
g, n
o un
it)
a
Charru et al. (2016)
� transition dans les forçages de la productivité ?
1
Projection de productivité sous CC
Modèles statistiques, données IFN, scénario Arpège, A1B, tendances nationales
Espèce Changement (100 ans)
Sapin pectiné 27.9%
Chêne sessile 2.5%
Epicéa 0.7%
Chêne pédonculé 0
Hêtre -15.4%
Pin sylvestre -34.4%
� Inférence fortement espèce-dépendante, illustrations…
12
1
Productivité du sapin pectiné (A1B)
13
10 20 30 40
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
H0 / 0.3547
Del
taG
023
0.5 1.0 1.5
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
RDI / 0.0993
Del
taG
018
14 16 18 20
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
T_5y_s3 / 0.2551
Del
taG
021
150 250 350 450
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
Ptot_5y_s3 / 0.096
Del
taG
019
H0 RDI Tsum Psum
Productivité
20352025 20452015
20752055 20852065
Bontemps et Merian (2015)
1
Productivité du hêtre (A1B)
en retrait en France, stable dans le NE
14
2035 204520252015
20752055 20852065
Bontemps et Merian (2015)
1
15
0,8
0,9
1
1,1
1,2
2000 2020 2040 2060 2080 2100
Pro
duct
ivité
Date
Alsace
Lorraine
Bontemps et Merian (2015)
Productivité du hêtre (A1B) dans le NE
1
16
Messages - clés
� Evolution (+) et ancienne de la productivité, rôle de N (acidification)
� Une évolution plus récente pilotée par le CC
� Favorable pour les résineux de montagne, les feuillus thermophiles
� Evolutions récentes, projections : forte variabilité inter-espèce
� Divergence entre indicateurs, interprétation des modèles de niche ?
� Outil de monitoring continu des impacts du CC centré sur l’IFN
17
Changements de la fertilité forestière2
18
2
Une fertilité dans un contexte de transition
Transition climatique
� Augmentation de T (contextes T-contraints, minéralisation)
� Baisse de l’eau disponible (essences efficientes pour l’eau)
Transition industrielle
� Émission de composés polluants, en diminution
� Baisse parallèle des apports en cations nutritifs
Transition énergétique
� Besoins accrus en bois (houppiers, plantations dédiées, forêts non-gérées)
� Besoins nouveaux en bois (bio-combustible, bio-XXXX) → bioéconomie
19
2
SO2
1965 2009
Emissions métropolitaines Dépôts sur sites instrumentés
Légout et al, 2011; Jonard et al. 2012; Van der Heijden et al. 2013
NOx
1965 2009
20
2
SO2
1965 2009
Emissions métropolitaines
� Baisse des émissions (S > NOx)
� Baisse des dépôts acidifiants (S, N, H)
� Egalement baisse des cations (Ca, Mg)
NOx
1965 2009
� Des nouvelles bonnes et moins bonnes…
Une acidification qui ralentit…
… des améliorations en contexte non acide
21
2
� milieux acides
Riofrio et al. (2014)
� autres milieux
Une baisse des dépôts
identifiée dans les solutions du sol
22
2
Ca
K
Mg
SO4
NO3 Al
pH� Effet « retard » des dépôts S (Vosges)
� Drainage des cations encore actif
Effet conjugué des dépôts atmosphériques
et de l’intensification des prélèvements(simulation de scénarios avec modèle NuCM)
23
2
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
1990 2010 2030 2050 2070 2090
SO4
A+C A+D B+C B+D
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1990 2010 2030 2050 2070 2090
Ca
A+C A+D B+C B+D
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1990 2010 2030 2050 2070 2090
Mg
A+C A+D B+C B+D
0%
1%
2%
3%
4%
5%
6%
7%
1990 2010 2030 2050 2070 2090
S/T
A+C A+D B+C B+D
Dépôts atmosphériques :
A. constants
B. en baisse
Pratiques sylvicoles :
C. Exportation grume
D. Exportation grume + rémanents
� Effet (-) des prélèvements sur la fertilité
� Interaction (-) dépôts/prélèvements
� effet essence- et contexte- dépendant
Réseau Fertilisation/Amendement
24
2
Amendement
� CaCO3, MgCO3 (+P/K), = “tampons”
� éviter des déséquilibres nutritionnels
� contexte historique de l’acidification
Réseau fertilisation/amendement
� initiation (1960), complément (1990)
� suivi par l’unité BEF
Monitoring de base (5 ans)
� Analyses de sol, d’humus, foliaires, floristiques
Campagnes ponctuelles : solutions, minéralomasse,…
Le réseau MOS (manipulation de la MO du sol)
25
2
Les questions
� Effets de la gestion : prélèvements et fertilisation ?
� Pérennité de la fertilité chimique et biologique à court, moyen et long terme ?
Le réseau
� Chêne, Hêtre, Douglas
� 18 parcelles (2ha), 12 placettes/site (160 m ²)
� 3 traitements et 1 témoin (répétitions)
� modalités: 1) sol nu (retrait litières), 2) retrait branches/menus-bois, 3) idem +cendres
Les mesures
� Suivi ETM (Cr, Cu, Ni, Pb, Zn +Cd, Hg)
� 2 fosses pédologiques par site, cartographie des propriétés du sol (20m)
� en cours : météo, humidité du sol
26
2
Cartographie NIR, site de Reichshoffen (67)
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
23/03/2015 23/04/2015 23/05/2015 23/06/2015 23/07/2015 23/08/2015 23/09/2015 23/10/2015 23/11/2015 23/12/2015 23/01/2016
Champenoux - Humidité massique - H 0-10 et pluviométrie
Rainfall (mm/100)
HumMassSol_Nu (%)
HumMassTemoin (%)
Pluviométrie et humidité du sol (10cm), Champenoux (54)
Epandage des cendres de bois Enlèvement des litières (4 à 12t/ha) Enlèvement des menus-bois
(5 à 20 t/ha)
Le réseau MOS (manipulation de la MO du sol)
Modélisation intégrée filière (économie circulaire)2
Tree and stand growth
Harvesting decisions (management- and/or demand- driven )
Machine used – Men/month – Fuel – etc…
Biomass, nutrient content in the different compartments
Energetic caracterisation of the exported material
Nutrient exportationEnergy used
during the process
• Energy used duringthe harvest
• Exported Biomass and Nutrient content;
Humidity
Energy produced(ex by pellets)
• HHV
• Ash content
CAPSIS
ForEnerChips
• Impact on soil fertility, soil biodiversity
� Projet EXCELSIOR
� Analyse systémique de la récolte en bois (BO/BI/BE)
� Itinéraires de gestion
� Aide à la décision pour la production durable de biomasse intégrant les sols
28
Messages - clés
� Dépôts atmosphériques acides en baisse
� Stabilisation/amélioration du pH selon les contextes
� Dépôts de cations basiques (fertilité) également en baisse
� Déjà traçable dans les sols
� Baisse de dépôts et intensification de gestion
� Interaction forte, perte de fertilité potentielle
� Des réseaux pour guider les pratiques de gestion
� Amendement, MOOS
� Modélisation et outils d’aide à la décision
2
Changements de la productivité
et de la fertilité des forêts
Laurent Saint-André (INRA)
Jean-Daniel Bontemps (IGN)
Biogéochimie des Ecosystèmes forestiers
Laboratoire d’Inventaire Forestier
CRFB, 19 novembre 2016