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Dynamique du carbone dans les sols de prairie
Le carbone en forêt et en prairies issues de déforestation en Guyane, processus, bilans et perspectives,
1° octobre 2013
C Stahl1, S Fontaine2, C Dezécache1, V Freycon3, C Picon-Cochard2, K Klumpp2, and
V Blanfort1 1Cirad UMR Ecofog & Selmet, 2INRA Urep, 3Cirad, UR Bsef
CARPAGG
Séminaire de restitution de projet CARbone des Pâturages de Guyane et Gaz à effet de serre
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ACTION 1: Mesures des flux de CO2 échangés entre l'écosystème prairial et l'atmosphère - La prairie puits ou source de C ? - Comparaison avec la forêt d’origine
ACTION 2 : Mesures des changements de stock de C organique dans le sol - Comment est stocké le C ? - où et pour combien de temps ?
ACTION 3: Mesures des autres GES (méthane CH4, oxyde nitreux N2O) - bilan GES dans les systèmes herbagers : Quelles réductions par le stockage de C dans le sol ?
CO2 échangé
Organisation du projet Carpagg
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2. Mesures des changements de stock de C organique dans le sol - Comment est stocké le C ? - où et pour combien de temps ?
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Des dispositifs de référence locaux (3)…
et ceux de leur forêts d’origine
Evaluer les stock de C
des systèmes prairiaux pâturés
stocks de C du sol de 25 prairies (déforestées de 1970 à 2010)
…à une chronoséquence sur le territoire
Flux CO2 Stock initiaux C sol Entrée C (végétation, racines)
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25 sites de prairies : Âges depuis déforestation : de 6 mois (2010) à 41 ans (1970) 4 sites de forêts témoins proches des prairies
Comparer à un même moment des systèmes de même nature mais d’âge différent
Objectif de la chronoséquence: Déterminer la dynamique à long terme du stock de C dans le sol
La méthode de prélèvement • 2 transects parallèles de 30 m de long
• 8 prélèvements par site (végétation racines / sol)
475 Analyses de sols 720 Prélèvements de sols,
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Analyse des échantillon de sol
• Analyse structure et texture du sol
• Entrées de C : caractérisation végétation et stock racines
• Analyse chimique du sol : nutriment
• Origine (C ancien…nouveau ; delta 13C)
• Pratiques d’exploitation
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- Etude concernant les 10 premières années post-déforestation (Desjardins et al. 2004)
- Résolution temporelle assez faible - Mesure du C à faible profondeur (10 cm) (Da Silva et al. 2009) - Ces études reposent sur des prélèvements à l’échelle de
l’exploitation agricole mais ne proposent pas d’évaluer la dynamique du C du sol à l’échelle d’un territoire.
Etudes de chronoséquences en Amazonie brésilienne
Les limites des études précédentes :
Stock C
temps
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Prairies (nb d’années après mise en place)
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Evolution des stocks en C sous prairies, stocks (bruts) cumulés pour les 3 horizons
Stoc
k de
C d
u so
l (tC
ha-1
)
0-100 cm
20-100 cm
50-100 cm
- Globalement, les prairies en Guyane fonctionnent comme des écosystèmes stockeurs de carbone. - Le stock des sols des prairies de plus de 30 ans atteint ou dépasse celui des sols forestiers d’origine.
Moyenne des 4 sites de forêts
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Evolution des stocks en C des sols des prairies sur 1 m de profondeur
Stock C sol = 0.11 age² - 2.89 age + 96.36 R²=0.44
Stock de carbone standardisé par la densité du sol et la teneur en argile
Forêts Prairies
forêts prairies
Age (ans) 0-9 10-20 21-30 31-36
N 4 7 6 5 6
Stock C (tC ha-1) 99.6±7.4b 91.8±8.6b 78.3±6.2b 96.8±10.9b 135.1±11.3a
Différence forêt/prairie (%)
- -19.5±9.7b -10.6±6.1b
-15.4±14.7b
+ 40.8±13.4a
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Stocks de C sous prairies âgées > prairies jeunes et forêts témoins
Différence de stocks en C des sols des forêts et des prairies
D’où vient ce carbone ?
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Détermination de l’origine du carbone : La discrimination isotopique
CO2 atmosphérique est constitué de carbone sous 2 formes, 2 isotopes: 12C isotope « léger » et le 13C isotope « lourd », plus rare (~1.1 %)
Au cour de la photosynthèse le CO2 atmosphérique est utilisé pour fabriquer les tissue des végétaux. Les arbres et arbustes (plantes en C3) montrent un double discrimination pour le 13C lors de la photosynthèse Les graminées (plantes en C4) montrent une simple discrimination pour le 13C lors de la photosynthèse
δ13C air = -8‰ δ13C plante C3 = -27‰ δ13C plante C4 = -11‰
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Le C issu des plantes en C3 (arbres forêt, légumineuses et adventices) représente en moyenne 72.5 % du C pour les prairies de moins de 20 ans. De 20 à 36 ans, il est de 55.1 %. Le C issu des plantes en C4 (graminées) augmente de façon régulière, pour atteindre environ la moitié du stock des anciennes prairies.
Origine du C stocké
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1. Prairie fertile peu dégradée Signal C4 fort
2. Prairie dégradée Signal C3 fort
Origine du C stocké
Quelles caractéristiques du sol sont liées au stockage de C ?
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0
2
4
6
8
10
12
-5 0 5 10 15 20 25 30 35 400
2
4
6
8
10
12
-5 0 5 10 15 20 25 30 35 40
Age des prairies (ans)
Sto
ck N
(tN
ha-
1 )
Mécanisme de stockage de C
Le stock d’azote du sol suit la même tendance que celui de C, par rapport au forêt :
diminution augmentation
Forêts Prairies
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Force de stockage de C des prairies
Le processus de transformation des forêts en prairie implique:
Faible variation de C sol avant 20 ans Forte augmentation de C sol à partir de 30 ans
Fort stock de C sol des anciennes prairies: La part des plantes C3 et le taux d’azote du sol dans les anciennes prairies semblent participer au fort stock de carbone du sol
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1.8 2.4
91.5
3.9 2.6
154.8 5 ans
NEE 2011-2012 2.75 tC/ha/an
NEE 2011-2012 2.9 tC/ha/an
2.8 tC/ha/an * 30 ans = 84 tC/ha 91.5 + 84 = 175.5 tC/ha
climat
Production animale En cours
35 ans
tC/ha Végétation disponible
Racines
Sol
FLUX
STOCK
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Remerciements Les éleveurs : Crisan Araujo, M et Mme Bergère, M. et Mme Burban, Melchiade Dolor, M Giraud-Audine, M Lychao, M et Mme Mornand et associés, Camille Chaix/ Elsa Wetta, M Yahu, M Yamo, Maurice Porrineau, Alex Rimbaud. Les stagiaires : Lise Ponchant, Camille Dezécache. Les collaborateurs Cirad Kourou : Guy François, Stéphane Molinier, Fritz Kwasie, Onoefe Ngwete, Martinus Koese
Merci de votre attention