Agroforesterie ou agroforesterieS
Stockage de carbone dans les sols โ processus de stabilisation
La composition chimique des matiรจres organiques a longtemps รฉtรฉ considรฉrรฉe comme le facteur clรฉ contrรดlant leur dรฉcomposition et leur stabilisation dans les sols. La teneur en lignine, molรฉcule polyphรฉnolique complexe et supposรฉe rรฉsistante ร la dรฉcomposition par les microorganismes, a souvent รฉtรฉ utilisรฉe comme un indicateur de la ยซ rรฉcalcitrance chimique ยป des matiรจres organiques ร la dรฉcomposition (Rasse et al. 2006). Il est maintenant avรฉrรฉ que la rรฉcalcitrance ne contrรดle que les premiรจres phases de la dรฉcomposition, mais pas la stabilisation ร lโรฉchelle pluri-dรฉcennale (von Lรผtzow et al. 2006). Dโautres processus majeurs de stabilisation ont รฉtรฉ mis en รฉvidence. Lโadsorption de la MO sur les minรฉraux faiblement cristallins, notamment sur les argiles, semble รชtre un processus majeur protรฉgeant la MO de la dรฉcomposition (Torn et al. 1997; Mikutta et al. 2006; Marschner et al. 2008; Schrumpf et al. 2013). Kleber et al. (2007) proposent une organisation en ยซ pelures dโoignon ยป autour des minรฉraux, les molรฉcules organiques รฉtant directement en contact avec les minรฉraux รฉtant plus stabilisรฉs que les composรฉs organiques qui se superposent sur ces premiรจres couches. La protection physique au sein de macro et micro agrรฉgats est รฉgalement un processus impliquรฉ dans cette stabilisation du carbone (Puget et al. 2000; Chenu and Plante 2006; Virto et al. 2010). Les agrรฉgats limitent en effet lโaccรจs ร la MO pour les microorganismes, et limitent la diffusion de lโoxygรจne essentiel ร la dรฉcomposition aรฉrobie. Lโaccessibilitรฉ des microorganismes ร la MO ร dรฉcomposer est un facteur dรฉterminant (Dungait et al. 2012)
Stockage de carbone dans les sols โ pratiques agronomiques
Le mode dโoccupation des sols a un fort impact sur les stocks de COS. Ainsi, la conversion de forรชts en parcelles cultivรฉes entraรฎne gรฉnรฉralement une forte diminution de stocks de COS, alors que ces stocks sont conservรฉs ou mรชme amรฉliorรฉs quand une prairie est installรฉe (Murty et al. 2002; Fujisaki et al. 2015). A lโinverse, la conversion de terres agricoles en prairies ou en forรชts augmente fortement les stocks de carbone, mais cette augmentation se fait beaucoup plus lentement que la perte de COS (Conant et al. 2001). Une mรชme parcelle agricole peut prรฉsenter des stocks de carbone trรจs diffรฉrents selon la gestion qui en est faite. Ainsi, diffรฉrentes pratiques agronomiques permettent dโamรฉliorer les
teneurs en MOS des sols agricoles, et ainsi dโaugmenter les stocks de COS, en augmentant les entrรฉes de MO au sol, ou/et en rรฉduisant leur minรฉralisation dans le sol. Des rotations plus longues et plus complexes, avec notamment prรฉsence de lรฉgumineuses ont un impact positif sur le COS, et permettent dโaccumuler du carbone ร un taux de 0.2 t C ha-1 an-1 sur 0-21 cm (West and Post 2002; Jarecki and Lal 2003). Une restitution accrue des rรฉsidus de culture au sol (Jarecki and Lal 2003) ou des apports de fumiers, de compost ou de boues de station dโรฉpuration sont รฉgalement bรฉnรฉfiques, avec des taux de stockage allant de 0.1 ร 0.7 t C ha-1 an-1 sur les horizons de surface (Smith et al. 2000; Smith et al. 2005; Favoino and Hogg 2008; Diacono and Montemurro 2010). Lโintroduction de cultures intermรฉdiaires, initialement destinรฉes ร piรฉger les nitrates excรฉdentaires dans le sol en automne et donc limiter leur lixiviation, permet รฉgalement dโaugmenter les stocks de carbone du sol, ร un taux moyen de 0.32 ยฑ 0.08 t C ha-1 an-1 sur 0-22 cm (Poeplau and Don 2015). En effet, ces cultures ne sont pas rรฉcoltรฉes, et sont restituรฉes au sol avant le semis ou la plantation suivante. Les associations de culture au sein dโune mรชme parcelle, notamment les associations cรฉrรฉaleslรฉgumineuses permettent dโaccumuler du carbone dans le sol ร un taux de 0.18 ยฑ 0.09 t C ha-1 sur 0-20 cm (Cong et al. 2014). Enfin, certains auteurs suggรจrent de sรฉlectionner des cultures ร enracinement profond afin de favoriser le stockage de carbone en profondeur, mais peu dedonnรฉes sont encore disponibles sur ce sujet (Smith et al. 2005; Kell 2011; Kell 2012).
Stockage de carbone dans les sols et agroforesterie
Les systรจmes agroforestiers peuvent รชtre trรจs productifs, dans certains cas jusquโร 30% plus productif quโun assolement avec des parcelles agricoles dโun cรดtรฉ, et un reboisement de terres agricoles de lโautre (Graves et al. 2007; Dupraz et al. 2010). Cette performance est mesurรฉe par la Surface Equivalente dโAssolement (SEA) ou Land Equivalent ration (LER) en anglais (Mead and Willey 1980) et est dรฉfinie par la somme des rendements relatifs des cultures associรฉes. Cette performance sโexplique notamment par une meilleure utilisation des ressources du milieu. En effet, en milieu tempรฉrรฉ il nโy a en gรฉnรฉral quโune culture par an, le sol reste donc improductif aprรจs la rรฉcolte. Un bon choix des espรจces associรฉes permet de produire de la biomasse tout au long de lโannรฉe. Ainsi, un systรจme agroforestier associant une culture dโhiver (par exemple du blรฉ) ร un arbre ร dรฉbourrement tardif (par exemple du noyer) permet dโutiliser lโeau, les nutriments et lโรฉnergie lumineuse qui arrivent sur la parcelle tout au long de lโannรฉe. De plus, les arbres agroforestiers, plantรฉs ร faible densitรฉ, subissent moins de compรฉtition pour la lumiรจre quโen forรชt (Khan and Chaudhry 2007), et bรฉnรฉficient des apports en fertilisants destinรฉs aux cultures, ce qui explique leur croissance rapide (Balandier and Dupraz 1999; Chaudhry et al. 2003; Chifflot et al. 2006). En parallรจle, une rรฉduction du rendement des cultures peut รชtre observรฉe dans les systรจmes ร forte densitรฉ dโarbres (Yin and He 1997; Dufour et al. 2013). Une partie de cette biomasse produite dans le systรจme agroforestier va retourner au sol sous forme de matiรจre organique, cโest notamment le cas des feuilles et des racines fines des arbres, des rรฉsidus de culture, et parfois des rรฉsidus dโรฉlagage (Jordan 2004; Peichl et al. 2006). Ces apports de MO pourraient contribuer ร augmenter les stocks de carbone organique du sol.
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Table des matiรจres
Table des matiรจres REMERCIEMENTS RESUME ABSTRACT TABLE DES MATIERES INTRODUCTION Agroforesterie ou agroforesterieS Agroforesterie et services รฉcosystรฉmiques Matiรจres organiques et carbone organique des sols Rรดle des sols dans le bilan de carbone global 6 Stockage de carbone dans les sols โ dรฉfinition et รฉvaluation Stockage de carbone dans les sols โ processus de stabilisation Stockage de carbone dans les sols โ pratiques agronomiques Stockage de carbone dans les sols et agroforesterie Agroforesterie et modรฉlisation de la dynamique du carbone du sol Problรฉmatique, hypothรจses gรฉnรฉrales et objectifs Dรฉmarche gรฉnรฉrale et sites dโรฉtude STOCKAGE DE CARBONE DANS LES SOLS SOUS AGROFORESTERIE EN ZONE MEDITERRANEENNE ET TEMPEREE Impact de lโagroforesterie sur les stocks, la forme et distribution spatiale du carbone organique du sol โ un cas dโรฉtude en contexte mรฉditerranรฉen Introduction Materials and methods Site description Soil core sampling Use of field visible and near infrared spectroscopy to predict SOC VNIR spectra analysis and construction of predictive models Bulk densities determination Reference analysis measurements Soil organic carbon stock calculation Particle-size fractionation Calculation of SOC saturation Statistical analyses Results Modรฉlisation des dynamiques de carbone en systรจme agroforestier โ la nรฉcessitรฉ dโun modรจle discrรฉtisรฉ en profondeur Introduction General description of the SOCRATES model The OM decomposition Carbon transport mechanisms General equations describing the site Soil characteristics Tree growth Crop yield Carbon inputs to the FOM pool Leaf litterfall Tree fine root biomass Distribution of tree fine roots within the soil profile Aboveground carbon input from the crop Belowground carbon input from the crop Aboveground and belowground carbon input from the herbaceous vegetation in the tree row Comparison of models Optimization procedure Management scenarios Results Correlation matrix and values of optimised parameters Model predictions and observed SOC stocks Predicted SOC stocks in two dimensions Delta SOC stocks and cumulated FOM Comparison of different scenarios Discussion. Model predictions SOC storage and OM inputs Priming or not priming? Management and SOC storage Conclusion DISCUSSION GENERALE ET PERSPECTIVES Stockage de carbone dans les systรจmes agroforestiers Rรฉpartition spatiale et en profondeur des stocks de carbone Stabilitรฉ du stockage de carbone sur le long terme Importance des racines dans le stockage de carbone Influence du microclimat sur la dynamique du carbone Modรฉlisation du carbone en agroforesterie Coรปt en nutriments du stockage de carbone CONCLUSION GENERALE BIBLIOGRAPHIE LISTE DES FIGURES LISTE DES TABLEAUX LISTE DES ARTICLES PUBLIรS
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