Méthodes d évaluation du bilan de carbone forestier

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1 Méthodes d évaluation du bilan de carbone forestier Nicolas Delpierre Ecophysiologie végétale, L.E.S.E. Université Paris Sud nicolas.delpierre@u-psud.fr Bât. 362 RdC, bureau 24 Septembre 2014

2 Module METO Bilan C forestier -> flux et biomasse Introduction Méthodes d estimation BC TP analyse séries temporelles flux de C TP inventaire forestier (partie 1 : terrain) Respiration du sol, réserves C (2 séances) TP inventaire forestier (partie 2 : calculs) septembre novembre janvier

3 Investigation du bilan de C forestier : Flux et Stocks PPB Reco, Coupes, feux Stock ± D Stock

4 Investigation du bilan de C forestier : Mesure des stocks PPB Reco, Coupes, feux Stock Etat instantané de la biomasse du peuplement (répétable : D stock) Très bonne représentativité spatiale (échelle de la forêt : 10 4 m²) Exprimé en gc / m² sol

5 Mesure des stocks de Carbone Biomasse de bois aérien Vol individuel = f(c130, H) Vol individuel en m 3 BBois peuplement= SVol * dens * tc dens en kgms m -3 tc en gc gms -1 BBois en kgc BBois est à rapporter à la surface de la parcelle BBois gc m -2 sol

6 Mesure de la hauteur d un arbre au clinomètre h1 a b d h2 h1=d*tan(a) H=h1+h2 H=d*(tan(a)+tan(b)) Hauteur dominante Hauteur moyenne des n-1 plus gros arbres pour n ares

7 Mesure des stocks de Carbone Biomasse de bois aérien Vol individuel = f(c130, H) Vol individuel en m 3 BBois peuplement= SVol * dens * tc dens en kgms m -3 tc en gc gms -1 BBois en kgc Biomasse de feuilles LAI=4.0 m 2 leaf m -2 sol LMA= 45 gms m -2 leaf BF=LAI * LMA * tc BF en gc m -2 sol

8 Mesure des stocks de Carbone Biomasse de bois aérien Vol individuel = f(c130, H) Vol individuel en m 3 BBois peuplement= SVol * dens * tc dens en kgms m -3 tc en gc gms -1 BBois en kgc Biomasse de feuilles LAI=4.0 m 2 leaf m -2 sol LMA= 45 gms m -2 leaf BF=LAI * LMA * tc BF en gc m -2 sol Biomasse de racines BRG = 0.20 * Bbois BRF = BF

10 Prélèvements et préparation des carottes A 1.30 m facilité de prélèvement, pas d effet de l empattement, pas d effet de concurrence initiale Planage

11 Mesures Système vidéo informatisé, précision 100è mm Scanner Largeur de cerne, bois de printemps, bois d été

12 Ring width (mm) Dendroclimatologie Pin, Alpes (France) Reconstituer les précipitations de saison de croissance ( ) Gagen et al. (2006)

13 L aulnaie N 50 m

14 Répartition du travail Deux sous-groupes de 6-7 étudiants Chaque sous-groupe étudie ½ parcelle Dans chaque sous-groupe Délimiter la parcelle (piquets bois) Estimer la surface inventoriée (décamètre, 2 personnes) Identification et relevés C130 (4 personnes) puis Hauteur dominante (2 personnes) Carottage arbres (2 personnes) [Frêne, Aulne, Peuplier, Chêne]

15 !!! ATTENTION aux TIQUES!!! Parasite implanté Borrhéliose de Lyme enlever le parasite : «Tire-tic» nettoyer la plaie si rougeur, consulter un médecin!

16 Méthodes d évaluation du bilan de carbone forestier Nicolas Delpierre Ecophysiologie végétale, L.E.S.E. Université Paris Sud nicolas.delpierre@u-psud.fr Bât. 362 RdC, bureau 21 Janvier 2015

17 Module METO Bilan C forestier Introduction Méthodes d estimation BC TP analyse séries temporelles flux nets de C TP inventaire forestier (partie 1 : terrain) Respiration du sol, réserves carbonées TP inventaire forestier (partie 2 : calculs) septembre novembre janvier

18 Mesure des stocks de Carbone Biomasse de bois aérien Vol individuel = f(c130, H) Vol individuel en m 3 BBois peuplement= SVol * dens * tc dens en kgms m -3 tc en gc gms -1 BBois en kgc BBois est à rapporter à la surface de la parcelle BBois gc m -2 sol

19 Surface de la parcelle a b c Formule de Héron (où p est le demi périmètre) A p p a p b p c

20 Mesure des stocks de Carbone Travail à l échelle du peuplement forestier Distribution des C 130 Chênaie de Barbeau (150 ans), Seine-et-Marne

21 Mesure des stocks de Carbone Calcul du volume individuel d un arbre V a b d130 H exp( c) V = volume de bois (dm3) D130= diamètre à 1.3 m (cm) H= hauteur individuelle (m) H a b c Acer Alnus Fraxinus Quercus d130 Densité du bois Feuillus (Chêne, Hêtre) ~500 kgms m -3 Conifères (Pin, Epicéa) ~400 kgms m -3

22 Mesure de la hauteur d un arbre au clinomètre h1 a b d h2 h1=d*tan(a) H=h1+h2 H=d*(tan(a)+tan(b)) Hauteur dominante Hauteur moyenne des n-1 plus gros arbres pour n ares

23 Mesure des stocks de Carbone Estimation de la hauteur individuelle Si Si C C Modèle linéaire à seuil seuil seuil H H H dom m C 130 p H Modèle exponentiel H max 1 exp z C 130

24 Mesure des stocks de Carbone Biomasse de bois aérien Vol individuel = f(c130, H) Vol individuel en m 3 BBois peuplement= SVol * dens * tc dens en kgms m -3 tc en gc gms -1 BBois en kgc Biomasse de feuilles LAI=4.0 m 2 leaf m -2 sol LMA= 45 gms m -2 leaf BF=LAI * LMA * tc BF en gc m -2 sol

27 Flux de carbone dans les écosystèmes: importance de la respiration du sol Nicolas Delpierre Ecophysiologie végétale, L.E.S.E. Université Paris Sud Bât. 362 RdC, bureau 21 Janvier 2015

28 Module METO Bilan C forestier Introduction Méthodes d estimation BC TP analyse séries temporelles flux nets de C TP inventaire forestier (partie 1 : terrain) Respiration du sol, réserves carbonées TP inventaire forestier (partie 2 : calculs) septembre novembre janvier

29 Respiration du sol Respiration du sol = flux de CO 2 sortant du sol Equation de la respiration cellulaire aérobie C 6 H 12 O O 2 6 CO H 2 O CO 2 = produit final de la dégradation aérobie de sucres pour obtenir de l énergie Unités : µmol CO 2 m -2 s -1 g C m -2 an -1 tc ha -1 an -1 La respiration du sol = 2 processus : production du CO 2 dans le sol, à différentes profondeurs diffusion du CO 2 pour sortir du sol (sens du gradient)

30 Respiration du sol Champignons Bactéries Mycorhizes Racines Faune

31 Litière foliaire Photosynthèse Bilan de carbone d un écosystème forestier Respiration écosystémique Respiration canopée et troncs Respiration du sol Respiration racinaire Activité microbienne Sol organique Litière racinaire Sol minéral

32 Investigation du bilan de C forestier : Flux et Stocks PPB Reco, Coupes, feux Stock ± D Stock

33 PPB Investigation du bilan de C forestier : Mesure des stocks Reco, Coupes, feux Stock Etat instantané de la biomasse du peuplement (répétable : D stock) Très bonne représentativité spatiale (échelle de la forêt : 10 4 m²) Exprimé en gc / m² sol

34 Investigation du bilan de C forestier : Mesure des stocks Biomasse Bois sur pied Inventaire forestier (jeudi / vendredi) Biomasse foliaire Mesure de surface foliaire et masse surfacique Stocks gc/m² sol Biomasse racinaire excavation MOS dosage et densité

35 PPB Investigation du bilan de C forestier : Mesure des flux Reco, Coupes, feux Stock ± D Stock Etat instantané des échanges avec l atmosphère Représentativité restreinte (organe à 10 2 m²) Exprimé en gc / m² sol / seconde

36 Investigation du bilan de C forestier : Mesure des flux Compartiments Feuilles Tronc Sol Photosynthèse foliaire (A) Respiration (R tronc ) Exprimé en gc / m² organe / seconde Respiration (R sol )

37 Investigation du bilan de C forestier : Mesure des flux Compartiments Feuilles Tronc Sol 30-50% de Reco Photosynthèse foliaire (A) Respiration (R tronc ) Exprimé en gc / m² organe / seconde Respiration (R sol )

38 Facteurs qui influent sur Rs Respiration autotrophe Densité de racines Croissance racinaire température + humidité peu d effet Respiration hétérotrophe Dépôt litières foliaire et racinaire Richesse et quantité de la MOS + +/-

39 Respiration du sol et température Q10 : facteur par lequel la respiration est multipliée lorsque la température augmente de 10 C R( T) R ref Q10 T 10 T ref Peuplier (zone boréale) Gaumont-Guay et al., 2006

40 Respiration du sol et température Q10 : facteur par lequel la respiration est multipliée lorsque la température augmente de 10 C Q10=R(15)/R(5) Q10=7/2 Q10=3.5 R( T) R ref Q10 T 10 T ref Peuplier (zone boréale) Gaumont-Guay et al., 2006

41 Respiration du sol Protocole de mesures 1) Prélèvements Litière Sol Racines 2 points de prélèvement (proche / loin rive) Quadrat => prendre toute la litière Sol=>rectangle 20x20x5 1 Aulne + 1 autre essence rectangle 20x20x10 20 fragments (fines vs. grosses)

42 Respiration du sol Protocole de mesures 2) Préparation des échantillons en salle Litière 2 points * 2= 4 éch. Homogénéiser le contenu de chaque quadrat Peser la masse totale pour chaque quadrat Constituer 2 éch. de ~30g par point (=> 4 éch par groupe) Peser chaque échantillon Placer les échantillons en sacs annotés ouverts, au réfrigérateur Sol Racines 2 points * 3= 6 éch 2 arbres * 2= 4 éch Enlever les fragments racine et litière Homogénéiser le sol de chaque point de prélèvement Constituer 3 éch. de même volume par point (=> 6 éch. / groupe) Peser chaque éch Placer les échantillons en sacs annotés ouverts, au réfrigérateur Laver délicatement dans un bac rempli d eau Enlever racines mortes et fragments courts détachés Conserver ensembles racines + chevelu Diviser chaque groupe en 2 éch Entourer chaque éch de papier absorbant humide Placer les échantillons en sacs annotés ouverts, au réfrigérateur

43 Respiration du sol Protocole de mesures 3) Mesure des respirations Utilisation d un IRGA en circuit fermé L IRGA mesure l augmentation de [CO 2 ] au cours du temps Cellule de mesure ATTENTION AUX FUITES!!! échantillon qui respire Augmentation de [CO 2 ] Sortie de gaz Pompe Détecteur IR IRGA Source Infra Rouge Entrée de gaz Circuit parallèle avec chaux sodée pour faire le zéro

44 Respiration du sol Protocole de mesures 4) Type de mesures Litière Sol Racines Respiration à T constante Respiration à T constante Respiration à T variable Calcul du Q10

45 Respiration du sol Protocole de mesures 4) Type de mesures Litière Sol Racines Respiration à T constante 2 emplacements * 2 répétitions = 4 mesures Respiration à T variable Calcul du Q10 2 emplacements * 3 températures = 6 mesures Respiration à T constante 2 essences * 2 répétitions = 4 mesures

46 Symbiose Alnus - Frankia Alunus glutinosa, Betulaceae Frankia sp. => bactéries actinomycètes «nodosités»= actinorhizes Également chez Ericaceae Fixation de diazote atmosphérique

47 Concentration de CO 2 (ppm) Respiration du sol Calcul du flux Temps (s) Respiration (µmol CO 2 s -1 ) = pente [µmol(co 2 ) mol -1 (air) s -1 ]* n [mol air] V m (L mol -1 )= R*T/P = [J mol -1 K -1 ]* T [K] / [Pa]

48 Organisation du travail Mer. 21/01 Jeu. 22/01 Ven. 23/01 Prélèvement G2 G1 Respi + Réserves G1 Lun. 26/01 G2 Rappel prélèvements Prélèvements litière et sol => 2 points (proche / loin Yvette) Prélèvements racines fines => 1 Aulne + 1 autre essence Carottes grosses racines => 1 Aulne sain + 1 Aulne dépérissant + 1 Frêne