La matière organique dans les SCV. Madagascar, mars 2001

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Eliane Normand
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1 La matière organique dans les SCV Madagascar, mars 2001

2 Plan de présentation Les grands déterminants du cycle de la MO en cultures pluviales Caractéristiques et questions posées par les SCV Les cycles de C et N, modélisation Changement climatique et enjeux des SCV

3 Intérêts de la MOS : Principale source de nutrients Augmente la CEC Améliore la structure Améliore le stockage de l eau

4 Cycle de la matière organique : Résidus : Litière Restitutions Minéralisation Plante Racines Prélèvements Humification Biomasse microbienne = MO active Immobilisation Fraction minérale Matière organique du sol Pertes Stabilisée = humus Protégée -érosion - gazeuses - lixiviation

5 Caractéristiques du cycle de MO : Des compartiments : Résidus - sol - biomasse µ - partie minérale - plante Des flux : Humi., Miné., Immo., pertes, prélèv. Processus dynamique Se prête à la modélisation

6 Caractéristiques du cycle de MO : Il existe des pools par compartiment (facilité de minéralisation) Les bilans concernent différents éléments (C, N, P, K, Ca ) Pas de temps variable (année X long terme)

7 Facteurs principaux agissant sur la minéralisation : Nature chimique des résidus et des MO (C/N, lignine, polyphenols ) Tp et Humidité Disponibilité en certains éléments surtout N et O 2 Caractéristiques du sol (texture, structure, chimie) Contact avec la matrice (fractionnement, position, protection) Rôle de la macro-faune

8 Plan de présentation Les grands déterminants du cycle de la MO en cultures pluviales Caractéristiques et questions posées par les SCV Les cycles de C et N, modélisation Changement climatique et enjeux des SCV

9 couverture + culture : une meilleure valorisation des ressources Ca, Mg, K, NO 3, P Ca, Mg, K, NO 3, P Production de biomasse continue = Offre importante

10 Intérêts des couvertures végétales pour le cycle de la MO : Protection permanente du sol ( érosion) Valorisent mieux l eau de pluie, Rg Valorisent des milieux peu fertiles Recyclent certains éléments minéraux Source de MO du système

11 Des questions sur SCV et cycle de la MO : Effets du positionnement et forme des biomasses : Epigée sur la surface du sol Hypogée en profondeur (>30 cm) Vitesse de recyclage des biomasses (humus X minéralisation) Part de l immobilisation en climat tropical Quantification des lixiviations (NO 3 ) Activation des processus macro et µbiologiques Tendances et bilan sur le long terme de C Interaction avec les propriétés physiques, chimiques et biologiques du profil

12 Plan de présentation Les grands déterminants du cycle de la MO en cultures pluviales Caractéristiques et questions posées par les SCV Les cycles de C et N, modélisation Changement climatique et enjeux des SCV

13 Le cycle du Carbone Production primaire brute Respiration totale Respiration autotrophe Increment de C biomasse aérienne Respiration hétérotrophe Respiration des organes aériens C aérien Translocation Detritus aériens Respiration des racines Increment de C racines C sous-sol Detritus souterrains C organique du sol

14 Le cycle de l azote Apports de résidus Apports minéraux Plantes Matière organique Biomasse du sol N minéral Minéralisation Immobilisation Humification Érosion Dénitrification Lessivage Volatilisation Pertes

15 Azote: adéquation offre/demande Eléments minéraux Libération d éléments minéraux PERTES Temps Absorption par la plante Décomposition de la litière Eléments minéraux Absorption par la plante Temps DEFICIT Décomposition de la litière Libération d éléments minéraux Eléments minéraux Libération d éléments minéraux PERTES Absorption par la plante Eléments minéraux Libération d éléments minéraux PERTES Absorption par la plante Temps Décomposition de la litière Temps

16 Modélisation: pour quoi faire? Pour comprendre des interactions et (pré) analyser l effet des techniques dans d autres environnements; Pour étudier des gammes de conditions climatiques plus diversifiées; Pour prévoir les effets à long terme d une intervention. La modélisation ne remplace pas l expérimentation...

17 Que faut-il modéliser? OBJECTIFS Éléments modélisés Degré de précision Modèle complet versatile lourd Modèle spécialisé restreint facile

18 Les modèles «adaptés» aux SCV Ce sont ceux qui peuvent simuler l effet d une intervention culturale sur l état du sol. Il n y en a pas beaucoup: CENTURY, EPIC, SOCRATE, STICS, CROPSYST. Chacun a sa spécificité.

19 Century Soil Organic Matter Model Modèles de production de Matière sèche Fertilization Labour Pâturage Feu Evolution de N, S, P Evolution de la Matière Organique du Sol Bilan hydrique Temperature du sol Lessivage

20 RECOLTE Modèle de simumation de la Matière Organique du Sol NPP C MORT (LITIERE OU SUR PIE) C VIVANT AERIEN C VIVANT SOL C ESTRUC. SUPERF. C METAB. SUPERF. C ESTRUC. SOL C METAB. SOL C MICROB. SUPERF. C ACTIF ORGANIQUE C LENT ORGANIQUE C LESSIVE C PASSIF ORGANIQUE

21 Mais Avantages et inconvénients de Century Spécialisé dans l étude de l évolution de la MO Universitaire, sources disponibles Considère spécifiquement les interventions culturales Pas de considération d hétérogénéités horizontales Pas de prise en considération des natures des résidus autres que par Lignine/N Pas de temps mensuel

22 Plan de présentation Les grands déterminants du cycle de la MO en cultures pluviales Caractéristiques et questions posées par les SCV Les cycles de C et N, modélisation Changement climatique et enjeux des SCV

23 Les gaz à effet de serre: contribution au réchauffement global Autres 8% N2O 3% CFC's 8% CH4 15% CO2 66%

24 Bilan global de Carbone Atmosphère 760 Accumulation 3.3±0.2 Combustibles fossiles et production de ciment 6.3 ±0.6 Absorption terrestre nette 0.7 ± 1.0 Absorption océanique nette 2.3 ± 0.8 Productivité nette primaire globale, respiration et feux 60 Echanges air/mer 90 Végétation 500 Sols et détritus 2000 Ruissellement 0.8 Océans 39,00O Carbone organique fossile et Minéraux carbonatés Sedimentation 0.2 En GtC et GtC/an Source: Bolin et Sukumar, 2000

25 Plantation de Pins Systèmes agroforestiers Prairies, agriculture Forêts TH intervenues et secondaires Forêts tropicales humides primaires S&B Sources: Nabuurs et Mohren, 1993 Brown et Lugo, 1992 ICRAF-ASB, plusieurs études Bundestag Allemand Nabuurs et Mohren, 1993 Adger et Brown, 1994 Cycle Seconde année Première année C total (kg.ha -1 ) Jachère forestière dense Jachère forestière éparse

26 Les réserves et les flux dans une forêt tropicale humide (Manaus) Respiration autotrophe: 14.8 Production primaire brute: 30.4 Respiration des feuilles: 4.1 C aérien: 217 Increment de C biomasse aérienne: 1.7 Respiration totale: 24.5 Respiration hétérotrophe: 9.7 Detritus aériens:7.0 Respiration du bois 3.9 Translocation: 13.7 Respiration des racines: 6.8 Increment de C racines: 0.6 C organique du sol: 162 Detritus C sous-sol: 68 = +3.6 souterrains: 6.3 Bolin y Sukamar, 2000 tc.ha -1 ou tc.ha -1.année -1

27 Flux et pas de temps CO 2 atmosphérique Production Primaire Brute 120 GtC /an Respiration des plantes 60 GtC/an Décomposition 50 GtC/an Perturbations 9 GtC/an Absorption de carbone à court terme Absorption de carbone à moyen terme Absorption de carbone à long terme Productivité Primaire nette 60 GtC/an Productivité nette de l écosystème 10 GtC/an Productivité nette du Biome 1 GtC/an

28 SCV et CC, les opportunités et les défis La séquestration de C par les SCV, c est une façon élégante de combiner le marché du Carbone et l appui aux petits producteurs du Sud. Mais ce ne sera pas facile: Mesures incertaines (petites différences sur de gros stocks) Objet parcellisé, d ou organisation et contrôle difficiles Ce qui intéresse les éventuels acheteurs, ce sont des millions de tonnes de C séquestrés pour 50 ans et plus.

29 Conclusions La MO est un thème fondamental des SCV. Son étude est complexe: beaucoup d effets indirects, parfois contradictoires avec des conséquences qui bousculent l intuition. Il est pourtant essentiel que les différentes expérimentations puissent être interprétées dans un cadre commun, et donc qu un nombre suffisant d éléments soient mesurés.

31 Stockagey flux de C dans les écosystèmes terrestres 1980 Evolution Surf. (Mha) Végétation (Pg C) Sol (Pg C) Surf. (Mha) Végétation (Pg C) Sol (Pg C) Forêts tropicales Forêts tempérées Forêts boréales Total forêts Autres écosystèmes Total écosystèmes terrestres Houghton 1996

32 Le carbone dans les systèmes naturels et cultivés Accumulation atmosphérique de C: 3.3 GtC/an Quantité totale de carbone (GtC) Végétation Sol Quantité de carbone par hectare (tc) Végétation Sol Forêts tropicales Forêts tempérées Forêts boréales Savanes tropicales Prairies tempérées Déserts y semi-déserts Tundra Marécages Terres agricoles Total Bolin et Sukamar, 2000

33 Carbone moyen mesuré dans différents écosystèmes, plusieurs études Végétation Sol Source Forêts tropicales humides primaires Forêts TH intervenues et secondaires ICRAF-ASB, plusieurs études Brown et Lugo, 1992 Bundestag Allemand Adger et Brown, 1994 ICRAF-ASB, plusieurs études Nabuurs et Mohren, 1993 Adger et Brown, 1994 Jachère forestière dense Jachère forestière éparse Adger et Brown, 1994 Adger et Brown, 1994 S&B Cycle Première année Seconde année ICRAF-ASB, plusieurs études Adger et Brown, 1994 Adger et Brown, 1994 Plantation de Pins Systèmes agroforestiers Prairies, agriculture Nabuurs et Mohren, 1993 ICRAF-ASB, plusieurs études ICRAF-ASB, plusieurs études

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