Impact du changement climatique sur la subéraie au Nord Ouest de la Tunisie : Application de Biljou à la forêt de Ain Snoussi (Kroumirie) Slaheddine Khlifi (ESIER Medjez el Bab, U. Jendouba) Makram Bouzidi (ESIER Medjez el Bab, U. Jendouba) Zouheir Nasr (INRGREF, U. Carthage)
PLAN Introduction Présentation de la zone d étude Etude de l humidité du sol Evaluation de l évapotranspiration Simulation des termes du bilan hydrique par Biljou
Malgré leur faible superficie, les forêts sont déterminantes pour la disponibilité de l eau, Le rôle de la forêt dans la fourniture de l eau est certainement non contestable, Les besoins qui ne cessent d augmenter en Tunisie surtout dans le contexte du changement climatique, Le réchauffement global devra se traduire par une hausse des températures et une modification du régime pluviométrique d où un bouleversement des écosystèmes et des termes du bilan hydrique.
L objectif de cette étude est d établir les termes du bilan hydrique et de leur variabilité dans la forêt de chêne liège (Ain Snoussi). Les aspects suivant sont abordés: Evolution de l humidité du sol, Estimation de l évapotranspiration, Evaluation des termes du bilan hydrique, Projection du bilan hydrique dans le contexte du changement climatique.
Forêt de la série domaniale de Ain Snoussi (Kroumirie) Localisation des trois stations Climat subhumide à humide, avec un été chaud et sec et un hiver pluvieux.
3 stations du dispositif de l INRGREF dans la forêt Ain Snoussi (Ain Drahem). Station SM ST SF Emplacement Triage forestier à 200m de SM à 2 km de SM Sol Argilo - limoneux Argilo - limoneux à forte pierrosité Argilo limoneux Densité (arbre/ha) 375 375 375 Forêt Age moyen (an) 115 80 115 Recouvrement 64.7% 40% 81.6% Sous bois ++ +++ +
Mesure de l humidité du sol L humidité du sol est évaluée par deux méthodes : Par TDR: pour chaque station, une vingtaine de point de mesures sont choisis selon l emplacement des arbres et les espaces intercalaires qui les séparent de façon à couvrir toute la surface, Par gravimétrie: prélèvements d échantillons du sol à différentes profondeurs pour les trois stations pour la détermination de la teneur en eau. Mesure de flux de sève Dans quatre arbres de chênes liège (travaux réalisés en 2009). Evaluation de l ETR Bilan hydrique du sol (à différentes dates): précipitations, interception, ruissellement, drainage et évapotranspiration: ETR = (S 1 S 2 ) + (P In) R D
Traitement des données ANOVA pour analyser les données de l humidité du sol (comparaison des stations, des profondeurs. Les observations de flux de sève de la période estivale de 2009 sont analysées en fonction des paramètres climatiques (Temp, teneur en eau, Rg et P). L ETR, reconstituée, a été utilisée pour valider le modèle Biljou.
Application de Biljou Le modèle est conçu pour modéliser le bilan hydrique sous un couvert forestier au pas de temps journalier et utilise les données climatiques et celles de la végétation. Il servira à la simulation de référence de 2009 des scénarios du changement climatique Paramètres météo PENMAN LAI P ETP Transp. ETse In Reserve en eau j+1 - - - Fonctionnement du modèle Biljou D Reserve en eau j
Choix des scénarios Type Scénario Description P11/2050 Chute des précipitations de 11% par rapport à 2009 Climatiques simples PMO0/2050 Allongement de la période sèche (P mars et octobre = 0) PE0/2050 Précipitation estivale nulle (pluie juin, juillet et aout = 0) T17/2050 Elévation de la température de 1.7 C par rapport à 2009 T40/2050 Vagues de chaleur +4 C une semaine en mai et septembre Sc. sylvicole L30/2050 Augmentation de LAI de 30% Sc. combinés P11T17/2050 P11T17L/2050 P33T25/2100 Chute des précipitations de 11% par rapport à 2009 et élévation de la température de 1.7 C par rapport à 2009 Chute des précipitations de 11% par rapport à 2009, élévation de la température de 1.7 C par rapport à 2009 et augmentation de LAI de 30% Chute des précipitations de 33% par rapport à 2009 et élévation de la température de 2.5 C par rapport à 2009
Evaluation du stress Réserve en eau relative du sol (REW) REW j = RE j RE min RU Indice de stress (Istress): Le déficit hydrique est calculé comme la somme des écarts journaliers entre la REW et la valeur 0.4, rapporté au seuil. Istress = REW j 0.4 0.4 Nombre de jours de stress Début de stress 11
Humidité volumique (%) Introduction La teneur en matière organique faible. 25 20 15 10 SM ST SF Sol généralement humide (plus de 14.5%) sol sensible aux épisodes pluvieux 5 0 1/4 1/5 31/5 30/6 30/7 29/8 28/9 Date sol continuellement sec (2.5 et 6% ) Variation de l'humidité moyenne à 20cm du sol de SM, ST et SF de Ain Snoussi La spécificité de ST est attribuée à: La pierriste élevée; Exposition au soleil (sud); Sous bois proliféré et dense;
Profondeur du sol (cm) Profils hydriques des sols. SM ST SF 0 0 10 20 30 0 0 10 20 30 0 0 10 20 30 40 50 20 40 20 40 20 40 02/06/2015 60 60 60 25/08/2015 80 80 80 24/10/2015 100 100 100 120 120 Evolution du profil hydrique saisonnier Les premiers 40cm sont les plus vulnérables au desséchement attribué à la présence de végétation et à la ré-humectation résultant des épisodes pluvieux. Le desséchement et la réhumectation, se propagent lentement en profondeur et semblent être stationnaires à partir de 1m.
Profondeur (cm) sol de SM réagit de la même façon que celui de 0 SF mais moins humide 20 Humidité volumique (%) 0 10 20 30 40 50 sol de SF plus humide en surface et en profondeur 40 60 SM ST SF 80 100 120 sol de ST sec aux horizons supérieurs et à humidité modérée en profondeur. Profils hydriques de l automne des stations étudiées à Ain Snoussi
Evaluation de l évapotranspiration dans la forêt de Ain Snoussi du 02/06/2015 au 28/08/2015: Précipitations: 55mm; Interception et ruissellement: 19mm; SM ST SF Teneur en le 02/06 (S 1 ) 205 154 285 S 1 +P-(In 1 +R 1 ) 241 190 321 Teneur en eau le 28/08 160 189 254 ETR 1 (mm) 81 1 67 L ETR du 28/08 au 24/10 varie selon les stations SM et SF sont respectivement 0.9 et 0.8 mm/j. Pour la ST la faible ETR est due à la faible teneur en eau dans l horizon superficiel, en plus de la pierriste, l exposition sud et la faible teneur en matière organique.
Estimation de l ETR du 28/08/2015 au 24/10/2015 dans la forêt de Ain Snoussi Précipitations: 252mm; Interception et ruissellement: 91mm; SM ST SF Teneur en eau dans le réservoir le 28/08 (S 2 ) 160 189 254 S 2 +P 2 -(In 2 +R 2 ) 321 350 415 Teneur en eau dans le réservoir le 24/10 (S 3 ) 194 254 347 ETR 2 (mm) 127 96 -- L ETR du 28/08 au 24/10 varie selon les stations SM et SF sont respectivement 2.3 et 1.7 mm/j. Le drainage dans la SF ne permet pas d estimer l évapotranspiration dans cette station pendant la deuxième période! 16
L ETR dans SM et ST parait concordante avec : Les travaux de Joffre et al. (1993) en Espagne, l ETR est comprise entre 30 et 50 mm pendant les mois d été; Ceux de Almeida et al. (1990) au Portugal, de 26.9 à 46.6 mm/mois; L ETR est sous-estimée par rapport aux travaux menés en Algérie allant de 2.72 à 3.96 mm/j (Souidi et al., 2010).
ETR et ETP (mm/j) Variation de la transpiration dans la forêt de chêne liège Tendance similaire de l ETR et de l ETP; 10 Les arbres ont tendance à répondre à la demande climatique 8 6 ETP Transpiration ETR 4 2 0 103 142 193 222 240 268 jour julien Variation de l ETR et de l ETP entre le débourrement et le début de la chute des feuilles
Flux de séve (mm/j) 3 3 y = 0,1055x - 1,0251 R² = 0,6254 2 2 1 1 0 0 10 20 30 40 Température ( C) Variation du flux de sève en fonction de la température Le Rg, maximal en cette période, ne semble pas affecter le flux de sève au cours de la période d étude dans le cas de la subéraie de Ain Snoussi.
Simulation des termes du bilan hydrique par Biljou Biljou sous estime l ETR (en particulier les valeurs maximales) puisque la moyenne estimée par le modèle ne dépasse pas 1 mm/j alors que celle observée est de 1.6 mm/j. Ce qui traduit la faible performance du modèle à décrire la réalité de la transpiration de la forêt de chêne liège de Ain Snoussi. La faible période d observation (une seule saison) l explique.
Evolution de la réserve en eau au cours de l année de référence 2009 Le sol de la forêt de Ain Snoussi est affecté par un assèchement à partir de la fin du printemps jusqu à la fin de l été. La réhumectation du sol reprend dès la fin de cette période et la réserve en eau augmente.
9: P33T25/2100 8: P11T17L/2050 7: P11T17/2050 6: L30/2050 5: T40/2050 4: T17/2050 3: PE0/2050 2: PMO0/2050 1: P11/2050 ref 2009 Intensité de stress 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0 50 100 150 200 250 nombre de jour (NJstress) ou jour julien (DEBstress) DEBstress NJstress Istress Comparaison des résultats des simulations des indicateurs de stress hydrique L assèchement commence plus tôt pour le scénario à saison sèche longue; les précipitations de mars et octobre sont nulles. Le nombre de jour de stress est élevé pour tous les scénarios; Ces jours de stress coïncident avec la période végétative du chêne liège.
Evolution de la réserve en eau relative en 2050 du scénario de précipitation nulle entre mars et octobre Le rallongement de la période sèche (absence de précipitations entre mars et octobre (MO0/2050)) pourrait être responsables d un assèchement précoce, sévère (I = 42.2) et de longue durée (166 jours); Le scénario P11T17L/2050 (+30% LAI avec -11%P et avec +1.7 C) serait encore plus contraignant; Il en est de même pour le scénario P33T25 (-33%P et avec +2.5 C).
Comparaison des résultats des simulations des indicateurs de stress hydrique des scénarios P11T17L/2050 et P33T25 La combinaison des changements climatiques et sylvicoles aura des impacts plus forts que pour des changements climatiques seuls, même les plus pessimistes.
Comparaison des résultats des simulations des indicateurs de stress hydrique des scénarios référence (2009), P11/2050 et PE0/2050 L absence des précipitations estivales provoquera une longue période de stress intense (I = 27.8); En effet ces pluies, malgré leur faible hauteur, sont d une grande importance.
Interception et l ETR (mm/an) ETP (mm/an) L interception en 2009 est de 67 mm, 6% des pluies incidentes, et diminuerait avec la baisse des précipitations et l augmentation du LAI. 500 400 300 200 100 0 In ETR ETP 1500 1250 1000 750 500 250 0 Comparaison des résultats des simulations de l interception, ETP et ETR L impact de l augmentation de la température sur l ETP (+28% dans le scénario T17/2050) est plus prononcé que l impact de la baisse des précipitations (+22% dans le scénario P11/2050).
L effet de l augmentation de la température est plus marqué par rapport à celui de la baisse de la pluie. L impact des changements des paramètres climatiques sur l ETR varie selon le scénario.
Drainage et ruissellement (mm/an) 1000 800 600 400 200 0 Comparaison des résultats des simulations du drainage et ruissellement D + R en 2009 représentent 71% des pluies incidentes ; cette lame importante diminue différemment en fonction des scénarios. L impact de l allongement estival et de l absence des pluies d été ont des effets considérables sur D et R malgré qu en général ces pluies sont de faibles hauteurs et n arrivent ni à drainer ni à ruisseler.
Les impacts sur les termes du BH sont alarmants même pour les scénarios relativement optimistes. Des risques sur la forêt, si elle ne s auto-adapte pas. Ces impacts seront plus prolongés, amplifiés et disproportionnées en cas de combinaison des changements isolés comme l augmentation du LAI.
Le suivi de l humidité du sol indique des risques différents entre les stations, les positions d observation et dans le temps; En profondeur elle ne semble pas obéir à ces constats. La température affecte le plus l ETR des chênaies; Les autres ne semblent pas avoir des effets moindres. L application de Biljou indique que le sol serait affecté par un assèchement à sévérité, durée et précocité variable selon le scénario. L interception diminue proportionnellement avec la baisse des pluies et augmente avec l augmentation du LAI. L ETP et l ETR augmenteront pour tous les scénarios. Le drainage et le ruissellement vont diminuer dans tous les scénarios étudiés; cette baisse peut atteindre 42%.
Merci pour votre attention