La matière organique dans les SCV Madagascar, mars 2001
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
Intérêts de la MOS : Principale source de nutrients Augmente la CEC Améliore la structure Améliore le stockage de l eau
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
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
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)
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
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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
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
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
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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
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
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
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...
Que faut-il modéliser? OBJECTIFS Éléments modélisés Degré de précision Modèle complet versatile lourd Modèle spécialisé restreint facile
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.
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
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
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
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
Les gaz à effet de serre: contribution au réchauffement global Autres 8% N2O 3% CFC's 8% CH4 15% CO2 66%
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
Plantation de Pins Systèmes agroforestiers Prairies, agriculture Forêts TH intervenues et secondaires Forêts tropicales humides primaires 400 300 200 100 0 100 200 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
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
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
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.
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.
Stockagey flux de C dans les écosystèmes terrestres 1980 Evolution 1850-1980 Surf. (Mha) Végétation (Pg C) Sol (Pg C) Surf. (Mha) Végétation (Pg C) Sol (Pg C) Forêts tropicales Forêts tempérées Forêts boréales Total forêts 2167 288 203-508 -59-42 1492 127 155-91 -26-17 1167 96 237-4 -6-3 4827 510 595-603 -91-62 Autres écosystèmes 8900 73 845 +603 +1 +31 Total écosystèmes terrestres 13727 583 1440 0-90 -31 Houghton 1996
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 212 216 120 123 Forêts tempérées 59 100 57 96 Forêts boréales 88 471 64 344 Savanes tropicales 66 264 29 117 Prairies tempérées 9 295 7 236 Déserts y semi-déserts 8 191 2 42 Tundra 6 121 6 127 Marécages 15 225 43 643 Terres agricoles 3 128 2 80 Total 466 2011 Bolin et Sukamar, 2000
Carbone moyen mesuré dans différents écosystèmes, plusieurs études Végétation Sol Source Forêts tropicales humides primaires Forêts TH intervenues et secondaires 375 55 192 31 172-185 88-118 167 116 90-215 40-55 125-207 92-102 85-135 67-102 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 28-43 93 12-18 38 Adger et Brown, 1994 Adger et Brown, 1994 S&B Cycle Première année Seconde année 70 50 28-43 31-76 12-18 31-76 ICRAF-ASB, plusieurs études Adger et Brown, 1994 Adger et Brown, 1994 Plantation de Pins Systèmes agroforestiers Prairies, agriculture 111 80 40-70 30-50 2-7 25-40 Nabuurs et Mohren, 1993 ICRAF-ASB, plusieurs études ICRAF-ASB, plusieurs études