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Forêts, cycles du carbone et de l’eau, et changements globaux par Bernard Saugier Université Paris-Sud Orsay Bernard.Sa PowerPoint Presentation
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Forêts, cycles du carbone et de l’eau, et changements globaux par Bernard Saugier Université Paris-Sud Orsay Bernard.Saugier@eco.u-psud.fr . Où sont les forêts? Spécificités de leur fonctionnement Impact possible des changements globaux Méthodes d’étude: OTC, FACE, cernes

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Presentation Transcript
slide1

Forêts, cycles du carbone et de l’eau, et changements globauxpar Bernard Saugier Université Paris-Sud Orsay Bernard.Saugier@eco.u-psud.fr

Où sont les forêts?

Spécificités de leur fonctionnement

Impact possible des changements globaux

Méthodes d’étude: OTC, FACE, cernes

Quelques résultats: carbone, eau

Pistes de recherches

que repr sentent les for ts
Que représentent les forêts?
  • Forêts tropicales 17,5 millions de km2 
  • Forêts tempérées 10 millions de km2 
  • Forêts boréales 13,5 millions de km2 
  • Total 41 millions de km2
    • 28% de la surface des terres émergées
    • 82% de la biomasse continentale (650 Gt C)
    • 52% de la product. de biomasse (63 GtC/an)
    • Chiffres approximatifs!

Source: Roy, Saugier et Mooney, eds, 2001. Terrestrial Global Productivity, Academic Press.

particularit s des for ts
Particularités des forêts
  • Faible albedo  piège à rayonnement
  • Forte évaporation de l’eau interceptée
  • Racines profondes  RU élevée et transpiration maintenue en période sèche
  • Indice foliaire élevé et maintenu longtemps
  • Production élevée (durée de la saison de croissance)
  • Stock C important (biomasse et sol)
les changements globaux
Les changements globaux
  • Le CO2 a augmenté de 280 à 370 ppm
  • La température a augmenté de 0,6 °C
  • Les dépôts azotés ont augmenté
  • La surface des forêts a diminué en zone tropicale, et augmenté en zone tempérée
  • L’agriculture a libéré du CO2 en oxydant la matière organique des sols
slide12

Mesure du flux vertical de CO2

au-dessus d ’une forêt

flux de carbone au dessus d une h traie hesse vosges granier le dantec dufr ne
Flux de carbone au dessus d ’une hêtraie (Hesse, Vosges) (Granier, Le Dantec, Dufrêne)

mesures

simulation

Fc (gc m-2 day-1)

1997

1998

1999

comment la photosynth se r pond t elle l augmentation du co 2
Comment la photosynthèse répond-t-elle à l’augmentation du CO2 ?
  • Chambre sur feuille
  • Sacs à branches (branch bags)
  • Enceintes sur mini-couverts (OTC, OSC)
  • FACE (Free Air CO2 Enrichment)
  • Modélisation
photosynth se de feuilles de h tre r ponses au co 2 interne aur lie deveau
Photosynthèse de feuilles de hêtre Réponses au CO2 interne (Aurélie Deveau)

CO2 actuel

CO2 double

Feuille de lumière

Feuille d’ombre

slide20

Mini-couverts

de hêtre:

flux de CO2

versus

éclairement

(R. Liozon)

2 CO2

1 CO2

slide21

Flux journaliers de CO2 au dessus de mini-couverts de hêtre à Orsay (A=350, E=700 ppm) Thèse Rodolphe Liozon

slide22

E

Croissance en volume de bois de jeunes hêtres

(Liozon et al.; production de biomasse X1.5)

CO2 double

CO2 normal

effet d un doublement du co 2 sur un couvert de jeunes h tres
Effet d ’un doublement du CO2sur un couvert de jeunes hêtres
  • La photosynthèse du couvert double en juin,
  • mais la stimulation est moindre en été
  • La productivité annuelle P augmente de 47%
  • La consommation en eau E diminue de 10%
  • P/E augmente d ’environ 60%
  • La stimulation serait plus forte pour un couvert non fermé (augmentation de surface foliaire)
slide27

Résultats sur plantation de Liquidambar (h=15m) d’un traitement CO2 X 1.5 (537 ppm en moyenne)

voit on d j des effets du co 2 sur des arbres de for t
Voit-on déjà des effets du CO2 sur des arbres de forêt?
  • Le δ13C des cernes d’arbres a-t-il varié?
  • On sait qu’il représente A/g, le rapport entre l’assimilation de CO2 et la conductance stomatique
slide31

Rapport assimilation/ conductance stomatique déduit du 13C des cernes de hêtre (plateaux calcaires de Lorraine) Duquesnay et al., 1998, PCE 21, 565-572

etr et production future des for ts
ETR et production future des forêts

Effets d’une augmentation du CO2 :

  • Indice foliaire  ou 
  • Photosynthèse et production 
  • Transpiration  ou 
  • Efficience d ’utilisation de l ’eau 
  • CO2 favorable aux forêts
effets d un r chauffement
Effets d ’un réchauffement
  • Durée de la saison de croissance 
  • ETP 
  • Respiration  mais acclimatation probable
  • ETR  ou  et productivité 
  • Problèmes possibles en climat sec
d p ts azot s
Dépôts azotés 
  • Indice foliaire et azote foliaire 
  • Photosynthèse 
  • Productivité 
co 2 t et n pr cip ou
CO2, T et N , Précip.  ou 
  • Effet global sur ETR difficile à prévoir
  • Effet direct du CO2  ou  ETR
  • Effet direct de T  ETR
  • Effet direct de N  ETR
  • Effets combinés = ?
  • Une chose sûre: PPN/ETR et PPN 
slide38

B biomasse de la forêt, PG photosynthèse, R respiration totale (plantes + décomposeurs), PN productivité nette de l ’écosystème (= stockage de carbone dans la biomasse ou le sol)Le bilan carboné tend en principe vers zéro(sauf pertes de C gazeuses ou liquides)

effets d un r chauffement1
Effets d ’un réchauffement
  •  la durée de la saison de croissance
  •  la respiration (plantes, décomposeurs)
  •  la disponibilité en eau
  •  la productivité puis  à forte temp.
effets d une augmentation de co 2 et de temp rature
Effets d ’une augmentation de CO2 et de température
  • La fixation de CO2 augmente
  • Cela accroît les besoins en éléments minéraux (azote notamment)
  • Si l’offre en azote du sol augmente avec la photosynthèse, la production de biomasse augmente
  • Il en résulte une augmentation du carbone stocké (temps de résidence du C  30 ans)
mesure des stocks et de leurs variations
Mesure des stocks et de leurs variations
  • L’essentiel du stock est dans le bois des arbres et le sol
  • En France, l ’Inventaire Forestier National fait un inventaire précis de 120 000 points tous les 10 ans mais ne revient pas sur les mêmes sites, d ’où nécessité d ’adapter le protocole.
  • Le volume de bois sur pied est estimé de façon précise (2-3%?) mais le passage à la biomasse et au carbone introduit des incertitudes (>10%)
  • Le flux de CO2 est mesuré de façon continue sur environ 150 sites, son intégration fournit une estimation indépendante de la variation de stock (mais il subsiste de grosses incertitudes).
de l cosyst me la r gion mesures par avion et satellite
De l ’écosystème à la région, mesures par avion et satellite

Recouvrement végétal (VIS, PIR)

Biomasse (radar, lidar pour hauteur)

Chlorophylle et azote (VIS, PIR, MIR)

Fluorescence de la chlorophylle (futur)

slide43

Distribution spatiale des peuplements de la forêt de Fontainebleau

(données ONF)

Autres

Chênes

Hêtre

Mélange feuillus

Pin sylvestre

slide44

Chlorophylle du Couvert g m-2sol

Chênes

Hêtre

Azote (% MS)

Chlorophylle du Couvert µg cm-2

slide45

Production Primaire Nette

NPP (gC m-2 year-1)

< 200

200-400

400-500

500-600

600-700

>700

not simulated

N

5000 m

Production Nette de l’Ecosystème

NEP (gC m-2 year-1)

-400 -200

-200 0

0 100

100 200

200 400

400 600

not simulated

conclusions
Conclusions
  • Une évidence: les forêts jeunes accumulent du carbone
  • Même les forêts matures (non exploitées) semblent accumuler du carbone
  • Cela est dû au déséquilibre introduit par les changements globaux ( production)
  • Ce stockage devrait durer quelques décennies (5, 10? C ’est controversé!)
questions r soudre
Questions à résoudre
  • Stomates et bilan hydrique en CO2 élevé
  • Valider les modèles de C sol (stocks et flux)
  • Affiner la spatialisation des modèles de bilan carboné (NDVI, Chl, N)
  • Caractériser la diversité de réponses au CO2 et au climat pour planter des arbres adaptés aux conditions futures