Fonctionnement des écosystèmes - Chapitre 02 - Entrée de Carbone (PDF)

8.03 Fonctionnement des écosystèmes Chap. 02: Entrée de Carbone (C) & production dans les écosystèmes terrestres 6h, M1 AETPF Lobna ZRIBI  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Plan du Chap. 1 « Entrée de Carbone & produ...

8.03 Fonctionnement des écosystèmes Chap. 02: Entrée de Carbone (C) & production dans les écosystèmes terrestres 6h, M1 AETPF Lobna ZRIBI  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Plan du Chap. 1 « Entrée de Carbone & production dans les écosystèmes terrestres » ▪ I. Introduction ▪ II. Production primaire brute (PPB)/ Production primaire nette des écosystèmes (NPP) ▪ III. Respiration de l’écosystème (Reco) ▪ VI. Production nette de l’écosystème (NEP) ▪ V. Lessivage du C, transfers latéraux de C, perturbation ▪ IV. Stock de carbone au niveau de l’écosystème ▪ VII. Distribution globale (Biome) de la Biomasse & NPP ▪ VIII. Déterminants de la production primaire et les facteurs limitants ▪ IX. Impact des évènements climatiques extrêmes sur la fixation du C  I. Introduction Net primary production (NPP) Source: NASA images compiled by Reto Stockli, NASA's Earth Observatory Team, using data provided by the MODIS Land Science Team.  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Introduction L’accroissement de [CO2]atm 380 Directement mesurées 360 Conc.de CO2 (ppm) 340 320 Données extraites des 300 carottes de glace 280 260 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 Année  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Introduction L’accroissement de [CO2]atm  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Introduction La végétation puits ou source de CO2atm Le Quéré et al., 2009 10 Atmosphère 8 40% Océan Flux (Gt C y ) 30% -1 6 4 Végétation 30% 2 Carburants fossiles+ Changement d ’utilisation des 0 Terres 1960 1970 1980 1990 2000 2010 La végétation continentale joue donc un rôle central dans la définition des variations interannuelles de l’accroissement de la teneur en CO2 atm. IPCC WG1, 2013  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Introduction Cycle global de carbone Atmosphere 750 GtC deforestation combustion NEP Vegetation 640 GtC Oceans 39000 GtC Fossil fuels Soils 3100 GtC 4000 GtC sediments Adapted from IPCC, 2007  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Introduction Cycle global de carbone IPCC AR4 WG1  Introduction 8.03 Fonctionnement des écosystèmes Émissions anthropiques de CO2 Anthropogenic CO2 emissions IPCC WG1, 2013  8.03 Fonctionnement des écosystèmes 1,6 1,4 1,2 Emissions per capita (tC / person) 1 0,8 Combustibles fossiles LUC 0,6 0,4 0,2 0 1955 1965 1975 1985 1995 2005 2015 IPCC WG1, 2013  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Plan du Chap. 1 « Entrée de Carbone & production dans les écosystèmes terrestres » ▪ I. Introduction ▪ II. Production primaire brute (PPB)/ Production primaire nette des écosystèmes (NPP) ▪ III. Respiration de l’écosystème (Reco) ▪ VI. Production nette de l’écosystème (NEP) ▪ V. Lessivage du C, transfers latéraux de C, perturbation ▪ IV. Stock de carbone au niveau de l’écosystème ▪ VII. Distribution globale (Biome) de la Biomasse & NPP ▪ VIII. Déterminants de la production primaire et les facteurs limitants ▪ IX. Impact des évènements climatiques extrêmes sur la fixation du C  8.03 Fonctionnement des écosystèmes II. Production primaire brute (PPB) et production primaire nette des écosystèmes (NPP) Net primary production (NPP) Source: NASA images compiled by Reto Stockli, NASA's Earth Observatory Team, using data provided by the MODIS Land Science Team. Production primaire brute (PPB) et production primaire nette des écosystèmes (NPP) Les écosystèmes, convertisseurs d’énergie La première source d'Energie des écosystèmes est le soleil. Le rayonnement solaire reçu par les couches les plus élevées de l'atmosphère est d'environ 340 W/m2 en moyenne annuelle. Bilan radiatif de la terre Production primaire brute (PPB) et production primaire nette des écosystèmes (NPP) Les écosystèmes, convertisseurs d’énergie La photosynthèse est un processus indispensable à l’échelle de la planète : elle permet l’entrée de matière minérale et d’énergie dans la biosphère. La photosynthèse permet donc la conversion de l'énergie solaire en énergie chimique, présente dans les molécules organiques produites lors de la photosynthèse. A l’échelle de la feuille, l’efficience de conversion de l’énergie lumineuse en matière organique est approximativement de 5% dans les conditions optimales à faible intensité lumineuse, mais proche de 1% dans les conditions de terrain. Conversion of solar energy into carbohydrates by a leaf Production primaire brute (PPB) et production primaire nette des écosystèmes (NPP) Les écosystèmes, convertisseurs d’énergie Le manque d’efficacite dans la capture de l'énergie solaire par les plantes peut être attribué à ce que : 1. Les plantes ne peuvent utiliser que la lumière bleue et la lumière rouge 2. Une grande partie de la lumière entrant dans une feuille est absorbée par l’eau, les parois cellulaires et d’autres constituants de la feuille 3. Les conditions de température, d’humidité, d’alimentation minérale …..rarement optimales. Production primaire brute (PPB) et production primaire nette des écosystèmes (NPP) RA PPB RH PPN = PPB - RA PPN = DB + L PNE = PPN – RH L (-Fdisturb – Fleach) PNE = PPB – RE (-Fdisturb – Fleach) MOM RE = RA + RH PNE = DB + DMOM Production primaire brute (PPB) et production primaire nette des écosystèmes (NPP) Production primaire brute (PPB) et production primaire nette des écosystèmes (NPP) Collecte dans des paniers Allométrie avec le diamètre + accroissement diamètre Prélèvements en période de croissance (racines fines) Malhi et al. (2004) Production primaire brute (PPB) et production primaire nette des écosystèmes (NPP) GPP : Gross Primary Production = production brute de l’écosystème. PPB: Production Primaire Brute Quantité de carbone fixée dans la végétation par la photosynthèse. La production primaire brute est la somme de la photosynthèse de toutes les feuilles mesurée à l'échelle de l'écosystème. gC m-2 year-1 Production primaire brute (PPB) et production primaire nette des écosystèmes (NPP) La Production Primaire Nette : quantité d'énergie accumulée dans la biomasse de la plante (croissance et reproduction). NPP : Net Primary Production : production primaire nette de l’écosystème PPN: quantité de carbone fixée dans la végétation (sans tenir compte de la respiration hétérotrophe). PPN = PPB - Ra gC m-2 year-1 Production primaire brute (PPB) et production primaire nette des écosystèmes (NPP) Compartiments Feuilles Tronc Sol Photosynthèse foliaire Respiration Respiration (A) (Rtronc) (Rsol) Exprimé en gC / m²organe / seconde Investigation du bilan de C forestier : Mesure des flux Production primaire brute (PPB) et production primaire nette des écosystèmes (NPP) Production primaire brute (PPB) et production primaire nette des écosystèmes (NPP) Net primary production (NPP) Source: NASA images compiled by Reto Stockli, NASA's Earth Observatory Team, using data provided by the MODIS Land Science Team.  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Plan du Chap. 2 « Entrée de Carbone & production dans les écosystèmes terrestres » ▪ I. Introduction ▪ II. Production primaire brute (PPB)/ Production primaire nette des écosystèmes (NPP) ▪ III. Respiration de l’écosystème (Reco) ▪ VI. Production nette de l’écosystème (NEP) ▪ V. Lessivage du C, transfers latéraux de C, perturbation ▪ IV. Stock de carbone au niveau de l’écosystème ▪ VII. Distribution globale (Biome) de la Biomasse & NPP ▪ VIII. Déterminants de la production primaire et les facteurs limitants ▪ IX. Impact des évènements climatiques extrêmes sur la fixation du C III. Respiration de l’écosystème (Reco)  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Respiration de l’écosystème  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Respiration de l’écosystème  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Respiration de l’écosystème NPP = GPP - Reco La respiration est moins bien connue que l’acquisition (photosynthèse) Reco=Raérien + Rsol Rsol est contrôlée par la température et la teneur en eau des sols mais aussi par l’activité photosynthètique via la fourniture d’exsudats racinaires (énergie pour la microflore rhizosphérique)  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Respiration de l’écosystème Respiration de la plante/Respiration autotrophe  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Respiration de l’écosystème Concentration et coût en carbone des principaux constituants d'une feuille de Carex 35 1400 30 1200 Respiration de la 25 1000 Concentration (%) Coût C (mgC/g) plante/Respiration 20 800 Conc autotrophe 15 600 Coût 10 400 5 200 0 0 La respiration fournit à la plante l’énergie nécessaire pour : 1) Produire de la biomasse 2) Absorber des ions dans l’eau du sol 3) Maintenir la biomasse en bon état (fort turnover des protéines) @ Daniel EPRON  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Respiration de l’écosystème Respiration du sol IRGA: CIRAS-1 SRC-1 Infra-Red Gas Analyser Sol organique Sol minéral  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Respiration de l’écosystème Respiration du sol  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Respiration du sol Période de croissance Premières pluies d’Automne Période de croissance 20 18 Modélisée MS Modélisées Mesurée MS Mesurées 16 Respiration du sol (μmol m-2 s-1) 14 Sécheresse estivale Froid hivernal 12 10 8 6 4 2 R2=0,91 0 01/mai/2008 01/août/2008 01/nov/2008 01/févr/2009 01/mai/2009  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Respiration du sol- P 140 70 Précipitation Modélisées Modélisée MS Mesurée MesuréesMS 120 60 100 50 Précipitation (mm) SWC (mm) 80 40 60 30 40 20 20 10 R2=0,95 0 0 01/mai/2008 01/août/2008 01/nov/2008 01/févr/2009 01/mai/2009  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Respiration du sol- T 40 35 Modélisées Modélisée 30 Mesurée MS Mesurées Température du sol (°C) 25 20 15 10 5 R2=0,98 0 01/mai/2008 01/août/2008 01/nov/2008 01/févr/2009 01/mai/2009  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Respiration du sol-T Augmentation exponentielle de la respiration avec la température selon une loi de type : RT = RTref Q10 (T-Tref)/10 Q10 souvent proche de 2  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Plan du Chap. 1 « Entrée de Carbone & production dans les écosystèmes terrestres » ▪ I. Introduction ▪ II. Production primaire brute (PPB)/ Production primaire nette des écosystèmes (NPP) ▪ III. Respiration de l’écosystème (Reco) ▪ VI. Production nette de l’écosystème (NEP) ▪ V. Lessivage du C, transfers latéraux de C, perturbation ▪ IV. Stock de carbone au niveau de l’écosystème ▪ VII. Distribution globale (Biome) de la Biomasse & NPP ▪ VIII. Déterminants de la production primaire et les facteurs limitants ▪ IX. Impact des évènements climatiques extrêmes sur la fixation du C VI. Production nette d’un écosystème (PNE)  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Production nette d’un écosystème RA PPB PPN = PPB - RA RH PPN = DB + L PNE = PPN – RH (-Fdisturb – Fleach) PNE = PPB – RE L (-Fdisturb – Fleach) RE = RA + RH MOM PNE = DB + DMOM  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Production nette d’un écosystème  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Production nette d’un écosystème GPP : Gross Primary Production = production brute de l’écosystème : PPB. PPB: Quantité de carbone fixée dans la végétation par la photosynthèse. NPP : Net Primary Production : production primaire nette de l’écosystème : PPN: Quantité de carbone fixée dans la végétation (sans tenir compte de la respiration hétérotrophe) : PPN = PPB - Ra NEP : Net Ecosystem Production : production nette de l’écosystème : PNE. PNE: Quantité de carbone fixée dans la végétation (en tenant compte de la respiration) : PNE = PPN - Rh  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Production nette d’un écosystème Photosynthèse Respiration de l’écosystème PNE = GPP - Reco PNE: Production Nette de l’Ecosystème GPP: Production Primaire Brute Reco: Respiration de l’écosystème  Bilan de carbone d’un écosystème forestier des écosystèmes 8.03 Fonctionnement Production nette d’un écosystème Flux de CO2 NEP > 0 « Puits » de carbone Photosynthèse NEP < 0 « Source » de carbone (GPP) NPP NEP Respiration Réco = Ra + Rh autotrophe (Ra) Respiration hétérotrophe (Rh) Débris végétaux décomposés NPP = Production Primaire Nette  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Production nette d’un écosystème Trois différents flux de carbone : - Photosynthèse, qui permet la croissance de la plante : GPP - Flux issus de l’activité respiratoire, qui lui fournie son énergie. Ra → Bilan NPP, carbone stocké dans la biomasse - Rh : Provient de la décomposition de la matière organique du sol permettent de calculer la NEP : production nette de l’écosystème : résultante des trois flux. NEP Positive: flux global vers la végétation : puits de carbone. NEP Négative: flux global vers l’atmosphère, l’écosystème est une source de carbone pour l’atmosphère. Ces flux sont très intéressant à connaître pour évaluer la capacité de la végétation à amortir nos rejets atmosphériques.  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Production nette d’un écosystème NEP est donc la différence entre la fixation de carbone par la photosynthèse à partir de CO2 atmosphérique et l’émission de carbone dans l’atmosphère par la respiration sous forme de CO2, sur une période de temps déterminée et dans un espace déterminé. Les forêts sont-elles des sources ou des puits de carbone ? Une NEP positive signifie que l’écosystème absorbe plus de carbone que ce qu’il n’en émet, l’écosystème est ainsi un puits de carbone. NEE: Net Ecosystem Exchange NEE = -NEP A negative NEE means an uptake by the ecosystem. A positive value of NEP means a net uptake of carbon.  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Production nette d’un écosystème Compartiments Feuilles Tronc Sol Photosynthèse foliaire Respiration Respiration (A) (Rtronc) (Rsol) Exprimé en gC / m²organe / seconde Investigation du bilan de C forestier : Mesure des flux  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Production nette d’un écosystème Production Nette de l’écosystème  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Production nette d’un écosystème Production Nette de l’écosystème Bilan de carbone d’un écosystème forestier  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Production nette d’un écosystème flux mesurés flux simulés 40 puits 20 Saison de végétation PNE (µmol m-2s-1) PNE = PPB - R 0 -20 source Bilans annuels de CO2 -40 Mesures semi-horaires Année 2005 janv. fév. mars avri l mai juin juillet aoû t sept. oct. nov. déc.  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Production nette d’un écosystème Exemple: La subéraie de Bellif est-elle une source ou un puits de carbone ? CO2 Atm Reco Production primaire brute 2110 (GPP): 2263 ±314 Respiration de l’écosystème (Reco):2110 ±278 Production nette de l’écosystème (NEP): 152 ±035 GPP 2263 Respiration du sol (Rs): 2000 ± 226 Litière: 511 ±125 NPE 152 Exprimé en gC m−2 an−1  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Production nette d’un écosystème Exemple: La subéraie de Bellif est-elle une source ou un puits de carbone ? CO2 Atm Reco Production primaire brute 2110 (GPP): 2263 ±314 Respiration de l’écosystème (Reco):2110 ±278 Production nette de l’écosystème (NEP): 152 ±035 GPP 2263 Respiration du sol (Rs): 2000 ± 226 Litière: 511 ±125 NPE 152 Exprimé en gC m−2 an−1  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Production nette d’un écosystème Exemple:  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Production nette d’un écosystème Germination&growth due to rainfall C3 senescence grazing drought Birch Effect Reco > GPP source sink/puits Daily-integrated NEE, GPP and Reco 1. Birch effect: immediate carbon release from water-stressed soil due to rainfall, because of the quick activation of soil microbial respiration. 2. In 2005, Reco is larger than GPP with time and NEE is slightly positive, showing that the warm- season C4 plant fails to compensate carbon loss via plant and microbial respiration. 3. In 2006, quick growth of C4 plant due to strong rainfall (163 DOY) switch the ecosystem into a net carbon sink (negative NEE).  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Production nette d’un écosystème 164 sites (21 au Sud) Puits Source Le bilan de carbone est peu sensible au climat général. Il est plus déterminé par la gestion, l’historique et les perturbations Les forêts contribuent à l’atténuer l’augmentation du CO2 dans l’atmosphère Luyssaert, GCB, 2007. CO2 balance of boreal, temperate, and tropical forests derived from a global database @ Daniel EPRON  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Plan du Chap. 1 « Entrée de Carbone & production dans les écosystèmes terrestres » ▪ I. Introduction ▪ II. Production primaire brute (PPB)/ Production primaire nette des écosystèmes (NPP) ▪ III. Respiration de l’écosystème (Reco) ▪ VI. Production nette de l’écosystème (NEP) ▪ V. Lessivage du C, transfers latéraux de C, perturbation ▪ IV. Stock de carbone au niveau de l’écosystème ▪ VII. Distribution globale (Biome) de la Biomasse & NPP ▪ VIII. Déterminants de la production primaire et les facteurs limitants ▪ IX. Impact des évènements climatiques extrêmes sur la fixation du C V. Lessivage du C, transferts latéraux de C, perturbations  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Lessivage du C La lixiviation du C organique dissous et du C inorganique dissous dans les eaux souterraines et les cours d'eau est une voie importante de perte de C de certains écosystèmes → Les eaux souterraines sont sursaturées en CO2 Environ 20 % du CO2 produit dans les sols arctiques s’infiltre dans les eaux souterraines et est rejeté par les lacs et les cours d’eau Figur e 6.9. Representative seasonal pattern of gross primary production, ecosystem respiration, and net ecosystem production of an ecosystem. NEP is the difference between two large fluxes (carbon inputs in GPP and carbon losses, of which Recosyst and Fleach are generally greatest). A nnual CO2 flux in this graph is at steady state because the NEP summed over the annual cycle is close to zero. Here, carbon losses due to disturbance are assumed to be zero.  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Transferts latéraux de C Le transfert latéral de C que se soit dans ou hors des écosystèmes peut être important au bilan de C à long terme: - Erosion, principalement hydrique, est le facteur majeur de dégradation des sols, - Dépôt/exportation par le vent ou l'eau, - Déplacement/transport par les animaux. Erosion hydrique des sols 142  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Perturbations = événements/phénomènes occasionnels de perte de C dans de nombreux écosystèmes. Feu et récolte des plantes = voies dominantes des pertes de carbone des écosystèmes durant les années où elles se produisent. Les pertes importantes de carbone dues aux perturbations →peuvent influer les composantes du budget de carbone à long terme. Ex: Les pertes de carbone lors des incendies dans les forêts boréales canadiennes sont en moyenne de10 à 30% de la NPP.  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Perturbations Déforestation pour faire de l'agriculture (22% des GES émis) Le CO2 émis suite à la coupe de la forêt (le bois retiré finit par brûler ou se décomposer) peut être retiré de l'atmosphère si le sol permet la repousse d'une biomasse équivalente à celle enlevée. Ce n'est pas toujours le cas, surtout en pays tropicaux où le sol forestier est pauvre et s'épuise rapidement après son exploitation agricole. Après déforestation, l’humus du sol qui n’est plus protégé peut être lessivé de ses nutriments et détruit par l’érosion de l’eau ou asséché par le soleil et emporté par le vent ne laissant qu’un sol pauvre et peu fertile. En milieu tropical, la déforestation conduit souvent à un appauvrissement important du sol en matière organique. Le sol peut même devenir complètement stérile. N.B. Dans une forêt mature, la consommation de CO2 par photosynthèse est égale à la production par respiration et décomposition.  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Perturbations En Haïti, la destruction du couvert forestier a détruit les sols (surtout sur les pentes). Le sol est devenu impropre à l’agriculture. Le pays était couvert d’une forêt tropicale dense avant la colonisation de l’île. Il ne reste presque plus rien de cette forêt. La grande inondation aux Gonaïves en 2004 lors du passage de l’ouragan Jeanne était surtout due au déboisement. Un sol déboisé ne peut pas absorber l’eau lors de pluies soudaines et violentes. L’eau ruisselle et cause des inondations.  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Perturbations Carte mondiale de la dégradation des sols établie en 2017. Selon le rapport de 2015 de la FAO sur l'« État des ressources du sol dans le monde », un tiers des terres arables de la planète sont plus ou moins menacées de disparaître. Les principales menaces qui affectent les sols sont leur érosion (par l'eau, le vent ou le labour), la perte de carbone organique et les déséquilibres nutritifs liés principalement au changement d'affectation des sols (urbanisation, défrichement), ainsi qu'à l'intensification de l'agriculture et de la déforestation.  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Plan du Chap. 1 « Entrée de Carbone & production dans les écosystèmes terrestres » ▪ I. Introduction ▪ II. Production primaire brute (PPB)/ Production primaire nette des écosystèmes (NPP) ▪ III. Respiration de l’écosystème (Reco) ▪ VI. Production nette de l’écosystème (NEP) ▪ V. Lessivage du C, transfers latéraux de C, perturbation ▪ IV. Stock de carbone au niveau de l’écosystème ▪ VII. Distribution globale (Biome) de la Biomasse & NPP ▪ VIII. Déterminants de la production primaire et les facteurs limitants ▪ IX. Impact des évènements climatiques extrêmes sur la fixation du C IV. Stock de carbone au niveau de l’écosystème  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Stock de carbone au niveau de l’écosystème PPB Reco, Coupes, feux… Stock Exprimé en Mg C /ha ou t C/ha ou g C/ m2  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Stock de carbone au niveau de l’écosystème Exemple de mesure de la biomasse végétale  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Stock de carbone au niveau de l’écosystème Exemple de mesure de la biomasse dans une suberaie Zribi et al. 2016  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Stock de carbone au niveau de l’écosystème Techniques de mesures Biomasse aérienne Litière ➔Tronc, branches et feuilles Stocks 0+ 10 cm 0 cm Mg C ha−1 -30 cm -60 cm Biomasse racinaire -150 cm ➔ Excavation Sol  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Stock de carbone au niveau de l’écosystème Plante 1. Mesure du stock de carbone dans la biomasse aérienne 2. Mesure du stock de carbone dans la biomasse souterraine Stock de carbone au niveau de l’écosystème Modélisation du stock de la biomasse 3 replicats par site (plots 25 x 25 m) 10 arbres 6 arbres DBH, Diamètre à Hauteur de Poitrine (m) H, Hauteur total (m), Site jeune (YS) Site mature (MS) LCL, Longueur de l’houppier (m) CR =LCL/H. Bois du tronc Liège du tronc Bois des branches Liège des branches Feuilles Individu DBH, H DBH, H DBH, LCL DBH, CR DBH, CR Biomasse aérienne Biomasse souterraine Biomasse totale DBH, H, LCL, CR DBH, LCL DBH, H, LCL, CR Parcelle Biomasse aérienne et souterraine (Mg MS ha-1)  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Stock de carbone au niveau de l’écosystème Exemple de mesure de la biomasse/espèce 𝑴 = 𝒂 𝑪𝟏𝟑𝟎𝒃 + 𝒄 𝒃 𝑴 = 𝒂 𝑫𝟐 𝑯 + 𝒄 @ Daniel EPRON  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Stock de carbone au niveau de l’écosystème Litière et sol 4. Mesure du stock de carbone du sol 3. Mesure du stock de carbone dans la litière  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Stock de carbone au niveau de l’écosystème Modélisation du stock de carbone du sol Estimation du stock de carbone organique du sol (SOCs) SOCs = Σ Dbi Ci Di Avec: SOCs: stock du carbone organique du sol en (kg C/m2), Dbi: densité apparente en (g ⁄cm3) de l’horizon i, Ci : teneur en carbone organique en (%) dans l’horizon i, Di : épaisseur de l’horizon, en cm (cm). Xu et al. (2011)  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Stock de carbone au niveau de l’écosystème Stock de carbone sol- plante 4,64 Biomasse aérienne 37,40 Biomasse souterraine 116,45 Litière 380,29 Sol (0-150 cm) Exprimé en Mg C ha−1  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Stock de carbone au niveau de l’écosystème Stock de carbone sol- plante Bellif/ Quercus suber Feuilles: 3,67 ± 0,39 Branches: - bois 34,26 ± 7,04 ▪ Arbres: 153,85 Mg C ha-1 - liège 9,71 ± 1,21 ▪ Litière: 4,64 Mg C ha-1 ▪ sol: 380,29 Mg C ha-1 ▪ Total: 538,78 Mg C ha-1 Tronc: - bois 49,63 ± 5,87 - liège 19,17 ± 1,88 Litière: 4,64 ± 0,59 Racine: 37,40 ± 3,03 Stock de carbone en Mg C ha−1  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Stock de carbone au niveau de l’écosystème Stock de carbone sol- plante Peuchabon/ Quercus ilex Partie aérienne feuilles 300 g C m-2 bois 4800 g C m-2 1/3 Partie souterraine souches 2600 g C m-2 racines 2200 g C m-2 Sol litière 300 g C m-2 2/3 MO 6100 g C m-2  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Stock de carbone au niveau de l’écosystème @ Daniel EPRON  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Plan du Chap. 2 « Entrée de Carbone & production dans les écosystèmes terrestres » ▪ I. Introduction ▪ II. Production primaire brute (PPB)/ Production primaire nette des écosystèmes (NPP) ▪ III. Respiration de l’écosystème (Reco) ▪ VI. Production nette de l’écosystème (NEP) ▪ V. Lessivage du C, transfers latéraux de C, perturbation ▪ IV. Stock de carbone au niveau de l’écosystème ▪ VII. Distribution globale (Biome) de la Biomasse & NPP ▪ VIII. Déterminants de la production primaire et les facteurs limitants ▪ IX. Impact des évènements climatiques extrêmes sur la fixation du C VII. Distribution globale (biomes) de la Biomasse & NPP  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Facteurs qui aboutissent à la répartition biogéographique mondiale? Hémisphère Nord Température Lumière Equateur Précipitations Saisonnalité Hémisphère Sud Energie Apparition des biomes mondiaux Distribution globale (biomes) de la Biomasse & NPP Le Biome: Ecosystèmes terrestres ou aquatiques caractéristiques de grandes zones biogéographiques soumises à un climat particulier. Condition de vie et de croissance spécifique Groupement d’organismes vivants (Faune et flore) qui occupent une région climatique précise et qui sont adaptés aux conditions qui y règnent. Faune et Flore spécifique  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Distribution globale (biomes) de la Biomasse & NPP Répartition géographique des espèces Chaque espèces végétales ou animales possède une aire de répartition géographique (biome) d’étendue variable, en fonction de son rang et associée à des biotopes précis. - Certaines aires géographiques seront très étendues - D’autres étroites seront très restreintes - Certaines aires couvriront l’ensemble des continents - D’autres seront présentes sur un seul des continents - D’autres n’occuperont qu’une faible fraction d’un contient - D’autres aires seront disjointes. La distribution géographique est liée principalement aux facteurs écologique limitants existants et également aux facteurs historiques et géographiques qui jouent un rôle essentiel dans la genèse de la distribution actuelle.  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Distribution globale (biomes) de la Biomasse & NPP Distribution des principaux biomes terrestres  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Distribution globale (biomes) de la Biomasse & NPP  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Distribution globale (biomes) de la Biomasse & NPP FIGURE 5. Stocks et flux de carbone dans trois écosystèmes représentatifs des forêts, prairies et cultures. PPB est la productivité primaire brute (carbone fixé par photosynthèse), PPN est la productivité primaire nette (carbone utilisé pour la formation de biomasse), PNE est la productivité nette de l’écosystème, qui correspond au stockage de carbone par cet écosystème.(ROBERT & SAUGIER,2004)  Distribution globale (biomes) de la Biomasse & NPP DRY WET DRY 0.3 2 - de CO NEEO (mol CO2 m-2 jour-1) 0.2 Source CO2de CSource 0.1 - 0.0 0 50 100 150 200 250 300 350 Puits de Flux -0.1 Puits -0.2 1 point correspond à la somme des échanges nets sur 10 jours -0.3 Jours Time Juliens Guyane - Forêt Naturelle 5° Nord Bonal et al. GCB 2008 @ Daniel EPRON  Distribution globale (biomes) de la Biomasse & NPP 5 Source 2.5 0 -2.5 Puits -5 2004 2005 2006 Guyane - Forêt Naturelle 5° Nord Bonal et al. GCB 2008 @ Daniel EPRON  Distribution globale (biomes) de la Biomasse & NPP 5 Source 0 -5 Puits -10 0 10 20 30 40 50 semaine France - Futaie de Hêtre 48° Nord A. Granier @ Daniel EPRON  Distribution globale (biomes) de la Biomasse & NPP 15 10 Source 5 0 N G -5 R -10 -15 Puits -20 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 France - Futaie de Hêtre 48° Nord A. Granier @ Daniel EPRON  Distribution globale (biomes) de la Biomasse & NPP 10 Source 5 0 -5 Puits -10 0 10 20 30 40 50 semaine Congo - Plantation d’Eucalyptus 4° Sud Y. Nouvellon @ Daniel EPRON  Distribution globale (biomes) de la Biomasse & NPP PNE PB Hesse (1997) Hinda (2001) Paracou (2005) RE Jeune hêtraie Plant. Eucalyptus FHT 48°N, 7°E 4°S, 12°E 5°N, 52°W (kgC m-2 y-1 ) PB = - 1.25 PB = - 1.99 PB = - 1.84 RE = + 0.99 RE = + 1.62 RE = + 1.77 PNE = - 0.26 PNE = - 0.37 PNE = - 0.07 PNE/PB = 21% PNE/PB= 19% PNE/PB= 4% @ Daniel EPRON  Distribution globale (biomes) de la Biomasse & NPP Variations entre biomes 164 sites (21 au Sud) Puits Source Le bilan de carbone est peu sensible au climat général. Il est plus déterminé par la gestion, l’historique et les perturbations. Les forêts contribuent à atténuer l’augmentation du CO2 dans l’atmosphère Luyssaert, GCB, 2007 @ Daniel EPRON  Distribution globale (biomes) de la Biomasse & NPP Variations entre biomes @ Daniel EPRON  8.03 Fonctionnement des écosystèmes 1. Forêt pluviale tropicale (Brésil, Manaus) Flux total annuel (gC.m-2.an-1) An 3040 Rt 2450 1480 970 Carbone Rf aérien 410 +170 Da Rh Ra 700 T 1370 Rt 390 Rr Carbone organique Carbone Ds +360 racines 680 +60 630 (Malhi et al. 1999)  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Variations entre biomes Figure 1. Estimated annual total carbon flows for each study site. All units are g C m year (a) Tropical rain forest, Brazil; –2 –1 (b) temperate deciduous oak-forest, USA; (c) boreal evergreen black spruce forest, Canada. Gp, gross primary production; Rt, total respiration; Ra, autotrophic respiration; Rh, heterotrophic respiration; Rl, leaf respiration; Rw, above- ground wood respiration; Rr, root respiration; DAG, aboveground detritus (litterfall and mortality); DBG, below- ground detritus (root mortality, fine root turnover and exudation); T, below-ground carbon translocation; DAG, above ground net biomass carbon increment; DBG, below- ground net biomass carbon increment; DSOM, net increment in soil organic carbon.(Malhi et al., 1999)  8.03 Fonctionnement des écosystèmes 2. Forêt tempérée (USA, Tennessee) - Chênes Flux total annuel (gC.m-2.an-1) An 1725 Rt 1140 782 359 Carbone Rf aérien 191 +150 Da Rh Ra 360 T 828 Rtr 196 Rr Carbone organique Carbone Ds +396 racines 395 +39 395 (Malhi et al. 1999)  Variations entre biomes 8.03 Fonctionnement des écosystèmes Figure 1. Estimated annual total carbon flows for each study site. All units are g C m year (a) Tropical rain forest, Brazil; –2 –1 (b) temperate deciduous oak-forest, USA; (c) boreal evergreen black spruce forest, Canada. Gp, gross primary production; Rt, total respiration; Ra, autotrophic respiration; Rh, heterotrophic respiration; Rl, leaf respiration; Rw, above- ground wood respiration; Rr, root respiration; DAG, aboveground detritus (litterfall and mortality); DBG, below- ground detritus (root mortality, fine root turnover and exudation); T, below-ground carbon translocation; DAG, above ground net biomass carbon increment; DBG, below- ground net biomass carbon increment; DSOM, net increment in soil organic carbon.(Malhi et al., 1999)  8.03 Fonctionnement des écosystèmes 3. Forêt boréale (Canada, Saskatchewan) - Epicea Flux total annuel (gC.m-2.an-1) An 963 Rt 895 446 449 Carbone Rf aérien +110 216 Da Rh Ra 51 T 828 Rtr 87 Rr Carbone organique Carbone Ds -72 racines 143 +30 326 (Malhi et al. 1999)  Variations entre biomes 8.03 Fonctionnement des écosystèmes Figure 1. Estimated annual total carbon flows for each study site. All units are g C m year (a) Tropical rain forest, Brazil; –2 –1 (b) temperate deciduous oak-forest, USA; (c) boreal evergreen black spruce forest, Canada. Gp, gross primary production; Rt, total respiration; Ra, autotrophic respiration; Rh, heterotrophic respiration; Rl, leaf respiration; Rw, above- ground wood respiration; Rr, root respiration; DAG, aboveground detritus (litterfall and mortality); DBG, below- ground detritus (root mortality, fine root turnover and exudation); T, below-ground carbon translocation; DAG, above ground net biomass carbon increment; DBG, below- ground net biomass carbon increment; DSOM, net increment in soil organic carbon.(Malhi et al., 1999)  Distribution globale (biomes) de la Biomasse & NPP Variations entre biomes Fig. 1 Simplified diagram depicting the major components of the carbon budget in forest ecosystems, and the partitioning of (1) GPP into carbon fluxes to: (2) foliage (ANPP foliage) and (3) wood (ANPP wood) aboveground net primary productivity, (4) foliage (R foliage), and (5) wood (R wood) autotrophic respiration, and (6) total belowground carbon flux (TBCF). Values in parentheses are 10th and 90th percentiles of carbon partitioning for studies analyzed herein that provided information on all of the components of GPP (n = 29). Modified from Ryan et al. (2004). See Tables 1a and 1b and Nomenclature for term definitions. Litton et al. GCB 2007 ANPP = aboveground net primary production; can refer to foliage (ANPPfoliage), wood (ANPP wood), or total (ANPPtotal = ANPPfoliage + ANPPwood) @ Daniel EPRON Distribution globale (biomes) de la Biomasse & NPP Allocation vers les compartiments souterrains Calculer TBCF et TBCA pour les 3 exemples de forêts (tropicale, tempérée et boréale) TBCF: total belowground carbon flux (BNPProot + Rroot + C to root exudates and mycorrhizae) TBCA: total belowground carbon allocation en (%) @ Daniel EPRON  Distribution globale (biomes) de la Biomasse & NPP Allocation vers les compartiments souterrains Calculer TBCF et TBCA pour les 3 exemples de forêts (tropicale, tempérée et boréale) Ecosystème TBCF GPP TBCA Forêt tropicale 1370 3040 M 45% Forêt tempérée 829 1725 48% Forêt boréale 499 963 52% GPP: gross primary production TBCA: total belowground carbon allocation en % TBCF: total belowground carbon flux (BNPProot + Rroot + C to root exudates and mycorrhizae) @ Daniel EPRON  Distribution globale (biomes) de la Biomasse & NPP Allocation vers les compartiments souterrains Calculer TBCF et TBCA pour les 3 exemples de forêts (tropicale, tempérée et boréale) Ecosystème TBCF GPP TBCA Forêt tropicale 1370 3040 45% Forêt tempérée 829 1725 48% Forêt boréale 499 963 52% GPP: gross primary production TBCA: total belowground carbon allocation en % TBCF: total belowground carbon flux (BNPProot + Rroot + C to root exudates and mycorrhizae) @ Daniel EPRON  Distribution globale (biomes) de la Biomasse & NPP Coefficient de productivité : KP = PPB / RA Efficience d’utilisation du carbone (végétation) : C.U.E. = PPN / PPB = 1 - 1/KP Calculer KP et CUE pour les 3 exemples de forêts (tropicale, tempérée et boréale) @ Daniel EPRON  Distribution globale (biomes) de la Biomasse & NPP Variations entre biomes Coefficient de productivité : KP = PPB / RA Efficience d’utilisation du carbone (végétation) : C.U.E. = PPN / PPB = 1 - 1/KP Calculer KP et CUE pour les 3 exemples de forêts (tropicale, tempérée et boréale) Ecosystème PPB RA PPN KP CUE Forêt tropicale 3040 1480 Forêt tempérée 1725 782 Forêt boréale 963 446 @ Daniel EPRON  Distribution globale (biomes) de la Biomasse & NPP Coefficient de productivité : KP = PPB / RA Efficience d’utilisation du carbone (végétation) : C.U.E. = PPN / PPB = 1 - 1/KP Calculer KP et CUE pour les 3 exemples de forêts (tropicale, tempérée et boréale) Ecosystème PPB RA PPN KP CUE Forêt tropicale 3040 1480 1560 2.05 0.51 Forêt tempérée 1725 782 943 2.21 0.55 Forêt boréale 963 446 517 2.16 0.54 @ Daniel EPRON  Distribution globale (biomes) de la Biomasse & NPP Coefficient de productivité : KP = PPB / RA Efficience d’utilisation du carbone (végétation) : C.U.E. = PPN / PPB = 1 - 1/KP Calculer KP et CUE pour les 3 exemples de forêts (tropicale, tempérée et boréale) Ecosystème PPB RA PPN KP CUE Interprétation Forêt tropicale de la3040 CUE 1480 1560 2.05 0.51 ✅ Si CUE est proche de 1 → La végétation est très efficace pour convertir le carbone Forêt tempérée 1725 en 782 biomasse (faible 943 respiration). 2.21 0.55 ✅ Si CUE est faible (< 0,5) → Une grande partie du carbone Forêt boréale assimilé 963respiration. est perdue par 446 517 2.16 0.54 @ Daniel EPRON  Distribution globale (biomes) de la Biomasse & NPP Variations entre biomes De Lucia et al GCB, 2007 Waring et al TP, 1998 @ Daniel EPRON Distribution globale (biomes) de la Biomasse & NPP Productivité (PPN/B) et Turn-over (B/PPN) Productivité Nette: le rapport de la production nette sur la biomasse végétale pendant un temps déterminé, soit le rapport PPN/B. Pourcentage d’augmentation de la biomasse par unité de temps (jours ou an). Productivité = (g de C/m2/J) / (g de C/m2) Turn-over : le rapport inverse B/PPN ou taux de renouvellement de la biomasse. Taux de renouvellement = (g de C/m2) / (g de C/m2/J)  Distribution globale (biomes) de la Biomasse & NPP Variations entre biomes Productivité : PPN / B Temps de résidence (ou de transit) : B / PPN Ecosystème KP C.U.E PPN / B B / PPN Forêts 1.2 à 2.2 0.2 à 0.6 0.04 - 0.05 20-25 ans Formations 2à5 0.5 à 0.8 0.1 à 0.3 3 à 10 ans herbacées Ecosystèmes -> 5 à 10 0.8 à 0.9 25 à 50 1 à 2 sem. aquatiques @ Daniel EPRON Distribution globale (biomes) de la Biomasse & NPP Variations entre biomes Temps de résidence de quelques écosystèmes PPN B MRT (kg m-2 an-1) (kg m-2) (an) Forêt tropicale humide 2.0 45 22.5 Forêt tempérée décidue 1.2 30 25 Forêt boréale 0.8 20 25 Savane 0.8 4 5 Prairie tempérée 0.5 1.5 3 Toundra 0.14 0.6 4 Steppe désertique 0.09 0.7 7 Zone humide 2.5 15 6 Récifs corallien 2.0 2 1 Océan 0.13 0.003 0.023 (8j) MRT : Temps moyen de résidence  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Plan du Chap. 2 « Entrée de Carbone & production dans les écosystèmes terrestres » ▪ I. Introduction ▪ II. Production primaire brute (PPB)/ Production primaire nette des écosystèmes (NPP) ▪ III. Respiration de l’écosystème (Reco) ▪ VI. Production nette de l’écosystème (NEP) ▪ V. Lessivage du C, transfers latéraux de C, perturbation ▪ IV. Stock de carbone au niveau de l’écosystème ▪ VII. Distribution globale (Biome) de la Biomasse & NPP ▪ VIII. Déterminants de la production primaire et facteurs limitants ▪ IX. Impact des évènements climatiques extrêmes sur la fixation du C VIII. Déterminants de la production primaire et facteurs limitants  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Les déterminants et les facteurs limitants Un facteur limitant est une limite de tolérance, une ressource, une variable, un élément ou une condition d'un système qui détermine et limite le développement et l'évolution d'un processus. Le facteur limitant est le facteur qui va conditionner la vitesse ou l’amplitude d’un phénomène plurifactoriel à un moment précis. Le facteur limitant est un facteur écologique qui, par son absence ou sa quantité réduite au-dessous d'un minimum critique, ou lorsqu'il excède le niveau maximal tolérable, va exercer un rôle limitant sur l'espèce. → Dans un écosystème, le facteur limitant est le facteur du milieu qui est situé le plus loin de l’optimum et qui donc limite la production du végétal, et ce quel que soit la variation des autres facteurs.  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Les déterminants et les facteurs limitants @ Daniel EPRON Les déterminants et les facteurs limitants GPP & NPP sont contrôlés par les mêmes facteurs Les déterminants et les facteurs limitants Intensité de la radiation solaire  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Les déterminants et les facteurs limitants. Intensité de la radiation solaire PAR = Rayonnement Photosynthétiquement Actif (entre 400 et 700 nm) PAR (µmol de photons/m2 de sol/s)  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Les déterminants et les facteurs limitants Température & précipitations Production optimale si bonnes conditions température & précipitations : Exemple forêt : - PPNt° : tempérée 15°C - 30°C - PPNmm : à partir de 1300 mm PPNprédite = rapport entre PPNt° et PPNmm 119  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Les déterminants et les facteurs limitants Température  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Les déterminants et les facteurs limitants Modèle 3000 PPN1 = 1 + e1.315−0.119T PPN prédite = min( PPN1, PPN 2 ) PPN 2 = 3000 (1 − e−0.000664P ) Les déterminants et les facteurs limitants Modèle Production primaire nette de forêts naturelles du monde entier (MgC.ha-1.an-1) Schuur (2003) Pluviosité moyenne annuelle (mm/an) Température moyenne annuelle (°C) Très fort contrôle par la pluviosité, tant qu’elle est inférieure à 2000 mm Fort contrôle par la température Pluviosité très élevée → sol acide + possibilité engorgement et carence N + couverture nuageuse éventuellement plus forte Les déterminants et les facteurs limitants Modèle Production primaire nette dans le monde La modélisation de la production primaire nette PPN = f (P, T) permet de l’estimer sur la surface du globe Schuur (2003) Les déterminants et les facteurs limitants Modèle Productivité ligneuse amazoniennes Inventaires dans les parcelles du réseau RAINFOR → productivité ligneuse 2 fois plus élevée au pied des Andes que dans le centre et l’est du bassin amazonien Non prédit par le modèle de Schuur Modèle de Schuur (2003) Malhi et al. (2004)  Les déterminants et les facteurs limitants. Le sol Productivité ligneuse aérienne (suite) Facteur écologique le Jeunes sols Très jeunes mieux corrélé à la ferrallitiques sols productivité ligneuse Vieux sols ferrallitiques aérienne = fertilité chimique du sol Podzols Production supérieure sur les sols jeunes, moins acides (en grande partie au pied des Andes) Malhi et al. (2004) Classes de sol Productivité ligneuse aérienne en fonction du sol @ Daniel EPRON  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Les déterminants et les facteurs limitants Productivité primaire nette aérienne PPN / phosphore (kg/ha/an) Estimation de la productivité en forêt naturelle à Bornéo par chute de litière + inventaires forestiers sur 3 substrats géologiques contrastés La productivité primaire nette apparaît dirigée par la teneur en phosphore échangeable P assimilable (kg/ha) Paoli et al. (2005) @ Daniel EPRON  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Les déterminants et les facteurs limitants PPN / N Les déterminants et les facteurs limitants Longueur de la saison de croissance Variation in NEE as a function of the length of the growing season Les déterminants et les facteurs limitants Longueur de la saison de croissance  Les déterminants et les facteurs limitants Age du peuplement @ Daniel EPRON Les déterminants et les facteurs limitants Age du peuplement Évolution des composantes de la Productivité Primaire nette (NPP) et de la Biomasse avec l’âge PPB = Production Primaire Brute (Gross Primary Production = GPP) NPP = Production Primaire Nette (Net Primary Production) Reco = Respiration de l’écosystème (Ra+Rh) PPB Biomasse NPP Reco  Les déterminants et les facteurs limitants Age du peuplement Euskirchen, Pregitzer & Chen (2006), JGR 300 Growing Season NEP (g C m-2) 200 Mature forest 100 Regenerating Old forest clearcut 0 Gough et al. (2008), Bioscience -100 Recent clearcut -200 (5-6) (12-14) (30-32) (65-71) Age of Ecosystem (years) Growing season NEP for comparable pine ecosystems of various age classes – results of a meta-analysis  Les déterminants et les facteurs limitants Age du peuplement Carbone Use Efficiency (CUE) C.U.E. = PPN / PPB (De Lucia et al 2007) @ Daniel EPRON  Les déterminants et les facteurs limitants. Age du peuplement Évolution des composantes de la NEE avec l’âge NEE NEE = NEE Rh NPP Rh NPP Rh NPP 0 + Age Forêt âgée = Flux de carbone NPP Gros stocks mais flux net très faible NEE puits 0 source Rh Les déterminants et les facteurs limitants  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Plan du Chap. 2 « Entrée de Carbone & production dans les écosystèmes terrestres » ▪ I. Introduction ▪ II. Production primaire brute (PPB)/ Production primaire nette des écosystèmes (NPP) ▪ III. Respiration de l’écosystème (Reco) ▪ VI. Production nette de l’écosystème (NEP) ▪ V. Lessivage du C, transfers latéraux de C, perturbation ▪ IV. Stock de carbone au niveau de l’écosystème ▪ VII. Distribution globale (Biome) de la Biomasse & NPP ▪ VIII. Déterminants de la production primaire et les facteurs limitants ▪ IX. Impact des évènements climatiques extrêmes sur la fixation du C IX. Impact des évènements climatiques extrêmes sur les tendances à la fixation du C  8.03 Fonctionnement des écosystèmes Effet fertilisant du CO2 pour la photosynthèse Ex : Forêts en France Avec effet CO2 Sans effet CO2 ▪ Mais compensation partielle à cause de l’augmentation de la respiration avec la hausse des températures. ▪ De plus effet limité à cause de la disponibilité en minéraux Effet des changements climatiques sur la respiration des écosystèmes Ex : Forêts en France Avec effet CO2 Sans effet CO2 Augmentation de la respiration avec la température, effet CO2 limité  Effet des changements climatiques sur la NEE Ex : Forêts en France Avec effet CO2 Sans effet CO2 Conclusion: stockage de carbone diminuera et dépend de la durée de l’effet fertilisant du CO2 des forêts plantées  Effet positif de l’augmentation des températures sur la Photosynthèse pour les forêts boréales Bergh et al, 1997 ▪ Mais compensation partielle du gain en CO2, à cause de l’augmentation de la respiration avec la hausse des températures. ▪ De plus effet limité à cause de la disponibilité en minéraux L’allongement de la saison de végétation renforce le puits net de C Barichivich et al., 2013 GCB Phénologie est un indicateur des changements climatiques The great acceleration of plant phenological shifts 14 Vitasse et al 2022 3 Impact des évènements climatiques extrêmes sur les tendances à la fixation du C Reichstein et al., 2013 Nature  Évolution en tendance des évènements climatiques extrêmes Trends in total and extreme rainfall Easterling et al., 2000 Projected trends in Summer temperatures (Switzerland) Schar et al., 2004 Anomalies thermiques et déficit hydrique. Été 2003 Reichstein et al., 2007 GCB Granier et al., 2007 Anomalies thermiques et déficit hydrique. Été 2003 Reichstein et al., 2007 GCB Bréda et al., 2006 AFS Des forêts qui poussent plus vite … Becker et al., 1994 Mc Mahon et al., 2010  … et sont plus vulnérables Mc Dowell et al., 2008 Allen et al., 2010  … et sont plus vulnérables Barbaroux & Bréda, 2002; Cochard et al. Fin. Recap GPP = sum of the photosynthesis by all leaves Estimated from measured at the ecosystem scale. simulation models NPP = net carbon gain by vegetation NEP = net accumulation of C by an = C inputs – C outputs ecosystem NEE = net CO2 exchange between ecosystems and the atmosphere 151 A lire: Le protocole de Kyoto Le Protocole de Kyoto est un document qu'environ 180 pays ont signé à Kyoto, au Japon, en décembre 1997. Les participants s'entendent pour réduire les émissions de six gaz à effet de serre (GES) de 5,2 % entre 2008 et 2012, par rapport aux niveaux de 1990. Les États-Unis s’engagent à réduire leurs émissions de 7 %, le Canada de 6 %, et l'Union européenne de 8 % par rapport au taux de 1990. Les pays en développement, y compris l'Inde et la Chine, le deuxième pollueur du monde, sont exemptés. La Russie aussi puisque son taux d'émission actuel est plus faible que celui de 1990. Les USA ont refusé d'accorder ces exemptions aux pays en développement et à la Chine; c'est pourquoi, entre autres raisons, ils ont finalement refusé d’entériner le protocole. Plusieurs états américains ont quand même mis en place des réformes pour s’y conformer sans toutefois adhérer au protocole. Ex. Schwarzenegger part en guerre contre les gaz à effet de serre Kyoto permettrait de mettre en place le concept de bourse du carbone. Chaque compagnie produisant des GES se verrait accorder une limite du volume de CO2 (ou d’équivalent CO2 pour les autres GES) pouvant être émis. Cette limite serait établie en fonction des engagements du pays à réduire ses émissions. Une compagnie qui ne pourrait respecter sa limite de production de GES devrait acheter des droits d’émission à d’autres compagnies. Une compagnie qui émettrait moins de GES que sa limite permise, pourrait vendre ses surplus de droits d’émission. Une bourse centralisée permettrait de vendre et d’acheter ces droits d’émission de CO2 dont les prix fluctueraient en fonction de l’offre et de la demande (comme tout marché boursier). Le marché pourrait se faire aussi entre pays.  Changes in the Global Vegetal Cover Through a Phenological Analysis of GIMMS Data Yves Julien, José A. Sobrino. Global Change Unit, University of Valencia, Dr Moliner 50 – 46100 Burjassot, Spain, Email: [email protected], [email protected] Conference Paper · 2007