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Les changements globaux et le fonctionnement des écosystèmes : la forêt méditerranéenne de Puéchabon Equipe DREAM CEFE-CNRS, Montpellier, France Richard.

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1 Les changements globaux et le fonctionnement des écosystèmes : la forêt méditerranéenne de Puéchabon Equipe DREAM CEFE-CNRS, Montpellier, France Richard JOFFRE Equipe DREAM CEFE-CNRS

2 Climat méditerranéen présent sur tous les continents (Californie, Chili, Afrique du sud, Australie) transition tempéré-tropical répartition inégale des pluies dans lannée

3 Source: The Met Office. Hadley Centre for Climate Prediction and Research. Changements attendus des précipitations annuelles en 2050 pour une hypothèse daccroissement des émissions de CO 2 atmosphérique denviron 1% (HadCM2 model). HadCM2 prédit la décroissance la décroissance des précipitations des précipitations dans les 5 régions à climat méditerreanéen à climat méditerreanéen

4 Modifications observées température : +0.1 à +0.3 degré / 10 ans (Catalogne) précipitation : diminution (ex: Montpellier)

5 La demande évaporative sest accrue depuis un siècle impliquant un niveau de contraintes et de stress plus grand sur la végétation (Piñol et al. 1998)

6 Vers une diminution du cumul de précipitations estivales...

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8 Modèle ARPEGE Météo-France Localisation des points de la grille

9 Précipitations estivales (mai à août) Modèle ARPEGE

10 Températures maximales estivales (mai à août) Modèle ARPEGE

11 Le climat dans le bassin méditerranéen au 21 ème siècle ? Modèles GCM (UKTR, Hadley Center) CO 2 atmosphérique (ppm) Augmentation de température (°C) Modification du régime des précipitations Précipitation (mm) Temps de retour CO2 2xCO2 25mm - 1 an10 ans

12 Les changements globaux et le fonctionnement des écosystèmes : Les forêts méditerranéennes sont-elles des sources ou des puits de carbone ? Quelle doit être la démarche de recherche ?

13 Approche intégrée du fonctionnement des écosystèmes en termes de carbone, nutriments et eau Comprendre le rôle de la variabilité inter et intra spécifique et de l hétérogénéité spatiale dans le maintien à long-terme des communautés Nécessité déchelles temporelles et spatiales emboîtées Dream CNRS

14 L approche ascendante ou Telling ecosystem from individuals Le fonctionnement des écosystèmes est à la fois sous le contrôle des réponses des individus aux facteurs de lenvironnement et des contraintes hydriques et nutritionnelles à léchelle de lécosystème. Dream CNRS

15 Comment les flux dH 2 O et de C varient-ils au cours des saisons et des années ? Quelles sont les interrelations entre les flux dénergie, deau et de carbone et quelle est limportance des contrôles environnementaux, biologiques et structuraux Dream CNRS Lapproche descendante : analyse des échanges de C entre la végétation et latmosphère

16 Eddy correlation H2OH2O Atmosphere Energy CO 2 Ecosystem TURBULENCES WIND

17 L écosystème étudié: L écosystème étudié: La forêt de chêne vert (Quercus ilex L.) - dominant au nord du bassin méditerranéen - sempervirent

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19 Site détude Puéchabon 35 km NW Montpellier 3°3540E, 43°4430N, altitude 270 m calcaire jurassique réserve en eau disponible ca. 150 mm sur 4.5m de profondeur climat méditerranéen sub-humide précipitation annuelle 883 mm (1998 sec 1999 humide 2000 humide) température moyenne annuelle 13.5°C Dream CNRS

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22 Le bilan de carbone d une forêt est la (petite) différence entre deux (grands) flux opposés, respiration et assimilation. Il présente une variabilité spatiale et temporelle de ± 50% Les mesures directes de flux de CO 2 permettent de mesurer le bilan de carbone d écosystèmes entiers avec une résolution temporelle fine. Ces mesures combinées à un monitoring environnemental continu et à la modèlisation permettent de quantifier le fonctionnement de lheure à la décade. Le carbone dans lécosystème forestier...

23 Méthode: Mesurer les flux et les échanges nets de carbone et d eau Décrire, analyser et modéliser les acquisitions (photosynthèse) et les pertes de carbone (respiration, décomposition de la MO) Quantifier les stocks de carbone dans les divers compartiments de lécosystème

24 Forêt de chêne vert de Puéchabon Les stocks de carbone Les échanges nets de carbone La production nette de carbone

25 Dream CNRS

26 La majorité des études sintéressent à la biomasse aérienne… Mais les racines peuvent représenter la plus grande partie du carbone... Quantifier les stocks de carbone... ….sans compter le carbone de la matière organique des sols !

27 La mesure des biomasses racinaires

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30 Les stocks de carbone Partie aérienne feuilles 300 g C m -2 bois 4800 g C m -2 Partie souterraine souches 2600 g C m -2 racines 2200 g C m -2 Sol litière 300 g C m -2 MO 6100 g C m -2 2/3 1/3

31 Forêt de chêne vert de Puéchabon Les stocks de carbone Les échanges nets de carbone La production nette de carbone

32 (eddy)( leaf)(Soil)(Stem) Mesure des flux de carbone

33 Dream CNRS

34 Drought Recovery

35 PAR F CO2 Time (hours) Photosynthetic active radiation F CO2 ( mol m -2 s ) Lacquisition de carbone

36 PAR F CO2 Time (hours) Photosynthetic active radiation ( mol m -2 s ) F CO2 ( mol m -2 s ) Lacquisition de carbone

37 Le stress subi par le chêne vert et la régulation du fonctionnement

38 La régulation de la GPP par les facteurs de lenvironnement

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41 Totaux annuels moyenne sur 3 années complètes NEE 373 g C m -2 ( ) R eco 1068 g C m -2 ( ) GPP 1396 g C m -2 ( ) La respiration de lécosystème représente 76 % de la GPP Les flux de carbone

42 Forêt de chêne vert de Puéchabon

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44 Ecosystem respiration Gross Primary Production Les facteurs régulateurs de la photosynthèse (GPP) et de la respiration (RE) ne varient pas de façon symétrique au cours de lannée.

45 NEE Monthly average (period ) La distribution du carbone sequestré (NEE) mensuellement est irrégulière et diffère de celle dun écosystème tempéré.

46 La respiration de la végétation a depuis longtemps été séparée en respiration de croissance et respiration de maintenance (McCree 1970; Thornley 1970) Growth-and-Maintenance-Respiration Paradigm La phénologie et les patrons de croissance déterminent la période durant laquelle la composante respiration de croissance est significative Les pertes de carbone : la respiration

47 t ref = 0 °C, R eco, ref = μmol CO 2 m -2 s -1, b = 0.463, c = n = 302, r 2 = 0.78 RMSE = 0.54 μmol CO 2 m -2 s -1 Nous faisons lhypothèse que Pendant la période de croissance de la végétation R eco = base R eco + R growth Le reste de lannée R eco = base R eco avec

48 Décomposition de la respiration de lécosystème en respiration de croissance et respiration de maintenance Période de croissance

49 Patron mensuel de la respiration de croissance au printemps

50 II I II II JFMAMJJ 2002 Respiration de croissance

51 Estimation de la respiration de croissance à partir des données de production annuelle, de la composition biochimique et des coûts de construction (Penning de Vries 1974)

52 Production en g C m -2 an -1 Cout de construction en g C (g C of new biomass) -1

53 Respiration de croissance Biochimie et coût de construction Respiration de croissance eddy flux

54 Laugmentation de la respiration de lécosystème provoquée par les changements climatiques (données Arpège) serait en 2100 de 20 % par rapport à la situation actuelle !!!

55 Les échanges deau sont également mesurés au niveau de lécosystème, à celui du sol et enfin à léchelle individuelle de larbre par la mesure des flux de sève

56 Mesure des flux de sève dans les arbres

57 Stocks Flux - Tours Flux - Avion 13 C 18 O CO- CO 2 Stocks +Flux Le réseau européen de mesures

58 La manipulation décosystème : un dispositif expérimental dexclusion de pluies à Puéchabon Trois blocs S, R1 et R2

59 Lexclusion de pluie vise à anticiper une diminution des précipitations de 20 %, en accord avec les prévisions des modèles climatiques en 2050

60 Les arbres des placettes éclaircies en 1992 ont survécu à lextrême sécheresse de 1994 Prades 1994 Sécheresse et fonctionnement des forêts Les effets des traitements sylvicoles


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