Modélisation du bilan couplé carbone-eau à l'échelle de l'arbre dans des plantations d'Eucalyptus sous contrainte hydrique et en nutriments

Christina Mathias. 2015. Modélisation du bilan couplé carbone-eau à l'échelle de l'arbre dans des plantations d'Eucalyptus sous contrainte hydrique et en nutriments. Montpellier : Montpellier SupAgro, 282 p. Thèse de doctorat : Ecosystèmes et sciences agronomiques : Montpellier SupAgro

Thèse

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Titre anglais : Modeling the water-carbon cycles at tree scale in Eucalyptus plantations under contrasting water and nutrient constraints

Encadrement : Laclau, Jean-Paul ; Le Marie, Guerric

Résumé : Les changements climatiques mondiaux devraient augmenter les périodes de sécheresse dans de nombreuses régions tropicales. De grandes quantités de potassium (K) sont appliquées dans les plantations tropicales, mais les conséquences de l'interaction entre la nutrition en K et le déficit en eau (W) sur les mécanismes physiologiques gouvernant la croissance des arbres reste peu connus. Un modèle établi à partir des processus (MAESPA) a été utilisé pour étudier les effets combinés de limitations en K et W sur l'utilisation du carbone (C) et de l'eau dans les plantations clonales d'Eucalyptus. Les résultats montrent qu'une diminution de l'apport en K et W diminue la photosynthèse brute et l'efficience d'utilisation de la lumière, avec une forte interaction entre K et W sur les flux de C. La capacité du système racinaire des arbres à prélever l'eau apparait comme un facteur essentiel à l'adaptation à la sécheresse. Les prélèvements hydriques au-delà de 10 m de profondeur (incluant les prélèvements dans la nappe phréatique) étaient non négligeables, particulièrement pendant les saisons sèches. En conséquence, la sylviculture des plantations d'Eucalyptus influence fortement les ressources hydriques et le niveau de la nappe phréatique sur le site d'étude. Néanmoins, les simulations montrent que cet impact peut être limité par une diminution des fertilisations. Des apports d'engrais limitant la croissance des arbres permettent d'augmenter les ressources hydriques dans le sol tout au long de la rotation. Une modification du modèle MAESPA a été réalisée (ainsi qu'une analyse de sensibilité) pour mieux simuler les températures foliaires, ce qui est essentiel pour des simulations concernant des scénarios de changements climatiques. Cette thèse suggère que, dans un contexte de changement climatique, les régimes de fertilisation devraient être revisités dans les plantations tropicales à croissance rapide pour améliorer la tolérance des arbres à la sécheresse.

Résumé (autre langue) : Global climate changes are expected to increase the length of drought periods in many tropical regions. Although large amounts of potassium (K) are applied in tropical planted forests, little is known about the interaction between K nutrition and water (W) deficit on the physiological mechanisms governing tree growth. A process-based model (MAESPA) was used to gain insight into the combined effect of K deficiency and W deficit on carbon and water use in Eucalyptus clonal plantations. The results show that K and W limitations reduce gross photosynthesis and light use efficiency at the tree and stand scales, with a strong interaction between K and W availabilities on C fluxes. The capacity of the root system to take up water appears as an essential factor governing tree adaptation to drought. Water uptake below a depth of 10m (including water withdrawal within the water table) was quantitatively significant over dry seasons. As a consequence, the management of highly productive Eucalyptus plantations strongly influences water resources and the level of the water table at our study site. Nevertheless, simulations show that the impact of eucalypt plantations on soil water resources can be limited by a reduction in fertilizer input. Suboptimal fertilizations increase the groundwater resources throughout the cultivation cycle. The MAESPA model was improved (and sensitivity analyses were performed) to better simulate leaf temperature, an essential factor for future simulations dealing with climate change scenarios. This thesis suggests that, in a context of climate change, fertilization regimes should be revised in planted forests to improve tree tolerance to severe drought.

Mots-clés Agrovoc : Eucalyptus, plantation forestière, cycle du carbone, changement climatique, adaptation aux changements climatiques, sécheresse, stress dû à la sécheresse, cycle hydrologique, photosynthèse, besoin en eau, modèle mathématique