Consequences of clear-cutting on the production of fine roots, CO2, CH4 and N2O down to the water table in Eucalyptus grandis stands conducted in coppice in a throughfall-exclusion experiment

Germon Amandine. 2019. Consequences of clear-cutting on the production of fine roots, CO2, CH4 and N2O down to the water table in Eucalyptus grandis stands conducted in coppice in a throughfall-exclusion experiment. Montpellier : Montpellier SupAgro, 273 p. Thèse de doctorat : Ecologie fonctionnelle : Montpellier SupAgro

Titre français : Conséquences de la coupe rase sur la production de racines fines, CO2, CH4 et N2O jusqu'à la nappe phréatique dans une plantation d'Eucalyptus grandis menée en taillis sur un dispositif d'exclusion de pluie

Encadrement : Laclau, Jean-Paul ; Jourdan, Christrophe

Résumé : Tree growth is highly dependent on the absorptive function of fine roots for water and nutrients. Fine roots also play a major role in the global carbon (C) cycle, mainly through production, respiration, exudation and decomposition processes. Improving our understanding of the spatio-temporal dynamics of fine roots down to the root front is an important issue to identify more sustainable silvicultural practices for planted forests installed in areas with low soil fertility and prolonged drought periods. The Eucalyptus gender is the most planted in Brazil covering about 5.1 million hectares in 2012. Coppice management can be an advantage against water stress in eucalyptus plantations because the trees are likely to benefit of a root system exploring deep soil layers where the availability of water can be higher than in the topsoil. The objective of this study is to assess the production of fine roots, CO2, CH4 and N2O down to the water table after cutting the trees in Eucalyptus grandis plantation conducted in coppice, under two contrasting water supply regimes,. Two pits were excavated down to a depth of 17 m in a throughfall exclusion experiment: one in a plot with 37% of throughfall excluded by plastic sheets, and one without rain exclusion. Another pit in an adjacent stand of the same age not harvested will make it possible to assess the effect of cutting the trees. Fine roots dynamics will be studied using the Minirhizotron technique: twenty four transparent polyvinyl chloride tubes were installed in the pits in 2014 (12 per pit) down to 17 m deep and 7 tubes down to 4 m deep in the stand not harvested. Images will be obtained by a circular scanner every 14 days over 1 year before cutting the trees and over 1.5 years in coppice after harvesting. The winrhizotron software will be used to estimate root growth in length and area. Gas sampling will be performed every two weeks for 24 months (6 months before and 1.5 years after cutting the trees) throughout the soil profiles down to the groundwater. Gas samples will be analysed by gas chromatography and a modelling approach will be used to estimate CO2, CH4 and N2O production rates. Dynamics of gas concentrations can provide additional insights into the heterogeneous gas exchange processes through soil depth and how the control of the fluxes at the soil surface are correlated to root dynamics in the whole soil profile. Improving our understanding of the factors controlling the fluxes of greenhouse gases throughout very deep soil profiles is needed to develop reliable process-based models likely to predict wood production at a large scale in forest companies.

Résumé (autre langue) : Les racines fines jouent un rôle essentiel dans l'absorption de l'eau et des nutriments, favorisant ainsi la croissance des plantes, et influencent considérablement les flux de carbone. Préciser la dynamique spatio-temporelle de l'exploration du sol par les racines fines est donc un enjeu important pour la durabilité des plantations d'Eucalyptus installées dans des zones peu fertiles et soumises à de fortes contraintes hydriques saisonnières. Au Brésil, les plantations d'Eucayptus sont les principales plantations forestières, occupant 5,1 millions d'hectares. La gestion sylvicole en taillis des plantations d'Eucalyptus peut constituer un avantage contre le stress hydrique: les arbres bénéficient ainsi d'un système racinaire déjà développé, capable d'explorer les couches profondes du sol, où l'eau est plus disponible. L'objectif de cette étude est donc d'évaluer: la production des racines fines, le dioxyde de carbone (CO2), le méthane (CH4) et le protoxyde d'azote (N2O) jusqu'à la nappe phréatique, avant et après la coupe d'une plantation d'Eucalyptus grandis menée en taillis sur une expérimentation de réduction des eaux de pluies. Pour cela, deux fosses de 17 mètres de profondeur ont étés creusées dans deux parcelles caractérisées par les traitements suivants: une parcelle dans laquelle 37% du volume des eaux de pluies est exclu par des bâches en plastiques et une parcelle sans exclusion. Une autre fosse creusée dans une parcelle adjacente du même âge, non récoltée, permettra d'évaluer l'effet de la coupe les arbres. La dynamique des racines fines sera étudiée en utilisant la méthode des minirhizotrons: vingt-quatre tubes transparents en polyvinyle chlorure ont étés installés dans les fosses en 2014 (12 par fosse) jusqu'à 17 mètres de profondeur et 7 tubes seront installés jusqu'à 4 mètres de profondeur, dans la parcelle non coupée. Des images seront obtenues à l'aide d'un scanner circulaire tous les 14 jours pendant un an avant la coupe des arbres, puis pendant un an et demi après leur coupe. Le logiciel WinRhizotron sera utilisé pour estimer la croissance des racines. L'échantillonnage de gaz sera effectué toutes les deux semaines pendant 24 mois (6 mois avant et 18 mois après la coupe des arbres) sur l'ensemble du profil de sol, jusqu'à la nappe phréatique. Les échantillons de gaz seront analysés par chromatographie gazeuse. Les séries temporelles de teneurs en CO2, CH4 et N2O à la surface du sol, ainsi qu'à différentes profondeurs, seront utilisées pour calibrer un modèle de transfert de gaz qui permettra d'estimer cette production à chaque profondeur. La dynamique des concentrations de gaz peut fournir des informations supplémentaires sur les processus hétérogènes d'échange de ces gaz selon la profondeur dans le sol et comment les flux à la surface du sol sont corrélés à la dynamique des racines sur l'ensemble du profil. Améliorer notre compréhension des facteurs régissant les flux de gaz à effet de serre sur l'ensemble des profils de sol, et notamment à des fortes profondeurs, est nécessaire afin de développer des modèles basés sur des processus fiables permettant la prédiction à grande échelle de la production de bois par les entreprises forestières.

Mots-clés Agrovoc : Eucalyptus grandis, coupe rase, racine, croissance, gaz à effet de serre, sol tropical, lessivage du sol, régime du taillis

Mots-clés géographiques Agrovoc : Brésil

Classification Agris : K70 - Dégâts causés aux forêts et leur protection
P36 - Érosion, conservation et récupération des sols

Auteurs et affiliations

• Germon Amandine, CIRAD-PERSYST-UMR Eco&Sols (FRA)

Source : Cirad-Agritrop (https://agritrop.cirad.fr/596633/)

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