1. Stocker du C dans les sols : Quels mécanismes, quelles pratiques agricoles, quels indicateurs ?
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Delphine Derrien, Marie-France Dignac, Isabelle Basile-Doelsch, Sébastien Barot, Lauric Cécillon, Claire Chenu, Tiphaine Chevallier, Freschet, Grégoire T., Patricia Garnier, Bertrand Guenet, Mickaël Hedde, Katja Klumpp, Gwenaëlle Lashermes, Pierre-Alain Maron, Naoise Nunan, Catherine Roumet, Pierre Barré, Unité de recherche Biogéochimie des Ecosystèmes Forestiers (BEF), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), Ecologie fonctionnelle et écotoxicologie des agroécosystèmes (ECOSYS), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-AgroParisTech, Centre européen de recherche et d'enseignement des géosciences de l'environnement (CEREGE), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Aix Marseille Université (AMU)-Collège de France (CdF (institution))-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut d'écologie et des sciences de l'environnement de Paris (iEES), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Ecosystèmes montagnards (UR EMGR), Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA), Ecologie fonctionnelle et biogéochimie des sols et des agro-écosystèmes (UMR Eco&Sols), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), Centre d’Ecologie Fonctionnelle et Evolutive (CEFE), Université Paul-Valéry - Montpellier 3 (UPVM)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-École Pratique des Hautes Études (EPHE), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD [France-Sud])-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] (LSCE), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Unité de recherche sur l'Ecosystème Prairial (UREP), Fractionnement des AgroRessources et Environnement (FARE), Université de Reims Champagne-Ardenne (URCA)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), Agroécologie [Dijon], Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université de Bourgogne (UB)-AgroSup Dijon - Institut National Supérieur des Sciences Agronomiques, de l'Alimentation et de l'Environnement, Laboratoire de géologie de l'ENS (LGENS), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Département des Géosciences - ENS Paris, École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Collège de France (CdF)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Aix Marseille Université (AMU)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), Biogéochimie et écologie des milieux continentaux (Bioemco), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-AgroParisTech-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), Institut de Recherche pour le Développement (IRD [France-Sud])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École pratique des hautes études (EPHE)-Université de Montpellier (UM)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Université Paul-Valéry - Montpellier 3 (UM3), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), parent, Département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques (DEPT EFPA), Fractionnement des AgroRessources et Environnement - UMR-A 614 (FARE), Université de Reims Champagne-Ardenne (URCA)-SFR Condorcet, Université de Reims Champagne-Ardenne (URCA)-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Reims Champagne-Ardenne (URCA)-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université de Bourgogne (UB)-AgroSup Dijon - Institut National Supérieur des Sciences Agronomiques, de l'Alimentation et de l'Environnement-Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC), Institut d'écologie et des sciences de l'environnement de Paris (IEES), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Aix Marseille Université (AMU)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Collège de France (CdF (institution))-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-École pratique des hautes études (EPHE), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université Paul-Valéry - Montpellier 3 (UPVM)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD [France-Sud]), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ), UR 0874 Unité de recherche sur l'Ecosystème Prairial, Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Unité de recherche sur l'Ecosystème Prairial (UREP)-Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques (EFPA), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Unité de recherche Biogéochimie des Ecosystèmes Forestiers ( BEF ), Institut National de la Recherche Agronomique ( INRA ), Ecologie fonctionnelle et écotoxicologie des agroécosystèmes ( ECOSYS ), AgroParisTech-Institut National de la Recherche Agronomique ( INRA ), Centre Européen de Recherche et d'Enseignement des Géosciences de l'Environnement, Institut d'écologie et des sciences de l'environnement de Paris ( IEES ), Institut National de la Recherche Agronomique ( INRA ) -Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 ( UPMC ) -Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 ( UPEC UP12 ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Ecosystèmes montagnards ( UR EMGR ), Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture ( IRSTEA ), Ecologie fonctionnelle et biogéochimie des sols et des agro-écosystèmes ( Eco&Sols ), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement ( CIRAD ) -Institut de Recherche pour le Développement ( IRD ) -Institut National de la Recherche Agronomique ( INRA ) -Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques ( Montpellier SupAgro ) -Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier ( Montpellier SupAgro ), Centre d’Ecologie Fonctionnelle et Evolutive ( CEFE ), Institut de Recherche pour le Développement ( IRD [France-Sud] ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Université de Montpellier ( UM ) -Institut national de la recherche agronomique [Montpellier] ( INRA Montpellier ) -École pratique des hautes études ( EPHE ) -Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques ( Montpellier SupAgro ) -Université Paul-Valéry - Montpellier 3 ( UM3 ) -Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier ( Montpellier SupAgro ), Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] ( LSCE ), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines ( UVSQ ) -Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ) -Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Unité de Recherche sur l'Ecosystème Prairial, Fractionnement des AgroRessources et Environnement - UMR-A 614 ( FARE ), Université de Reims Champagne-Ardenne ( URCA ) -Institut National de la Recherche Agronomique ( INRA ) -SFR Condorcet, Université de Reims Champagne-Ardenne ( URCA ) -Université de Picardie Jules Verne ( UPJV ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Université de Reims Champagne-Ardenne ( URCA ) -Université de Picardie Jules Verne ( UPJV ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Institut National de la Recherche Agronomique ( INRA ) -Université de Bourgogne ( UB ) -AgroSup Dijon - Institut National Supérieur des Sciences Agronomiques, de l'Alimentation et de l'Environnement-Université Bourgogne Franche-Comté ( UBFC ), Laboratoire de géologie de l'ENS ( LGE ), Institut national des sciences de l'Univers ( INSU - CNRS ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Département des Géosciences - ENS Paris, École normale supérieure - Paris ( ENS Paris ) -École normale supérieure - Paris ( ENS Paris ), Université de Reims Champagne-Ardenne (URCA)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-SFR Condorcet, Université de Reims Champagne-Ardenne (URCA)-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Reims Champagne-Ardenne (URCA)-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Paul-Valéry - Montpellier 3 (UM3)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-École pratique des hautes études (EPHE)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD [France-Sud])-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Unité Mixte de Recherche sur l'Ecosystème Prairial - UMR (UREP), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-VetAgro Sup - Institut national d'enseignement supérieur et de recherche en alimentation, santé animale, sciences agronomiques et de l'environnement (VAS), Laboratoire de géologie de l'ENS (LGE), École normale supérieure - Paris (ENS Paris)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Centre européen de recherche et d'enseignement de géosciences de l'environnement ( CEREGE ), Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Institut de Recherche pour le Développement ( IRD ) -Aix Marseille Université ( AMU ) -Collège de France ( CdF ) -Institut National de la Recherche Agronomique ( INRA ) -Institut national des sciences de l'Univers ( INSU - CNRS ), Biogéochimie et écologie des milieux continentaux ( Bioemco ), École normale supérieure - Paris ( ENS Paris ) -Institut National de la Recherche Agronomique ( INRA ) -Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 ( UPMC ) -AgroParisTech-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 ( UPEC UP12 ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques ( DEPT EFPA ), École normale supérieure - Paris ( ENS Paris ), and Université Paul-Valéry - Montpellier 3 (UPVM)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-École pratique des hautes études (EPHE)
- Subjects
MINERALISATION ,microorganismos ,STOCKAGE ,C dynamics ,litter ,organo-mineral associations ,mineralization ,microorganisms ,ComputingMilieux_MISCELLANEOUS ,BIOLOGIE DU SOL ,FERTILITE DU SOL ,stabilization mechanisms ,MACROFAUNE ,mécanismes de stabilisation ,C organique du sol ,PRATIQUE CULTURALE ,root inputs ,macrofaune ,litières ,[ SDE.MCG ] Environmental Sciences/Global Changes ,porosité ,macrofauna ,mecanismo de estabilización ,INDICATEUR ECOLOGIQUE ,asociaciones órgano-minerales ,[ SDU ] Sciences of the Universe [physics] ,Soil organic C ,aportes radiculares ,porosity ,prácticas agrícolas ,microorganismes ,[SDE.MCG]Environmental Sciences/Global Changes ,agricultural practices ,apports racinaires ,models ,[ SDU.ENVI ] Sciences of the Universe [physics]/Continental interfaces, environment ,modelos ,C orgánico del suelo ,[SDU.ENVI]Sciences of the Universe [physics]/Continental interfaces, environment ,mineralización ,MICROBIOLOGIE DU SOL ,modèles ,MATIERE ORGANIQUE ,indicadores ,hojarasca ,indicators ,associations organo-minérales ,CARBONE ORGANIQUE ,porosidad ,pratiques agricoles ,macro fauna ,dinámica del C ,[SDU]Sciences of the Universe [physics] ,BIBLIOGRAPHIE ,minéralisation ,indicateurs ,dynamique du C - Abstract
The aim of the international "4 per 1 000" initiative is to support States and non-governmental actors in their efforts towards a better management of carbon (C) stocks in soils. These stocks depend on the inputs and outputs of C in soils. Stocks are the result of intercon¬nected mechanisms acting at fine spatial scales, leading to stabilisation/destabilisation of the C present in organic matter (OM). The need to federate research on these mechanisms and their effects on C stocks in a context of local and global changes (land uses, agricultural practices, climatic and soil conditions, etc.) led to the creation in 2015 of a group of french researchers, CarboSMS. This is the synthesis of the seminar dedicated to this issue. In the first part, we present recent advances in the understanding of soil C stabilisation mechanisms. Biotic mechanisms correspond to the effects of plants (main source of C through litter and root systems), microorganisms (fungi and bacteria) and ecosystem engineers (earthworms, termites, ants) on organic C stocks in soils. Abiotic processes are related to the physical structure of soils, to the organization of their porosity and to their mineral fraction : inclusion of the OM in aggregates, association with minerals, etc. These biotic and abiotic mechanisms take place concomitantly and interact. In the second part, we discuss the effects of agricultural practices on soil C stocks. By acting on biotic as well as abiotic mechanisms, land use and management specificities (choice of plant species and density, plant residue exports, amendments, fertilization, tillage, etc.) drive not only the spatial and temporal organic inputs into soils, but also the OM sensitivity to mineralisation. The complexity of the interactions between the different mechanisms and their effects on C stocks are evidenced by meta-analyses and long-term field studies. Organic C stabilisation mechanisms in soils are studied at fine spatial scales (mm-μm) under controlled conditions. The third part of this article addresses the issues of upscaling (up to the plot and to global scale) and validating the action of specific mechanisms in different soil and climatic contexts, before taking them into account in large scale models to improve predictions of the changes in soil C stocks. Finally, this literature review highlights some perspectives for future research aiming at preserving or even increasing C stocks. These perspectives focus on the mechanisms, the effects of agricultural practices on these mechanisms, and on predictive models of C stocks.; La iniciativa internacional "4 por 1 000" tiene como ambición sostener Estados y actores no gubernamentales en sus esfuerzos hacia una mejor gestión de los stocks de carbono (C) de los suelos. Estos stocks dependen de las entradas y salidas de C en los suelos. Los stocks son la consecuencia de mecanismos interconectados, que actúan a una escala espacial fina, que conducen al almacenaje o al desalmacenaje del C presente en las materias orgánicas (MO). Aparece necesario federar los investigadores sobre estos mecanismos y su acción sobre los stocks de C en un contexto de cambio local o global (uso de los suelos, prácticas agrícolas, condiciones climáticas o edáficas, etc.), lo que lleva a la creación del colectivo de investigadores CarboSMS. Este artículo es la síntesis del seminario dedicado a esta cuestión. La primera parte presenta los avances recientes sobre la compren¬sión de los mecanismos de estabilización. Los mecanismos bióticos corresponden a los efectos de las plantas (principal fuente de C, en particular a través de sus sistemas radiculares), de los microorganismos (hongos y bacterias) y de los ingenieros del ecosistema (lombrices, termitas, hormigas) sobre los stocks de C orgánico del suelo. Los procesos abióticos son ligados a la estructura física del suelo, a la organización de su porosidad y a su fracción mineral : inclusión de la MO en los agregados, asociación a los minerales, etc. Estos mecanismos bióticos y abióticos se desarrollan de manera concomitante y en interacción. La segunda parte discute de los efectos de las prácticas agrícolas sobre los stocks de C de los suelos. La elección de las especies vegetales y de su densidad de plantación, la intensidad de la extracción de los vegetales, la enmienda, la fertilización y el trabajo del suelo, etc. condicionan no solamente los aportes de MO al suelo en el tiempo y en el espacio, pero también la sensibilidad de estas MO a la mineralización, actuando sobre los mecanismos bióticos y abióticos. La complexidad de las interacciones entre los mecanismos y sus efectos en el tiempo sobre los stocks de C se constata por los meta-análisis y los estudios de terreno de larga duración. Se estudian los mecanismos de estabilización del C orgánico en los suelos a escala espacial fina (mm-μm), en condiciones especificas. La tercera parte de este artículo discuta proposiciones concretas para abordar las cuestiones del cambio de escala (hasta la parcela y al nivel global) y de la validación de la acción de un mecanismo en diferentes contextos pedo-climáticos antes de tomarlo en cuenta en los modelos a larga escala para mejorar las previsiones de evolución de los stocks de C de los suelos. En fin, en una óptica de preservar mejor los stocks de C, incluso de aumentarlos, esta revisión bibliográfica nos permite hacer proposi¬ciones para los ejes de investigaciones futuras sobre los mecanismos, los efectos de las prácticas agrícolas sobre estos mecanismos, y los modelos de predicción de los stocks de C.; L’initiative internationale "4 pour 1 000" a pour ambition de soutenir États et acteurs non gouvernementaux dans leurs efforts vers une meilleure gestion des stocks de carbone (C) des sols. Ces stocks dépendent des entrées et sorties de C dans les sols. Ils sont la consé¬quence de mécanismes interconnectés, agissant à une échelle spatiale fine, qui conduisent au stockage ou déstockage du C présent dans les matières organiques (MO). Il apparaît nécessaire de fédérer les recherches sur ces mécanismes et leur action sur les stocks de C dans un contexte de changement local ou global (usage des sols, pratiques agricoles, conditions climatiques ou édaphiques, etc.), ce qui a conduit à la création du collectif de chercheurs CarboSMS. Cet article est la synthèse d'un séminaire dédié à cet enjeu. La première partie présente les avancées récentes sur la compréhension des mécanismes de stabilisation. Les mécanismes biotiques correspondent aux effets des plantes (principale source de C, notamment à travers leurs systèmes racinaires), des micro-organismes (champignons et bactéries) et des ingénieurs de l’écosystème (vers de terre, termites, fourmis) sur les stocks de C organique du sol. Les processus abiotiques sont liés à la structure physique du sol, à l’organisation de sa porosité et à sa fraction minérale : inclusion de la MO dans les agrégats, association aux minéraux, etc. Ces mécanismes biotiques et abiotiques se déroulent de façon concomitante et en interaction. La deuxième partie discute des effets des pratiques agricoles sur les stocks de C des sols. Le choix des espèces végétales et de leur densité de plantation, l’intensité du prélèvement des végétaux, l’amendement, la fertilisation et le travail du sol, etc. conditionnent non seulement les apports de MO au sol dans le temps et l’espace, mais aussi la sensibilité de ces MO à la minéralisation, en agissant sur les mécanismes, biotiques comme abiotiques. La complexité des interactions entre les mécanismes et leurs effets dans le temps sur les stocks de C sont mis en évidence par les méta-analyses et les études de terrain de longue durée. Les mécanismes de stabilisation du C organique dans les sols sont étudiés à fine échelle spatiale (mm-μm), dans des conditions spéci¬fiques. La troisième partie de cet article discute de propositions concrètes pour aborder les questions du changement d’échelle (jusqu’à la parcelle et au niveau global) et de la validation de l’action d’un mécanisme dans différents contextes pédo-climatiques avant de le prendre en compte dans des modèles à large échelle pour améliorer les prévisions d’évolution des stocks de C des sols. Enfin, dans une optique de mieux préserver les stocks de C, voire de les augmenter, cette revue bibliographique nous permet de faire des propositions pour les axes de recherches futures sur les mécanismes, les effets des pratiques agricoles sur ces mécanismes, et les modèles de prédiction des stocks de C.
- Published
- 2016