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The Congo River basin (CRB) is the second largest drainage basin on Earth after the Amazon in terms of discharge and basin area. It also contains the second largest area of rainforest (1.8 million km2) that also hosts the single largest peatland deposit found (145,500 km2) in the Tropics. The Cuvette Centrale is the quarternary "sag" basin found at the center of this basin that receives flows from all the principal tributaries located in the right bank, left bank and the upper Congo River. While a few studies of the hydrology, sediments and organic matter biogeochemistry of the CRB have been made, there is a need to better constrain the lateral fluxes of material that pass through the Cuvette in order to best understand its role in the basin biogeochemistry at a daily time step. With the aid of the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) hydrological model calibrated using scarce data, and validated with remote sensing products, biogeochemical and hydrological models, we have established the role of the Cuvette Centrale as a source of water to the main River during low flow periods for the 2000-2012 simulation period. Furthermore, an analysis of the sediment dynamics in the 2000-2012 period revealed that the Cuvette Centrale is capable of retaining over 23 megatons of material annually produced within the Cuvette Centrale and from upland sources. The models for DOC and POC revealed that hydrology and slope are primary controls on these fluxes. The results revealed that between 1.2 to 1.5 megatons of DOC is produced in the Cuvette Centrale with 0.9 megatons of POC retained in the Cuvette Centrale. At the basin outlet, a flux of 13.4 Mt yr-1 for DOC and 2.2 Mt yr-1 of POC was estimated, consistent with previous estimates.; Le bassin du fleuve Congo (BRC) est le deuxième plus grand bassin de drainage sur Terre après l'Amazone en termes de débit et de superficie du bassin. Il contient également la deuxième plus grande zone de forêt tropicale humide (1,8 million km2) qui abrite également le plus grand gisement de tourbières des tropiques (145 500 km2). La Cuvette Centrale est le bassin quarternaire "sag" situé au centre de ce bassin qui reçoit les flux de tous les principaux affluents situés sur la rive droite, la rive gauche et le cours d'eau supérieur du fleuve Congo. Bien que certaines études en l'hydrologie, sur les sédiments et en biogéochimie de la matière organique aient été réalisées sur ce bassin, il est nécessaire de mieux contraindre les flux latéraux de la matière qui passent par la Cuvette afin d'améliorer la compréhension du rôle de la Cuvette dans la biogéochimie du bassin au pas de temps journalier. A l'aide du modèle hydrologique SWAT (Soil and Water Assessment Tool) calibré en utilisant peu de données, et validé avec des produits de télédétection et des modèles biogéochimiques et hydrologiques, nous avons établi que la Cuvette Centrale est une source d'eau pour la cours d'eau principal durant l'étiage de 2000 à 2012. De plus, une analyse de la dynamique sédimentaire sur la période 2000-2012 a révélé que la Cuvette Centrale est capable de retenir plus de 23 mégatonnes de matériaux produits annuellement au sein de la Cuvette Centrale ou provenant de sources situées en amont. Les simulations du COD et du COP ont révélé que l'hydrologie et la pente sont les principaux facteurs de contrôles de ces flux. Les résultats ont révélé qu'entre 1,2 et 1,5 mégatonnes de COD sont produites dans la Cuvette Centrale avec 0,9 mégatonnes de COP retenues dans la Cuvette. À l'exutoire du bassin, des flux de 13,4 Mt an-1 pour le COD et de 2,2 Mt an-1 de COP ont été estimé, ce qui correspond à la gamme d'estimation des précédentes études.

La matière organique particulaire (MOP) constitue une phase solide qui peut avoir un rôle important pour la fixation de contaminants organiques ou minéraux, et donc sur leur transfert dans l’environnement. Ces liens connus pour les sols contaminés le sont beaucoup moins dans les milieux aquatiques, où la diversité de l’origine de la matière organique et des sources de contaminants induit une hétérogénéité encore à contraindre. Ce livrable présente la synthèse des études réalisées dans le cadre de l’OSR 5 sur ces liens qui pourraient exister entre matière organique particulaire et teneurs en contaminants métalliques ou radionucléides dans les matières en suspension du Rhône (MES). Il se base sur l’ensemble des données disponibles de l’OSR aux stations d’Arles et de Jons, et sur des résultats du programme de recherche CANADER (porteur H. Lepage) financé dans le cadre de l’OHM-VR en 2019-2020. Les teneurs en carbone organique particulaire (COP) sont utilisées comme traceur de la MOP. Leur variabilité est élevée et représente entre 1 à 10% de la masse des MES sur Arles. Elles diminuent en proportion dans les MES avec le débit et la charge : plus le débit est fort, plus la part de fraction organique est faible. Certains évènements de crue se dissocient de cette tendance dans le cas où ils constituent des apports de matière organique fossile géologique issues des sols érodés (Durance et Isère notamment). Les résultats montrent cependant que la mesure du seul COP ne suffit pas à différencier les sources de MOP, et il faut passer par d’autres traceurs (chlorophylle, stérols…) qui révèlent trois origines pour la MOP actuelle : une production algale autochtone, un apport des végétaux supérieurs des bassins versants, des apports de stations d’épuration. Les proportions de ces apports ne peuvent pas être précisées avec la base des données disponibles, mais de manière relative ils varient dans l’espace et le temps. La production algale est notamment marquée par des blooms printaniers ou estivaux sur de courtes périodes qui restent difficile à capter lors des échantillonnages. Aucune relation claire et/ou généralisable n’a pu être mise en évidence entre le COP et les teneurs en éléments traces métalliques (ETM), le 14C ou le tritium. On peut toutefois retenir les points suivants : a) il existe une possibilité d’intégration du 14C rejeté par les industries nucléaires au sein de la matière organique autochtone (photosynthèse), constituant une voie de transfert privilégiée vers la chaîne trophique. Cette incorporation serait notamment favorisée lors des faibles teneurs en MES. b) les données actuelles ne montrent pas de lien entre la variabilité de la MOP naturelle et celle des teneurs en tritium organiquement lié soulignant la prédominance des formes technogéniques du tritium dans le fleuve (tritium « horloger ») c) les relations entre ETM et COP en Arles ou Jons ne sont pas généralisables. On observe sur Jons une relation positive entre COP et Cu, Zn, Pb et Cd, mais elle se caractérise par un comportement inversé entre les chasses-crues et débits normaux. La relation positive lors des débits normaux confirme cependant le lien fort entre ces ETM et MOP. Sur Arles, cette relation existe encore mais n’est plus significative statistiquement. Les MES sur cette dernière station résultent d’une homogénéisation des apports de tout le bassin, et la diversité d’origine du COP et des contaminants lisse et annule les relations qui pourraient peut-être exister au sein de chaque affluent (comme celle observée sur Jons).

International audience; Although the preservation and restoration of headwater streams has been described for many years as essential to reclaiming water quality, there are only few operational tools to understand these complex hydrosystems. Official water quality measurement stations usually drain watersheds with a surface area of more than 10 km2. This paper presents the interest of measuring water quality at high spatial resolution for better watershed management, through the application of an innovative service on a territory concerned by green algae tides in summer. This service involves the use of a portable measurement system, developed specifically for longitudinal monitoring of water quality in small watercourses at the head of a watershed, and validated by comparison with laboratory analyzes. About 50 measurement points were carried out in April, June and September 2018 along a linear 8 km line on one of the headwaters of the Frémur, a major contributor to the Baie de la Fresnaye (22) regarding discharge and flux of nitrates. The results demonstrate the interest of high-resolution spatial measurements to better understand the hydrosystem, to easily identify point or diffuse sources along the stream, and to calculate the relative contribution of each source to discharge and pollutant flow to the stream. The method also allows qualitative comparisons before/after stream restoration.; Bien que la préservation et la restauration des têtes de bassins versants soient décrites depuis de nombreuses années comme essentielles à la reconquête de la qualité de l’eau, il existe peu d’outils opérationnels permettant de comprendre ces hydrosystèmes complexes. En effet, les stations officielles de mesure de la qualité de l’eau drainent généralement des bassins versants dont la surface dépasse 10 km2. Cet article présente l’intérêt de la mesure de qualité des cours d’eau à haute résolution spatiale pour une meilleure gestion des bassins versants, à travers l’application d’un service innovant sur un territoire impliqué dans le plan de lutte contre les algues vertes 2 (PLAV2). Ce service implique l’utilisation d’un système de mesure portable, développé spécialement pour le suivi longitudinal de la qualité des eaux de petits cours d’eau en tête de bassin versant, et validé via la comparaison avec des analyses en laboratoire. Une cinquantaine de points de mesure ont été réalisés en avril, juin et septembre 2018 le long d’un linéaire de 8 km sur une des têtes de bassin versant du Frémur, contributeur majeur de la baie de la Fresnaye (22) en débit et flux de nitrates. Les résultats montrent tout l’intérêt de la mesure à haute résolution spatiale pour mieux comprendre l’hydrosystème, identifier facilement des sources ponctuelles ou diffuses le long du cours d’eau et calculer la contribution relative de chaque source au débit et au flux de polluant du cours d’eau. La méthode permet également des comparaisons qualitatives avant/après travaux de restauration de cours d’eau.

National audience; Peatlands are a type of wetlands covering only 3% of the terrestrial areas but storing around 30% of the global soil organic carbon stock. These ecosystems are important carbon sinks but their faith is uncertain in the ongoing global change.Through CoFHy and MOHAV projects we investigated the organic carbon exports from peatlands to stream waters in two mountainous watersheds in the French Pyrenees. Using different in situ high frequency sensors, we quantified precisely the exports of organic carbon during several hydrological cycles and identify the main drivers of these exports. In these headstream watersheds, peatlands are the main source of organic carbon and they show specific fluxes similar to the more extended northern peatlands. In addition, the Carbon project focuses on the vertical carbon exchanges at a mountainous peatland site. In different locations on the peatland of Bernadouze, carbon dioxide and methane are monitored monthly using “Open Top Chambers”. First data shows a clear spatial disparity between the fluxes. Ongoing analysis try to understand such variabilities and to model these vertical carbon fluxes at a high frequency. Soon we should determine the first peatland carbon balance of a mountainous peatland. Then, we could compare this modern carbon balance and its potential evolution with past carbon accumulation rates resulting from peat cores analysis.; Etendues sur 3 % des surfaces continentales, les tourbières sont des zones humides qui contiennent près de 30 % du carbone organique stocké dans les sols à l’échelle mondiale. De véritable puits de carbone dont le devenir est incertain dans le contexte actuel des changements globaux.A travers les projets de recherche COFHY et MOHAV, nous nous sommes intéressés aux transferts de carbone organique des tourbières vers les eaux de surfaces dans deux bassins versants de montagne dans les Pyrénées. Grâce à un ensemble de capteurs in situ à haute fréquence, nous avons pu quantifier précisément les transferts latéraux de carbone sur plusieurs cycles hydrologiques et en identifier les mécanismes de contrôle. Il en résulte que les tourbières constituent les sources principales de carbone organique dans les bassins versants de montagne étudiés, celles-ci montrant des capacités de transfert comparables aux tourbières étendues des plaines septentrionales. Dans la continuité, le projet Carbone propose d’évaluer en zone de montagne les échanges verticaux, à savoir les flux de dioxyde de carbone et de méthane, qui composent le bilan carbone des tourbières. Ainsi, en différentes placettes sur la tourbière de Bernadouze, ces flux sont évalués mensuellement via des chambres de mesures (Open Top Chambers). En cours, l’analyse des données révèle une disparité spatiale des flux entre les placettes qu’il est nécessaire de prendre en compte avant d’envisager une modélisation à haute fréquence. A terme ces résultats permettront de boucler le premier bilan carbone contemporain d’une tourbière de montagne. Il sera alors intéressant de mettre en regard ces chiffre et leurs évolutions potentielles avec les taux d’accumulations passés déterminés par carottages.

Monitoring soil organic carbon in alpine soils using in situ vis‐NIR spectroscopy and a multilayer perceptron

La matiere organique (MO) est un element important de la fertilite des sols cultives. Les mesures de reflectance ont deja ete utilisees avec succes pour predire la teneur en carbone organique (CO) des sols agricoles, soit au laboratoire sur des echantillons de sols seches, soit directement au champ a l’aide de spectro-radiometres de terrain ou grâce a des images satellitaires. Cette etude propose une methode de prediction spatialisee du CO des sols, a partir d’imagerie drone. Une parcelle agricole de 13 ha « la Grande Borne », situee dans la plaine de Versailles (78), a ete suivie en avril 2013, peu avant le semis alors qu’elle etait encore en sol nu. Le drone AIRINOV® utilise etait equipe de la camera multispectrale quadri-bande multiSPEC 4C® (550nm, 660nm, 735 nm et 790 nm) et evoluait a une altitude de 150 m. Vingt-trois placettes de controle au sol, reparties dans la parcelle, ont ete delimitees par des cibles geolocalisees centimetriquement par DGPS et ont fait l’objet de mesures synchrones au vol drone : mesures spectrales de terrain (ASD FieldSpec 3®), mesures de rugosite par une methode photogrammetrique, prelevements d’echantillons de sol pour analyse de la composition chimique et de la teneur en eau. Les images obtenues d’une resolution de 15cm ont ete georeferencees avec une precision infra-pixellaire. Les spectres de terrain ont ete agreges sur les bandes spectrales de la multiSPEC® 4C afin de valider par regression lineaire la qualite des donnees de reflectance du drone. Les R obtenus, entre 0,8 et 0,9 selon les bandes, ainsi que l’erreur comprise entre 1 et 3% en reflectance, ont montres la fiabilite du capteur multiSPEC 4C®. La teneur en CO a ensuite ete estimee par regression des moindres carres partiels (PLSR) a partir des mesures spectrales sur les 23 placettes. L’erreur quadratique moyenne de validation croisee (RMSECV) par la methode LOO (Leave One Out) etait de 1,97 g de CO par kg de sol. Un second modele integrant la correction des effets de l’humidite et de la rugosite sur la reflectance, a permis d’ameliorer la qualite de la prediction de 18% avec une RMSECV de 1,61 g/kg. Le modele a enfin ete spatialise sous SIG et compare a de simples interpolations spatiales des analyses de sol.

The Asian river basins are great contributors to sediments and organic carbon to the seas. However, these river basins are subject to the influence of climate variability and human activities, which alters the transport and fate of water and associated matter in rivers, and then modifies the coastal biochemical processes. The Red River is a representative Asian river basin and plays an important role in the economy and agriculture in China and Vietnam. However, lack of data sharing between countries and difficulty in in-situ observations and samplings, make the study through the whole basin difficult both spatially and temporally. In order to overcome these issues and better understand the water resources and matters transfer dynamics, interactive use of in-situ measurements, remote sensing observations and numerical modellings are necessary. This work proposed a modelling approach to simulate the transfer dynamics of water, suspended sediment (SS) and organic carbon at a daily scale in the Red River, and to understand and quantify their responses to the impacts of climate variability and dam constructions. The physical-based SWAT model, combining the remote sensing data, was used in this study to simulate the water regime and suspended sediment. Six dams (two were operated before the study period and the other four started operation since 2008) were implemented in this model. The model was calibrated based on observed discharge (Q) and suspended sediment concentration (SSC) data from 2000 to 2013 at five gauge stations (the outlets of the main tributaries and of the continent basin) at a daily time step. After Q and SSC calibrated under actual conditions, a scenario of natural conditions (without any dams inside the basin) was modelled to disentangle and quantify the impacts of climate variability and dams on Q and sediment fluxes (SF). Dissolved and particulate organic carbon (DOC, POC) were calibrated based on observed Q, SSC and in-situ organic carbon sampling data. According to these relationships, the organic carbon concentrations and fluxes under actual and natural conditions are calculated, in order to further quantify the impacts of climate variability and dams on DOC and POC transfer. This study highlighted the strong impacts of dams on sediment fluxes (-80%) and organic carbon (POC, -85%; DOC, -13%), and the impacts of climate variability on Q (-9%). Without dams, the Red River basin would have a high specific sediment yield (779 t km-2 yr-1) compared to other Asian river basins, though its sediment export was low compared to them. The high soil erosion due to precipitation, slope and agricultural practice in the middle part of the basin is the main factor contributing to the specific sediment yield. [...]; Les bassins fluviaux asiatiques sont un important contributeur de matières en suspension et de carbone organique vers les océans. Cependant, ces bassins sont soumis à la variabilité climatique et aux activités humaines, modifiant le transport et le devenir de l'eau et des matières associées dans les fleuves, ainsi que les processus biochimiques côtiers. Le Fleuve Rouge est un bassin fluvial représentatif des fleuves asiatiques et joue un rôle important dans l'économie et l'agriculture en Chine et au Vietnam. Cependant, le manque de partage de données entre les pays et la difficulté des observations et des échantillonnages in situ rendent l'étude difficile pour l'ensemble du bassin, à la fois spatialement et temporellement. Afin de surmonter ces problèmes et de mieux comprendre la dynamique de transfert des ressources en eau et des matières et proposer des outils aux gestionnaires de l'eau, une utilisation interactive des mesures in situ, des observations de télédétection et des modélisations numériques est nécessaire. Ce travail propose de simuler la dynamique de transfert de l'eau, des sédiments en suspension (SS) et du carbone organique à l'échelle journalière dans le Fleuve Rouge, pour comprendre et quantifier leurs réponses aux impacts de la variabilité climatique et de la construction de barrages. Le modèle hydro-agro-environnemental à base physique SWAT, combinant les données de télédétection pour les variables climatiques, a été appliqué dans cette étude pour simuler les débits et les sédiments en suspension. Six barrages (dont quatre mis en service depuis 2008) ont été implémentés. Le modèle a été calibré sur la base des données de débit observées (Q) et de concentration de matières en suspension (CSC) de 2000 à 2013 au niveau de cinq stations de mesure à un pas de temps journalier. Un scénario simulant les impacts de la variabilité climatique et des barrages sur Q et SS a été simulé. Les concentrations et les flux de carbone organique pour ces mêmes conditions, ont été calibrés puis simulés via le même scénario afin de quantifier séparément les impacts de la variabilité climatique et des barrages sur le transfert de COD et de COP. Cette étude a mis en évidence les impacts importants des barrages sur les flux de sédiments (-80%) et sur le carbone organique (COP, -85%; COD, -13%) ainsi que les impacts de la variabilité climatique sur Q (-9%). Sans barrages, le bassin du Fleuve Rouge aurait un flux spécifique élevé en matières en suspension (779 t km-² an-1) par rapport aux autres bassins asiatiques, bien que son exportation en flux soit faible en comparaison. [...]

La pollution des eaux de surface par les nitrates sous la pression de l’intensification des activités agricoles et des rejets urbains et industriels reste encore aujourd’hui une problématique mondiale. La dénitrification est le seul processus d’élimination des nitrates qui se produit majoritairement dans les zones humides et favorise une diminution de la concentration en nitrates depuis les zones agricoles vers les rivières et les fleuves. Le processus de dénitrification nécessite du carbone organique qui peut venir à la fois des sols et de la matière organique produite in-situ dans ces zones humides alluviales ainsi que de la rivière. Les zones humides alluviales sont des zones humides très actives du point de vue de la dénitrification. La dénitrification dans ces zones humides alluviales fluctue dans le temps en fonction du cycle hydrologique et de la disponibilité en carbone organique et en nitrate. Alors que le processus de dénitrification dans les zones humides alluviales est bien connu et détaillé, l’impact de ce processus d’élimination sur les flux exportés aux océans à l’échelle des bassins versants est difficile à appréhender car hautement variable dans le temps et l’espace. De meilleures compréhensions et estimations du rôle de la dénitrification dans les zones humides alluviales au pas de temps journalier sont nécessaires afin de faire ressortir son effet prépondérant dans la régulation des nitrates à l’échelle d'un bassin versant. Ainsi, les objectifs de ce travail sont 1) de mieux comprendre et d’estimer les flux de carbone organique au pas de temps journalier, un des moteurs essentiels de la dénitrification, 2) d’estimer le rôle de la dénitrification dans les zones humides alluviales sur des bassins versants contrastés d’un point de vue de la disponibilité de carbone organique et de nitrate, 3) d’ouvrir vers une généralisation de cette méthode pour quantifier les flux de nitrate aux océans à l'échelle globale et le rôle des zones humides alluviales sur ces derniers. A l'aide de données éparses à travers le monde provenant de différentes bases de données, nous avons pu mettre en évidence des équations simples permettant de simuler les flux de carbone organique transportés par les fleuves. Puis, avec un modèle intégrant les échanges nappes-rivière, adapté du modèle SWAT ainsi que des données de télédétection, nous nous sommes concentrés sur les interactions entre cycles de l'azote et du carbone dans les zones humides alluviales via la dénitrification sur trois bassins versants contrastés : l’Amazone pour les zones tropicales, la Garonne pour les zones tempérées et l’Ienisseï en Sibérie pour les zones froides. Ce travail démontre l’hétérogénéité de la dénitrification à l’échelle de bassins versants contrastés. Nous avons pu démontrer que la dénitrification par les zones humides alluviales s’élève à hauteur de 73,0 kgN/ha/an pour l’Amazone, 4,5 kgN/ha/an pour la Garonne et 0,7 kgN/ha/an pour l’Ienissei. Ainsi, nous pouvons démontrer que les bassins versants pour des conditions pédo-climatiques et d’anthropisation différentes renvoient des dénitrifications très différentes dues à la température ou à la disponibilité des réactifs. Enfin, dans le but de généraliser cette méthode à l’échelle globale, nous avons établi une approche de prédiction des flux de nitrates transportés par les fleuves à l’aide d’une équation simple et de paramètres environnementaux faciles à obtenir afin d’exporter nos résultats sur l’ensemble des fleuves de la planète

National audience

Large-scale soil organic carbon (SOC) stock assessment is expensive as a large number of samples must be collected and then their time-consuming measurements must be made in the laboratory. Previous studies have shown that visible-near-infrared reflectance (vis-NIR) spectroscopy can quickly predict SOC content at a low cost. However, the application of this method at the large scale remains challenging due to the high spatial heterogeneity of SOC and the spatially dependent relationships of soil spectra and SOC content. Here, we conducted large-scale soil sampling across China's forests and established the Chinese forest soil spectral library (CFSSL) by measuring SOC content and scanning the vis-NIR reflectance of 11, 213 soil samples. Compared with the traditional global partial least squares regression (PLSR) modeling method (R2 = 0.75, RPIQ = 1.95), the clustering by fast research and find of density peak in combination with the Cubist model significantly improved the prediction ability of SOC content (R2 = 0.96, RPIQ = 5.83). This study provided a cost-efficient spectroscopic methodology, including measurement and prediction modeling, for large-scale SOC estimation.

Permanent grasslands are recognized for the many agronomic and environmental services they provide. However, they are still plowed or threatened to be in favor of more productive cultures, or abandoned in the case of wet grasslands, where the conditions of exploitation are subjected to many constraints. Reconciling production and environmental objectives in order to maintain extensive agricultural activities is therefore essential in permanent grasslands. In this context, multi-service studies have been carried out in the wet grasslands of the Regional Natural Park (PNR) of the Cotentin and Bessin marshes (Normandy, France) as well as in a set of mesophilous grasslandsofcontrasting pedoclimatic conditions located in Normandy, Lorraine and Auvergne. The study focused on 3 categories of Ecosystem Services (ES) as defined by the Millennium Ecosystem Assessment: floristic and functional diversity as support services, quality and forage production as supply services and stocks of organic carbon and soluble carbon soil contents as regulatory services. In order to analyzethe role of plant community functioning in the ES determinism, the measurement of leaf functional traits was carried out at the species and/or the plant community scales. Part of this work focuses particularly on the relationships between plant communities functioning and forage quality, and soil moisture conditions impact on micronutrient contents of species in wet grasslands. The results showed that, depending on the functional group, SLA or LDMC were good proxies for the digestibility of wet grassland forages. Dicots have higher micronutrient contents than Monocots. Our results show that flooding influences the elemental composition of flood-intolerant species more than adapted species and does not affect biomass production. In general, the plant community functioning does not explain all the relationship between ESs. Forage quality is linked to the plant community functioning as well as thefloristic and functional diversity but only forwet grasslands. In mesophilic grasslands, the history of management or the landscape structure could be important drivers. In addition, our results show that organic C stocks in the soil of wet and mesophilic grasslands are closely related to soil nature. ESs indicators have brought together 4 distinct groups of wet grasslands according to soil nature and management practices (mowing or grazing). Overall, the ESs packages offered by wet grasslands are better balanced than those provided by mesophilic grasslands, the latter being indistinguishable from another according to the geographical location. Extensively managed grasslands provide better environmental services than intensively managed grasslands and equivalent forage quality., Les prairies permanentes sont reconnues pour les nombreux services agronomiques et environnementaux qu’elles fournissent. Cependant, elles sont aujourd’hui encore retournées ou menacées de l’être au profit de productions plus rentables, ou abandonnées dans le cas des prairies humides où les conditions d’exploitation sont soumises à de nombreuses contraintes. Concilier objectifs de production et environnementaux afin de maintenir une activité agricole extensive au sein des prairies temporaires s’avère alors indispensable. Dans ce contexte, des études multi-services ont été réalisées au sein des prairies humides du Parc Naturel Régional (PNR) des marais du Cotentin et du Bessin (Normandie) ainsi que dans des prairies mésophilesaux conditions pédoclimatiques contrastées situées en Normandie, en Lorraine et en Auvergne. L’étude s’est focalisée sur 3 catégories de services écosystémiques (SE) telles que définis par le Millenium Ecosystem Assessment: la diversité floristique et fonctionnelle comme services de support, la qualité et la production du fourrage comme services d’approvisionnement et les stocks de carbone organique et les teneurs en carbone soluble du sol comme services de régulation. Afin de mettre en évidence la part du fonctionnement des communautés végétales dans le déterminisme des SE, la mesure de traits fonctionnels foliaires a été réalisée à l’échelle de l’espèce et/ou de la communauté végétale. Une partie de ces travaux se focalise sur les relations entre le fonctionnement des communautés végétales et la qualité du fourrage ainsi que l’impact des conditions hydriques du solsur les teneurs en micronutriments des espèces dans les prairies humides.Les résultats ont mis en évidence, qu’en fonction du groupe fonctionnel considéré, le SLA ou le LDMC étaient de bons proxies de la digestibilité des fourrages des prairieshumides. Les dicotylédones ont des teneurs en micronutriments plus élevées que les monocotylédones. Nos résultats montrent que l’inondation influence plus la composition élémentaire des espèces intolérantes aux inondations que les espèces adaptées et qu’elle n’a pas incidence sur la production de biomasse. De manière générale, le fonctionnement des communautés végétales n’explique pas à lui seul les relations entre les SE. La qualité du fourrage est liée au fonctionnement des communautés végétales ainsi qu’à la diversité floristique et fonctionnelle mais seulement en prairies humides. En prairies mésophiles, l’historique de la gestion ou la structure du paysage pourrait être déterminants. Par ailleurs, nos résultats montrent que les stocks de C organique dans le sol des prairies mésophiles et humides sont étroitement liés à sa nature.Les indicateurs des SE combinent les prairies humides en 4 groupes distincts en selon la nature du sol et la gestion (fauche ou pâturage). Globalement, les bouquets de services rendus par les prairies humides sont mieux équilibrés que ceux rendus par les prairies mésophiles, ces derniers ne se distinguant pas les uns des autres selon la localisation géographique des prairies mésophiles. Les prairies gérées de manière extensive fournissent de meilleurs services environnementaux que des prairies gérées de manière intensive et une qualité fourragère équivalente.

Soils are the major components ofthe terrestrial ecosystems and the largest organiccarbon reservoir on Earth, being very reactive tohuman disturbance and climate change. Despiteits importance within the carbon reservoirs, soilcarbon dynamics is an important source ofuncertainties for future climate predictions. Theaim of the thesis was to explore different aspectsof soil carbon studies (Experimentalmeasurements, modeling, and databaseevaluation) at different spatial scales (from thescale of a profile to the global scale). Wehighlighted that the estimation of the global soilcarbon stocks is still quite uncertain.Consequently, the role of soil carbon in theclimate dynamics becomes one of the majoruncertainties in the Earth system models (ESMs)used to predict future climate change. Thesecond part of thesis deals with the presentationof a new version of the IPSL-Land SurfaceModel called ORCHIDEE-SOM, incorporatingthe 14C dynamics in the soil. Several tests doneassume that model improvements should focusmore on a depth dependent parameterization,mainly for the diffusion, in order to improve therepresentation of the global carbon cycle inLand Surface Models, thus helping to constrainthe predictions of the future soil organic carbonresponse to global warming.; Les sols sont la principale composantede l’écosystème terrestre et le plus grand réservoir de carbone organique sur Terre, étant très réactifs aux perturbations humaines et aux changements climatiques. Malgré leur importance dans les réservoirs de carbone, la dynamique du carbone des sols est une source importante d'incertitudes pour les prévisions climatiques futures. Le but de la thèse était d'explorer différents aspects d’études du carbone des sols (mesures expérimentales, modélisation et évaluation de bases de données) à différentes échelles spatiales (de l'échelle d'un profil à l'échelle globale). Nous avons souligné que l'estimation des stocks globaux de carbone du sol est encore assez incertaine.Par conséquent le rôle du carbone des sols dans la dynamique du climat devient l'une des principales incertitudes dans les modèles du système terrestre utilisés pour prédire les changements climatiques futurs. La deuxième partie de la thèse porte sur la présentation d'une nouvelle version du modèle IPSL-Land Surface appelé ORCHIDEE-SOM, intégrant la dynamique du 14C dans le sol. Plusieurs tests effectués supposent que les améliorations du modèle devraient se focaliser davantage sur une paramétrisation dépendante de la profondeur,principalement pour la diffusion, afin d'améliorer la représentation du cycle global du carbone dans les modèles de surface terrestre, contribuant ainsi à contraindre les prédictions futures du réchauffement climatique.

3 pages; National audience

Application of organic residues (OR) on agricultural soils could reduce the use of mineral phosphorus (P) fertilizers, but this implies to determine the efficiency of OR to meet crop requirements. We thus aimed to study mechanisms determining the effects of OR on P bioavailability to plants (phytoavailability). Our work was based on five field trials with decadal organic or mineral fertilization located in Réunion island, and on incubations and plant growth experiments under controlled conditions. Available inorganic P (Pi) and organic P (Po) was determined using extractions (water, Olsen), the diffusive gradients in thin films technique (DGT) and the isotopic dilution associated to anion exchange membranes (EAEM). Phytoavailable P was determined as the plant P uptake. Soil Pi sorption capacity was determined using sorption curves. For all soil types studied (andosol, andic cambisol, nitisol, and arenosol), RO increased mainly available Pi and had few effects on available Po, which suggests that mineralization of Po applied with RO does not limit Pi availability. Application of RO increased available Pi mainly by increasing soil pH and consequently by decreasing soil Pi sorption capacity. Phytoavailable P increased with soil available Pi, but decreased with increasing soil pH. Our work suggests that except the dose of P applied, effect of RO on P phytoavailability depends mainly on soil pH changes induced., Le recyclage des résidus organiques (RO) en agriculture pourrait permettre de limiter l’utilisation des ressources minérales de phosphore (P), à condition de déterminer leur efficacité pour fournir du P aux cultures. L’objectif de ce travail était donc d’étudier les mécanismes déterminant l’effet des RO apportés au sol sur la biodisponibilité du P pour la plante (phytodisponibilité). Ce travail a été basé sur cinq essais de terrain à La Réunion, fertilisés sur une décennie avec des fertilisants organiques ou minéraux, et sur des expérimentations d’incubations en conditions contrôlées et de cultures de plantes en pot. Le P inorganique (Pi) et organique (Po) disponible du sol a été déterminé par des extractions (eau, Olsen), la technique des diffusive gradients in thin films (DGT) et la dilution isotopique associée à des membranes échangeuses d’ions. La capacité de sorption en Pi des sols a été évaluée avec des courbes de sorption. Le P phytodisponible a été déterminé en mesurant le P prélevé par la plante. Dans les différents types de sol (andosol, andique cambisol, nitisol et arenosol), l’apport de RO a augmenté le Pi disponible relativement au Po, suggérant que la minéralisation du Po issu des RO n’est pas un facteur limitant la disponibilité du Pi. Les RO ont augmenté le Pi disponible principalement par l’augmentation du pH du sol et par conséquent la diminution de sa capacité de sorption de Pi. Le P phytodisponible a augmenté avec le Pi disponible du sol, mais a diminué avec l’augmentation du pH du sol. Au-delà de la dose de P, l’effet de l’apport de RO à long-terme sur la phytodisponibilité du P semble principalement contrôlé par l’évolution induite du pH du sol.

The gaseous oxidation of organic compounds emitted into the atmosphere leads to the formation of thousands of secondary organic compounds (SOC). A fraction of these SOC is low volatile, and can partition between the gaseous phase and the particulate phase, forming secondary organic aerosols (SOA). The SOA are a main component of the particles, representing between 20% and 80% of the total mass of fine aerosols. Therefore, SOA contribute to the impact of aerosols on the environment, in particular air quality and climate. The quantification of the SOA impacts is estimated using chemical-transport models (CTM). Comparisons with in situ measurements show that the spatial and temporal variations of SOA mass are not correctly simulated by CTM. In these models, the SOA formation is represented in a simplified way, using empirical parameterizations developed on the basis of observations performed in atmospheric simulation chambers. Improving the representation of organic aerosols in CTM is therefore required to diagnose the origin of air pollution by fine particles, improve the reliability of pollution episode prediction and assess the impact of aerosols on the environment. The objectives of this thesis are :• to explore the influence of environmental conditions on SOA formation and properties,• to develop a new parameterization of SOA formation based on a deterministic representation of atmospheric chemistry,• to evaluate this parameterization in CTM by comparison with in-situ measurements. Deterministic models represent the non-linearity of SOA formation processes. The model GECKO-A (Generator for Explicit Chemistry and Kinetics of Organics in the Atmosphere) is a numerical modelling tool that integrates the elementary data (kinetics and thermodynamics) from laboratory studies. In this thesis, oxidation scenarios representative of various environmental conditions were developed and GECKO-A was used to study the impact of environmental factors (temperature, NOx concentrations, solar radiations, etc.) on the formation and the properties of the SOA. On the basis of these simulations, a new parameterization for SOA formation was developed: VBS-GECKO. The evaluation of the VBS-GECKO in box model has shown a good reproduction of the organic aerosol (OA) concentrations with RMSE lesser than 20%.The VBS-GECKO was integrated into the CHIMERE CTM to simulate summer concentrations of OA over Europe. Simulated OA are significantly improved compared to the reference parameterization used in CHIMERE. The VBS-GECKO was also used to study (i) the sources and properties of SOA and (ii) different representations of emissions of semi-volatile and intermediate volatility organic compounds by road traffic; L’oxydation gazeuse des composés organiques émis dans l’atmosphère mène à la formation de milliers de composés organiques secondaires (COS). Une fraction de ces COS est peu volatile, et peut se partager entre la phase gazeuse et la phase particulaire formant ainsi des aérosols organiques secondaires (AOS). Les AOS contribuent majoritairement à la composition des particules, participant entre 20 et 80 % à la masse totale des aérosols fins et influencent ainsi leurs impacts sur l’environnement, en particulier sur la qualité de l’air et le climat. Ces impacts sont quantifiés à l’aide de modèles de chimie-transport (CTM). Les comparaisons avec les mesures in situ montrent que les variations spatiales et temporelles de la masse d’AOS ne sont pas correctement simulées par les CTM. Dans ces modèles, la formation d’AOS est représentée de façon simplifiée à l'aide de paramétrisations empiriques développées sur la base d'observations en chambres de simulation atmosphérique. Il est donc primordial de repenser et d’améliorer la représentation des aérosols organiques dans les CTM pour diagnostiquer l’origine de la pollution atmosphérique par les particules fines, améliorer la fiabilité de la prévision des épisodes de pollution et évaluer l'impact des aérosols sur l'environnement. Les objectifs de cette thèse sont de :• explorer l’influence des conditions environnementales sur la formation et les propriétés des AOS,• développer une nouvelle paramétrisation de formation de l’AOS sur la base d’une représentation déterministe de la chimie atmosphérique,• évaluer cette paramétrisation en CTM par comparaison avec des mesures in-situ.Les modèles déterministes permettent de représenter la non-linéarité des processus de formation de l'AOS. Le modèle déterministe GECKO-A (Generator for Explicit Chemistry and Kinetics of Organics in the Atmosphere) est un outil de modélisation numérique qui intègre les données élémentaires (cinétiques et thermodynamiques) issues des études en laboratoire. Dans le cadre de cette thèse, des scénarios d’oxydation en conditions environnementales ont été développés et GECKO-A a été utilisé pour étudier l’impact des facteurs environnementaux (température, teneur en NOx, ensoleillement...) sur la formation et les propriétés des AOS. Sur la base de ces simulations, une nouvelle paramétrisation pour la formation d’AOS a été développée: VBS-GECKO. L’évaluation de la VBS-GECKO en modèle de boîte a montré une bonne reproduction des concentrations en aérosols organiques (AO) avec une RMSE inférieure à 20%. La VBS-GECKO a été intégrée au CTM CHIMERE pour simuler les concentrations estivales d’AO au dessus de l’Europe. Son utilisation conduit à une sensible amélioration de la masse d’AO simulée par rapport à la paramétrisation de référence utilisée dans CHIMERE. La VBS-GECKO a également été utilisé pour étudier (i) les sources et propriétés des AOS et (ii) différentes représentation des émissions de composés organiques semi-volatils et de volatilité intermédiaire par le trafic routier

The gaseous oxidation of organic compounds emitted into the atmosphere leads to the formation of thousands of secondary organic compounds (SOC). A fraction of these SOC is low volatile, and can partition between the gaseous phase and the particulate phase, forming secondary organic aerosols (SOA). The SOA are a main component of the particles, representing between 20% and 80% of the total mass of fine aerosols. Therefore, SOA contribute to the impact of aerosols on the environment, in particular air quality and climate. The quantification of the SOA impacts is estimated using chemical-transport models (CTM). Comparisons with in situ measurements show that the spatial and temporal variations of SOA mass are not correctly simulated by CTM. In these models, the SOA formation is represented in a simplified way, using empirical parameterizations developed on the basis of observations performed in atmospheric simulation chambers. Improving the representation of organic aerosols in CTM is therefore required to diagnose the origin of air pollution by fine particles, improve the reliability of pollution episode prediction and assess the impact of aerosols on the environment. The objectives of this thesis are :• to explore the influence of environmental conditions on SOA formation and properties,• to develop a new parameterization of SOA formation based on a deterministic representation of atmospheric chemistry,• to evaluate this parameterization in CTM by comparison with in-situ measurements. Deterministic models represent the non-linearity of SOA formation processes. The model GECKO-A (Generator for Explicit Chemistry and Kinetics of Organics in the Atmosphere) is a numerical modelling tool that integrates the elementary data (kinetics and thermodynamics) from laboratory studies. In this thesis, oxidation scenarios representative of various environmental conditions were developed and GECKO-A was used to study the impact of environmental factors (temperature, NOx concentrations, solar radiations, etc.) on the formation and the properties of the SOA. On the basis of these simulations, a new parameterization for SOA formation was developed: VBS-GECKO. The evaluation of the VBS-GECKO in box model has shown a good reproduction of the organic aerosol (OA) concentrations with RMSE lesser than 20%.The VBS-GECKO was integrated into the CHIMERE CTM to simulate summer concentrations of OA over Europe. Simulated OA are significantly improved compared to the reference parameterization used in CHIMERE. The VBS-GECKO was also used to study (i) the sources and properties of SOA and (ii) different representations of emissions of semi-volatile and intermediate volatility organic compounds by road traffic, L’oxydation gazeuse des composés organiques émis dans l’atmosphère mène à la formation de milliers de composés organiques secondaires (COS). Une fraction de ces COS est peu volatile, et peut se partager entre la phase gazeuse et la phase particulaire formant ainsi des aérosols organiques secondaires (AOS). Les AOS contribuent majoritairement à la composition des particules, participant entre 20 et 80 % à la masse totale des aérosols fins et influencent ainsi leurs impacts sur l’environnement, en particulier sur la qualité de l’air et le climat. Ces impacts sont quantifiés à l’aide de modèles de chimie-transport (CTM). Les comparaisons avec les mesures in situ montrent que les variations spatiales et temporelles de la masse d’AOS ne sont pas correctement simulées par les CTM. Dans ces modèles, la formation d’AOS est représentée de façon simplifiée à l'aide de paramétrisations empiriques développées sur la base d'observations en chambres de simulation atmosphérique. Il est donc primordial de repenser et d’améliorer la représentation des aérosols organiques dans les CTM pour diagnostiquer l’origine de la pollution atmosphérique par les particules fines, améliorer la fiabilité de la prévision des épisodes de pollution et évaluer l'impact des aérosols sur l'environnement. Les objectifs de cette thèse sont de :• explorer l’influence des conditions environnementales sur la formation et les propriétés des AOS,• développer une nouvelle paramétrisation de formation de l’AOS sur la base d’une représentation déterministe de la chimie atmosphérique,• évaluer cette paramétrisation en CTM par comparaison avec des mesures in-situ.Les modèles déterministes permettent de représenter la non-linéarité des processus de formation de l'AOS. Le modèle déterministe GECKO-A (Generator for Explicit Chemistry and Kinetics of Organics in the Atmosphere) est un outil de modélisation numérique qui intègre les données élémentaires (cinétiques et thermodynamiques) issues des études en laboratoire. Dans le cadre de cette thèse, des scénarios d’oxydation en conditions environnementales ont été développés et GECKO-A a été utilisé pour étudier l’impact des facteurs environnementaux (température, teneur en NOx, ensoleillement...) sur la formation et les propriétés des AOS. Sur la base de ces simulations, une nouvelle paramétrisation pour la formation d’AOS a été développée: VBS-GECKO. L’évaluation de la VBS-GECKO en modèle de boîte a montré une bonne reproduction des concentrations en aérosols organiques (AO) avec une RMSE inférieure à 20%. La VBS-GECKO a été intégrée au CTM CHIMERE pour simuler les concentrations estivales d’AO au dessus de l’Europe. Son utilisation conduit à une sensible amélioration de la masse d’AO simulée par rapport à la paramétrisation de référence utilisée dans CHIMERE. La VBS-GECKO a également été utilisé pour étudier (i) les sources et propriétés des AOS et (ii) différentes représentation des émissions de composés organiques semi-volatils et de volatilité intermédiaire par le trafic routier

Soil condition assessment using lage database: Application to soil organic carbon. Invited Keynote Plenary Lecture. 4. International Symposium on Surface Soil Management Strategy Using the Emerging ICT in the 4th Industrial Revolution

Presentation of INRA (France) and of Soil Organic Carbon Digital Soil Mapping and the 4perMille initiative. Rural Development Administration

les auteurs : Dominique Arrouays, Budiman Minasny, Alex. B. McBratney, Mike Grundy, Neil McKenzie, James Thompson, Alessandro Gimona, Suk Young Hong, Scott Smith, Alfred Hartemink, Songchao Chen, Manuel P. Martin, Vera Leatitia Mulder, Anne C. Richer-de-Forges, Nicolas P.A. Saby, Inakwu Odeh, José Padarian, Glenn Lelyk, Laura Poggio, Igor Savin, Vladimir Stolbovoy, Yiyi Sulaeman, Dedi Nursyamsi, Gan-Lin Zhang, Mogens H. Greve, Zamir Libohova, Philippe Lagacherie, Pierre Roudier, Johan G.B. Leenaars, Gerard B.M. Heuvelink, Luca Montanarella, Panos Panagos, Jon Hempel; The demand for information on functional soil properties is high and has increased over time. This isespecially true for soil organic carbon (SOC) in the framework of food security and climate change. TheGlobalSoilMap consortium was established in response to such a soaring demand for up-to-date andrelevant soil information. The majority of the data needed to produce GlobalSoilMap soil property mapswill, at least for the first generation, come mainly from archived soil legacy data, which could includepolygon soil maps and point pedon data, and from available co-variates such as climatic data, remotesensing information, geological data, and other forms of environmental information.Several countries have already released products according to the GlobalSoilMap specifications and theproject is rejuvenating soil survey and mapping in many parts of the world. Functional soil property mapshave been produced using digital soil mapping techniques and existing legacy information and madeavailable to the user community for application. In addition, uncertainty has been provided as a 90%prediction interval based on estimated upper and lower class limits. We believe that GlobalSoilMapconstitutes the best available framework and methodology to address global issues about SOC mapping.Main scientific challenges include time related and uncertainties issues.

Global Space-Time Soil Organic Carbon Assessment. Global Soil Organic Carbon Conference

In order to forecast the influence of future climate change on lake ecosystems, the paleolimnological approaches are needed to understand the impact of past climate variability. We reconstruct temporal changes in carbon resources sustaining chironomid biomass over the last 14,000 years, by means of carbon stable isotope analysis of subfossil chironomids (δ13CHC), with the aim of identifying the response of carbon processing in the benthic food web to climate change. We find a negative linear correlation between reconstructed summer mean air temperature and δ13CHC values, revealing that (i) the contribution of allochthonous organic carbon to the chironomid biomass is high during the coldest and low-productive period, (ii) the aquatic organic matter is the main carbon source during intermediate climate conditions, and (iii) a significant part of the chironomid biomass is sustained by methane-derived carbon during the Holocene Thermal Maximum and the Bolling-Allerod. This study confirms that climate change may significantly affect the recycling process of organic carbon in the benthic food web of small lakes. However, deforestation and agricultural practices within the catchment area induced important organic matter inputs into the lake sediments, which seem to disrupt the observed relationship between climate variability and carbon processing in the benthic food web. In this context, complementary studies are needed to better understand the combined effects of the ongoing global warming and human activities on the lake carbon cycling.

Deep soil carbon (>30 cm) is the primary pool of soil organic carbon (SOC). However, deep SOC is often not included in carbon inventories or management strategies, especially in North-Africa. The objective of the study was to determine the distribution and the main factors governing SOC storage along a representative toposequence in North-Eastern Algeria. The soil organic matter (SOM) was characterized by SOC content, carbon stocks, particle size distribution and mineralization potential. The amount and the dynamics of the deep SOC depended on the topographical position. In the mountain soils, most of the SOC stock (100 t C ha1) was in the topsoil (0e30 cm) and associated with the >50 mm fractions (plant materials) whereas in the piedmont and alluvial plain soils, most of the SOC stock (168 t C ha1) was accumulated in subsoil (30e100 cm) and associated with the

In this study, the emissions of three different generations of firewood stoves were characterized to test their sustainability with this new problematic. Organic Carbon (OC) and Elemental Carbon (EC) emissions were particularly targeted. After an investigation of the OC/EC measurement method, a specific protocol was developed, validated and optimized in order to measure OC/EC from direct samplings in the flue gas, without diluting or cooling systems. Carbon monoxide (CO), Total Suspended Particles (TSP) and Total Hydrocarbon (THC) emissions were followed too. To go further in the characterization and in the differentiation of the particles emitted from each kind of stoves, a Field Emission Gun Scanning Electron Microscope (FEG SEM) was used. The medium generation emitted 40% less mass of OC than the previous one. Concerning the new generation, emissions were reduced in mass about 98% for the EC and 40% for the OC compared to the old generation.

Assessment of soil organic carbon stocks (SOCs) is highly relevant considering that SOCs is the central driver in climate change mitigation and soil fertility. In Madagascar, a first attempt at mapping SOCs on a national scale was undertaken in 2009 with previous soil data. Advanced research on soil carbon mapping on a global scale is required to enable better land use decisions. This study aims to (i) evaluate the drivers of soil organic carbon (SOC) storage in the first 30 cm soil layer on a national scale from spatially explicit explanatory environmental variables and a recent soil database and (ii) update the spatial distribution of SOCs at this scale through digital mapping. A spatial model was established using randomForest, a decision tree algorithm and based on 10 pedoclimatic, topographic, and vegetation variables. The model was developed with 1993 available soil plot data (collected from 2010 to 2015) and their environmental information ("VALSOL-Madagascar" database). These data were divided into two sets: a first set (n = 835) used for model calibration and a second set (n = 358) for external validation. Results showed that mean annual temperature (MAT, °C), mean annual precipitation (MAP, mm), elevation (m) and Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) were the most important predictors of SOCs. The retained prediction model had a Root Mean Squared Error (RMSE) equal to 25.8 MgC·ha− 1. The predicted SOCs from fitted models ranged from 28 to 198 MgC·ha− 1 with total SOCs to 4137 TgC. Depending on soil type, Ferralsols (35 to 165 MgC·ha− 1) and Andosols (48 to 198 MgC·ha− 1) had relevant results related to the number of soil profiles (n = 856 and 171 respectively). Despite the need for in-depth analysis, the model and map produced in the present study has greatly improved our knowledge of the spatial distribution of SOCs in Madagascar and reduced uncertainty compared to the former map. This map provides new perspectives in sustainable land management in Madagascar.

International audience; The Amazon is responsible for the higher discharge of water and sediment from continent to ocean in the world, but the Amazon basin embodies a large variety of regions with different seasonal climate, hydrological regimes and vegetation. Some of these compartments may be considered as the most critical zones because they encompass severe changes in the recent past and one of the geomorphological features mostly impacted by these changes are the Amazon floodplains. In this study we report data from a floodplain lake, Quistococha, in Peru. The sediment was dated, radiographed, described and bulk density, granulometry, mineral composition, and total organic carbon were determined. Two distinctive sedimentary depositional phases were identified. During the first one, between 6100 and 5600 cal years BP, Quistococha Lake was strongly influenced by the Amazon River constraining high sediment accumulation rates. The influence of Amazon River decreased and ceased around 5600 cal years BP, due to an avulsion of the River toward its present-day position. Between 5600 and 2600 cal years BP a gap in sedimentation is observed, probably related to the dry mid-Holocene climate conditions. The sedimentation restarted about 2600 cal years BP, now the lake is an isolated lake.

International audience; Numerous studies on the prediction of soil properties from visible and near-infrared spectroscopy, based on large libraries at county scale or small size soil libraries at local scales have been reported in literature. However, difficulties appear when large libraries are used to estimate the soil properties of a small area. The aim of this paper was to compare various strategies to predict soil properties of local samples using a French national database. Models were built: i) from the national database alone and ii) from the national database spiked with subsets of the local database. Two regression methods were tested: partial least square [PLS] and a local regression method (fast Fourier transform local weighted [FFT-LW]). No general rule was obtained in this study as the best strategy differed according to the property under study. It seems that when strong spectral features are related to the characteristic under study (as for CaCO3 content), the addition of local samples did not bring a decisive advantage over calibration based on a wide national database. There are three important and encouraging points of this work to emphasize: i) the evidence of the added value brought by the national library for the prediction of some soil properties over a local area, ii) the pertinence of spiking with local samples to the global database to reach accurate predictions, and iii) the interest of the FFT-LW non-linear method. As we examined only one local site with peculiar land-use and geologic characteristics, further researches are needed to elucidate the way in which these results depend on intrinsic properties of the local site samples and on the relationship between spectral features and considered soil properties.

This study characterized the carbon and phosphorus composition of buffalo manure, its compost and vermicompost and investigated if presence of bamboo biochar has an effect on their chemical and biological reactivity. The four substrates were characterized for chemical and biochemical composition and P forms. The biological stability of the four substrates and their mixtures were determined during an incubation experiment. Their chemical reactivity was analyzed after acid dichromate oxidation. Biological reactivity of these substrates was related to their soluble organic matter content, which decreased in the order buffalo manure > compost > vermicompost. Phosphorus was labile in all organic substrates and composting transformed organic P into plant available P. The presence of biochar led to a protection of organic matter against chemical oxidation and changed their susceptibility to biological degradation, suggesting that biochar could increase the carbon sequestration potential of compost, vermicompost and manure, when applied in mixture.

The Siberian forest is a tremendous repository of terrestrial organic carbon (C), which may increase owing to climate change, potential increases in ecosystem productivity and hence C sequestration. Phosphorus (P) availability could limit the C sequestration potential, but tree roots may mine the soil deep to increase access to mineral P. Improved understanding and quantification of the processes controlling P availability in surface and deep soil layers of Siberian forest ecosystems are thus required. The objectives of the present study were to (1) evaluate P status of surface and deep soil horizons from different forest plots in southwestern Siberia and (2) assess the effects of physicochemical soil properties, microbiological activity and decomposition processes on soil P fractions and availability. Results revealed high concentrations of total P (879–1042 mg kg−1 in the surface mineral soils) and plant-available phosphate ions. In addition, plant-available phosphate ions accumulated in the subsoil, suggesting that deeper root systems may mine sufficient available P for the trees and the potentially enhanced growth and C sequestration, may not be P-limited. Because the proportions of total organic P were large in the surface soil layers (47–56% of total P), we concluded that decomposition processes may play a significant role in P availability. However, microbiological activity and decomposition processes varied between the study plots and higher microbiological activity resulted in smaller organic P fractions and consequently larger available inorganic P fractions. In the studied Siberian soils, P availability was also controlled by the physicochemical soil properties, namely Al and Fe oxides and soil pH.

International audience; Mountain soils store huge amounts of carbon which may be highly vulnerable to the strong land use and climate changes that mountain areas currently experience worldwide. Here, we tested the Rock-Eval (RE) pyrolysis as a proxy technique to (i) quantify soil organic carbon (SOC) stocks, (ii) bring insights into SOC bulk chemistry and (iii) investigate biogeochemical stability at the landscape scale in a mountain area of the French calcareous Prealps. A total of 109 soils from 11 eco-units representing the variety of ecosystems of the study area were analyzed with RE pyrolysis. RE pyrolysis showed an excellent predictive performance (R2 = 0.99) for SOC content even in calcareous soils. The technique revealed specific chemical fingerprints for some eco-units and soil types, with decreasing hydrogen index values from Anthroposols (425 ± 62 mg HC/g SOC) to Umbrisols, Leptosols (311 ± 49 mg HC/g SOC) and to Cambisols (278 ± 35 mg HC/g SOC), associated with an increase in SOC maturation. Newly developed RE pyrolysis indices revealed the high stability of SOC in most eco-units developed on Cambisols (acidic grasslands, alpine meadows, bushy facies) and a significantly lower stability of SOC in mountain ridges, sheepfold areas and coniferous forest soils. The persistence of SOC in this mosaic of ecosystems may depend not only on its chemistry or thermal stability, but also on local environmental factors such as climatic conditions or pH, especially for high altitude soils. Overall, RE pyrolysis appears as an appropriate tool for landscape scale carbon inventories and could become a standardized proxy for assessing the vulnerability of SOC stocks.

This study is a pluridisciplinary approach combining geohistory, spatial study and soil science that proposes an exhaustive analysis of origins, shapes and evolution of hedges systems in Alsace since Middle Ages. An erosion budget since Neolithic was obtained from the study of soil topographical sequences in an erosion sensitive loess area (Habsheim, Uffheim, 68, France). The colluvium stored in the upperside of the hedge modifies the topography by creating lynchets (the oldest were from the Bronze Age). We quantified the potential of hedges systems to reduce erosion and to store carbon in order to struggle against climate change (4‰ project). In Habsheim the storage of carbon potential is huge with some stocks reaching 17,8 t per meter of linear hedge. Moreover, based on the reference sites, we demonstrated the great erosion processes that has occured in these landscapes since Prehistory: between 5700 and 2700 BP the average erosion rate measured (4,5 t/ha/yr) is equivalent to the present day rates under intensive agriculture. The potential of loess colluvium, from the stock of carbon point of view, is more questionable. Interpretations are more difficult because of processes like mineralization of carbon and low efficiency of argilo-humic complex but so far the storage function of loamy soils cannot be neglected.; A partir d’une approche pluridisciplinaire (géo-historique, cartographique et pédologique), cette étude nous a permis d’établir un bilan complet sur l’état (origines, formes et évolutions) des systèmes de haies en Alsace depuis le Moyen Age. L’étude pédologique de topo séquences de sols dans des zones de loess très sensibles à l’érosion (Habsheim, Uffheim) a également permis de procéder à un bilan de l’érosion depuis le Néolithique et montré comment le stockage de colluvions à l’amont de haies modifiait le relief par la formation de rideaux de culture, dont les plus anciens remontent à la fin de l’Age du bronze. Nous avons quantifié le potentiel des systèmes de haies en tant que frein à l’érosion et en tant que puits de carbone, dans l’optique d’une lutte contre le réchauffement climatique (initiative 4‰). En termes de potentiel de stockage de colluvions, le site d’Habsheim révèle une capacité de stockage énorme avec par exemple des stockages de 17,8 t/m linéaire de haie. D’autre part, à partir de nos sites de référence, on a pu démontrer aussi la grande activité érosive de ces espaces et cela depuis la préhistoire : entre 5700 et 2700 BP le taux d’érosion moyen mesuré a été de 4,5 t/ha/an, équivalant à celui de l’agriculture intensive dans les mêmes zones, ce qui relativise en partie le rôle de l’agriculture moderne. Le potentiel réel des colluvions loessiques est plus nuancé en termes de stockage de carbone. De nombreux processus comme la minéralisation du carbone et la faible efficacité du complexe argilohumique rendent les interprétations délicates sans pour autant que le potentiel des sols agricoles limoneux comme puit de carbone doive être écarté.

© 2016 The Authors. New Phytologist © 2016 New Phytologist Trust Orchids are highly dependent on their mycorrhizal fungal partners for nutrient supply, especially during early developmental stages. In addition to organic carbon, nitrogen (N) is probably a major nutrient transferred to the plant because orchid tissues are highly N-enriched. We know almost nothing about the N form preferentially transferred to the plant or about the key molecular determinants required for N uptake and transfer. We identified, in the genome of the orchid mycorrhizal fungus Tulasnella calospora, two functional ammonium transporters and several amino acid transporters but found no evidence of a nitrate assimilation system, in agreement with the N preference of the free-living mycelium grown on different N sources. Differential expression in symbiosis of a repertoire of fungal and plant genes involved in the transport and metabolism of N compounds suggested that organic N may be the main form transferred to the orchid host and that ammonium is taken up by the intracellular fungus from the apoplatic symbiotic interface. This is the first study addressing the genetic determinants of N uptake and transport in orchid mycorrhizas, and provides a model for nutrient exchanges at the symbiotic interface, which may guide future experiments.

International audience; Organic fertilizer application is often touted as an economical and effective method to increase soil fertility. However, this amendment may increase dissolved organic carbon (DOC) runoff into downstream aquatic ecosystems and may consequently alter aquatic microbial community. We focused on understanding the effects of DOC runoff from soils amended with compost, vermicompost, or biochar on the aquatic microbial community of a tropical reservoir. Runoff collected from a series of rainfall simulations on soils amended with different organic fertilizers was incubated for 16 days in a series of 200 L mesocosms filled with water from a downstream reservoir. We applied 454 high throughput pyrosequencing for bacterial 16S rRNA genes to analyze microbial communities. After 16 days of incubation, the richness and evenness of the microbial communities present decreased in the mesocosms amended with any organic fertilizers, except for the evenness in the mesocosms amended with compost runoff. In contrast, they increased in the reservoir water control and soil-only amended mesocosms. Community structure was mainly affected by pH and DOC concentration. Compared to the autochthonous organic carbon produced during primary production, the addition of allochthonous DOC from these organic amendments seemed to exert a stronger effect on the communities over the period of incubation. While the Proteobacteria and Actinobacteria classes were positively associated with higher DOC concentration, the number of sequences representing key bacterial groups differed between mesocosms particularly between the biochar runoff addition and the compost or vermi-compost runoff additions. The genera of Propionibacterium spp. and Methylobacterium spp. were highly abundant in the compost runoff additions suggesting that they may represent sentinel species of complex organic carbon inputs. Overall, this work further underlines the importance of studying the off-site impacts of organic fertilizers as their impact on downstream aquatic systems is not negligible.

International audience; With the increase of global population and the threat of climate changes caused by anthropogenic gas emissions, high pressure has been put on arable lands in order to cover the needs for both food and bioenergy production. Conversion of degraded lands for such purposes represents a sustainable solution, implying the restoration of several ecosystem services which have been impaired. Construction of Technosols on degraded lands have been investigated in order to increase soil fertility and biological activity, using various organic and inorganic industrial by-products. Field trials have demonstrated the interest of this remediation technique for the production of non-food biomass and the improvement of soil biodiversity. Moreover, the construction of Technosols with materials rich in organic carbon may also represent a way to store carbon in soils for a long-time, thus alleviating the emissions of greenhouse gases associated to the traditional end-of-life of these products. However, the processes of organic matter transformation and mineralization in these newly formed soils are largely unknown. We collected data on soil organic C evolution over 12 years on two experimental sites in Lorraine, France, where different Technosol profiles were created from thermally-treated cockery soil, paper sludge and green waste compost. Data were compared to the one from natural soils in the same region, and to the available data from other constructed Technosols in the literature. RothC model (Coleman and Jenkinson, 1996), describing the evolution of soil organic carbon divided in five pools of organic matter, was adapted to the specific constraints of the constructed Technosols (e.g. with possible evolution of soil density and soil depth). The adapted model was used to predict the evolution of soil organic carbon on both experimental sites, both at short-term over the last 12 years and on the long-term over the whole 21st century. Our results suggest that the stock of organic C in the top 30 cm of constructed Technosols can reach the level usually observed in natural soils with similar climate and plant cover in less than 10 years. This evolution was well described by RothC model when taking into account the various types of organic matters introduced in the Technosols. Despite this fast degradation at the surface of the soil, the total amount of organic C stored in the whole profile of the Technosol (100 cm) remained significantly higher than the corresponding value in natural soils. Constructed Technosols could therefore be a way to optimize soil ecosystem services associated to carbon storage, e.g. global climate regulation. Further investigations and new modelling approaches are however needed to precise the dynamics of soil organic carbon in these newly formed soils, particularly regarding the influence of climate changes expected in the next decades.

The large floodplains associated with the Amazon River and its main tributaries affect water transport, influence sediment and chemical budgets and support highly diverse ecosystems and productive fi sheries. Approximately 25% of the Amazon River discharge is routed through these systems along a 2,000 km reach between Sao Paulo de Olivença and Obidos (Riche y et al., 1989), with an extension of over 100,000 km2 (Melack and Hess, 2010). A major challenge in understanding the Amazon fluvial system is evaluating how and to what extent biogeochemical floodplain processes influence the hydrological, chemical and biological dynamics of the Amazon River. We focus our study on one of the largest floodplain systems of the Amazon, "Lago Grande de Curuai", which is representative of the central and lower reaches of the Amazon basin. A ten-year study of the "Varzea do Lago Grande de Curuai" floodplain allowed us to obtain a comprehensive understanding of how hydrological and geochemical processes occurring in floodplains alter the dissolved and particulate flux of the Amazon River. In terms of internal hydrological functioning, we demonstrated that floodplain water balances are influenced by direct rainfall, local runoff and seepage as weil as flooding from the river and that the relative importance of different inputs varies seasonally. Regarding the sediment and particulate carbon budget of the Curuai floodplain, the annual volume of sediment trapped in the floodplain was of the same order of magnitude as the mean annual sediment fluxes outflowing from the floodplain into the Amazon River, and the floodplains act as an important source of particulate and dissolved organic carbon. The water passing through the floodplains undergoes important biogeochemical transformations under the influence of biotic processes, sorption and redox reactions. Floodplains also play an important role in the organic carbon balance of the Amazon basin. Coupling the hydrological model with the database of elemental concentrations, we discuss the conservativity or non-conservativity of certain selected elements and present the mass balance of these elements between the floodplain and the main stream.