Lettre pigb-pmrc France n°18 - Changement global
PCBB : Prairies,
CyclesBiogéochimiques
et B iodiversité
Problématique scientifique et objectifs
Les prairies au sens large couvrent environ 36 % des surfaces
continentales à l'échelle du globe, soit approximativement
autant que les forêts et que les surfaces de cultures arables.
Les écosystèmes prairiaux jouent donc un rôle important
dans le fonctionnement biogéochimique de la biosphère
continentale. On commence à se rendre compte récemment
que le fonctionnement des cycles biogéochimiques de ces
milieux est affecté d'une grande inertie, surtout liée aux
fonctions des matières organiques du sol. C'est le cas pour la
production du nitrate, pour la séquestration de CO
2
dans les
sols, pour la dynamique des pesticides et des éléments traces
métalliques. Pour étudier le fonctionnement biogéochimique
de cet écosystème sur le long terme, un ORE a été mis en
place afin de mettre en évidence l'impact des modes de ges-
tion des surfaces prairiales sur la dynamique des compo-
santes de l'écosystème et en particulier des MOS.
PCBB: Grasslands,
Biogeochemical Cycles
and Biodiversity
Scientific Issues and Objectives
Grassland covers about 36% of the world's land surface,
approximately the same as the areas covered by forest and by
arable crops. Grassland ecosystems therefore play an important
role in the biogeochemical functioning of the land biosphere. It
is beginning to be recognised that the functioning of the biogeo-
chemical cycles of grassland environments is characterised by
considerable inertia, linked especially to the functions of soil
organic matter. This is true for the production of nitrate, for CO
2
sequestration in the soil, and for the dynamics of pesticides and
trace metals. In order to study the long-term biogeochemical
functioning of these ecosystems, an ORE (Observatory for
Research in the Environment) has been set up to demonstrate
the impact of different types of grassland management on the
dynamics of the components of the ecosystem, and in particular
of soil organic matter.
This ORE is concerned with two types of grassland: (i) perennial
"natural" grassland with complex vegetation (Theix-Laqueuille
site in the Massif Central), and (ii) temporary grassland of vari-
able age (3 to 6 years and more than 20 years) in rotation with
arable crops and using different farming systems (mowing
meadow vs. pasture, applied nitrogen, stocking rate). The scien-
tific hypothesis underlying the work of this ORE is that changes
in the system in response to anthropogenic disturbance are gov-
erned by the dynamics of quantitative and qualitative changes
in soil organic matter, these dynamics being in turn in close
interaction with the dynamics of the biological and physico-
chemical components of the soil. It is therefore important to:
·
quantify the accumulation of carbon and its sequestra-
tion in the soil as a function of the type of grassland
management
·
analyse the transformation, translocation and resi-
dence time of elements in the different components of
soil organic matter
·
quantify and model the flow of C, N,... towards the
atmosphere and the hydrosphere
·
assess the tolerance of the soil-vegetation system to
long-term anthropic forcing, in the context of on-going
climate change
Methods and Parameters Measured
The following variables, routinely measured by the ORE, are
used to trace the evolution of the system and to understand
the dynamics of soil organic matter:
·
soil moisture and temperature, which condition process
dynamics
·
flows to the atmosphere (CO
2
, H
2
O, N
2
O...) and the
hydrosphere (nitrate, dissolved organic carbon, P, K, Ca,
Figure 1 : Présentation de la démarche expérimentale de l'ORE
PCBB. L'étude d'une prairie ou d'une culture permanente et des
séquences de végétations de type C3 et C4 sur des durées de 3 et 6
ans permet de suivre la dynamique du carbone dans le sol. Le
traçage isotopique naturel par le carbone 13 permet de déterminer
l'âge du Carbone total du sol ou de toutes les fractions des Matières
Organiques en Suspension (MOS) séparées. Dans l'expérience ci-
dessous, une parcelle couverte de végétation de type C3 est rem-
placée à t0 par une végétation de type C4. La mesure au temps t de
Ctotal permet de calculer Ca (végétation de type C3)et C
b
(végéta-
tion de type C4)donc mesurer la vitesse de disparition de Ca depuis
t0 ou la vitesse d'incorporation de C
b
.
The experimental procedure adopted by the PCBB ORE. The dynamics of
carbon in the soil is monitored by studies of permanent grassland or
cropped land and of sequences of vegetation of types C3 and C4 over
periods of 3 and 6 years. The age of total soil carbon and of the separate
fractions of suspended organic matter (here = MOS) can be determined
by natural isotopic tracing by carbon-13. In the experiment below, the
C3-type vegetation covering a plot is replaced at time t0 by C4-type veg-
etation. Measuring Ctotal at time t permits calculation of Ca (C3-type
vegetation) and C
b
(C4-type vegetation), and thus determination of the
disappearance rate of Ca after t0 or of the incorporation rate of C
b
.
Cas d'une succession de végétations C
3,
et C
4
Végétation A en C
3,
13
C = 26
t
0
t
temps (années)
Végétation B en C
4,
13
C = 12