Turbulence effect on gas transport in three contrasting forest soils

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RELEVANCE OF MULTILAYER APPROACH AND ISOTOPIC SIGNAL IN THE UNDERSTANDING OF SOIL RESPIRATION IN FOREST ECOSYSTEM.

Le flux de dioxyde de carbone émanant du sol participe de manière prépondérante au cycle du carbone. On estime son amplitude à 68 ± 4 Pg C/an. En forêt tempérée, il représente approximativement 60-80% des émissions totales de CO2 de l’écosystème (respiration de l’écosystème). Compte tenu de l’ampleur de ce flux et des conséquences qu’aurait une quelconque modification de son amplitude sur le chargement en dioxyde de carbone de l’atmosphère, il est primordial d’améliorer la connaissance des mécanismes qui le régissent et de connaître précisément l’influence des variables du milieu (édaphiques et climatiques). Cet article vise à montrer l’intérêt d’effectuer des analyses multicouches des mécanismes à l’origine de ce flux (transport et production) plutôt que de restreindre les études à la surface du sol. De plus, cet article souligne le bénéfice apporté par l’outil isotopique pour améliorer la compréhension mécaniste de ce flux

Multilayer analysis of CO2 efflux and their isotopic signature from a forest soil

Dans cette thèse, nous avons étudié le flux de dioxyde de carbone (CO2) provenant d’un sol forestier (Fs) à des échelles de temps relativement courtes allant de la seconde à quelques jours avec l’objectif général de mieux en comprendre les mécanismes. Le flux de CO2 résulte de deux composantes principales, à savoir la production du CO2 au sein du sol et son transport jusqu’à la surface. Ces deux composantes ont systématiquement été distinguées et analysées afin de mettre en évidence les variables qui les régissent. Cette manière de procéder nous a permis d’investiguer, en plus de leur dynamique, la distribution verticale des sources de CO2. En outre, nous avons étudié la signature isotopique en carbone (C) de ces sources afin d’apporter des éléments nouveaux dans la compréhension du processus de production de CO2, notamment nous avons estimé le temps de transfert d’une molécule fraichement photoassimilée de la canopée vers la rhizosphère. Dans une étude effectuée sur un sol forestier (Haplic Regosol; FAO, 2006) à Hartheim (Allemagne), nous avons montré que les sources de CO2 étaient clairement stratifiées dans le sol et nous avons évalué à 11.5%, 64.7%, 15.8% et 8% la contribution respective des horizons OL, Ah, AhC et C à la production totale de CO2. Cette répartition coïncide avec la distribution des racines et du carbone organique sur ce site. Par contre, nous n’avons pas mis en évidence de différence significative dans la composition isotopique des sources associée aux différents horizons en raison de la large incertitude imputée à ces termes. Pour le processus de production, nous avons mis en évidence des variabilités inter et intra-journalières significatives. Toutes ces variabilités sont correctement expliquées par les variations de température à l’exception de la variabilité intra-journalière des sources dans Ah. Pour expliquer celle-ci, l’hypothèse de l’influence d’une onde de pression à travers le phloème qui présenterait un cycle intra-journalier a été avancée. Cette hypothèse, récemment avancée dans la littérature, suppose un lien étroit entre l’assimilation photosynthétique et l’approvisionnement en substrat de la rhizosphère, laquelle est très importante dans l’horizon Ah. Enfin, nous avons rapporté des variations inter-journalières significatives de la composition isotopique des sources dans l’horizon Ah. Plus précisément, un enrichissement en 13C des termes de production est mis en évidence lors de l’assèchement du sol. En outre, ces variations nous ont permis d’estimer à 3 jours le temps de transfert des photoassimilats dans la rhizosphère de Ah. Pour le processus de transport, nous avons souligné que la diffusion convenait à la description du transport dans toutes les couches de sol à l’exception de la litière. Dans cette dernière, il y a lieu d’inclure un mode de transport induit par la turbulence se produisant à la surface du sol. Parmi les transports résultant de la turbulence, on retrouve l’advection et la dispersion. Nous montrons que l’advection n’est à considérer que sur des échelles de temps extrêmement courtes (< seconde) alors que la dispersion, menant à une augmentation des quantités de C transférées par diffusion, devrait faire l’objet d’une attention particulière sur des échelles de temps moins courtes (heures)

Short-term temperature impacts on soil CO2 fluxes: An incubation experiment with agricultural soil samples.

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La meunerie

Dossier technique sur la meunerie, les différents types de farines, le décorticage, les types de moulin, les moutures, le blutag

Influence of the atmospheric disturbance on the respiration of a forest soil

info:eu-repo/semantics/publishe

Analyse multicouche de la respiration du sol et de sa signature isotopique en écosystème forestier

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Modélisation de la respiration totale dans les sols agricoles.

Soil respiration is a process which results in CO2 release from the soil to the atmosphere. It comprises two main components. The first one is heterotrophic respiration: CO2 is produced by soil microorganisms while decomposing the substrate. The second one is autotrophic respiration in which CO2 originates from roots and rhizospheric organisms. All the CO2 is then transported to the surface by diffusion (see Goffin et al., this session). Many biotic and abiotic factors play a role in soil respiration, making this process complex to analyze and understand. Temperature often appears as the most important driving variable. Besides that, interest in the future CO2 emissions from agricultural soils has been growing. Indeed, these ecosystems are a major concern from environmental, economic and social points of view. In particular, the choice of cultural practices and residue management techniques has a strong influence on CO2 emissions from agricultural systems. This work aims at getting to a better understanding of soil respiration in agricultural soils. To reach this goal, many semi-mechanistic models have been previously developed at very different spatio-temporal scales. We intend to adapt such an existing model to crop soils, within a spatial scale of a cultivated field and an annual temporal scale. The model will be validated by using flux measurements carried out at three different crop sites situated in the Hesbaye region in Belgium (Lonzée) and in the South West of France (Lamasquère, Auradé). The study was focused first on soil heterotrophic respiration. Within this part, short term sensitivity of this component to temperature was studied by means of a laboratory incubation experiment. This one was performed with soil samples taken at the Lonzée site. Among the many interesting results we got, it showed a clear sensitivity of soil heterotrophic respiration to short term temperature changes. In parallel, the soil heterotrophic model was calibrated on soil chamber measurements taken at the Lonzée site (Belgium). Next steps in this part of the work will be to calibrate the model using the data from the French sites, and finally to validate the model on the three sites. Afterwards, an autotrophic respiration submodel will be implemented and the results compared to field measurements carried out at the three sites. A further development could consist in simulating agricultural practices to take their impacts on CO2 emissions from crops into account.Modélisation de la respiration de sols agricoles

Sensibilité de la respiration hétérotrophe du sol à la température: impacts à court terme.

Soil respiration is mostly affected by temperature variations but there is still much debate regarding its temperature sensitivity. Especially the difference between short- and long-term responses driven by changes in microbial activity and population respectively is addressed here. To this end, an incubation experiment is set up with soil samples taken from the surface layer (0-25cm) of a bare area at the Carboeurope agricultural site of Lonzée in Belgium. After homogenization, they are placed into incubators at three different temperatures, namely 5, 15 and 25°C for 2 weeks. Temperature is regulated by Peltier systems that warm up or cool down a bath containing jars with soil samples. All jars are continuously aerated to prevent CO2 from accumulating inside. Moisture levels in the jars are regularly checked and adjusted to ensure that the soil moisture is optimal for soil respiration. Twice a week, short term temperature response is tested by changing incubation temperatures in the range 5 - 35°C. During these cycles, CO2 fluxes are measured at each temperature step with a closed dynamic chamber system. Microbial biomass and hot water-extractable carbon are determined two times during a temperature cycle, allowing a follow up of the evolution of these two variables through a cycle. A comparison between the respiration rates, microbial biomasses and extractable carbon will be presented and would allow a better understanding of the dynamics of the heterotrophic respiration response to temperature in agricultural soils. In the future, other experiments could be derived from this one to focus on substrate availability or soil moisture impacts on soil respiration.Modélisation de la respiration de sols agricoles