Pour restaurer les fonctions écosystémiques altérées, la Chine a instauré plusieurs programmes de restauration écologique (PRE) à grande échelle. Ces programmes ont généré des changements significatifs sur l’occupation du sol et sur les services écosystémiques (SE) définis comme étant les bénéfices procurés aux humains par les écosystèmes. Les écosystèmes sont critiques pour le bien-être humain, mais notre connaissance actuelle de la fourniture des SE dans le paysage contient des lacunes qui limitent notre capacité à mieux comprendre l’impact des PRE sur ce bien-être humain. Plus particulièrement, la compréhension des impacts des changements d’occupation du sol sur la fourniture des SE en régions semi-arides et arides en Chine reste floue.
Dans la présente thèse, le but général de recherche est l’évaluation à long terme de l’impact des PRE sur les SE liés à l’eau, particulièrement l’érosion du sol et l’apport en eau dans une région semi-aride chinoise, le Shaanxi septentrional. Afin d’atteindre cet objectif, les étapes du projet sont: l’analyse des changements d’occupation du sol avant et après l’implantation des PRE, l’estimation de l’érosion du sol et de l’apport en eau à différentes échelles spatiales et temporelles, l’analyse des relations entre le changement d’occupation du sol et les SE liés à l’eau et des relations entre l’érosion du sol et l’apport en eau et finalement l’analyse des impacts potentiels futurs des PRE sur les SE liés à l’eau à l’aide de différents scénarios.
Les résultats ont montré que l’implantation des PRE dans le Shaanxi du nord avait provoqué une augmentation des prairies et des terres boisées et une diminution des terres cultivées. Dans le même temps, la principale caractéristique du changement de SE lié à l’eau au cours de la période d’implantation des ERP était la diminution de l’érosion du sol et de l’apport en eau dans le site d’étude. Cependant, en se basant sur une analyse à l’échelle des sous-bassins versants, il a été constaté que les zones boisées et les prairies n’avait pas augmenté dans tous les sous-bassins au cours de la période d’implantation des ERP. De plus, l'érosion des sols dans trois sous-bassins versants a même augmenté après la mise en œuvre des PRE, alors que l'apport en eau dans tous les sous-bassins versants a diminué durant la même période.
Les relations entre les types d’occupation du sol et les SE liés à l'eau ont varié d'un sous-bassin à l'autre. En ce qui concerne l'érosion du sol, 95% de la zone d'étude a montré une relation positive, indiquant que l'augmentation de la superficie des terres cultivées est liée à une augmentation de l'érosion du sol. En d'autres termes, la diminution des superficies cultivées peut aider à réduire le risque d'érosion des sols. Cependant, les relations négatives observées entre les terres boisées et l'érosion du sol et entre les prairies et l'érosion du sol n’ont été observées que dans la plupart des sous-bassins nord, ce qui suggère que l'augmentation des zones boisées et des prairies dans la plupart des sous-bassins versants du nord peut aider à réduire le risque d'érosion du sol. Ainsi, la mise en œuvre des ERP dans les régions du nord du site d'étude a eu des impacts positifs sur l'érosion des sols. En ce qui concerne l'apport en eau, 65% de la zone d'étude (21 sous-bassins versants) présentaient une relation négative entre les terres boisées et l'apport en eau, tandis que 40% de la zone d'étude (neuf sous-bassins versants) a montré une relation négative entre les prairies et l’apport en eau durant la période d’activité des PRE. Ces résultats indiquent que l'augmentation des terres boisées et des prairies peut diminuer l'apport en eau dans la plupart des sous-bassins versants du nord du Shaanxi. Enfin, il a également été constaté que des compromis existaient entre l’érosion du sol et l’apport en eau, ce qui signifie qu’une amélioration du service de l’érosion est obtenue au prix d’une diminution de l’approvisionnement en eau dans le nord du Shaanxi.
Sur la base de notre analyse de scénarios, les PRE sont susceptibles de continuer à être d’importants et d’influents facteurs sur l'érosion des sols et l'approvisionnement en eau dans le cadre des scénarios de protection et de statu quo. Par rapport à l'année de référence (2015), l'érosion du sol a montré une tendance à la baisse dans les scénarios de protection et de statu quo, mais les résultats de la simulation ont montré des différences relativement faibles dans les deux scénarios. De plus, l’apport en eau parmi trente sous-bassins diminuerait de 28% (scénario sans changement d’occupation du sol), de 29% (scénario de statu quo) et de 37% (scénario de protection). Ces résultats indiquent également que le climat (par exemple les précipitations et l'évapotranspiration), les PRE et leurs interactions exerceront probablement des pressions considérables sur l'approvisionnement en eau d'ici 2050. Ainsi, les pratiques de restauration écologique actuelles pourraient soutenir la conservation des sols et de l'eau dans le nord du Shaanxi.Abstract: To repair the damaged ecosystem functions, China has implemented several largescale
ecological restoration programs (ERPs). These programs have exerted significant
changes on land use and land cover (LULC) and ecosystem services (ES), benefits that
people obtain from ecosystems. Ecosystems are critical to human well-being, but our
current knowledge of the provision of ES across landscapes contains gaps that limit our
ability to better understand the impact of ERPs on human well-being. In particular, how
the changes in LULC affect multiple ES provision in semi-arid and arid regions in China
remains unclear.
In this thesis, the overall research goal is to evaluate the impacts of ERPs on waterrelated
ES, namely soil erosion and water yield, in a semiarid region (northern Shaanxi,
China), in the long-term period. To attain this goal, the specific steps are: analyse LULC
changes before and after implementation of ERPs, estimate soil erosion and water yield at
different temporal and spatial scales, assess the relationship between LULC change and
water-related ES and the relationship between soil erosion and water yield, and finally,
analyse potential impacts of ERPs on water-related ES in the future through different
conservation scenarios.
Results showed that the implementation of ERPs in northern Shaanxi caused
grasslands and woodlands increase as well as croplands decrease. At the same time, the
major characteristic of water-related ES change during the ERPs period was that both soil
erosion and water yield decreased in the study site. However, based on sub-watershed scale
analysis, it was found that woodland and grassland in each sub-watershed did not always
increase during the ERPs period. Moreover, soil erosion in three sub-watersheds actually
increased after implementation of the ERPs, while water yield in all sub-watersheds
decreased during the ERPs period.
Relationships between LULC types and water-related ES varied from one subwatershed
to another. As for soil erosion, 95% of the study area showed a positive
relationship, indicating that higher cropland increase is linked to higher soil erosion
increase. In other words, decreasing cropland areas can help reduce the risk of soil erosion.
However, the negative relationships between woodlands and soil erosion and between
grasslands and soil erosion only existed in most north sub-watersheds, indicating that higher woodland/grassland increase is related to lower soil erosion increase. This result
suggested that increased woodlands and grasslands in most north sub-watersheds can help
reduce the risk of soil erosion. Thus, implementation of the ERPs in north regions in the
study site has positive impacts on soil erosion. As for water yield, 65% of the study area
(twenty-one sub-watersheds) showed a negative relationship between woodlands and water
yield, while 40% of the study area (nine sub-watersheds) showed a negative relationship
between grasslands and water yield after implementation of ERPs. These results indicated
that increased of woodland and grassland can decrease water yield in most sub-watersheds
in northern Shaanxi. Lastly, it was also found that trade-offs existed between soil erosion
and water yield, which means that an improvement in erosion service is achieved at the
expense of a decrease in the provision of water in northern Shaanxi.
Based on our scenario analysis, the ERPs are likely to be continued as important and
influential on soil erosion and water provision under protection and business-as-usual
(BAU) scenarios. Compared with the baseline year (2015), soil erosion showed a decrease
tendency under protection and BAU scenarios, but simulation results showed relatively
small differences under both scenarios. Moreover, water yield among thirty sub-watersheds
would decrease by 28% (No LULC change scenario), 29% (BAU scenario), and 37%
(protection scenario). These results also indicate that climate (i.e. precipitation and
evapotranspiration), the ERPs and their interactions are likely to place substantial pressures
on the provision of water by 2050. Thus, current ecological restoration practices might
support soil and water conservation in the future in northern Shaanxi
