Changements de la productivité

et de la fertilité des forêts

Laurent Saint-André (INRA)

Jean-Daniel Bontemps (IGN)

Biogéochimie des Ecosystèmes forestiers

Laboratoire d’Inventaire Forestier

CRFB, 19 novembre 2016

2

PNFB – quelques éléments de contexte

� Mobilisation de la ressource forestière

� Durabilité environnementale (avis de l’Autorité environnementale)

� Impact du CC, politiques d’adaptation des forêts

� durabilité de la production, maintien de la fertilité des forêts

3

Changements de la productivité forestière

1

Région « Grand-Est »

4

Essences Stock sur pied %

Hêtre 66 Mm3 17

Chêne sessile 59 Mm3 15

Chêne pédonculé 48 Mm3 13

Epicéa 45 Mm3 12

Sapin pectiné 43 Mm3 11

Pin sylvestre 18 Mm3 5

TOTAL 387 Mm3 73%

� 390 Mm3 bois, 15% du stock national, importance des feuillus

� résineux : épicéa, sapin, pin sylvestre

1

1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

2.2

Bontemps et al. (2011, 2012)

Changements de productivité hêtre/chêne sessile(+) et plus marqués dans le NE

C1

C2

C3

C4/H2

H1

H2

H1

C1

C2

C3

C4

5

1

1900 1920 1940 1960 1980 2000

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8Hêtre - Nord-EstEpicéa - Nord-Est

Epicéa dans le NE: une tendance semblable

6

Bontemps et al. (2014)

1

Pinto et al. (2007)

Saturation en azote, acidification

7

� Hêtre et sapin dans l’Est

� Effet (-) de l’aluminium

� Effet (+) du phosphore

� Sapin

� Déclin dans contextes les + acides

� Période récente

1

1950 1960 1970 1980 1990 2000

Date

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

2.2

C1

C2C3

C4

Bontemps et al. (2012)

1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000

-2

-1

0

1

2Anomalies Tmoy

15.3

15.3

14.314.6

Tmean 4-9 (°C)

C1

C2

C3

C4

� Chêne : corrélation (+) avec Tmin SV, pas observé sur le hêtre

8

Rôle des températures, effet du réchauffement1

Analyse des changements de croissancerécents à partir des observations IFN

9

1

Charru et al. (2016)

Des variations spécifiques très marquées

� +40% à -15% sur la période 1980–2005

10

1

Des associations fortes avec le climat moyen et le réchauffement climatique

11

700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400

Annual precipitation (mm)

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.3

1.4Pa

Aa

Ps

FsQr

Qp

Qpu

Ph

Rel

ativ

e ch

ange

in B

AI (

BA

Ich

g, n

o un

it)

b

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.3

1.4

Rel

ativ

e ch

ange

in B

AI (

BA

Ich

g, n

o un

it)

Pa

Aa

Ps

FsQr

Qp

Qpu

Ph

Pa

Aa

Ps

FsQr

Qp

Qpu

Ph

Change 1982-2007 in annual temperature (°C)

X minimal temperatureX mean temperature

d

7 8 9 10 11 12 13

Mean annual temperature (°C)

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.3

1.4

Pa

Aa

Ps

Fs Qr

Qp

Qpu

PhRel

ativ

e ch

ange

in B

AI (

BA

Ich

g, n

o un

it)

a

Charru et al. (2016)

� transition dans les forçages de la productivité ?

1

Projection de productivité sous CC

Modèles statistiques, données IFN, scénario Arpège, A1B, tendances nationales

Espèce Changement (100 ans)

Sapin pectiné 27.9%

Chêne sessile 2.5%

Epicéa 0.7%

Chêne pédonculé 0

Hêtre -15.4%

Pin sylvestre -34.4%

� Inférence fortement espèce-dépendante, illustrations…

12

1

Productivité du sapin pectiné (A1B)

13

10 20 30 40

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

H0 / 0.3547

Del

taG

023

0.5 1.0 1.5

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

RDI / 0.0993

Del

taG

018

14 16 18 20

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

T_5y_s3 / 0.2551

Del

taG

021

150 250 350 450

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

Ptot_5y_s3 / 0.096

Del

taG

019

H0 RDI Tsum Psum

Productivité

20352025 20452015

20752055 20852065

Bontemps et Merian (2015)

1

Productivité du hêtre (A1B)

en retrait en France, stable dans le NE

14

2035 204520252015

20752055 20852065

Bontemps et Merian (2015)

1

15

0,8

0,9

1

1,1

1,2

2000 2020 2040 2060 2080 2100

Pro

duct

ivité

Date

Alsace

Lorraine

Bontemps et Merian (2015)

Productivité du hêtre (A1B) dans le NE

1

16

Messages - clés

� Evolution (+) et ancienne de la productivité, rôle de N (acidification)

� Une évolution plus récente pilotée par le CC

� Favorable pour les résineux de montagne, les feuillus thermophiles

� Evolutions récentes, projections : forte variabilité inter-espèce

� Divergence entre indicateurs, interprétation des modèles de niche ?

� Outil de monitoring continu des impacts du CC centré sur l’IFN

17

Changements de la fertilité forestière2

18

2

Une fertilité dans un contexte de transition

Transition climatique

� Augmentation de T (contextes T-contraints, minéralisation)

� Baisse de l’eau disponible (essences efficientes pour l’eau)

Transition industrielle

� Émission de composés polluants, en diminution

� Baisse parallèle des apports en cations nutritifs

Transition énergétique

� Besoins accrus en bois (houppiers, plantations dédiées, forêts non-gérées)

� Besoins nouveaux en bois (bio-combustible, bio-XXXX) → bioéconomie

19

2

SO2

1965 2009

Emissions métropolitaines Dépôts sur sites instrumentés

Légout et al, 2011; Jonard et al. 2012; Van der Heijden et al. 2013

NOx

1965 2009

20

2

SO2

1965 2009

Emissions métropolitaines

� Baisse des émissions (S > NOx)

� Baisse des dépôts acidifiants (S, N, H)

� Egalement baisse des cations (Ca, Mg)

NOx

1965 2009

� Des nouvelles bonnes et moins bonnes…

Une acidification qui ralentit…

… des améliorations en contexte non acide

21

2

� milieux acides

Riofrio et al. (2014)

� autres milieux

Une baisse des dépôts

identifiée dans les solutions du sol

22

2

Ca

K

Mg

SO4

NO3 Al

pH� Effet « retard » des dépôts S (Vosges)

� Drainage des cations encore actif

Effet conjugué des dépôts atmosphériques

et de l’intensification des prélèvements(simulation de scénarios avec modèle NuCM)

23

2

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

1990 2010 2030 2050 2070 2090

SO4

A+C A+D B+C B+D

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1990 2010 2030 2050 2070 2090

Ca

A+C A+D B+C B+D

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1990 2010 2030 2050 2070 2090

Mg

A+C A+D B+C B+D

0%

1%

2%

3%

4%

5%

6%

7%

1990 2010 2030 2050 2070 2090

S/T

A+C A+D B+C B+D

Dépôts atmosphériques :

A. constants

B. en baisse

Pratiques sylvicoles :

C. Exportation grume

D. Exportation grume + rémanents

� Effet (-) des prélèvements sur la fertilité

� Interaction (-) dépôts/prélèvements

� effet essence- et contexte- dépendant

Réseau Fertilisation/Amendement

24

2

Amendement

� CaCO3, MgCO3 (+P/K), = “tampons”

� éviter des déséquilibres nutritionnels

� contexte historique de l’acidification

Réseau fertilisation/amendement

� initiation (1960), complément (1990)

� suivi par l’unité BEF

Monitoring de base (5 ans)

� Analyses de sol, d’humus, foliaires, floristiques

Campagnes ponctuelles : solutions, minéralomasse,…

Le réseau MOS (manipulation de la MO du sol)

25

2

Les questions

� Effets de la gestion : prélèvements et fertilisation ?

� Pérennité de la fertilité chimique et biologique à court, moyen et long terme ?

Le réseau

� Chêne, Hêtre, Douglas

� 18 parcelles (2ha), 12 placettes/site (160 m ²)

� 3 traitements et 1 témoin (répétitions)

� modalités: 1) sol nu (retrait litières), 2) retrait branches/menus-bois, 3) idem +cendres

Les mesures

� Suivi ETM (Cr, Cu, Ni, Pb, Zn +Cd, Hg)

� 2 fosses pédologiques par site, cartographie des propriétés du sol (20m)

� en cours : météo, humidité du sol

26

2

Cartographie NIR, site de Reichshoffen (67)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

23/03/2015 23/04/2015 23/05/2015 23/06/2015 23/07/2015 23/08/2015 23/09/2015 23/10/2015 23/11/2015 23/12/2015 23/01/2016

Champenoux - Humidité massique - H 0-10 et pluviométrie

Rainfall (mm/100)

HumMassSol_Nu (%)

HumMassTemoin (%)

Pluviométrie et humidité du sol (10cm), Champenoux (54)

Epandage des cendres de bois Enlèvement des litières (4 à 12t/ha) Enlèvement des menus-bois

(5 à 20 t/ha)

Le réseau MOS (manipulation de la MO du sol)

Modélisation intégrée filière (économie circulaire)2

Tree and stand growth

Harvesting decisions (management- and/or demand- driven )

Machine used – Men/month – Fuel – etc…

Biomass, nutrient content in the different compartments

Energetic caracterisation of the exported material

Nutrient exportationEnergy used

during the process

• Energy used duringthe harvest

• Exported Biomass and Nutrient content;

Humidity

Energy produced(ex by pellets)

• HHV

• Ash content

CAPSIS

ForEnerChips

• Impact on soil fertility, soil biodiversity

� Projet EXCELSIOR

� Analyse systémique de la récolte en bois (BO/BI/BE)

� Itinéraires de gestion

� Aide à la décision pour la production durable de biomasse intégrant les sols

28

Messages - clés

� Dépôts atmosphériques acides en baisse

� Stabilisation/amélioration du pH selon les contextes

� Dépôts de cations basiques (fertilité) également en baisse

� Déjà traçable dans les sols

� Baisse de dépôts et intensification de gestion

� Interaction forte, perte de fertilité potentielle

� Des réseaux pour guider les pratiques de gestion

� Amendement, MOOS

� Modélisation et outils d’aide à la décision

2

Changements de la productivité

et de la fertilité des forêts

Laurent Saint-André (INRA)

Jean-Daniel Bontemps (IGN)

Biogéochimie des Ecosystèmes forestiers

Laboratoire d’Inventaire Forestier

CRFB, 19 novembre 2016