MODELISATION DES STOCKS DE CARBONE

Modélisation des rapports surface-profondeur stocks de carbone

Dans le but de tester le comportement des stocks dans les 30 premiers cm par rapport au stock à 100 cm avec un modèle de régression simple, nous avons établi la droite de régression entre ces deux stocks, toutes conditions d’usage confondues. Afin de discuter la validité (e.g. Wösten et al., 2001; Schaap, 2004) de ce comportement nous avons calculé l’erreur quadratique moyenne (EQM) ( correspond au stock prédi du profil i, SCOTm,i est le stock mesuré du profil i. L’EQM varie à la fois avec le biais et la précision de l’estimation (Grais, 2003 ; García, 2004). Pour déterminer indépendamment ces derniers nous avons calculé l’erreur moyenne de l’estimation (EME) et sa déviation standard (DSE) (Bruand et al., 2003) : L’EME mesure le biais et indique les stocks surestimés (positive) ou sous-estimés (négative) alors que la DSE mesure la précision de l’estimation. III. Stock de carbone de la zone de Las Cardas III.1. Distribution du carbone organique total COTS et des stocks de carbone organique total (SCOTS) en profondeur La distribution des COTS en profondeur pour chaque profil et chaque mode d’usage peut être appréciée dans la figure 6.1. La distribution des SCOTS moyens pour chaque mode d’usage est représentée dans la figure 6.2. Les SCOTS varient entre 31,1 et 42,6 Mg·ha-1 pour la condition sans usage, de 24,3 à 29,3 Mg·ha-1 pour le secteur sous usage extensif et de 10,2 à 15,5 Mg·ha-1 pour la situation sous usage intensif (tableau 6.1). Les valeurs du secteur sans CHAPITRE VI – Modélisation des stocks de carbone 169 usage sont proches des valeurs trouvées pour des écosystèmes semi-arides de la zone centrale de l’Espagne (Hernandez et al., 2002) et supérieures aux valeurs trouvées pour des écosystèmes semi-arides de Etats-Unis par Shrestha et Stahl (2008)

L’analyse des valeurs de SCOTS au moyen du test de Fisher montre qu’il existe une différence statistiquement significative entre les trois situations d’usage (P = 0,95). Le stock de carbone organique total à 30 cm (SCOT30) varie de 19,4 à 26,3 Mg·ha-1 pour la condition sans usage, de 12,2 à 22,9 Mg·ha-1 sous usage extensif et de 8,1 à 10,9 Mg·ha-1 sous usage intensif (tableau 6.1). L’analyse des moyennes par le test de Fisher montre des différences statistiquement significatives entre les trois types d’usage (P = 0,95). Le stock de carbone organique total entre 30 et 100 cm (SCOT70) varie entre 11,7 et 16,2 Mg·ha-1 dans le secteur sans usage, de 6,4 à 12, 6 Mg·ha-1 sous usage extensif et entre 2,1 et 5,8 Mg·ha-1 pour la condition sous usage intensif (tableau 6.1). L’analyse statistique des moyennes des SCOT70 montre qu’il existe des différences statistiquement significatives entre la condition sans usage et l’usage extensif et intensif. Si l’on regarde la distribution du carbone, on s’aperçoit que les proportions de ces stocks restent a priori identiques entre la partie superficielle du sol et la profondeur, et ce entre les secteurs sans usage et usage extensif, soit plus de 60% entre 0 et 30 cm dans les 2 cas. En revanche, la forte décroissance des stocks de carbone dans les sols des secteurs sous usage intensif s’accompagne d’une plus forte diminution relative dans la partie profonde du profil, qui tombe alors à 31%, celle de la partie superficielle s’élevant donc à près de 70 %. Ces résultats peuvent s’interpréter de la manière suivante : dans le secteur extensif, l’usage a pour résultat immédiat une diminution des restitutions végétales au sol. Ceci entraine très certainement une réduction de la production végétale brute, ce qui se ressent au niveau racinaire (racines elles-mêmes, plus exsudats). Un équilibre semble déplacé mais cependant préservé entre production et apports superficiels/profonds. En revanche dans le secteur intensif, cet équilibre n’est vraisemblablement plus préservé et la végétation n’arrive plus à se renouveler. 

Prédiction des SCOTS

 L’étude des SCOT nécessite généralement de creuser une fosse pour échantillonner le sol. L’utilisation d’une tarière étant le plus souvent impossible en raison de pourcentages élevés en éléments grossiers. Cela nous pousse à essayer d’établir une relation entre le SCOT en surface et celui du profil total (0-100 cm). Pour déterminer la profondeur minimale représentative du sol, nous avons testé 20 et 30 cm. Les résultats montrent que la relation entre le SCOT20 et le SCOTS (R2 = 0,76) est moins bonne que celle entre le SCOT30 et le SCOTS (R2 = 0,89). Ces relations ont été démontrées par l’estimation des SCOTS sur les 10 profils déjà analysés. La comparaison entre les SCOTS mesurés et ceux estimés le montre clairement (figure 6.3).Le résultat de l’EQM pour le site de Las Cardas est de 5,6 Mg·ha-1 pour l’épaisseur 0- 20 cm et de 1,1 Mg·ha-1 pour 30 cm. L’estimation des SCOT est donc meilleure pour la profondeur de 30 cm. Les SCOT30 ont été moins surestimés (EME < 0,1 Mg·ha-1) que les SCOT20 (EME = 0,2 Mg·ha-1). De plus la précision est supérieure (DSE = 3,6 Mg·ha-1) pour les SCOT30 (SCOT20 – DSE = 5,8 Mg·ha-1). 

Conclusion des estimations à Las Cardas

 L’ensemble de nos résultats montre que l’usage intensifie la décroissance du SCOT. Nous avons observé une différence significative entre les usages extensif et intensif et que ces derniers dépassent la capacité de charge de cet écosystème aride. Nous avons ainsi pu estimer, avec une qualité relativement satisfaisante, le SCOT d’un sol en utilisant le SCOT de la surface 0-30 cm. Ceci permet de se soustraire à aux creusements des fosses, mais surtout d’augmenter le nombre de profils de sol étudié et donc la précision et l’échelle. L’impact de l’intensité de l’usage sur le SCOT est observable sur la couche superficielle (0-30 cm) du sol. L’effet n’est pas quantifiable en profondeur (SCOT70).

Stock de carbone de la zone intermédiaire (Talhuén – Flor del Norte) 

Distribution du carbone organique total COTS et des stocks de carbone organique total (SCOTS) en profondeur 

La distribution des COTS en profondeur pour chaque profil et chaque mode d’usage peut être appréciée dans la figure 6.4. La distribution des SCOTS moyens pour chaque mode d’usage est représentée dans la figure 6.5 Les SCOTS varient entre 17,1 et 104,4 Mg·ha-1 pour la condition sans usage, de 27,7 à 97,9 Mg·ha-1 pour le secteur sous usage intensif (tableau 6.2). Lemenih et Itanna (2004) ont pu calculer également pour une zone proche au niveau climatique et végétation, des valeurs voisines de stocks variant entre 40 et 97 Mg·ha-1 

L’analyse des valeurs de SCOTS au moyen du test de Fisher montre qu’il n’existe pas une différence statistiquement significative entre les trois situations d’usage (P = 0,95). Le stock de carbone organique total à 30 cm (SCOT30) varie de 12,8 à 68,5 Mg·ha-1 pour la condition sans usage, de 15,7 à 63,7 Mg·ha-1 sous usage intensif (tableau 6.2). CHAPITRE VI – Modélisation des stocks de carbone 177 L’analyse des moyennes par le test de Fisher montre qu’il n’existe pas des différences statistiquement significatives entre les deux types d’usage (P = 0,95). Le stock de carbone organique total entre 30 et 100 cm (SCOT70) varie entre 4,3 et 35,9 Mg·ha-1 dans le secteur sans usage, de 7,4 à 61,8 Mg·ha-1 pour la condition sous usage intensif (tableau 6.2). L’analyse statistique des moyennes des SCOT70 montre qu’il n’existe pas des différences statistiquement significatives entre la condition sans usage et l’usage extensif et intensif. 

Prédiction des SCOTS

 Les résultats montrent que la relation entre le SCOT20 et le SCOTS (R2 = 0,6) est moins bonne que celle entre le SCOT30 et le SCOTS (R2 = 0,69). Ces relations ont été démontrées par l’estimation des SCOTS sur les 16 profils analysés (Talhuén-Flor del Norte). La comparaison entre les SCOTS mesurés et ceux estimés le montre clairement (figure 6.6).Le résultat de l’EQM pour le site de la zone intermédiaire est de 8,3 Mg·ha-1 pour l’épaisseur 0-20 cm et de 15,3 Mg·ha-1 pour 30 cm. L’estimation des SCOT est moins biaisée pour la profondeur de 20 cm. Les SCOT20 ont été moins surestimés (EME = 0,16 Mg·ha-1) que les SCOT30 (EME = 0,2 Mg·ha-1). De plus la précision est supérieure (DSE = 8,2 Mg·ha-1) pour les SCOT30 (SCOT30 – DSE = 15,3 Mg·ha-1). CHAPITRE VI – Modélisation des stocks de carbone 179 IV.3. Conclusion des estimations dans la zone intermédiaire On ne peut pas distinguer une influence du type d’usage par rapport au SCOTs,, SCOT30 et SCOT70. L’usage n’a aucune conséquence sur la distribution de stocks entre la couche 0-30 cm et 70-100 cm. Le SCOT30 est mieux corrélé que le SCOT20. En revanche le SCOT30 a un biais plus important que le SCOT20. Nous avons ainsi pu estimer, avec une qualité relativement satisfaisante, le SCOT d’un sol en utilisant le SCOT de la surface 0-30 cm. Ceci permet de se soustraire au creusement des fosses, mais surtout d’augmenter le nombre de profils de sol étudiés et donc la précision et l’échelle.