Impacts du changement global sur les cycles biogéochimiques de l’eau et des nutriments dans le système sol–plante et conséquences pour la croissance de la végétation en Sibérie du sud-ouest

Impacts of global change on the biogeochemical cycling of water and nutrients in the soil-plant system and consequences for vegetation growth in south-western Siberia

• Auteur / Autrice : Félix Brédoire
• Direction : Mark Bakker
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ecologie évolutive, fonctionnelle et des communautés
• Date : Soutenance le 31/03/2016
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et Environnements (Pessac, Gironde)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Interactions Sol Plante Atmosphère
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Interactions Sol Plante Atmosphère
• Jury : Président / Présidente : Alexia Stokes
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pavel Barsukov, Hendrik Davi, Delphine Derrien, Bernhard Zeller
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Friederike Lang, Renato Marques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bilan hydrologique

Relations plante-sol

Cycles biogéochimiques

Changement global de l'environnement

Sibérie (Russie)

Plantes -- Croissance

Mots clés libres

Sibérie du sud-ouest

Changement global

Levant

Température du sol

Bilan hydrique du sol

Cerne

Phosphore

Azote

Racines fines

Isotopes

Peuplier

Prairie

South-western Siberia

Global change

Snow

Soil temperature

Soil water budget

Tree-ring

Phosphorus

Nitrogen

Fine roots

Isotopes

Aspen

Grassland

Résumé

Dans un contexte de changement global, prédire l’évolution de la productivité de la végétation dans le sud-ouest (SO) Sibérien reste un défi du fait d’incertitudes fortes sur les processus régulant la disponibilité en eau et en nutriments. Nous avons mis en évidence des relations entre cycles biogéochimiques, climat et propriétés du sol sur six sites contrastés.La croissance radiale des tiges de peuplier est principalement sensible au bilan hydrique du sol en forêt de steppe, au sud du SO Sibérien, alors qu’elle est stimulée par de hautes températures estivales en sub-taïga, dans le nord de la région.Des mesures de terrain et des simulations du bilan hydrique du sol ont montré que la fonte des neiges est importante pour la recharge des réserves hydriques du sol au sud. Au nord, ces réserves sont souvent rechargées en automne. La fonte des neiges est alors associée à du drainage. De plus, au nord, une épaisse couverture de neige protège le sol du gel en hiver. La distribution des racines fines est plus profonde en forêt de steppe qu’en sub-taïga, impactée par le déficit hydrique et le gel.L’homogénéité du statut en phosphore (P) des sols dans le SO Sibérien montre qu’il n’est pas encore très impacté par la pédogénèse. Les stocks en P élevés, notammen tles formes disponibles pour les plantes, suggèrent que le P n’est pas et ne sera pas limitant dans le futur.La décomposition des litières aériennes et la libération de l’azote (N) sont plus rapides en sub-taïga qu’en forêt de steppe. Un fort drainage pourrait expliquer un transfert profond du N dans les sols en sub-taïga. Cependant ces sols semblent efficaces pour retenir le N, limitant les pertes pour le système sol–plante.

Predicting the evolution of vegetation productivity in SW Siberia in the contextof global change remains a challenge because of major uncertainties concerningthe biogeochemical cycling and the plant-availability of water and nutrients. Weprovided insights on their relation to climate and soil properties, investigating sixcontrasting sites.Aspen stem radial growth is mainly sensitive to soil water budget in the foreststeppezone established in the south of SW Siberia while it is enhanced by highsummer temperatures in the sub-taiga, in the north of the region.Field measurements and water budget simulations revealed that snow-melt isimportant re-filling soil water reserves in the south. In the north, these reservesare mostly re-filled in autumn and snow-melt is associated with drainage. A thicksnow-pack also prevents soil from freezing in winter in the sub-taiga. Water deficitand soil freezing largely impact the distribution of fine roots within the soil profilewhich is deeper in forest-steppe than in sub-taiga.The homogeneous soil phosphorus (P) status in the region investigated revealedthis nutrient has not been yet very impacted by contrasting soil processes. High Pstocks, and in particular plant-available forms, suggest P is unlikely to be limitingunder current and future conditions.By contrast, we found differences in nitrogen (N) status. Above-ground litterdecay and the release of N occurs faster in sub-taiga than in forest-steppe. Higherdrainage may explain deeper N transfer in sub-taiga soils. However, sub-taiga soilsalso seem to be efficient in retaining N, limiting losses from the soil–plant system.