Le changement climatique, les intrants agricoles, la diversité des cultures et l’environnement influent sur le carbone et la respiration du sol : une étude de cas en Saskatchewan, au Canada

Citation

Lychuk, T.E., Moulin, A.P., Lemke, R.L., Izaurralde, R.C., Johnson, E.N., Olfert, O.O., Brandt, S.A. (2019). Climate change, agricultural inputs, cropping diversity, and environment affect soil carbon and respiration: A case study in Saskatchewan, Canada, 337 664-678. http://dx.doi.org/10.1016/j.geoderma.2018.10.010

Résumé en langage clair

L’effet relatif du changement climatique, de la gestion, de la diversité et de l’environnement sur le carbone du sol et le carbone du sol décomposé par la respiration microbienne a rarement été évalué dans la documentation scientifique. Les résultats expérimentaux concernant les effets des intrants agricoles et de la diversité des cultures sur la durabilité des cultures et la qualité de l’environnement ont été évalués à l’aide du modèle climatique intégré aux décisions à portée environnementale et de scénarios de changement climatique. Dans la présente étude, nous avons eu recours à trois niveaux d’intrants agricoles [biologique, réduit et élevé) et à des sous-parcelles comportant trois niveaux de diversité des cultures (faible, céréales annuelles diversifiées et cultures annuelles et vivaces diversifiées). Dans cette étude de modélisation, nous avons évalué la teneur en carbone organique du sol, la masse de C du sol perdue par la respiration microbienne simulée avec le modèle pour les données météorologiques historiques (1971-2000) et les scénarios climatiques futurs (2041-2070). Sous l’effet du changement climatique, le COS a diminué de 1,3 % (passant de 132,3 à 130,6 Mg ha1) des stocks initiaux dans la couche 090 cm. Le changement climatique a eu une incidence sur la respiration microbienne, laquelle a augmenté de 17 % (passant de 1,92 à 2,25 Mg C ha1 an1) en raison de la hausse des températures maximales et minimales annuelles. Les intrants et la diversité ont également influé sur le COS et la RM futurs. Les précipitations annuelles n’ont pas eu d’incidence sur le COS et la RM, bien que les précipitations en mai et en juin aient été des facteurs importants. La gestion optimale pour le changement climatique a été obtenue avec la combinaison intrants réduits et céréales annuelles diversifiées; cette combinaison a permis de gérer le COS et de réduire la quantité de carbone du sol respiré sous l’effet du changement climatique par rapport aux systèmes biologiques et classiques.

Résumé

© 2018. Le changement climatique, les intrants agricoles, la diversité des cultures et l’environnement ont rarement été combinés dans les analyses du carbone organique du sol (COS) et du carbone du sol respiré par les microbes (respiration microbienne, ou RM). Dans cette étude de modélisation, nous avons évalué le COS et la RM simulés à l’aide du modèle climatique intégré aux décisions à portée environnementale (Environmental Policy Integrated Climate, EPIC) pour les données météorologiques historiques (1971-2000) et les scénarios climatiques futurs (2041-2070) pour le site de recherche de l’étude des systèmes culturaux de remplacement (Alternative Cropping Systems, ACS) en Saskatchewan, au Canada. Dix-neuf ans de données sur la gestion des champs et des cultures tirées de l’étude ACS 1994-2013 ont été utilisées pour valider et alimenter le modèle EPIC en vue de l’analyse des scénarios de changement climatique. L’étude ACS comportait trois niveaux d’intrants agricoles (biologique [BIO], réduit [RED] et élevé [ELE]) et trois niveaux de diversité des cultures (faible [FAI], céréales annuelles diversifiées [CAD] et cultures annuelles et vivaces diversifiées [AVD]). Les modifications du COS et de la RM futurs associés au changement climatique ont été étudiées au moyen d’une analyse de variance et du partitionnement récursif dans des analyses multivariées des intrants, de la diversité, des précipitations de la saison de croissance (PSC), des degrés-jours de croissance (DJC), des températures annuelles moyennes maximales et minimales, des précipitations annuelles cumulatives et des attributs du terrain (AT). Sous l’effet du changement climatique, le COS a diminué de 1,3 % (passant de 132,3 à 130,6 Mg ha1) des stocks initiaux dans la couche 090 cm. Le changement climatique a eu une incidence sur la respiration microbienne, laquelle a augmenté de 17 % (passant de 1,92 à 2,25 Mg C ha1 an1) en raison de la hausse des températures maximales et minimales annuelles. La hausse de la température annuelle maximale et minimale était en corrélation avec 32 et 42 % de la variation du COS, respectivement. Les DJC mensuels de la saison de croissance étaient en corrélation avec 14 % de la variation du COS dans une analyse indépendante des données annuelles. Les précipitations annuelles n’ont pas eu d’effet sur le COS, bien que les PSC de mai aient contribué pour 16 % à la variation totale du COS, tandis que la température de juin a contribué pour 9 % à la variation de la RM. La combinaison des intrants et de la diversité était en corrélation avec 3 et 7 % de la variation du COS et de la RM, respectivement. La combinaison des intrants RED et de la diversité CAD est la meilleure option pour gérer le COS et réduire la quantité de C du sol respiré sous l’effet du changement climatique par rapport aux systèmes biologiques et classiques.

Date de publication

2019-03-01

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