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Embankment as a carbon sink: a study on carbon sequestration pathways and mechanisms in topsoil and exposed subsoil
Carbon (C) sequestration is receiving increasing scientific and political attention in a framework of greenhouse gasses mitigation. However, geotechnical soils have been neglected for their C sequestration potential, with the global attention focusing on agricultural and natural soils. In the present thesis project we aim to assess the potential of geotechnical embankments as C sink, and, through the study of plant species and soils showing contrasting features, shed light on C sequestration mechanisms and the role of the different actor involved. We aim not only to quantify the C gained and lost in soil, but even its origin (fresh new C input or old preexistent C) and how it is partitioned in different C pools characterized by different C stability (quality of stored C).
First, we evaluated the C storage in different pools under soil sowed with 12 different herbaceous species in a 10 months experiment. Assessing different root traits allowed understanding the influence of root economic spectrum on C storage. We showed how traits linked to high labile C are linked to a higher C increase in the stable SILT+CLAY pool (<20µm). Root traits related to a low input of recalcitrant, instead, favor accumulation in the unstable POM fraction. Thanks to a 183 days stable isotope labelling experiment (CO2 constantly enriched with 13C) we were able to study the C dynamics in different C pools under two species (Lolium perenne and Medicago sativa) sowed on two soil (topsoil, 0-30cm depth and subsoil brought to the surface, 110-140 cm depth) showing contrasting characteristics. We evidenced the great interest of bridging C origin and C pools when studying soil C fates, allowing unveiling processes those more traditional methods would hide. New C and old C showed synergetic covariation, with lower old C losses associated to higher new C inputs. This is in good accordance with the Preferential Substrate Utilization hypothesis.
The Preferential Substrate Utilization hypothesis was also validated with the study of priming effect and soil respiration, that showed higher plant derived C in respired CO2 when plant C input were high, while increasing old C mineralization when plant C input were low, i.e. in subsoil. We observed significant plant derived new C input in the SILT+CLAY fraction (<20µm, highly stable) supporting evidence of the in vivo entombing effect in the soil Microbial Carbon Pump hypothesis. The species effect mainly occurred on new C input, but it was overpowered by the soil effect, with lower C storage in low quality soil (low nitrogen and microbial biomass and activity). In general, microbiological conditions were the main driver for new C accumulation and old C loss, and helped to explain why no effect of soil C saturation – a central theory in recent studies on C sequestration - was find in the protected carbon. Such fundamental understanding of plant-soil interactions help us to better optimize soil and vegetation management for road embankment revegetation.
Composition du jury :
Dr Alexia STOKES, DR, HDR, INRA Montpellier, Examinateur
Dr Giacomo RUSSO, Associate Prof., UNICAS Cassino, Examinateur
Dr Catherine PICON-COCHARD, DR, HDR, INRA Clermont-Ferrand, Rapporteur
Dr Isabelle BASILE-DOELSCH, DR, HDR, CEREGE Aix-en-Provence, Rapporteur
Dr Wilma POLINI, Associate Prof., UNICAS Cassino, Examinateur
Dr Sandra LUQUE, DR, HDR, IRSTEA Montpellier, Examinateur
Dr Mark BAKKER, IR, HDR, INRA Bordeaux, Examinateur
Dr Paul HALLETT, Full Prof., Univ. Aberdeen, Examinateur
Dr Zhun MAO, CR, INRA Montpellier, Invitée
Dr Tiphaine CHEVALLIER, CR, HDR, IRD Montpellier, Invitée
| Date and place | Participant(s) | Content |
|---|---|---|
| 10/12/2019 from 11h00 to 12h00 PS 2, salle 201 |
Louise BROUSSEAU | Jeudi de l'AMAP (Résultats & Programmes) Génomique historique : Adaptation et domestication en forêt tropicale Amazonienne Read the summary AMAP's ThursdayOn 10/12/2019 , from 11h00 to 12h00, PS 2, salle 201 Louise BROUSSEAU will present Génomique historique : Adaptation et domestication en forêt tropicale AmazonienneL'étude de la diversité génétique des espèces est essentielle à une meilleure compréhension de la façon dont les mécanismes évolutifs passés ont façonné la biodiversité actuelle, mais aussi à une meilleure prédiction du devenir des espèces et de leurs populations dans le contexte actuel des changements globaux. Je m’intéresse à l'histoire "micro-évolutive" d’espèces de palmiers et d’arbres amazoniens, que j’étudie en couplant les nouvelles technologies de séquençage à haut débit avec des approches de modélisation. Mes travaux portent en particulier sur l'adaptation des espèces aux variations environnementales naturelles d'une part, et aux impacts de l'homme et de la domestication des espèces d'autre part. Dans ce séminaire, je montrerai la diversité des approches, de l'étude phénotypique au niveau de traits fonctionnels (croissance et physiologie de la réponse aux stress), au séquençage de gènes candidats et enfin à l'étude de génomes complets. Les projets scientifiques orientés sur les palmiers d'Amazonie que j'ai initiés à mon arrivée à l'IRD s’inscrivent dans une collaboration étroite avec le projet LongTime porté par l’UMR AMAP et l'UMSR LEEISA (Cayenne). Joined File : 20191210_Louise_Brousseau_JeudiAMAP.pdf Joined File : 20191210_Louise_Brousseau_JeudiAMAP.pdf |
| 13/12/2019 from 11h00 to 12h00 PS 2, salle 201 |
Eric MARCON | Jeudi de l'AMAP (Résultats & Programmes) Characterizing heterogeneity: spatial and diversity statistics applied to economy and ecology Read the summary AMAP's ThursdayOn 13/12/2019 , from 11h00 to 12h00, PS 2, salle 201 Eric MARCON will present Characterizing heterogeneity: spatial and diversity statistics applied to economy and ecologyMy research focuses on the characterization of heterogeneity, specifically spatial structures and diversity. I have developed new measures of spatial structures and diversity applied mainly in geographical economics and tree biodiversity. The guiding principle of this methodological work is to construct measures that correspond to a physical reality, are easily understandable and can then be used to understand unambiguously the economic or ecological processes involved. My medium-term research project consists of combining the two approaches to characterize diversity explicitly in space and time and, beyond this methodological work, to move towards modelling the processes generating diversity patterns. Joined File : 20191216_Eric_Marcon_JeudiAMAP.pdf Joined File : 20191216_Eric_Marcon_JeudiAMAP.pdf |
| 13/12/2019 from 14h00 to 18h00 Amphithéâtre de l'IRD, Montpellier |
Sébastien LEVIONNOIS | Soutenance Diversité et variabilité de l’architecture vasculaire et hydraulique de la pousse feuillée chez des arbres de canopée d’une forêt tropicale humide Read the summary SoutenanceOn 13/12/2019 , from 14h00 to 18h00, Amphithéâtre de l'IRD, Montpellier Sébastien LEVIONNOIS will present Diversité et variabilité de l’architecture vasculaire et hydraulique de la pousse feuillée chez des arbres de canopée d’une forêt tropicale humideLes traits hydrauliques sont reliés aux fonctions fondamentales du transport de l’eau dans la plante et de la résistance à la sécheresse, déterminant l’écologie, l’évolution, et les processus en lien avec le changement climatique pour les plantes. Cependant, ces traits restent que peu documentés pour les forêts tropicales humides, empêchant de mieux comprendre l’écologie des arbres tropicaux et le futur des forêts tropicales. À partir d’une approche générale s’intéressant à la structure (morphologie et anatomie) et au fonctionnement (physiologie) de la pousse feuillée au sein des arbres, cette thèse analyse la structure et le fonctionnement de la pousse feuillée des arbres, notamment dans la perspective de la résistance à la sécheresse. Cette thèse s’appuie sur un jeu de données général qui concerne 42 espèces d’arbres de canopée échantillonnées en forêt tropicale humide de Guyane, et qui illustre une large gamme de tailles de feuilles. Un second jeu de données, destiné à mieux comprendre les sources de variabilité intraspécifique, porte de l’espèce pionnière Cecropia obtusa Trécul (Urticaceae). Une première partie de la thèse vise à comprendre la coordination entre la feuille et la tige pour une large gamme de dimension foliaire, en analysant les changements morpho-anatomiques et fonctionnels soulignant la relation entre dimensions de la feuille et dimensions de la tige à l’échelle interspécifique. Ce cadre est aussi appliqué à l’échelle intraspécifique pour le modèle C. obtusa pour la relation pétiole-limbe. Comprendre les changements liés aux dimensions de la feuille permet ainsi d’investir correctement les effets ontogénétiques et saisonniers sur les traits foliaires vasculaires et hydrauliques pour C. obtusa. La seconde partie vise à mieux comprendre les mécanismes de résistance à la sécheresse de la pousse feuillée. En retenant 25 espèces, les déterminants anatomiques de la résistance à l’embolie par sécheresse des tiges et sont étudiés. Les différentes propriétés et mécanismes déjà connus pour des plantes tempérées sont abordés conjointement afin de conforter ou non leur existence et comprendre leurs contributions relatives. La segmentation de vulnérabilité (c.-a.d. la différenciation de résistance à l’embolie) à l’interface tige-feuille est également étudiée pour 20 espèces. Sa coordination avec la segmentation hydraulique (c.-à-d. différenciation de résistance hydraulique), qui est dérivée des études anatomiques réalisées dans la première partie, est étudiée. Je montre ainsi (i) un large spectre de variation pour la segmentation de vulnérabilité entre espèces, (ii) une relation positive avec la segmentation hydraulique, suggérant qu’il y a des espèces promouvant à la fois la segmentation hydraulique et la segmentation de vulnérabilité pour découpler le fonctionnement la feuille de la tige du point de vue hydraulique, et (iii) que la segmentation de vulnérabilité a un impact important sur le temps de dessiccation théorique de la pousse feuillée, confirmant que la segmentation de vulnérabilité est un mécanisme de résistance à la sécheresse. Dans une dernière partie, je teste le pouvoir prédictif des différents traits hydrauliques étudiés sur la distribution hydro-topographique des espèces, ainsi que l’impact du stress hydrique sur la croissance des arbres, à une échelle locale. Dans la Discussion générale, je discute de la signification fonctionnelle de la surface de la feuille et des traits de résistance à la sécheresse en forêt tropicale humide, ainsi que la relation potentielle entre la surface de la feuille et la résistance à la sécheresse. Composition du jury Éric MARCON - HDR - Président du Jury Jérôme CHAVE- DR, HDR - Examinateur Jean-Christophe DOMEC - PU, HDR - Examinateur Stéphane HERBETTE - MCF, HDR - Rapporteur Pierre-Éric LAURI - IR, HDR - Rapporteur Patrick HEURET - CR, HDR - Directeur de Thèse |
| 16/12/2019 from 11h00 to 12h00 PS 2, salle 201 |
Gwendolyn PEYRE | Jeudi de l'AMAP (Résultats & Programmes) The fate of páramo plants in the sky islands of the northern Andes Read the summary AMAP's ThursdayOn 16/12/2019 , from 11h00 to 12h00, PS 2, salle 201 Gwendolyn PEYRE will present The fate of páramo plants in the sky islands of the northern AndesPredicting climate change impacts on biodiversity is a main scientific challenge, especially in the tropics, therefore, we predicted the future of plant species and communities on the unique páramo sky islands. Specifically, we implemented the complete SESAM framework, by i) calculating species’ dispersal capacity, ii) modelling species distributions at present up to 2100, iii) assembling models into communities and iv) assessing the vulnerability of sky islands based on richness and composition changes. Using species trait data, the maximum dispersal distance of 435 species from the ecuadorian sky islands (> 4200m) was calculated. Species distribution models (SDM) were conducted to obtain present and future distribution predictions per decade based on dispersal and bioclimatic factors. The final assemblages for present and 2100 were achieved by stacking all probabilistic SDMs and applying the probability ranking rule. The vulnerability of each sky island was evaluated by quantifying richness and composition changes. Overall, dispersal distance ranged between 0.008-6027 m/yr, and across all scenarios, 70% of models showed a net loss in species distribution while 9% of all species were predicted to undergo extinction by 2100. Local richness was estimated to decrease by 56.63% on average, and composition changes in each sky island suggested a mean loss of 64.74% of their original species pool against a 12.97% gain. Finally, 5% of the sky island floras reconverted from high-elevation to low-elevation species. These numbers were usually more drastic for high-elevation species and the mountains Pichincha, Ilinizas and Antisana. Our study is methodologically pioneer and provides novel insight on the future of páramo biodiversity. Significant losses in species distribution and changes in community richness and composition suggest drastic impacts and call for further scientific focus considering additional factors, such as land-systems. Finally, monitoring and conservation strategies should be envisaged for northern Ecuadorian sky islands. Joined File : 20191216_Gwendolyn-Peyre_JeudiAMAP.pdf Joined File : 20191216_Gwendolyn-Peyre_JeudiAMAP.pdf |
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