Racines et carbone - Association forestière du sud du Québec

bandes riveraines
Racines et carbone
dans le sol de bandes riveraines
de peuplier hybride
Puisqu’il développe en quelques années un imposant système racinaire, le peuplier hybride est un
arbre très intéressant pour stabiliser les berges, mais aussi pour intercepter les fertilisants agricoles en
excès qui migrent vers les cours d’eau à différentes profondeurs dans le sol.
PAR Julien Fortier, Ph.D., Benoit Truax, Ph.D., Daniel Gagnon, Ph.D. et France Lambert, M.Sc.
Les racines et le carbone dans
le sol des zones riveraines
agricoles
Parce qu’ils diffèrent dans leurs formes
d’enracinement, les plantes herbacées et
les arbres influencent différemment certains processus dans les milieux riverains
et aquatiques. Par exemple, sur les petits
cours d’eau, les racines d’arbres contribueraient à la formation de cours d’eau
plus larges et moins profonds, alors que
la végétation herbacée favoriserait plutôt
l’incision du chenal (érosion du lit). Les
arbres à racines profondes seraient aussi
importants pour intercepter le nitrate et
le phosphore qui peuvent circuler en profondeur dans le sol, alors que les racines
denses et superficielles des plantes herbacées seraient importantes pour réduire
l’érosion des sols en surface.
Parallèlement, lorsqu’elle est en pleine
croissance, la biomasse racinaire de différents végétaux peut constituer un puits de
carbone atmosphérique en zone riveraine
agricole. Les racines sont également une
source de carbone organique fort importante pour le sol. Ce carbone est un carburant essentiel au maintient de l’activité
biologique du sol des bandes riveraines.
C’est en utilisant ce carbone que les
microorganismes du sol peuvent dégrader
certains pesticides, mais aussi transformer
le nitrate (NO3), en azote atmosphérique
inerte, le N2 qui constitue 80 % de l’air. Ce
processus est appelé la dénitrification. Rappelons ici que le nitrate, souvent issu des
fertilisants agricoles, est un polluant non
négligeable qui favorise l’eutrophisation
des milieux aquatiques et la contamination
des puits artésiens ou de surface.
Mais à quel point l’établissement de peupliers hybrides en zone riveraine permet
d’accroitre la biomasse racinaire et le carbone du sol à différentes profondeurs dans
les sols riverains par rapport à des bandes
herbacées? Aussi, comment ces systèmes
agroforestiers riverains se comparent-ils
à des boisés riverains naturels au niveau
de leur biomasse racinaire et du carbone
accumulé dans leurs sols?
Pour répondre à ces questions, nous
avons comparé, sur quatre sites, la distribution de la biomasse des grosses racines
(diamètre de plus de 2 mm) et de racines
fines (diamètre de moins de 2 mm) ainsi que
la distribution des quantités de carbone
dans trois différents types de systèmes
riverains : (1) des bandes riveraines de
peuplier hybride à leur 9e saison de croissance, (2) des bandes riveraines herbacées
non aménagées et (3) des boisés naturels
situés en bordure de petits cours d’eau
(prucheraie de 200 ans, cédrière de 72 ans,
érablière de 54 ans et bétulaie grise de
27 ans). Sur chaque site, les trois systèmes
riverains à l’étude (bande de peuplier,
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2014
Progrès
8
Forestier
bande herbacée et boisé) étaient localisés
sur le même cours d’eau à moins de 1 km
de distance.
Pour évaluer la biomasse racinaire et le
carbone du sol, un total de 80 tranchées
carrées (50 cm par 50 cm) ont été creusées jusqu’à une profondeur de 60 cm. La
biomasse de racines fines et le carbone
total du sol ont été échantillonnés à trois
profondeurs (0-20, 20-40 et 40-60 cm) à
l’aide d’un carottier (échantillons prélevés
dans les parois de la tranchée), alors que
la biomasse des grosses racines a été
extraite manuellement du sol à même les
tranchées, toujours selon les trois profondeurs d’échantillonnage.
Le peuplier hybride : un arbre
qui prend racine rapidement et
profondément dans les berges
Pour tous les types de systèmes riverains
étudiés, la majeure partie de la biomasse
de grosses racines et de racines fines se
situe près de la surface du sol (de 0 à 20 cm
de profondeur) (Tableau 1). Dans le cas du
peuplier hybride on a trouvé de 61 à 73 %
de la biomasse de grosses racines et de
61 à 78 % de la biomasse de racines fines
dans les premiers 20 cm de sol. Une telle
distribution des racines près de la surface
du sol n’est pas surprenante puisque c’est
là que se trouve généralement la plus
grande quantité d’éléments nutritifs.
Tableau 1 : Biomasse de grosses racines et de racines fines (tonnes/ha) observée jusqu’à une profondeur de 60 cm dans les
différents systèmes riverains. Le pourcentage de la biomasse totale de grosses racines ou de racines fines observé à différentes
profondeurs de sol est indiqué.
Biomasse grosses racines
Biomasse racines fines
Biomasse totale
Systèmes riverains
Sites
Total
(t/ha)
0-20 cm 20-40 cm 40-60 cm Total
(%)
(%)
(%)
(t/ha)
0-20 cm 20-40 cm 40-60 cm
(t/ha)
(%)
(%)
(%)
Boisé – pruche
Brompton
73,7
99
1
0
8,5
99
1
0
82,2
Boisé – cèdre
Magog
29,8
80
18
2
4,8
40
39
21
34,6
Boisé – bouleau gris
Roxton
8,8
73
21
6
2,7
55
19
26
11,5
Boisé – érable à sucre
St-Isidore
26,7
62
32
6
8,6
55
31
14
35,3
Bande de peuplier
Brompton
27,3
61
25
14
2,3
61
22
18
29,6
Bande de peuplier
Magog
9,2
73
22
5
1,8
60
24
16
11,0
Bande de peuplier
Roxton
20,8
70
22
7
2,6
62
19
19
23,4
Bande de peuplier
St-Isidore
12,9
73
17
10
1,9
78
11
11
14,8
Bande herbacée
Brompton
0,6
100
0
0
2,6
90
10
0
3,2
Bande herbacée
Magog
0,6
99
1
0
2,8
94
4
2
3,4
Bande herbacée
Roxton
1,1
98
2
0
3,3
88
9
3
4,4
Bande herbacée
St-Isidore
1,3
94
3
2
2,8
80
11
9
4,1
Erreur type
2,5
0,45
Nos résultats suggèrent également que malgré leur implantation
assez récente, les bandes riveraines de peuplier avaient une biomasse racinaire totale (grosses racines + racines fines) relativement
importante (14,8 à 29,6 tonnes/ha selon le site). Quoique bien inférieure à ce qui fût observé dans la vieille prucheraie (arbres âgés
de 200 ans), la biomasse racinaire totale des bandes de peuplier
était toutefois égale ou supérieure à celle observée dans le boisé
riverain dominé par le bouleau gris (arbres âgés de 27 ans), une
espèce qui colonise fréquemment les champs abandonnés dans
le sud du Québec. On peut donc conclure que le peuplier hybride
peut coloniser les sols riverains avec ses racines au moins trois
fois plus rapidement que par une recolonisation naturelle, soit en
9 ans comparativement à 27 ans.
Parmi tous les systèmes riverains à l’étude, c’est également
dans une des bandes riveraines de peuplier (site de Brompton)
que l’on a observé la plus importante biomasse de grosses racines
dans la partie la plus profonde du profil de sol (40-60 cm). Celle-ci
s’élevait à 3,8 tonnes/ha et constituait 14 % de la biomasse de
grosses racines des peupliers sur ce site. D’autres études sur le
peuplier hybride rapportent des profondeurs d’enracinement de
plus de 3 m pour des arbres de seulement 4 ans. Ces observations
contrastent donc fortement avec l’enracinement très superficiel
observé dans la vieille prucheraie, où 99 % de la biomasse de
grosses racines et de racines fines était localisé dans les 20 premiers centimètres de sol.
Comme la plupart des espèces pionnières (de début de succession), le peuplier est enraciné profondément. Il est donc bien
adapté pour s’établir rapidement sur les sols riverains qui ont été
perturbés et homogénéisés par les activités agricoles (labour,
hersage, remblayage). À l’inverse, dans les vieilles forêts (fin
Hiver
2014
2,6
de succession), la quasi-totalité des nutriments et de la matière
organique se retrouvent près de la surface du sol, des conditions
auxquelles la pruche (une espèce à enracinement superficiel) est
bien adaptée.
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AGRAFBEC EST MEMBRE
Progrès
9
Forestier
Les bandes herbacées avaient très peu de grosses racines, mais elles avaient toutefois
une biomasse de racines fines généralement plus importante que les bandes de peuplier
dans les 20 premiers centimètres de sol. Or, cette tendance s’inversait plus profondément
dans le sol (40-60 cm).
Bref, en raison de son enracinement profond, le peuplier hybride a la capacité d’intercepter les fertilisants agricoles qui migrent vers la zone riveraine à diverses profondeurs
dans le sol. Ses racines profondes peuvent également contribuer à améliorer la stabilité
des berges des petits cours d’eau dégradés. Toutefois, il ne faut pas penser que les arbres
vont arrêter complètement l’érosion des berges. Plusieurs cours d’eau de ferme ont été
linéarisés pour améliorer le drainage des terres cultivables. Une fois reboisés, ces cours
d’eau auront tendance à refaire des méandres et à s’élargir, par la force du courant. Ils
retrouveront peu à peu une configuration plus naturelle (sinueuse).
mais également des nutriments à même les
cours d’eau. Ainsi, le peuplier hybride peut
non seulement intercepter les polluants
en provenance des terres agricoles, mais
il peut aussi purifier les cours d’eau en y
prélevant directement des nutriments.
Les racines profondes de peuplier peuvent améliorer la stabilité des berges
Des racines qui interagissent avec le milieu agricole et aquatique
En plus de s’enraciner profondément, le peuplier a aussi la capacité d’étendre son réseau
racinaire sous les cultures ou les pâturages adjacents. De cette manière, le peuplier
peut intercepter les nutriments bien avant qu’ils ne parviennent dans la bande riveraine.
D’ailleurs, certaines études rapportent que des racines horizontales de peuplier ont été
observées à plus de 30 m de la base des arbres. Une bande riveraine de peuplier de seulement 5 m de largeur sera donc en mesure de capter des nutriments sur une beaucoup
plus grande largeur.
Les racines adventives de peuplier (de couleur
rose) puisent de l’eau, de l’oxygène et des nutriments directement dans le cours d’eau
Les racines de peuplier s’étendent latéralement pour intercepter les nutriments sous les cultures et
les pâturages adjacents
Aussi, lorsque les conditions sont propices, le peuplier hybride est capable de développer des racines adventives directement dans les cours d’eau. Les saules, qui appartiennent à la même famille que les peupliers (famille des Salicacées), ont également
cette particularité. Ces racines adventives peuvent donc puiser de l’eau, de l’oxygène,
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2014
Progrès
10
Forestier
Toutefois, l’imposant système racinaire
du peuplier hybride peut éventuellement
interférer avec le système de drainage
souterrain, surtout si celui-ci est en mauvais
état. Les racines de peuplier peuvent
s’infiltrer dans les drains agricoles et
ralentir l’écoulement. Ce phénomène a
été observé au site de Saint-Isidore-deClifton durant la 9e saison de croissance.
Or, cette situation n’a pas semblé inquiéter
outre mesure l’agriculteur qui voit bien
les autres bénéfices de son système
agroforestier. D’ailleurs, le ralentissement
de l’écoulement de l’eau dans le drain a
permis de recréer une zone humide à l’interface entre le pâturage et la bande
riveraine, une zone qui pourrait procurer d’autres services écosystémiques
(habitat, dénitrification). Il faut dire que le drainage souterrain des terres
agricoles du sud du Québec est un enjeu de taille auquel il faudra s’attaquer si
l’on veut vraiment améliorer la santé de nos cours d’eau. Les drains souterrains
se déversent bien souvent directement dans les cours d’eau, y amenant
directement azote et phosphore. Ces drains court-circuitent ainsi les bandes
de protection riveraine qui deviennent alors beaucoup moins efficaces.
Au site de Saint-Isidore-de-Clifton, un drain souterrain a été colonisé par les racines de
peuplier, ce qui a ralenti l’écoulement de l’eau et favorisé la création d’une zone humide
à l’interface pâturage / bande riveraine
Giguère &
Morin inc.
Combien de carbone dans les sols
riverains?
Nos données montrent que, selon le site, les bandes
riveraines de peuplier avaient des quantités de carbone similaires ou inférieures à celles des bandes
herbacées, particulièrement dans les premiers 20 cm
du sol (Figure 1). Une plus faible biomasse de racines
fines près de la surface du sol dans les bandes de
peuplier, par rapport aux bandes herbacées, pourrait
expliquer ce résultat. En faisant de l’ombrage, les
peupliers réduisent la croissance des plantes herbacées et, du même coup, la quantité de racines qu’elles
produisent, ce qui donne éventuellement moins de
carbone dans le sol. Nous avons d’ailleurs observé
une forte relation entre l’augmentation de la biomasse
des racines fines et l’augmentation de la quantité de
carbone du sol, lorsque les trois types de système
riverains étudiés (boisés, peupliers, herbacées) étaient
inclus dans l’analyse.
Pour l’ensemble du profil de sol étudié (0-60 cm),
les boisés riverains avaient des quantités de carbone
plus grandes que les deux types de bandes riveraines
agricoles (herbacées et peuplier) (Figure 1). Ce résultat
est attribuable aux importantes quantités de carbone
que renferment les boisés plus âgés (pruche, érable
et cèdre) près de la surface du sol (0-20 cm). C’est
également près de la surface du sol de ces boisés que
les plus fortes quantités de racines fines ont été observées. D’autre part, la litière acidifiante de la pruche,
de l’érable à sucre et du cèdre a certainement favorisé
l’accumulation du carbone dans le sol de ces boisés.
Ces derniers avaient d’ailleurs un sol plus acide en
surface que les bandes riveraines adjacentes. L’acidité
du sol ralenti la décomposition de la matière organique
(racines mortes, feuilles mortes, débris ligneux), ce qui
favorise l’accumulation du carbone dans le sol. Enfin,
certaines espèces, comme la pruche, ont une litière
très récalcitrante à la décomposition, ce qui favorise
l’accumulation du carbone dans le sol.
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Hiver
2014
Progrès
11
Forestier
140
Carbone (tonnes / ha)
120
Boisés riverains
Bandes herbacées
Bandes de peuplier
Bref, à court terme,
il ne semble pas que
80
le peuplier puisse aug60
menter les quantités
de carbone dans les
40
sols riverains agricoles
20
dominés par une strate
herbacée pérenne. En
0
0-20 cm
20-40 cm
40-60 cm
0-60 cm
contrepartie, le peuplier accumule rapideFigure 1 : Quantité de carbone mesurée dans le sol des différents systèmes
riverains (moyenne des 4 sites) pour les trois profondeurs d’échantillonnage et
ment beaucoup plus
pour l’ensemble du profil de sol étudié (0-60 cm) *** (p<0,001) et ** (p<0,01).
de carbone dans sa
biomasse aérienne (tronc, branches et feuilles) et racinaire, puisqu’environ 50 % de la
biomasse sèche d’un arbre est constituée de carbone. Cette accumulation de carbone
dans la biomasse, aérienne et souterraine (racines), surpasse très largement les réductions
de carbone du sol observées sur certains sites.
100
Remerciements
Les auteurs souhaitent remercier les organismes subventionnaires suivants : Agriculture et
Agroalimentaire Canada (Programme de lutte contre les gaz à effet de serre en agriculture),
le ministère de l’Agriculture, des Pêcheries et de l’Alimentation du Québec (programme
de Soutien à l’Innovation en Agroalimentaire), le ministère des Ressources Naturelles du
Québec et la Conférence régional des élus de l’Estrie. Nous remercions les producteurs
agricoles et les propriétaires (M. Beauregard, A. Doyon, J. Lamontagne et M. Richer) pour
nous avoir permis d’établir les dispositifs de recherche en mai 2003 et de nous avoir donné
accès à leurs terres pour l’ensemble de la durée de l’étude. Merci aussi aux bénévoles et
aides de terrain qui ont contribué au projet (H. Isbrucker, J. Lemelin, K. Boothroyd-Roberts
et M.-A. Pétrin). Merci à R. Bradley et B. Parsons (Université de Sherbrooke) pour les
analyses carbone/azote. J. Fortier tient également à remercier la Fiducie de Recherche
sur la Forêt des Cantons-de-l’Est (FRFCE) pour les bourses postdoctorales reçues.
Source des photos : Julien Fortier, Benoit Truax et Daniel Gagnon
Pour joindre les auteurs
Julien Fortier, Ph.D., chercheur postdoctoral, Fiducie de recherche sur la
forêt des Cantons-de-l’Est et département des sciences biologiques, UQAM.
[email protected]
Benoit Truax, Ph.D., chercheur, directeur général et fiduciaire de la Fiducie
de recherche sur la forêt des Cantonsde-l’Est, [email protected]
Daniel Gagnon, Ph.D., doyen de la
Faculté des Sciences, University of
Regina et fiduciaire de la Fiducie de
recherche sur la forêt des Cantons-del’Est, [email protected]
France Lambert, M.Sc., professionnelle
de recherche, Fiducie de recherche sur
la forêt des Cantons-de-l’Est, france.
[email protected]
Pour en savoir plus
Une publication scientifique en lien avec
cet article est disponible gratuitement
en ligne :
Fortier, J., B. Truax, D. Gagnon and
F. Lambert (2013). Root biomass and
soil carbon distribution in hybrid poplar
riparian buffers, herbaceous riparian
buffers and natural riparian woodlots
on farmland. SpringerPlus 2(1): 539.
http://www.springerplus.com/content/
pdf/2193-1801-2-539.pdf
Pour en savoir davantage sur les
projets d’agroforesterie avec le peuplier hybride dans le sud du Québec
contactez Benoit Truax (819 821-8377),
Fiducie de recherche sur la forêt des
Cantons-de-l’Est / Eastern Townships
Forest Research Trust, 1 rue Principale,
Saint-Benoît-du-Lac, QC, Canada,
J0B 2M0. www.frfce.qc.ca
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