Croissance, séquestration du CO2 et comptabilisation du carbone dans des cultures intensives de saules sur courtes rotations



L'objectif du projet était de mettre à profit un réseau de plantations commerciales au Québec pour mieux quantifier le rôle des cultures intensives sur courtes rotations (CICR) de saules (Salix miyabeana SX 67) dans la séquestration du carbone (C). Plus spécifiquement, nous cherchions à (i) quantifier les masses de C fixé dans la biomasse aérienne et souterraine; (ii) bâtir des modèles permettant d'identifier les sites propices à la culture du saule, (iii) calibrer deux modèles pour déterminer le potentiel des plantations de saules pour séquestrer le C dans les sols, et (iv) développer des méthodes simples pour estimer le contenu en C de la biomasse aérienne et souterraine pour des fins de mise en marché du C. Les dix plantations retenues pour cette études étaient situées en Abitibi (ABI), Albanel (ALB), Beloeil (BEL), Boisbriand (BOI), Huntington (HTG), Laval (LAV), Mont-Laurier (MTL), Roxton Pond (RXP), St-Jean-Port-Joli (SJPJ) et Saint-Roch-de-l'Achigan (STR). Ces plantations, établies entre 1999 et 2010, ont été échantillonnées entre 2011 et 2013, soit à leur 3e année de croissance après recépage. Les professeurs Nicolas Bélanger (TÉLUQ), François Courchesne (U. Montréal), Michel Labrecque (Jardin botanique de Montréal), Christian Messier (UQAM) et Ken Van Rees (U. Saskatchewan ainsi que les étudiants Mario Fontana (doctorat), Gilbert Tremblay (maîtrise) et Benoît Lafleur (postdoctorat) ont pris part à l'atteinte de ces objectifs. Une dizaine d'étudiants-stagiaires ont également participé à temps partiel ou complet aux activités liées au projet.

Objectif (i) : Cette étude a été effectuée sur les dix sites de notre réseau de plantations de saules. Une analyse dendrométrique détaillée sur environ 200 tiges montre que la relation (R2) entre la surface basale et le poids sec de l'arbuste dépasse 0,70, peu importe le modèle utilisé. Ces modèles nous ont permis d'estimer les rendements annuels des plantations et montrent que la productivité est relativement faible au cours de la première année de croissance, mais qu'elle augmente rapidement au cours de la 2e ou 3e année. Nos résultats indiquent aussi que les sites situés dans le sud de la province (i.e. BOI, HTG, LAV et BEL) sont généralement plus productives que ceux situés plus au nord (i.e. ABI et MTL). Pour la biomasse racinaire, huit des dix plantations de notre réseau ont été utilisées. À chaque site, six plants ont été excavés et leurs souches séchées à l'air libre afin d'estimer leur poids sec. La production annuelle de racines fines a également été estimée à l'aide de neuf carottes de recolonisation installées dans les plantations de ABI, LAV, MTL, SJPJ et STR. La biomasse racinaire totale annualisée varie du simple au double entre les plantations, avec des valeurs maximales (1,7 Mg ha-1 an-1) à HTG et SJPJ et des valeurs minimales (0,7 Mg ha-1 an-1) à ABI et RXP. Quant à la productivité racinaire annuelle, elle varie entre 1,2 (SJPJ) et 2,4 (LAV) Mg ha-1 an-1.

Objectif (ii): Nos modèles indiquent que la productivité des plantations de S. miyabeana est principalement limités par les facteurs climatiques, la granulométrie et le statut nutritionnel foliaire des plants. Plus spécifiquement, les sites les plus productifs sont caractérisés par un saison de croissance relativement longue, des sols limoneux en surface (disponibilité élevé des éléments nutritifs) et sableux en profondeur (facilitation du drainage de l'eau et de la pénétration des racines) et des teneurs élevées en N et Ca foliaire.

Objectif (iii) : Cette étude a été réalisée sur cinq des dix plantations de notre réseau. Dans chaque plantation, un dispositif a été mis en place afin de suivre sur une période de deux ans la décomposition de la litière, la concentration de Corg de l'horizon Ap (et dans trois témoins limitrophes aux plantations, i.e. des champs cultivés), la concentration de Corg du pluviolessivat ainsi que la température et l'humidité (contenu volumétrique en eau) du sol. L'évolution temporelle des quantités de C de l'horizon Ap (couche 0-10 cm) de chacune des plantations a été déterminée à l'aide d'ICBM, un modèle conceptuel d'un sol agricole facile d'utilisation et permettant d'estimer les variations temporelles de C. Les données recueillies sur deux ans nous ont permis de simuler pour chacun des sites l'évolution des quantités de C organique des sols sur un horizon de 30ans. Les simulations montrent que les plantations de LAV et de STR ont un fort potentiel de séquestration de C dans les sols. En effet, l'augmentation de la quantité de C séquestré est de 23% et 17%, respectivement pour LAV et STR, alors que pour les trois autres plantations (ABI, MTL et SJPJ), l'augmentation est inférieure à 10%. Le taux de productivité semble un facteur déterminant quant au potentiel de séquestration puisqu'il dicte la quantité de litière (et donc de C) pouvant atteindre le sol. Par ailleurs, les stocks de C organique dans les horizons Ap des plantations ne diffèrent pas de ceux des témoins. Toutefois, l'analyse des spectres RMN des formes de C organique dans les sols des témoins et des plantations montrent des pics qui correspondent respectivement aux O-alkyl et carboxyl, deux formes de C organique relativement résistantes à la décomposition.

Ces résultats suggèrent que le C du sol des plantations pourrait être plus stable que le C des témoins et ainsi présenter un potentiel d'accumulation plus élevé.

Objectif (iv) : Une méthode d'estimation rapide de la biomasse aérienne des plantations de saules par photogrammétrie fut développée durant l'été 2013. Il s'agit d'une méthode qui utilise les relations allométriques entre le diamètre des tiges de saule et leur poids sec. Le calcul de la densité de pixels occupée par les tiges de saules par rapport au nombre total de pixels de la photo, exprimée en pourcentage, permet de la relier au poids sec des arbres sur l'image. Trois sites ont été utilisés pour cette étude, soit ABI, MTL et BOI, de façon à présenter le plus grand gradient de biomasse possible. Au total, 16 placettes de saules de 3 et 5 ans ont été utilisées pour l'expérience. La relation curvilinéaire entre la densité des pixels de l'image et le poids sec par arbre est très forte (R2 = 0.96). Elle peut donc être utilisée avec une très bonne précision pour une gamme de sites à productivités contrastées. Des relations allométriques à partir des sites ABI, SJPJ, STR, BOI, LAV, RXT et HGT révèlent que la relation entre la biomasse racinaire et le diamètre au collet est également très forte ((R2 = 0.91).

Cette relation peut donc être utilisée avec une très bonne précision pour une gamme de sites à productivités contrastées.

Chercheur responsable

Nicolas Bélanger, TÉLUQ

Équipe de recherche

  • François Courchesne, Université de Montréal
  • Michel Labrecque, Université de Montréal
  • Christian Messier, Université du Québec à Montréal
  • Ken Van Rees, Université de Saskatchewan

Durée

2010-2013

Montant

247 400 $

Partenaires financiers

  • Fonds québécois de la recherche sur la société et la culture
  • Ministère du Développement économique, de l'Innovation et de l'Exportation

Appel de propositions

Réduction et séquestration des gaz à effet de serre