Mise en œuvre de carottages de sol et de minirhizotrons pour l’étude à long terme de la réponse des fines racines d’épicéa (Picea abies (L.) Karst.) à l’augmentation de la concentration en CO₂ dans l’atmosphère et la nutrition minérale

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Résumé

La biomasse racinaire fine de l’épicéa (Picea abies (L.) Karst.) se développant en chambres de culture à ciel ouvert sous CO₂ élevé depuis 1987 a été estimée à Vielsalm (Ardenne, Belgique) à l’aide de carottages du sol et par des mesures réalisées avec des minirhizotrons. Quatre niveaux de concentration en CO₂ atmosphérique (700, 580, 470 et 350 μmol.mol^-1 CO₂) ont été considérés, en combinaison avec deux niveaux de nutrition minérale : l’optimum nutritionnel des arbres et l’alimentation minérale naturelle sur le site expérimental. Les premiers carottages du sol ont été réalisés en 1997 pour décrire le système racinaire en place au début de notre étude. Un nouveau carottage a été réalisé à la fin de l’expérimentation en 2003. Entre ces deux campagnes de mesures destructives destinées à décrire la distribution spatiale et quantifier la biomasse racinaire dans nos conditions expérimentales, nous avons réalisé deux campagnes d’observation et de mesure par minirhizotrons en 2001 et 2002. C’est ainsi que nous avons mis en évidence l’importance des très fines racines, parmi les classes de diamètres classiquement rapportées dans la littérature : ]0–1 mm], ]1–2 mm], ]2–5 mm] et > 5 mm. L’observation régulière de 2.252 racines a montré que plus de 92 % des racines autour des minirhizotrons ont un diamètre inférieur à 0,5 mm et que le maximum de fréquence des diamètres observés culmine à 0,28 mm. Enfin, 2 % seulement des racines observées dans les minirhizotrons ont un diamètre compris entre 1 et 3 mm. Aucune racine visible dans les minirhizotrons n’avait un diamètre supérieur à 3 mm. La biomasse racinaire estimée à l’aide des minirhizotrons sous les concentrations élevées en CO₂ atmosphérique (580 et 700 μmol.mol^-1 CO₂) est au moins deux fois plus grande que sous la concentration en CO₂ ambiante (350 μmol.mol^-1 CO₂). Dans la mesure où ces estimations sont basées sur la longueur racinaire spécifique (SRL), elles sont largement sous-estimées. La distribution de ces racines est plus superficielle sous CO₂ élevé. L’épicéa présente un seul cycle annuel de production des fines racines, qui n’est pas influencé par la concentration en CO₂. L’augmentation de la concentration en CO₂ atmosphérique affecte par contre la ramification racinaire. Sous CO₂ élevé les fines racines sont plus courtes et quatre fois plus ramifiées qu’à la concentration ambiante actuelle. Ces différences ne sont pas confirmées pour les racines de plus gros diamètre et n’ont pas été mises en évidence avec les carottages. L’optimum nutritionnel réalisé dans cette expérimentation a induit un développement racinaire plus ramifié, quel que soit le niveau de concentration en CO₂ atmosphérique.

Abstract

Use of soil cores and minirhizotrons for the long-term study of the response of Norway spruce fine roots (Picea abies (L.) Karst.) to the increase in CO₂ concentration in the atmosphere and nutrition

The fine root biomass of Norway spruce (Picea abies (L.) Karst.) grown in open top chambers (OTCs) under elevated CO₂ since 1987 was investigated with soil cores and minirhizotrons, at Vielsalm (Ardenne, Belgium). Four levels of CO₂ concentration (700, 580, 470 and 350 μmol.mol^-1 CO₂) were applied in combination with two nutrition regimes: the optimal nutrition and the nutrition corresponding to the local brown forest soil. First soil coring was performed in 1997 to describe the root biomass and root distribution according depth, at the initial stage of this study. Soil coring was repeated in 2003. Two observation and measurement campaigns using minirhizotrons were carried out in 2001 and in 2002. These latter measurements shown a very large proportion of very fine roots within the root classes classically reported in the literature: ]0–1 mm], ]1–2 mm], ]2–5 mm] and > 5 mm. Among the 2252 roots we regularly observed in minirhizotrons, more than 90 % were thinner than 0.5 mm in diameter, less than 2 % were in the range [1–3 mm[ in diameter and their mean was 0.28 mm. Calculations on the roots observed with minirhizotrons shown that root biomass under elevated atmospheric CO₂ concentrations (580 and 700 μmol.mol^-1 CO₂) were two times higher than root biomass under ambient concentration (350 μmol.mol^-1 CO₂). As these figures are based on specific root length (SRL), they are supposed to be largely underestimated. A larger proportion of these roots were exploring the upper soil horizons under elevated CO₂. Norway spruce showed an annual production cycle of fine roots, independent from the atmospheric CO₂ concentration. Increased CO₂ affected root branching. Under elevated CO₂ roots were shorter and four times more branched than roots under ambient CO₂. These differences were not to be observed for thicker root (> 0.5 mm diameter) using soil cores. The optimum nutrition regime conducted in this experiment induced, in comparison to the ‘normal’nutrition regime, a root system made off smaller but branchier roots mostly located in the upper layers, independently from the CO₂ atmospheric concentration.

Om dit artikel te citeren:

Over : Claire Lebègue

Over : Eric Laitat

Over : Dominique Perrin

Over : Geneviève Pissart