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Fiche détaillée Thèses
Université Joseph-Fourier - Grenoble I (23/05/2007), Serge Aubert; Philippe Choler (Dir.)
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Impact de la durée d'enneigement sur les cycles biogéochimiques dans les écosystèmes alpins
Florence Baptist1

Les écosystèmes alpins, au même titre que les écosystèmes arctiques, séquestrent des quantités importantes de carbone dans leurs sols. Dans ces écosystèmes, la topographie locale détermine la répartition de la neige; un facteur qui, sur le court terme, affecte les paramètres physiques de l'environnement (effets directs) et qui, sur le long terme, a sélectionné des communautés végétales et microbiennes très différentes aux deux extrêmes du gradient de mésotopographie (effets indirects). Au regard des modifications futures des régimes d'enneigement prédits par les différents modèles climatiques, cette étude vise à explorer les contrôles directs et indirects exercés par l'enneigement sur la fixation du CO2 et la minéralisation du carbone organique dans les écosystèmes alpins. Les paramètres physiques des sols (eau et température) ont été mesurés pendant plusieurs années révélant les effets directs. Afin de quantifier les effets indirects de l'enneigement sur les flux biogéochimiques, nous avons utilisé les caractéristiques fonctionnelles des végétaux (leurs traits). Différentes approches (mesures in situ, manipulations expérimentales et modélisation) ont été employées. Cette étude démontre que la fixation du carbone le long des gradients de mésotopographie est à la fois déterminée par les traits fonctionnels végétaux, les propriétés des canopées et la longueur de la saison de végétation. Un allongement de la saison de végétation devrait entraîner une augmentation marquée de la production primaire si les événements de gel en début de saison de végétation demeurent limités. La minéralisation du carbone est au contraire largement dépendante de la qualité de la matière organique contenue dans les sols. Des changements de composition en traits fonctionnels de la végétation, notamment ceux affectant les concentrations en lignine des litières, devraient avoir un impact déterminant sur les vitesses de minéralisation de la matière organique. Enfin, l'étude des flux de carbone et d'azote dans les plantes dominantes et à l'interface plante – sol révèle un couplage temporel et spatial essentiel chez les espèces dont la croissance est limitée par la longueur de la saison de végétation. Ce couplage apparaît plus limité dans les communautés végétales bénéficiant d'une plus longue saison de végétation. L'évolution des flux et stocks de carbone au sein des écosystèmes alpins dans un contexte de changement climatique est discutée.
1 :  LECA - Laboratoire d'écologie alpine
cycles biogéochimiques – cycle du carbone – écosystèmes alpins – neige – productivité – décomposition des litières

Impact of snow cover duration on biogeochemical cycles in alpine tundra
Alpine tundra store large carbon stocks in their soils. In these ecosystems, the local mesotopography determines snow cover distribution, a key variable, which affect the edapho-climatic conditions on the short term (direct effects) and, in the longer-term, select for contrasting plant and microbial communities at both ends of the topographical gradient (indirect effects). In the context of global change, where large changes in snow precipitations are projected, this study explores the controls exerted by snow cover on carbon fixation and carbon mineralization in alpine tundra. Edapho-climatic variables (water and temperature) were measured during several years and we used vegetation functional characteristics (using plant functional traits) to quantify the indirect effects of snow cover on biogeochemical cycles. Various approaches (in situ measurements, experimental manipulations and modeling) were used. This study demonstrates that carbon fixation along mesotopographical gradients is determined by plant functional traits, canopy properties and growing season length. A longer growing season may lead to a marked increase in primary production, if freezing events at snowmelt remain infrequent. In contrast, carbon mineralization is mainly dependant over soil organic matter quality. Shifts in plant functional traits, in particular those related to litter lignin content, will strongly impact the degradation process. Finally, the quantification of carbon and nitrogen fluxes in plants and at the plant-soil interface reveals a tight spatial and temporal coupling which is essential for species whose growth is limited by growing vegetation length. This coupling is reduced in plant communities which benefit from a longer growing season. The evolution of carbon fluxes and stocks in alpine ecosystems is discussed in the context of climatic changes.
biogeochemical cycles – carbon cycle – alpine ecosystems – productivity – litter decomposition