Increasing soil carbon storage: mechanisms, effects of agricultural practices and proxies. A review
Marie-France Dignac
(1)
,
Delphine Derrien
(2)
,
Pierre Barre
(3)
,
Sébastien Barot
(4)
,
Lauric Cécillon
(5)
,
Claire Chenu
(1)
,
Tiphaine Chevallier
(6)
,
Gregoire Freschet
(7)
,
Patricia Garnier
(1)
,
Bertrand Guenet
(8, 9)
,
Mickael Hedde
(1)
,
Katja Klumpp
(10)
,
Gwenaëlle Lashermes
(11)
,
Pierre-Alain Maron
(12)
,
Naoise Nunan
(4)
,
Catherine Roumet
(7)
,
Isabelle Basile-Doelsch
(13)
1
ECOSYS -
Ecologie fonctionnelle et écotoxicologie des agroécosystèmes
2 BEF - Unité de recherche Biogéochimie des Ecosystèmes Forestiers
3 LGENS - Laboratoire de géologie de l'ENS
4 iEES Paris - Institut d'écologie et des sciences de l'environnement de Paris
5 UR LESSEM - Laboratoire des EcoSystèmes et des Sociétés en Montagne
6 UMR Eco&Sols - Ecologie fonctionnelle et biogéochimie des sols et des agro-écosystèmes
7 CEFE - Centre d’Ecologie Fonctionnelle et Evolutive
8 LSCE - Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette]
9 MOSAIC - Modélisation des Surfaces et Interfaces Continentales
10 UREP - Unité Mixte de Recherche sur l'Ecosystème Prairial - UMR
11 FARE - Fractionnement des AgroRessources et Environnement
12 Agroécologie [Dijon]
13 CEREGE - Centre Européen de Recherche et d'Enseignement des Géosciences de l'Environnement
2 BEF - Unité de recherche Biogéochimie des Ecosystèmes Forestiers
3 LGENS - Laboratoire de géologie de l'ENS
4 iEES Paris - Institut d'écologie et des sciences de l'environnement de Paris
5 UR LESSEM - Laboratoire des EcoSystèmes et des Sociétés en Montagne
6 UMR Eco&Sols - Ecologie fonctionnelle et biogéochimie des sols et des agro-écosystèmes
7 CEFE - Centre d’Ecologie Fonctionnelle et Evolutive
8 LSCE - Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette]
9 MOSAIC - Modélisation des Surfaces et Interfaces Continentales
10 UREP - Unité Mixte de Recherche sur l'Ecosystème Prairial - UMR
11 FARE - Fractionnement des AgroRessources et Environnement
12 Agroécologie [Dijon]
13 CEREGE - Centre Européen de Recherche et d'Enseignement des Géosciences de l'Environnement
Marie-France Dignac
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Delphine Derrien
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Gregoire Freschet
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Patricia Garnier
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Katja Klumpp
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Gwenaëlle Lashermes
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Pierre-Alain Maron
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Naoise Nunan
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Catherine Roumet
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Isabelle Basile-Doelsch
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- ORCID : 0000-0002-0587-8141
- IdRef : 134181840
Résumé
The international 4 per 1000 initiative aims at supporting states and non-governmental stakeholders in their efforts towards a better management of soil carbon (C) stocks. These stocks depend on soil C inputs and outputs. They are the result of fine spatial scale interconnected mechanisms, which stabilise/destabilise organic matter-borne C. Since 2016, the CarboSMS consortium federates French researchers working on these mechanisms and their effects on C stocks in a local and global change setting (land use, agricultural practices, climatic and soil conditions, etc.). This article is a synthesis of this consortium’s first seminar. In the first part, we present recent advances in the understanding of soil C stabilisation mechanisms comprising biotic and abiotic processes, which occur concomitantly and interact. Soil organic C stocks are altered by biotic activities of plants (the main source of C through litter and root systems), microorganisms (fungi and bacteria) and ‘ecosystem engineers’ (earthworms, termites, ants). In the meantime, abiotic processes related to the soil-physical structure, porosity and mineral fraction also modify these stocks. In the second part, we show how agricultural practices affect soil C stocks. By acting on both biotic and abiotic mechanisms, land use and management practices (choice of plant species and density, plant residue exports, amendments, fertilisation, tillage, etc.) drive soil spatiotemporal organic inputs and organic matter sensitivity to mineralisation. Interaction between the different mechanisms and their effects on C stocks are revealed by meta-analyses and long-term field studies. The third part addresses upscaling issues. This is a cause for major concern since soil organic C stabilisation mechanisms are most often studied at fine spatial scales (mm–μm) under controlled conditions, while agricultural practices are implemented at the plot scale. We discuss some proxies and models describing specific mechanisms and their action in different soil and climatic contexts and show how they should be taken into account in large scale models, to improve change predictions in soil C stocks. Finally, this literature review highlights some future research prospects geared towards preserving or even increasing C stocks, our focus being put on the mechanisms, the effects of agricultural practices on them and C stock prediction models.
Domaines
Sciences du Vivant [q-bio]Format du dépôt | Fichier |
---|---|
Type de dépôt | Article dans une revue |
Résumé |
en
The international 4 per 1000 initiative aims at supporting states and non-governmental stakeholders in their efforts towards a better management of soil carbon (C) stocks. These stocks depend on soil C inputs and outputs. They are the result of fine spatial scale interconnected mechanisms, which stabilise/destabilise organic matter-borne C. Since 2016, the CarboSMS consortium federates French researchers working on these mechanisms and their effects on C stocks in a local and global change setting (land use, agricultural practices, climatic and soil conditions, etc.). This article is a synthesis of this consortium’s first seminar. In the first part, we present recent advances in the understanding of soil C stabilisation mechanisms comprising biotic and abiotic processes, which occur concomitantly and interact. Soil organic C stocks are altered by biotic activities of plants (the main source of C through litter and root systems), microorganisms (fungi and bacteria) and ‘ecosystem engineers’ (earthworms, termites, ants). In the meantime, abiotic processes related to the soil-physical structure, porosity and mineral fraction also modify these stocks. In the second part, we show how agricultural practices affect soil C stocks. By acting on both biotic and abiotic mechanisms, land use and management practices (choice of plant species and density, plant residue exports, amendments, fertilisation, tillage, etc.) drive soil spatiotemporal organic inputs and organic matter sensitivity to mineralisation. Interaction between the different mechanisms and their effects on C stocks are revealed by meta-analyses and long-term field studies. The third part addresses upscaling issues. This is a cause for major concern since soil organic C stabilisation mechanisms are most often studied at fine spatial scales (mm–μm) under controlled conditions, while agricultural practices are implemented at the plot scale. We discuss some proxies and models describing specific mechanisms and their action in different soil and climatic contexts and show how they should be taken into account in large scale models, to improve change predictions in soil C stocks. Finally, this literature review highlights some future research prospects geared towards preserving or even increasing C stocks, our focus being put on the mechanisms, the effects of agricultural practices on them and C stock prediction models.
|
Titre |
en
Increasing soil carbon storage: mechanisms, effects of agricultural practices and proxies. A review
|
Auteur(s) |
Marie-France Dignac
1
, Delphine Derrien
2
, Pierre Barre
3
, Sébastien Barot
4
, Lauric Cécillon
5
, Claire Chenu
1
, Tiphaine Chevallier
6
, Gregoire Freschet
7
, Patricia Garnier
1
, Bertrand Guenet
8, 9
, Mickael Hedde
1
, Katja Klumpp
10
, Gwenaëlle Lashermes
11
, Pierre-Alain Maron
12
, Naoise Nunan
4
, Catherine Roumet
7
, Isabelle Basile-Doelsch
13
1
ECOSYS -
Ecologie fonctionnelle et écotoxicologie des agroécosystèmes
( 418974 )
- Route de la Ferme 78850 Thiverval-Grignon
- France
2
BEF -
Unité de recherche Biogéochimie des Ecosystèmes Forestiers
( 37757 )
- France
3
LGENS -
Laboratoire de géologie de l'ENS
( 1308 )
- 24 Rue Lhomond 75231 PARIS CEDEX 05
- France
4
iEES Paris -
Institut d'écologie et des sciences de l'environnement de Paris
( 542077 )
- Sorbonne-Université, campus de Jussieu - Paris (75005) - AgroParisTech-INRA - Grignon (78) - INRA - Versailles (78) - IRD - Bondy (93) - UPEC - Créteil (94)
- France
5
UR LESSEM -
Laboratoire des EcoSystèmes et des Sociétés en Montagne
( 530870 )
- 2 rue de la Papeterie-BP 76, F-38402 Saint-Martin-d'Hères
- France
6
UMR Eco&Sols -
Ecologie fonctionnelle et biogéochimie des sols et des agro-écosystèmes
( 98536 )
- place Viala, 34060 Montpellier, France
- France
7
CEFE -
Centre d’Ecologie Fonctionnelle et Evolutive
( 171392 )
- 1919 route de Mende - 34293 Montpellier cedex 5
- France
8
LSCE -
Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette]
( 518 )
- Bât. 12,
avenue de la Terrasse,
F-91198 GIF-SUR-YVETTE CEDEX
- France
9
MOSAIC -
Modélisation des Surfaces et Interfaces Continentales
( 1007951 )
- LSCE. CEA Paris-Saclay. Orme des merisiers. 91190 Saint-Aubin.
- France
10
UREP -
Unité Mixte de Recherche sur l'Ecosystème Prairial - UMR
( 162460 )
- UREP - INRA Site de Crouel 5, Chemin de Beaulieu 63039 CLERMONT FERRAND cedex 2
- France
11
FARE -
Fractionnement des AgroRessources et Environnement
( 37828 )
- Centre de Recherche en Environnement et Agronomie
2 esplanade Roland Garros BP 224
51686 REIMS CEDEX 2
- France
12
Agroécologie [Dijon]
( 496944 )
- Agroécologie, AgroSup Dijon, INRAE, Univ. Bourgogne, Univ. Bourgogne Franche-Comté, F-21000 Dijon, France
- France
13
CEREGE -
Centre Européen de Recherche et d'Enseignement des Géosciences de l'Environnement
( 199954 )
- Europôle Méditerranéen de l'Arbois - Avenue Louis Philibert - BP 80 - 13545 Aix-en-Provence cedex 4
- France
|
Public visé |
Scientifique
|
Commentaire(s) |
|
Page/Identifiant |
np
|
Volume |
37:14
|
Numéro |
2
|
Langue du document |
Anglais
|
Vulgarisation |
Non
|
Nom de la revue |
|
Audience |
Non spécifiée
|
Comité de lecture |
Oui
|
Date de publication |
2017
|
Sous-type de document pour les Articles |
Research article
|
Licence |
Copyright (Tous droits réservés)
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Commentaire |
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Domaine(s) |
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Mots-clés |
en
Litter, C dynamics, Microorganisms, Macrofauna, Models, Indicators, Agricultural practices, Stabilisation mechanisms Mineralisation, Porosity, Root inputs, Organomineral associations, Soil organic C
|
DOI | 10.1007/s13593-017-0421-2 |
irste@doc (Irstea) | PUB00057166 |
ProdINRA | 390594 |
UT key WOS | 000400385100009 |
Origine :
Fichiers éditeurs autorisés sur une archive ouverte
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