Article Dans Une Revue Étude et Gestion des Sols Année : 2024

Iron reduction, carbon release and GHG emission from soils flooded by a tropical reservoir

REDUCCIÓN DE LOS ÓXIDOS DE HIERRO, DESALMACENAJE DEL CARBONO DE LOS SUELOS AHOGADOS Y EMISIÓN DE METANO POR UN EMBALSE TROPICAL

Réduction des oxydes de fer, déstockage du carbone des sols noyés, et émission de méthane par un réservoir tropical

Résumé

The impoundment of the Petit-Saut reservoir (French Guyana) in 1994 flooded over 300 km2 of tropical forest, causing the anoxia of the hypolimnion and a considerable emission of GHGs. The parallel evolution of dissolved iron and methane suggested that both originated from the reduction of flooded soils. The comparison of flooded with control soils showed a 50% loss in organic matter, as well as a drop in its hydrogen index, and an increase in Δ13C. The strong correlation between organic matter and iron oxide content in control soils became weak in flooded soils, while the weak correlation between Fe-oxide and amorphous-Fe in control soils became strong in flooded soils, suggesting a massive transformation of Fe-oxide into amorphous Fe. Measured in the lab in anoxic conditions, the carbon mineralization rate of flooded and control soils was proportional to their carbon content, suggesting continuous mineralization of organic matter in flooded soils. In contrast, the rate of methane production by flooded soils was very low. In addition, the 14C ages of flooded soils, methane bubbles in flooded soils, and dissolved methane in the hypolimnion were close to the age of the reservoir. This suggests that a fraction of reactive soil OM, bound to iron oxyhydroxides and released by iron reduction and dissolution when soils are flooded, is the source of the methane emitted by tropical reservoirs.

Los grandes lagos artificiales creados por las represas hidroeléctricas tropicales contribuyen en gran medida a las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) de los hidrosistemas continentales. Aunque estos depósitos de agua han inundado suelos, la mineralización a largo plazo de la materia orgánica (MO) que contienen es muy poco documentada en la literatura. La inundación del embalse de Petit Saut (Guyana Francesa) en 1994 ahogó más de 300 km 2 de selva tropical y provocó la anoxia del hipolimnión y la emisión de un flujo considerable de GEI. Después de un pico en 1996-1998, las concentraciones de CH 4 disuelto en aguas que salen de embalses disminuyeron considerablemente entre 1998 y 2005, y desde entonces se han estabilizado en un nivel bajo. El paralelismo entre la evolución del hierro y del metano disueltos en las aguas de salida de la presa sugiere que provienen de la reducción de los suelos inundados. La comparación de los suelos de control muestreados bajo los bosques en el borde de la presa y de los suelos ahogados desde hace 25 años muestra: - una disminución de casi el 50 % del contenido de MO de los suelos inundados en comparación con los suelos de control, así como una disminución de su índice de hidrógeno, y un aumento de su δ13 C, lo que sugiere una rápida mineralización de la MO de los suelos en ausencia de oxígeno y sobre todo de su fracción más energética. - Una fuerte correlación entre el contenido de materia orgánica (MO) y de óxido de hierro en los suelos de control, que se vuelve baja en los suelos inundados. En cambio, la baja correlación entre Fe-óxido y Fe-amorfo en los suelos de control, se vuelve fuerte en los suelos ahogados, lo que sugiere una transformación de Fe óxido en Fe amorfo. La tasa de mineralización en relación con su contenido de carbono de los suelos de control e inundados, medida en anoxia en el laboratorio, difiere poco, lo que sugiere una mineralización continua y permanente de la MO de los suelos inundados. En cambio, la tasa de producción de metano por los suelos inundados es muy baja. Las edades 14 C de la MO de los suelos inundados, de las burbujas de metano presentes en estos suelos, y del metano disuelto en el hipolimnión cerca de la presa son próximas a la edad del embalse. El conjunto sugiere que una fracción de MO reactiva de los suelos, vinculada a los oxihidróxidos de hierro, liberada por reducción y disolución del hierro cuando los suelos se ahogan, es la fuente a corto y largo plazo del metano y de una parte importante de los GEI emitidos por los embalses tropicales.

Les grands lacs artificiels créés par les barrages hydro-électriques tropicaux contribuent largement aux émissions de gaz à effets de serre (GES) par les hydrosystèmes continentaux. Bien que ces réservoirs d’eau aient noyé des sols, la minéralisation à long terme de la matière organique (MO) qu’ils contiennent est très peu documentée dans la littérature. La mise en eau du réservoir de Petit Saut en 1994 a noyé plus de 300 km2 de forêt tropicale et provoqué l'anoxie de l'hypolimnion et l’émission d’un flux considérable de GES. Après un pic en 1996-1998, les concentrations de CH4 dissous dans les eaux en sortie de barrage ont fortement diminué entre 1998 à 2005, et se sont stabilisées à un niveau faible depuis. Le parallélisme entre évolutions du fer et du méthane dissous dans les eaux en sortie de barrage suggère qu’ils proviennent de la réduction des sols noyés. La comparaison de sols témoins prélevés sous forêt en bordure de la retenue et de sols noyés depuis 25 ans montre : - Une baisse de près de 50 % de la teneur en MO des sols noyés par rapport aux sols témoins, ainsi qu’une baisse de l’indice d’hydrogène de la MO, et une augmentation de son δ13 C, ce qui suggère une minéralisation rapide de la MO des sols en l’absence d’oxygène et surtout de sa fraction la plus énergétique. - Une forte corrélation entre teneurs en MO et en oxyde de fer dans les sols témoins, qui devient faible dans les sols noyés. En revanche, la faible corrélation entre Fe-oxyde et Fe-amorphe dans les sols témoins devient forte dans les sols noyés, ce qui suggère une transformation de Fe oxyde en Fe amorphe. Les taux de minéralisation de la MO des sols témoins et noyés rapportés à leur teneur en carbone, mesuré en anoxie au laboratoire, diffère peu, ce qui suggère une minéralisation continue et permanente de la MO des sols noyés. En revanche, le taux de production de méthane par les sols noyés est très faible. Les âges 14 C de la MO des sols noyés, des bulles de méthane présentes dans ces sols, et du méthane dissous dans l'hypolimnion près du barrage sont proches de l'âge de la retenue. L’ensemble suggère qu’une fraction de MO réactive des sols, liée aux oxy-hydroxydes de fer, libérée par réduction et dissolution du fer lorsque les sols sont noyés, est la source à court et à long terme du méthane et d’une fraction importante des GES émis pas les réservoirs tropicaux.

Fichier principal
Vignette du fichier
Dambrine 2024 réduction des oxydes de fer Petit Saut.pdf (2.09 Mo) Télécharger le fichier
Origine Fichiers éditeurs autorisés sur une archive ouverte
Licence

Dates et versions

hal-04650662 , version 1 (16-07-2024)

Licence

Identifiants

  • HAL Id : hal-04650662 , version 1

Citer

Étienne Dambrine, Jérémie Gaillard, Vincent Chanudet, Régis Vigouroux, Olivier Atteia, et al.. Réduction des oxydes de fer, déstockage du carbone des sols noyés, et émission de méthane par un réservoir tropical. Étude et Gestion des Sols, 2024. ⟨hal-04650662⟩
233 Consultations
172 Téléchargements

Partager

  • More