La variation de stocks de carbone dans le sol forestier

Université catholique de Bukavu
Faculté des sciences agronomiques

Mémoire présenté envie de l’obtention du diplôme d’ingénieur Agronome
Option : Eaux et forêts

stocks de carbone dans le sol forestier
Etude de la variation de stocks de carbone dans le sol forestier suivant

le type d’utilisation des terres à Tshivanga au Parc National de Kahuzi-Biega (PNKB)

Par : MUNGUAKONKWA CIZUNGU Merlin
Contacts : merlin.macmgs gmail.com , (+243) 842 621 746 / 972 269 528

Directeur :
Prof. Dr. Ir. CIZUNGU NTABOBA Landry

Co-directrice :
C.T. Ir. NSHOBOLE MIGABO Nicole

Encadreur :
Ir. BULONZA MUHIGWA Emmanuel

Année académique :
2017-2018

Epigraphe

« Parler de l’homme dans la nature revient presque aujourd’hui à parler de l’homme contre la nature. »
Théodore Monod

Résumé

Le carbone organique des sols (COS) représente un facteur déterminant des fonctions du sol tant sur le plan agroécologique qu’environnemental. Les sols forestiers en contiennent des quantités plus élevées mais également sensibles aux perturbations anthropiques dont les changements d’utilisation des terres.

Les défrichements en vue de l’agriculture et la récolte des bois énergies sont des formes des menaces qui pèsent actuellement sur les forêts du bassin du Congo et particulièrement sur les forêts du Parc National de Kahuzi-Biega (PNKB).

Ce travail vise à documenter la variation des stocks de carbone du sol dans différents types d’utilisation de terres identifiés à Tshivanga/PNKB.

Pour ce faire, les échantillons des sols ont été récoltés dans quatre types d’utilisation des terres notamment les forêts naturelles (forêts en transition secondaire-primaire et forêts secondaires), les jachères, les plantations forestières et les champs cultivés et ; sur lesquels les analyses de laboratoire ont été appliquées enfin de déterminer les fluctuations du COS et des quelques paramètres physico- chimiques suivant l’utilisation des terres et, la relation existant entre le COS et ces paramètres physico-chimiques.

Les résultats obtenus démontrent des valeurs de COS moyennement supérieures (≈102tC/ha) en milieu naturel mais avec des variations légèrement non significatives par rapport aux milieux anthropisés (≈75tC/ha). Les paramètres physico-chimiques des sols (texture, azote total, C/N, pH et humidité) varient également en fonction des types d’utilisation des terres.

Ces variations sont d’autant plus marquées que les milieux sont plus anthropisés. Cependant, seuls l’humidité du sol et les rapports C/N ont présenté une corrélation linéaire forte et positive avec le COS parmi tous les paramètres physico-chimique mesurés.

Mots clés : Carbone organique du sol, stocks de carbone, type utilisation des terres, défrichement, forêt.

Abstract

Soil organic carbon (SOC) is a determinant of soil functions both agroecologically and environmentally. Forest soils contain higher amounts but are also sensitive to anthropogenic disturbances including changes in land use.

Clearing for agriculture and harvesting fuelwood are forms of the current threats to the forests of the Congo Basin and particularly to the forests of the Kahuzi-Biega National Park (KBNP). This work aims to document the variation of soil carbon stocks in different types of land use identified in Tshivanga / PNKB.

To do this, soil samples were collected from four types of land use, including natural forests (secondary-primary transition forests and secondary forests), fallows, forest plantations and cultivated fields; on which the laboratory analyzes were applied finally to determine the fluctuations of the COS and the few physicochemical parameters according to the land use and the relation existing between the COS and these physicochemical parameters.

The results obtained show moderately higher SOC values (≈102tC / ha) in the wild but with slightly insignificant variations compared to anthropogenic environments (≈75tC / ha). The physico- chemical parameters of the soils (texture, total nitrogen, C / N, pH and humidity) also vary according to the types of land use.

These variations are all the more marked as the environments are more anthropised. However, only soil moisture and C / N ratios exhibited a strong and positive linear correlation with SOC among all measured physico-chemical parameters.

Key words: Soil organic carbon, carbon stock, land use type, land clearing, forest.

Author: MUNGUAKONKWA CIZUNGU Merlin, merlin.macmgs gmail.com , (+243) 842 621 746 / 972 269 528

Table des matières

  • Résumé V
  • Abstract VI
  • Table des matières VII
  • Listes des tableaux IX
  • Listes des figures X
  • Sigles et abréviations XI
  • 0. Introduction 1
  • 0.1 Contexte et problématique du travail 1
  • 0.2 Questions de recherche 2
  • 0.3 Objectifs 3
  • 0.4 Hypothèses 3
  • 0.5 Intérêt du sujet 3
  • 0.6 Subdivision du travail 4
  • Chap. I. Revue de la littérature 5
  • I.1. Le carbone du sol et son évolution 5
  • I.2. Les facteurs du sol en lien avec les stocks du COS 6
  • 1) L’azote du sol 6
  • 2) Les microorganismes du sol 7
  • I.3. Effet du climat sur le COS 7
  • 1) La température 8
  • 2) L’humidité du sol 9
  • I.4. Le type et la nature du sol 9
  • I.5. Influence de l’occupation de sol et du type d’utilisation de terre sur le COS 10
  • 1) Les plantations forestières 11
  • 2) Les jachères 12
  • 3) Les prairies 12
  • 4) Impacte de l’agriculture 12
  • I.6. Le carbone organique du sol en foret 14
  • 1) Dynamique du stock de COS en forêt 15
  • 2) Evolution du COS après défrichement et mise en culture du sol en forêt 15
  • I.7. Calcul du stock du carbone du sol 17
  • Chap. II. Milieu et méthode 18
  • II.1. Milieu d’étude 18
  • II.1.1. Présentation du PNKB 18
  • II.1.2. Localisation et situation géographique 18
  • II.1.3. Climat et végétation 19
  • II.1.4. Description du milieu d’étude 19
  • II.2. Méthode 21
  • II.2.1. Collecte des données 21
  • II.2.2. Prélèvement des échantillons de sol 22
  • II.2.3. Analyses de laboratoire 24
  • II.2.4. Estimation du carbone stocké par le sol 26
  • II.2.5. Analyses statistiques 26
  • Chap. III. Présentation et interprétation des résultats 27
  • III.1. Stocks de carbone et paramètres physico-chimique du sol 27
  • III.1.1. Stocks de carbone de différents types d’utilisations de terre 27
  • III.1.2. Variation des paramètres physico chimiques du sol 28
  • III.1.2.1. Texture du sol 28
  • III.1.2.2. Autres paramètres du sol 29
  • III.2. Analyse de la corrélation linéaire entre les stocks de carbone et les paramètres du sol 32
  • Chap. IV. Discussion des résultats 33
  • IV.1. Variation des stocks de carbone du sol 33
  • IV.2. Variation des paramètres physico-chimiques du sol et stock de COS 34
  • Conclusion et recommandations 36
Listes des figures
  • Figure 1. Evolution du stock de carbone en fonction du travail du sol selon l’INRA en 2002 (Vigot, 2012) 13
  • Figure 2. Courbe typique de décroissance du stock de carbone d’un sol forestier après mise en culture (Robert & Saugier, 2004) 16
  • Figure 3. Carte du milieux d’étude 21
  • Figure 4. Modèle de délimitation des parcelles pour le prélèvement des échantillons non remaniés 24
  • Figure 5. Représentation des points de prélèvement des échantillons non remanier dans la parcelle 24
  • Figure 6. Triangle textural 25
  • Figure 7. Stocks de carbone de différents types d’utilisation des terres en tC/ha 27
  • Figure 8. Stocks de carbone suivant les classes texturales des sols 29
  • Figure 9. Diagramme à boites moustache de SCOC et a) Teneur en azote total, b) pH des sols et c) Humidité des sols 31
  • Figure 10. Nuages des points et régression linéaire des stocks de COS et l’humidité du sol (a) et le pH du sol (b)
Sigles et abréviations
  • C : Carbone
  • CO : Carbone organique
  • CO2 : Dioxyde de carbone
  • FAO : Organisation des Nations unies pour l’alimentation et l’agriculture ha : hectare
  • GES : Gaz à effet de serre
  • GIEC : Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat Gt(C) : Gigatonnes (de carbone)
  • PNKB : Parc national de Kahuzi-Biega
  • UNESCO : Organisation des Nations unies pour l’éducation, la science et la culture COS : Carbone organique du sol
  • SCOC : Stocks de carbone organique du sol RDC : République Démocratique du Congo pH : potentiel en hydrogène
  • C/N : rapport carbone-azote
  • REDD+ : Réduction des émissions dues à la déforestation et à la dégradation des forêts+
  • MO : Matière organique
  • tC/ha : Tonnes de carbone par hectare

0. Introduction

0.1 Contexte et problématique du travail

Le sol est un système complexe et un élément important des écosystèmes agricoles et forestiers. Il intervient dans la régulation de différents cycles naturels (Tosser et al, 2014) et offre plusieurs services écosystémiques tels que la protection contre le changement climatique, la production primaire, la protection des bassins versants, la régulation du régime hydrique etc. qui dépendent fortement de sa teneur en carbone (St-laurent et al., 2000 ; Swiderski et al., 2012 ; Grinand, 2016).

Le carbone organique du sol provient de la biomasse des plantes qui le fixent par le processus de la photosynthèse et reste stocker dans le sol pendant des durées variables avant de retourner dans l’atmosphère (Vidal, 2005 ; Chevallier et al., 2015).

Ces durées sont fortement dépendantes du mode d’usage des terres ou des pratiques culturales et dont les modifications se traduisent par des diminutions ou augmentations du carbone, surtout dans les horizons de surface du sol (Bernoux et al., 2004)

Par ailleurs, on observe une forte pression sur les écosystèmes provenant des activités anthropiques (Banville, 2009 ; Megevand et al., 2013) et qui s’accompagne particulièrement de changements importants dans l’usage des sols (Saugier, 2003). En ce qui concerne les forêts, environ 15 millions d’hectares sont détruits chaque année (Robert & Saugier, 2004).

Cette déforestation diminue non seulement la superficie de départ de la forêt mais également sa capacité de stocker le carbone dans ses différents compartiment (Tchatchou et al., 2015).

En effet, les changements comme la conversion de pairies et de terres forestières indigènes en terres cultivées, occasionnent des pertes allant de 20 à 40% des stocks de C originaux du sol. Au sein d’un même type d’affectation des terres, les différentes pratiques d’exploitation peuvent également avoir des impacts significatifs sur le stockage de C organique des sols, notamment en ce qui concerne les terres cultivées et les prairies (Aalde et al., 2006)

Etant donné l’importance du COS dans la stabilisation des écosystèmes et sa vulnérabilité lors des changements d’utilisation des terres surtout en milieux forestiers (Grinand 2016), il s’avère nécessaire de suivre son évolution et d’évaluer les impacts des choix sylvicoles et des différentes pratiques de gestion sur ses flux dans le sol (Poissonnet et al., 2007).

Le continent africain est particulièrement concerné d’autant plus que, l’agriculture itinérante qui y est pratiquée représente 60% de la déforestation totale (Tchatchou et al., 2015) et reste la principale cause communément citée de la déforestation dans le bassin du Congo associée à la récolte du bois énergie (Megevand, 2013).

En RDC, où la superficie forestière représente environ 60% du massif forestier du Bassin du Congo (Mpoyi et al., 2013 ; Maindo & Kapa, 2014) et 10% des forêts tropicales au niveau mondial (Lubalega, 2016), la demande en terre arable augmente actuellement avec la croissance démographique, surtout dans les massifs montagneux de l’Est où les densités dépassent 300 hab/km2.

Dans les forêts denses, la pression anthropique libère le plus de carbone par hectare défriché faisant de la RDC l’un des dix premiers pays qui perdent les plus des surfaces forestières (Judicaël et al., 2010).

Les forêts du Parc National de Kahuzi-Biega (PNKB), situées aux environs de la ville de Bukavu, ne sont pas épargnées de cette menace, malgré le statut du parc (Mokoso et al., 2012 ; Mokoso et al., 2015).

La destruction du couvert végétal et le défrichement dans les zones de lisière de la forêt est l’une des menaces qui pèsent actuellement sur les forêts du PNKB. (Hart & Klug, 2006 ; Nzabandora et al., 2011) et reste remarquable dans le secteur de Tshivanga où cette étude a était conduite.

0.2 Questions de recherche

La question centrale examinée dans ces textes est celle de savoir comment varient les stocks de carbones du sol suivant les différents types d’occupation des terres à Tshivanga/PNKB. Spécifiquement, ce travail permettra de répondre aux questions suivantes :

* Comment le changement d’utilisation des terres influence les quantités de COS et des autres paramètres physico chimiques des sols de Tshivanga?

* Existe-t-il un lien entre ces paramètres physico chimiques et les stocks de COS ?

0.3 Objectifs

L’objectif principal de ce travail est de documenter la variation du stock de carbone du sol dans différents types d’utilisation de terre. Au niveau spécifiques, ce travail permettra de :

* Mesurer la variation des stocks de carbone ainsi que certains paramètres physico chimiques des sols sous différents types d’utilisation de terre ;

* Identifié la relation qui existerait entre ces paramètres physico-chimiques et le COS pour les différents types d’utilisation des terres à Tshivanga.

0.4 Hypothèses

Le changement d’utilisation de terre influence significativement les stocks de carbone du sol, telle est l’hypothèse générale de cette recherche. Les hypothèses spécifiques du présent travail sont :

* La teneur en carbone organique ainsi que les paramètres physico chimiques du sol varient suivant les types d’utilisation des terres à Tshivanga ;

* Cette recherche postule l’existence d’un lien entre les paramètres physico chimiques d’un sol et sa teneur en CO.

0.5 Intérêt du sujet

Aujourd’hui plus que jamais, la forêt est au cœur des discussions sur le réchauffement climatique, par son rôle prépondérant dans le cycle de carbone à l’échelle planétaire (Pramova et al., 2012 ; Fortin et al., 2016).

La quantité de C organique emmagasinée dans le sol forestier est une information importante pour connaitre la contribution de la forêt sur le bilan planétaire du C étant donné qu’elle représente plus de deux fois celle contenue dans la biomasse des arbres (Tremblay et al., 1999).

De plus, depuis quelques années, les engagements internationaux qui ont pour but de lutter contre le changement climatique prennent en compte les variations de COS.

Par exemple, avec la Convention Cadre des Nations Unies sur le Changement Climatique (CCNUCC, en 1992) et le Protocole de Kyoto (en 1997), la réalisation d’un inventaire annuel d’émissions et absorptions de Gaz à Effet de Serre est rendue obligatoire pour les pays signataires (Tosser et al. 2014) dont la RDC (UNFCCC, 2005).

Les recherches sur le stock de COS forestier s’avèrent donc d’une grande importance en RDC. En effet, le pays possède une part considérable des massifs forestiers tropical au monde (Reyniers et al, 2010; MECNT, 2012 ; Maindo & Kapa, 2014 ; Wasseige et al., 2015); il est le plus avancé des pays du bassin du Congo, en matière de REDD+ (B. Tchachou at al., 2015b) mais, trop peu de recherches y sont actuellement mené sur ce plan.

Or, pour ce qui est du PNKB, appart son rôle, sur le plan juridique, de conservation de la biodiversité, il joue comme forêt un rôle majeur dans la séquestration et le stockage de C.

Ce travail se veut donc d’augmenter l’information disponible sur les inventaires des stocks de carbone de sol en RDC, de disposer des informations quantitatives adapter au milieu pour appuyer les recherches qualitatives déjà mener sur le rapport existant entre l’utilisation de terre et la dégradation des forêts au pays et d’apporter un nouveau regard dans le mode de gestion et d’utilisation des terres forestiers en milieu paysan.

0.6 Subdivision du travail

Hormis les parties introductive et conclusive, ce travail comprend quatre chapitres.

Le premier porte sur la revue de la littérature présentant une synthèse des travaux déjà réalisé sur le sujet, le deuxième présente le milieu d’étude et la méthode utilisés, le troisième met en évidence les résultats du travail et leurs l’interprétation et enfin ; le quatrième porte sur la discussion des résultats obtenus.

Sommaire :

  1. Les facteurs du sol en lien avec les stocks du COS
  2. Effet du climat sur le COS, type et nature du sol
  3. Influence de l’occupation de sol sur le COS
  4. Calcul du stock du carbone organique du sol
  5. Présentation du Parc Nationale de Kahuzi-Biega PNKB
  6. Stocks de carbone et paramètres physico-chimique du sol
  7. Paramètres physico-chimiques du sol et stock de COS
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