Plant functional type controls on carbon cycling in a Sphagnum peatland : implications for restoration and modelling
Les tourbières tempérées sont devenues des sources croissantes de gaz à effet de serre (GES) à la suite du drainage et de perturbations anthropiques de longue durée. Les tourbières dégradées pouvant contribuer jusqu à ~5 10 % des émissions anthropiques de dioxyde de carbone (CO ), leur restauration...
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| Autor Principal: | |
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| Outros autores: | , , , , , |
| Formato: | Thèse numérique |
| Idioma: | Anglais Français |
| Publicado: |
2026.
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| Sujets: | |
| Acceso en liña: | Accès au texte intégral https://theses.univ-orleans.fr/public/2026ORLE1004_va.pdf https://theses.fr/2026ORLE1004/abes https://theses.hal.science/tel-05693749 |
| Nota: |
Titre provenant de l'écran-titre Ecole(s) Doctorale(s) : Energie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers - EMSTU Partenaire(s) de recherche : LPC2E - Laboratoire de Physique et Chimie de l'Environnement et de l'Espace (Laboratoire) Autre(s) contribution(s) : Mikael Motelica-Heino (Président du jury) ; Edgar Karofeld, Line Jourdain, Élodie Salmon (Membre(s) du jury) ; Daniel Gilbert, Edgar Karofeld (Rapporteur(s)) |
| Autres localisations: | Voir dans le Sudoc |
| Variante du titre: | Contrôle des types fonctionnels de plantes sur le cycle du carbone dans une tourbière à Sphagnum :, implications pour la restauration écologique et la modélisation |
| Résumé: | Les tourbières tempérées sont devenues des sources croissantes de gaz à effet de serre (GES) à la suite du drainage et de perturbations anthropiques de longue durée. Les tourbières dégradées pouvant contribuer jusqu à ~5 10 % des émissions anthropiques de dioxyde de carbone (CO ), leur restauration constitue une stratégie majeure d atténuation climatique. Toutefois, le bilan climatique net dépend à la fois du succès de la récupération de la nappe phréatique et des types fonctionnels de plantes (PFT) qui s établissent après la remise en eau. Les PFT régulent les dynamiques couplées du CO et du méthane (CH ) via des mécanismes plante sol distincts liés à la chimie de la litière, à la structure tissulaire, à l activité racinaire et aux interactions rhizosphériques, contrôlant la qualité des substrats, les processus microbiens et les voies de transport des gaz. Ces traits fonctionnels modulent ainsi la décomposition de la matière organique et le cycle du carbone (C). En utilisant la tourbière de La Guette comme étude de cas multi-échelle, ce travail examine comment la remise en eau et la composition fonctionnelle de la végétation façonnent conjointement les bilans CO CH . L approche combine une expérimentation de terrain in situ testant différentes stratégies de restauration et une expérimentation ex situ en mésocosmes, échantillonnant des assemblages naturels de PFT dans la partie hydrologiquement restaurée du site (Sphagnum, graminées et arbustes). Les objectifs étaient (i) d évaluer le potentiel des traitements de restauration à réduire les émissions de GES et (ii) d isoler le rôle des assemblages naturels de PFT (bryophytes, graminées, arbustes et mélanges) sur les flux de GES et les bilans de carbone. À l échelle du site, la restauration hydrologique mise en œuvre en février 2014 a entraîné une remontée durable de la nappe phréatique en station aval, tandis que le décapage des 5 cm superficiels a éliminé Molinia caerulea et favorisé la réinstallation des Sphagnum après réintroduction de fragments. Le décapage a réduit les émissions et, combiné à la réintroduction de Sphagnum en zones réhumidifiées, a conduit à la plus forte atténuation des GES. Les émissions de CH ont augmenté après la remise en eau, mais cette hausse est restée compensée par une diminution plus importante des émissions de CO . Les mésocosmes ont montré que tous les assemblages végétaux, à l exception de ceux dominés exclusivement par les Sphagnum, demeuraient des sources nettes, tout en révélant un gradient fonctionnel marqué entre les PFT. Les communautés dominées par les Sphagnum présentaient la respiration écosystémique la plus faible, tandis que les assemblages à graminées et arbustes montraient un cycle du carbone plus actif et des modifications de la chimie des eaux interstitielles (acidité et force ionique accrues, baisse de l azote total et hausse du carbone organique dissous). Contrairement à de nombreuses études, les émissions de CH n étaient pas minimales dans les assemblages exclusivement bryophytiques ; la présence de graminées était associée à une réduction des flux de CH . Les tests de modélisation ont montré que la température du sol expliquait mieux la respiration écosystémique (Reco) que la température de l air, cette dernière sous-estimant la Reco nocturne, tandis que les modèles de CH restaient peu performants, suggérant des contrôles supplémentaires non mesurés. Dans l ensemble, ces résultats montrent que la restauration efficace des tourbières repose sur la récupération hydrologique et une gestion active de la végétation, la proportion relative des PFT façonnant fortement les bilans CO CH post-restauration. L intégration d expérimentations de terrain, de mésocosmes et de modélisation éclaire les interactions végétation hydrologie et les conditions permettant aux tourbières restaurées de retrouver une fonction de puits de carbone. Temperate peatlands have increasingly become sources of greenhouse gases (GHG) following drainage and long-term anthropogenic disturbances. Because degraded peatlands can contribute up to ~5 10% of anthropogenic carbon dioxide (CO ) emissions, restoration has become an important mitigation strategy. However, the net climate outcome of restoration depends on both the success of the water-table recovery and the type of plant functional types (PFTs) that establish post-rewetting. PFTs influence the CO methane (CH ) dynamics through distinct plant soil mechanisms driven by differences in litter chemistry, tissue structure, root activity, and rhizosphere interactions, which together shape substrate quality, microbial processes, and gas transport pathways. Through these contrasting functional traits, PFTs actively modify organic matter decomposition rates and carbon (C) cycling. Using La Guette peatland as a multi-scale case study, this manuscript investigates how rewetting and PFT composition jointly shape CO CH balances through an in-situ field experiment applying different restoration strategies, combined with an ex-situ mesocosm experiment sampling naturally occurring PFT assemblages in the hydrologically restored part of La Guette peatland, spanning Sphagnum, graminoids, and shrubs. Our objectives were to: (i) assess how rewetting and vegetation treatments differ in their potential to mitigate GHG emissions, and (ii) isolate and compare the role of naturally occurring PFT assemblages (bryophytes, graminoids, shrubs, and mixtures) on GHG fluxes and C budgets. At the field scale, hydrological restoration implemented in February 2014 raised the water table in the downstream station, and top-soil removal of the first 5 cm successfully eliminated Molinia caerulea and facilitated Sphagnum re-establishment after fragment reintroduction. Top-soil removal reduced emissions, and when coupled with Sphagnum reintroduction in rewetted areas, achieved the greatest GHG mitigation. CH emissions increased post-rewetting, but this increase remained outweighed by reductions in CO emissions. The mesocosm experiment revealed that all vegetation assemblages except for Sphagnum-only remained sources, but showed clear functional gradient differences among PFTs. Sphagnum-dominated communities exhibited the lowest ecosystem respiration, whereas graminoid- and shrub-containing assemblages showed enhanced C cycling and shifts in porewater chemistry (higher acidity, ionic strength, lower total nitrogen, and higher dissolved organic carbon concentrations). Contrary to numerous studies, CH emissions were not lowest in bryophyte-only assemblages; instead, graminoid presence lowered CH emissions. Modelling tests indicated that soil temperature is a more appropriate driver for ecosystem respiration (Reco): air-temperature models tended to underestimate nocturnal Reco, while soil-temperature models better reproduced both day- and night-time fluxes. CH models persistently exhibited low performance, suggesting that additional unmeasured controls strongly regulate methane variability. Together, these results demonstrate that successful peatland restoration requires both hydrological recovery and active vegetation management, and that the relative proportion of PFTs strongly shapes post-restoration CO CH balances. The integration of field restoration, mesocosm experiments, and modelling provides new insights into vegetation hydrology interactions and highlights conditions under which restored peatlands can move toward regaining their carbon sink function. |
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| descrición da copia: | Titre provenant de l'écran-titre Ecole(s) Doctorale(s) : Energie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers - EMSTU Partenaire(s) de recherche : LPC2E - Laboratoire de Physique et Chimie de l'Environnement et de l'Espace (Laboratoire) Autre(s) contribution(s) : Mikael Motelica-Heino (Président du jury) ; Edgar Karofeld, Line Jourdain, Élodie Salmon (Membre(s) du jury) ; Daniel Gilbert, Edgar Karofeld (Rapporteur(s)) |
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