Variation spatiale et temporelle de la respiration du sol en fonction des conditions environnementales dans un vignoble en Italie du Nord

Abstract

In recent years, vineyard soil respiration has been a subject of great interest, but unfortunately there is a lack of information about the true amount of CO2 flux, and the effects of cultivation practices on this important process. The purpose of this investigation was to study the partitioning of vineyard soil respiration (RS) between its main components – autotrophic (RA) and heterotrophic (RH) respiration – and assess the effect of grass cover on the CO2 budget. The effect of soil temperature and soil water content (SWC) on temporal variability of soil respiration was monitored in a commercial vineyard (Vitis vinifera L. cv. Sauvignon blanc) in Northern Italy. An automated soil CO2 flux system was deployed with 6 long-term chambers installed on two adjacent alleys on grass covered soil (between the vine rows) and bare soil (alongside chemically treated rows), to measure RS components. Two additional chambers were installed on two trenched plots (60×60×60 cm) intended to eliminate the root contribution on total RS and quantify actual microbial RH. During the experimental period RS fluxes measured in the vine rows were about 57% of the inter-row in average. The contribution of the autotrophic component (RA) was responsible for about 67% of the total CO2 flux on average, reaching a minimum of about 30%. A robust exponential relationship (R2 = 0.70) was found between RS and upper soil temperature with an optimal volumetric SWC ranking between 0.25 and 0.35. With values of SWC higher than 0.34, the heterotrophic component of soil respiration approached zero (<0.004 mg CO2 m2 s-1), suggesting transient anoxic conditions due to rainfall, leading to a break in basal microbial metabolism. Photosynthesis of grass cover played an important role in vine alley CO2 fluxes with maximum NPP values of about -0.5 mg CO2 m2 s-1 under clear weather conditions. A better understanding of carbon balance in vineyards is of great importance to promote sustainability and improve cultivation techniques.

Keywords : temperature, grass cover, carbon fluxes, vineyard, heterotrophic soil respiration, autotrophic soil respiration

Resumé

Ces dernières années, la respiration des sols de vignoble a reçu beaucoup d'attention mais, malheureusement, il y a peu d’informations sur les quantités réelles des flux de CO2 et les effets des pratiques de culture sur ce processus. Le but de cette investigation est d’étudier la répartition de la respiration des sols des vignobles entre ses composantes principales – la respiration autotrophe (RA) et hétérotrophe (RH) - et d'évaluer l’effet de l’enherbement sur le bilan du CO2. L’effet de la température et de la teneur en eau du sol (SWC) sur la variabilité temporelle de la respiration du sol a été suivi dans un vignoble commercial (Vitis vinifera L., cv. Sauvignon blanc) dans le nord de l’Italie. Un système automatisé de mesure de flux de CO2 du sol a été déployé avec 6 chambres à long terme installées dans deux allées adjacentes sur du sol enherbé (entre les rangées des vignes) et sur sol nu ( rangées desherbées chimiquement), pour mesurer les composantes RS. Deux autres chambres ont été installées sur deux petites parcelles entourées de tranchées (60×60×60 cm), pour éliminer la contribution de la respiration des racines sur la RS totale et quantifier la RH microbienne réelle. Pendant la période expérimentale, la contribution autotrophique (RA) des flux RS était responsable d’environ 67 % des flux de CO2 en moyenne, atteignant un minimum d’environ 30 %. Une corrélation forte (R2 = 0.70) est apparue entre RS et la température superficielle du sol, avec des SWC volumétriques optimaux qui variaient entre 0.25 et 0.35. Avec des valeurs de SWC supérieures à 0.34, la composante hétérotopique de la respiration du sol tend vers zéro (0.004 mg CO2 m2 s- 1), ce qui suggère une condition transitoire d’anoxie due à la pluie qui interrompu le métabolisme microbien de base. La photosynthèse de l’herbe a joué un rôle important dans les flux de CO2 dans les allées de vignes avec des valeurs NPP maximales d’environ 0.5 mg CO2 m2 s-1 dans des conditions de temps clementes. Une meilleure compréhension du budget carbone des vignobles est vitale pour promouvoir la viticulture durable en améliorant les techniques culturales.

Mots-clés : Température, enherbement, flux de carbone, vignoble, respiration hétérotrophe du sol, respiration du sol autotrophes