Impact of water and tillage erosion on soil organic carbon stability

Abstract

Soils represent one of the largest carbon (C) pools on Earth. Therefore, they have a major potential to regulate atmospheric CO2 concentrations. Moreover, high soil C contents in croplands offer numerous advantages, leading to the interest in establishing soil C sequestration policies. Therefore, having a good understanding of soil C dynamics is crucial. This study quantifies the effects of water and tillage erosion, which are part of the principal soil degradation processes, on soil carbon stability. Six plots representing different intensities of both water and tillage erosion in the Belgian loess belt have been studied. Measurements of soil organic carbon (SOC) stocks showed the redistribution of C from eroded plots to plots undergoing sediment deposition, where important quantities of C are buried to lower horizons. Measurements of soil respiration carried out at 11 different days from March to July revealed that soil C mineralisation rates at eroded locations are two times higher than at deposition locations. Deposition locations present lower mineralisation rates than non-eroded locations. Deposition locations are also characterised by low temperature sensitivities of soil C mineralisation rates. The observed higher stability of the deposition locations can be explained by higher subsoils SOC stocks, higher concentrations of biochemically recalcitrant organic C, and higher proportions of organic C chemically bounded to soil particles. These observations highlight the effects of erosion processes on SOC distribution and SOC stability, and thus, on soil C dynamics. Conclusions give a first quantification of the impact of erosion on C sequestration by croplands and call for a larger-scale study including other erosion-induced processes.

Les sols représentent l’un des plus grands réservoirs de carbone (C) sur Terre. C’est pourquoi ils ont un potentiel majeur quant à la régulation de la concentration en CO2 atmosphérique. De plus, de hautes teneurs en C dans les sols présentent de nombreux avantages, poussant à la mise en place de politiques de séquestration de C par les sols. Dès lors, avoir une bonne compréhension de la dynamiques du C des sols est crucial. Cette étude quantifie les effets de l’érosion hydrique et de labour, qui fait partie des principales formes de dégradation des sols, sur la stabilité du C des sols . Six parcelles expérimentales, représentant différentes intensités d’érosion hydrique et de labour en Hesbaye, ont été étudiées. Les mesures de stock de carbone organique du sol (COS) ont montré une redistribution du C des sites érodés vers les sites de dépôt, où d’importantes quantités de C sont enterrées vers les horizons inférieurs. Les mesures de respiration du sol, menées lors de 11 jours entre mars et juillet, ont révélé que les taux de minéralisation du C étaient deux fois plus grands aux parcelles érodées qu’aux parcelles de dépôt. Les parcelles de dépôts présentent des taux de minéralisation plus bas que ceux de la parcelle non-affectée par l’érosion. Les parcelles de dépôt sont également caractérisées par de faibles sensibilités des taux de minéralisation aux hausses de températures. La stabilité observée aux parcelles de dépôt peut être expliquée par de plus grands stocks de COS en profondeur, de plus grandes concentrations en C biochimiquement récalcitrant et de plus grandes proportion de C chimiquement lié aux particules du sol. Ces observations témoignent des effets des processus d’érosion sur la distribution du COS et sa stabilité et, par extension, sur la dynamique du C des sols. Les conclusions obtenues permettent une première quantification de l’impact de l’érosion sur la séquestration de C par les terres agricoles et appellent à une étude à plus grande échelle, incluant d’autres processus provoqués par l’érosion.