Soil carbon storage near hedges in crop-livestock | Carbon storage in soils near hedges in crop-livestock systems in temperate climates

إنجليزي. In its latest report, the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) highlights the importance of solutions based on sustainable agricultural land management for achieving global carbon neutrality by 2050. In this context, agroforestry systems are seen as an appropriate way to offset anthropogeniccarbon emissions while retaining a large agricultural area for non-wood crops. Among these systems, hedges on the edges of agricultural fields have great potential for increasing soil carbon storage without making major changes to the field management. Hedges are currently the most widespread form of agroforestry in Western Europe, and are often part of cropping systems combined with livestock farming. In France, the number of hedges in agricultural areas is declining. Although studies have shown the potential of hedges to increase soil carbon storage, there are few references available on carbon (C) storage in these systems. The literature also shows that the available references are associated with a high variability, and that the factors controlling this variability have not been elucidated.To improve our knowledge of the C storage potential of hedges bordering agricultural plots, this thesis uses an approach based on real-life situations to (1) provide new references on soil C storage in agroforestry systems and (2) characterise the variability of hedge carbon storage potential and relate it to the characteristics of agricultural systems with hedges that can control it. This main objective is divided into three research sub-questions. The first aims to characterise the inter-site variability of additional soil C storage and to understand which characteristics of the hedger-parcel continuum control this variability. The second research question aims to investigate the forms of additional C storage in the vicinity of hedges as a function of the characteristics of the hedge-parcel continuum and as a function of depth. The final research question aims to characterise the spatial distribution of C inputs to the soil near hedges on two plots with contrasting additional C stocks. To do this, we are using soil sampling to a depth of 90 cm at different distances from hedges inagricultural fields bordered by hedges, with a diversity of uses and a gradient of soil texture. The agricultural fields and the hedges bordering them were characterised in detail (soil and climate context, type and management method of the fields, typology and morphology of the hedges, etc.). The sampling used a synchronous approach, comparing C stocks at points close to the hedges with stocks at reference points at a distance from the hedges, where it is assumed that the C stocks correspond to the initial state of stocks in the vicinity of the hedges prior to their establishment. The results confirm additional soil C storage in the vicinity of hedges, preferentially in the coarse soil fraction (>50 µm). They also highlight the importance of land use at the foot of the hedge compared with that of the adjacent field, which is the main controlling factor in the variability of soil C storagepotential. This thesis therefore highlights the potential of hedges and their associated management to store additional C in soils. However, most of the additional C stored is easily mineralised and therefore sensitive to changes in the way the hedge-field continuum is managed. The conclusions of this thesis also raise new questions. It would now be important to conduct further research to characterise C inputs on a longer time scale and at greater depth, in order to link them with soil C stocks. We also need to analyse the C storage processes in the vicinity of hedges, and in particular the impact of hedges on these processes by modelling the dynamics of C storage.

فرنسي. Dans son dernier rapport de 2023, le groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC) met en avant l’importance de solutions basées sur une gestion durable des terres agricoles pour atteindre les objectifs de neutralité carbone à l’échelle du globe d’ici 2050. Dans ce contexte, les systèmes agroforestiers sont considérés comme un moyen pertinent de compenser les émissions de carbone (C) anthropiques tout en conservant une surface agricole importante destinée aux cultures non ligneuses. Les haies sont en effet la forme d’agroforesterie actuellement la plus répandue dans l’ouest de l’Europe ; elles sont souvent insérées dans des systèmes de culture associés à l’élevage. En France, les linéaires de haies dans les espaces agricoles sont néanmoins en régression. Si des synthèses de la littérature montrent une augmentation du stockage de C dans les sols dans les systèmes agroforestiers, les références disponibles sur le stockage de carbone (C) dans les systèmes avec des haies, en contexte tempéré, restent peu nombreuses. La littérature montre aussi la forte variabilité du stockage additionnel de C au voisinage des haies, et questionne l’existence d’un stockage additionnel en bordure de prairies.L’objectif de cette thèse est de produire des références complémentaires sur le stockage de C du sol au voisinage de haies, et de caractériser les facteurs de contrôle de la variabilité de ce stockage. Les facteurs de contrôle considérés concernent les propriétés, les caractéristiques des systèmes de cultures en termes d’usage et de pratiques dans la parcelle bordée par la haie, et les caractéristiques des haies. Le travail est centré sur des contextes de climat tempéré, et des haies insérées dans des systèmes associés à l’élevage. Cet objectif principal se divise en trois sous questions de recherche. La première vise à caractériser la variabilité inter-sites du stockage additionnel de C du sol et de comprendre quels sont les caractéristiques du continuum haie-parcelle qui vont contrôler cette variabilité. La deuxième question de recherche a pour objectif d’étudier les formes de stockage du C additionnel au voisinage des haies en fonction des caractéristiques du continuum haie-parcelle et en fonction de la profondeur. La dernière question de recherche vise à caractériser la distribution spatiale des entrées de C au sol au niveau de deux parcelles avec des stocks additionnels de C contrastés.Nous nous appuyons pour cela sur un échantillonnage des sols sur 90 cm de profondeur à différentes distances de haies, dans des parcelles agricoles présentant une diversité d’usages (culture annuelles, successions cultures annuelles – prairies temporaires, et prairies permanentes) et un gradient detexture des sols. Les parcelles agricoles ainsi que les haies qui les bordent ont été caractérisées en détail (contexte pédoclimatique, type et mode de gestion des parcelles, typologie et morphologie des haies…). Nous mobilisons une approche synchronique qui compare, à une même date, les stocks de Cà proximité des haies aux stocks à une distance éloignée considérés comme stocks de référence.Les résultats confirment un stockage additionnel de C dans le sol au voisinage des haies, qui est en moyenne de 0.69 Mg C. 100m-1 , soit 23 t C. ha-1. Les stocks additionnels sont cependant associés à une forte variabilité entre les sites d’études. Au niveau des prairies de l’échantillonnage, un usage des solsoù le potentiel de stockage de C des haies est controversé, la présence de haies est associée à un stockage additionnel de C. Les résultats mettent également en évidence l’impact de l’occupation du sol au pied de la haie par rapport à celle de la parcelle adjacente, qui est le facteur de contrôle principalde la variabilité du potentiel de stockage additionnel du C du sol. Ce travail de thèse met donc en avant le potentiel des haies et de la gestion des parcelles adjacentes qui y sont associées à stocker du C supplémentaire dans les sols. Le C additionnel est stocké préférentiellement dans la fraction grossière du sol (>50 µm), y compris dans les horizons les plus profond (30-90cm). Il correspond donc majoritairement à du C facilement minéralisable et donc sensible à des modifications du mode de gestion du continuum haie-parcelle.Les conclusions de cette thèse posent également de nouvelles questions. Il serait maintenant important d’orienter de nouveaux travaux de recherche pour caractériser les entrées de C à une échelle de temps plus longue et plus en profondeur pour les mettre en lien avec les stocks de C du sol. Il conviendrait également d’analyser les processus de stockage de C au voisinage des haies, et notamment l’impact des haies sur ces processus par l’intermédiaire de la modélisation de la dynamique du stockage de C.