Methane consumption by forest soils: spatial variability of physical and biotic processes involved at the forest scale | Consommation de méthane par les sols forestiers : variabilité spatiale des processus physiques et biotiques impliqués à l’échelle du massif forestier

anglais. Methane is the second most important greenhouse gas contributing to global warming. The atmospheric concentration of methane has increased from 0.75 ppmv to 1.85 ppmv in the past 200 years. The main CH4 sinks are dependent on oxidation with hydroxyl radicals in the troposphere and biological oxidation in the soil by CH4-oxidizing bacteria called methanotrophs. Its oxidation by methanotrophic organisms in superficial forest soils is a major but often neglected ecosystem service. The objective of my thesis work was to determine, at the forest scale, the main factors responsible for spatial variations in methane oxidation in forest soils. I was able to show that soil water content seems to be the main factor explaining spatial variations in spring and seasonal variations in CH4 oxidation in the first five centimetres of the soil. Methane oxidation is optimal at low water content and high air filled porosity but can be strongly affected by extreme climatic conditions. In case of severe drought or flooding, whose frequency and intensity are thought to increase in the future with climate change, the methane sink in forest soils could be greatly reduced. Most methane oxidation does not always occur in the top 5 cm of forest soil, and the depth at which methane oxidation rate is the highest varies according to stand type. This vertical distribution of methane oxidation on the soil profile can be explained by the combined effect of a decrease in organic matter content with depth and the depletion of methane available to methanotrophs through oxidation in the upper layers of the soil. Nevertheless, the vertical distribution of methanotroph abundance in the soil did not reflect that of methane oxidation, suggesting that the latter most likely has strong seasonal dynamics.

français. Le méthane est l’un des principaux gaz à effet de serre contribuant au réchauffement climatique. Son oxydation par les organismes méthanotrophes des sols forestiers superficiels constitue un service écosystémique majeur mais souvent négligé. L’objectif de mes travaux de thèse était de déterminer les principaux facteurs responsables des variations spatiales de l’oxydation du méthane des sols de forêts à l’échelle du massif forestier. J’ai pu montrer que le contenu en eau du sol apparait comme le principal facteur expliquant les variations spatiales au printemps et les variations saisonnières de l'oxydation du CH4 dans les cinq premiers centimètres du sol. L’oxydation du méthane est optimale pour un faible contenu en eau et une forte porosité en air mais peut être fortement impactée par des conditions climatiques extrêmes. En cas de forte sécheresse ou d’inondation importante, dont la fréquence et l’intensité seront croissantes dans le futur avec le changement climatique, le puits de méthane des sols pourrait être fortement diminué. L’essentiel de l’oxydation du méthane ne se produit pas toujours dans les 5 premiers centimètres du sol et la profondeur à laquelle l’oxydation du méthane est la plus forte varie selon le type de peuplement. Cette structuration verticale de l’oxydation du méthane s’explique par l’effet combiné d’une baisse de la teneur en matière organique avec la profondeur et de l’épuisement du méthane disponible pour les méthanotrophes par l’oxydation réalisée dans les couches supérieures. Néanmoins, la distribution verticale de l’abondance des méthanotrophes ne reflétait pas celle de l’oxydation du méthane, ce qui suggère que cette dernière présente très probablement une forte dynamique saisonnière.