S'abonner

Soil processes and functions across an international network of Critical Zone Observatories: Introduction to experimental methods and initial results - 06/12/12

Doi : 10.1016/j.crte.2012.10.007 
Steven Banwart a, , Manoj Menon a, Stefano M. Bernasconi b, Jaap Bloem c, Winfried E.H. Blum d, Danielle Maia de Souza e, Brynhildur Davidsdotir f, Christopher Duffy g, Georg J. Lair d, Pavel Kram h, Anna Lamacova h, Lars Lundin i, Nikolaos P. Nikolaidis j, Martin Novak h, Panos Panagos e, Kristin Vala Ragnarsdottir f, Brian Reynolds k, David Robinson k, Svetla Rousseva l, Peter de Ruiter c, Pauline van Gaans m, Liping Weng c, Tim White n, Bin Zhang o
a Kroto Research Institute, University of Sheffield, North Campus, Broad Lane, Sheffield S3 7HQ, United Kingdom 
b Geological Institute, ETH Zürich, Sonneggstrasse 5, 8092 Zürich, Switzerland 
c Wageningen University, Droevendaalsesteeg 4, Postbox 47, 6700 AA Wageningen, The Netherlands 
d University of Natural Resources and Life Sciences (BOKU), Vienna, Peter-Jordan-Street 82, 1190 Vienna, Austria 
e European Commission, Joint Research Centre, Institute for Environment and Sustainability, Via E. Fermi 2749, 21027 Ispra, VA, Italy 
f School of Engineering and Natural Sciences, University of Iceland, VRII, Hjardarhagi 2-6, 107, Reykjavík, Iceland 
g Department of Civil and Environmental Engineering, The Pennsylvania State University, 231G Sackett Building, University Park, PA 16802, United States of America 
h Czech Geological Survey, Klárov 3, 118 21 Prague 1, Czech Republic 
i Department of Aquatic Sciences and Assessment, Swedish University of Agricultural Sciences, PO Box 7050, 750 07 Uppsala, Sweden 
j Department of Environmental Engineering, Technical University of Crete, Polytechnioupolis, 73100 Chania, Crete, Greece 
k NERC Centre for Ecology & Hydrology Environment Centre, Wales Deiniol Road, Bangor Gwynedd LL57 2UW, United Kingdom 
l Soil Erosion Department, Institute of Soil Science, Sofia 1080, Bulgaria 
m Deltares, PO Box 85467, 3508 AL Utrecht, The Netherlands 
n Earth and Environmental Systems Institute, The Pennsylvania State University, 2217 Earth & Engineering Sciences Building, 225B University Park, PA 16802, United States of America 
o Department of Soil Science, Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Zhongguancun Nan Da Jie 12, Beijing 100081, China 

Corresponding author.

Bienvenue sur EM-consulte, la référence des professionnels de santé.
L’accès au texte intégral de cet article nécessite un abonnement.

pages 15
Iconographies 11
Vidéos 0
Autres 0

Abstract

Growth in human population and demand for wealth creates ever-increasing pressure on global soils, leading to soil losses and degradation worldwide. Critical Zone science studies the impact linkages between these pressures, the resulting environmental state of soils, and potential interventions to protect soil and reverse degradation. New research on soil processes is being driven by the scientific hypothesis that soil processes can be described along a life cycle of soil development. This begins with formation of new soil from parent material, development of the soil profile, and potential loss of the developed soil functions and the soil itself under overly intensive anthropogenic land use, thus closing the cycle. Four Critical Zone Observatories in Europe have been selected focusing research at sites that represent key stages along the hypothetical soil life cycle; incipient soil formation, productive use of soil for farming and forestry, and decline of soil due to longstanding intensive agriculture. Initial results from the research show that soil develops important biogeochemical properties on the time scale of decades and that soil carbon and the development of favourable soil structure takes place over similar time scales. A new mathematical model of soil aggregate formation and degradation predicts that set-aside land at the most degraded site studied can develop substantially improved soil structure with the accumulation of soil carbon over a period of several years. Further results demonstrate the rapid dynamics of soil carbon; how quickly it can be lost, and also demonstrate how data from the CZOs can be used to determine parameter values for models at catchment scale. A structure for a new integrated Critical Zone model is proposed that combines process descriptions of carbon and nutrient flows, a simplified description of the soil food web, and reactive transport; all coupled with a dynamic model for soil structure and soil aggregation. This approach is proposed as a methodology to analyse data along the soil life cycle and test how soil processes and rates vary within, and between, the CZOs representing different life cycle stages. In addition, frameworks are discussed that will help to communicate the results of this science into a more policy relevant format using ecosystem service approaches.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Résumé

L’augmentation de la population humaine et sa quête de richesses créent une pression toujours croissante sur les sols du globe, créant pertes et dégradation de sols à l’échelle mondiale. La science de la Zone Critique étudie les relations d’impact entre ces pressions et, l’état environnemental des sols qui en résulte et les interventions potentielles pour la protection des sols et le renversement de la tendance à la dégradation. Une nouvelle recherche sur les processus pédologiques est pilotée par l’hypothèse scientifique selon laquelle les processus pédologiques peuvent être décrits au long d’un cycle de vie de développement du sol. Ceci commence avec la formation d’un sol neuf à partir du matériau parental, puis il y a développement d’un profil de sol et perte potentielle des fonctions d’un sol développé et du sol lui-même, en raison de son utilisation beaucoup trop intensive par l’homme, ceci clôturant le cycle. Quatre observatoires européens de la zone critique ont été sélectionnés, focalisant la recherche sur des sites représentant des étapes clé au long du cycle hypothétique de vie du sol : formation naissante d’un sol; utilisation productive du sol pour l’agriculture et les forêts ; et déclin du sol dû à une agriculture intensive de longue durée. Les résultats préliminaires de la recherche montrent que le sol développe des propriétés bio-géochimiques importantes à l’échelle de la décennie et que le carbone du sol et la structure favorable du sol se mettent en place sur une échelle similaire de temps. Un nouveau modèle mathématique sur la formation et la dégradation des agrégats du sol prédit qu’une terre laissée à l’abandon près du site étudié le plus dégradé, peut développer une structure substantiellement améliorée, avec accumulation de carbone dans le sol sur une période de quelques années. Des résultats ultérieurs démontrent la dynamique rapide du carbone du sol- comment il peut être perdu rapidement - et démontrent aussi comment les données de CZOs peuvent être prises en compte pour déterminer les paramètres à utiliser pour les modèles à l’échelle du bassin. Une structure pour un nouveau modèle intégré de Zone Critique est proposée, combinant les descriptions de traitement des flux de carbone et de nutriments, une description simplifiée ce qui constitue la nourriture du sol et le transport réactif, tout ceci couplé à un modèle dynamique pour la structure du sol et l’agrégation du sol. Cette approche est proposée comme méthodologie pour analyser les données acquises au long du cycle de vie du sol et pour tester comment les processus pédologiques et leurs vitesses varient au sein d’un site et d’un site à l’autre, CZOs représentant différents stades du cycle de vie. En outre, des réseaux sont en discussion, qui aideraient à communiquer les résultats scientifiques acquis dans un format relevant plus de la politique, utilisant les approches de services écosystémiques.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Soil management, Sustainability, Critical zone, Observatory, Mathematical modeling

Mots clés : Gestion des sols, Durabilité, Zone critique, Observatoire, Modélisation mathématique


Plan


© 2012  Académie des sciences. Publié par Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés.
Ajouter à ma bibliothèque Retirer de ma bibliothèque Imprimer
Export

    Export citations

  • Fichier

  • Contenu

Vol 344 - N° 11-12

P. 758-772 - novembre 2012 Retour au numéro
Article précédent Article précédent
  • Evidence of short-term clay evolution in soils under human impact
  • Sophie Cornu, David Montagne, Fabien Hubert, Pierre Barré, Laurent Caner
| Article suivant Article suivant
  • Editorial Board

Bienvenue sur EM-consulte, la référence des professionnels de santé.
L’accès au texte intégral de cet article nécessite un abonnement.

Bienvenue sur EM-consulte, la référence des professionnels de santé.
L’achat d’article à l’unité est indisponible à l’heure actuelle.

Déjà abonné à cette revue ?

Mon compte


Plateformes Elsevier Masson

Déclaration CNIL

EM-CONSULTE.COM est déclaré à la CNIL, déclaration n° 1286925.

En application de la loi nº78-17 du 6 janvier 1978 relative à l'informatique, aux fichiers et aux libertés, vous disposez des droits d'opposition (art.26 de la loi), d'accès (art.34 à 38 de la loi), et de rectification (art.36 de la loi) des données vous concernant. Ainsi, vous pouvez exiger que soient rectifiées, complétées, clarifiées, mises à jour ou effacées les informations vous concernant qui sont inexactes, incomplètes, équivoques, périmées ou dont la collecte ou l'utilisation ou la conservation est interdite.
Les informations personnelles concernant les visiteurs de notre site, y compris leur identité, sont confidentielles.
Le responsable du site s'engage sur l'honneur à respecter les conditions légales de confidentialité applicables en France et à ne pas divulguer ces informations à des tiers.


Tout le contenu de ce site: Copyright © 2024 Elsevier, ses concédants de licence et ses contributeurs. Tout les droits sont réservés, y compris ceux relatifs à l'exploration de textes et de données, a la formation en IA et aux technologies similaires. Pour tout contenu en libre accès, les conditions de licence Creative Commons s'appliquent.