Living the street life : long-term carbon and nitrogen dynamics in parisian soil-tree systems

Dynamiques de long terme du carbone et de l'azote dans des systèmes sol-arbre parisiens

Aleksandar Rankovic (1)

1 iEES - Institut d'écologie et des sciences de l'environnement de Paris

Urban areas impose multiple and intense environmental changes on the ecosystems they contain or that surround them, and the ecosystem responses to urban environments are still poorly known, even on fundamental ecosystem processes such as carbon (C) and nitrogen (N) cycling. The dynamics of urban ecosystems, especially on the long-term, have received little attention. The present work uses a 75-year chronosequence of street soil-tree systems (plantations of Tilia tomentosa Moench) in Paris, France, as its main case study to detect long-term patterns in urban C and N cycling and infer potential underlying mechanisms. This thesis describes age-related patterns of C and N accumulation in soils, and we hypothesize that tree root-derived C and deposited N from the atmosphere and animal waste accumulate in soils. Then, an analysis of soil particle-size fractions further points towards a recent accumulation of soil organic matter (SOM), and 13C and 15N analysis suggests that tree roots are a major contributor to the increase of SOM content and N retention. Potential nitrification and denitrification rates increase with street system age, which seems driven by an increase in ammonia-oxidising bacteria. The long-term dynamics of C seem characterized by increasing belowground inputs coupled with root-C stabilization mechanisms. For N, the losses are likely compensated by exogenous inputs, part of which is retained in plant biomass (roots) and SOM.These results are then discussed in light of results obtained on Parisian black locust systems (Robinia pseudoacacia Linnæus), as well as other data, and management recommendations are proposed.

Les régions urbaines imposent d’intenses et multiples changements environnementaux sur les écosystèmes qu’elles contiennent et qui les entourent, et les réponses des écosystèmes à ces environnements urbains est encore relativement peu connue, même pour des processus fondamentaux comme les cycles du carbone (C) et de l’azote (N). Ce travail utilise une chronoséquence de systèmes sol-arbre d’alignement (plantations de Tilia tomentosa Moench) de 75 ans, situés à Paris, comme étude de cas principale, afin de détecter des tendances de long terme dans les cycles urbain du C et du N et d’en inférer les potentiels mécanismes sous-jacents. Un patron d’accumulation du C et du N dans les sols de rue est décrit, et nous faisons l’hypothèse que le C dérivé des racines, et le N issu des dépôts atmosphérique et apports animaux, s’accumulent dans ces sols. Ensuite, une analyse des fractions organo-minérales des sols suggère qu’il y a bien une accumulation de matière organique du sol (MOS) relativement récente. Les analyses 13C et 15N suggèrent que les racines sont un contributeur majeur à cette augmentation de la teneur en MOS et de la rétention du N exogène. Les taux de nitrification et de dénitrification potentielles augmentent avec l’âge des systèmes de rue, ce qui semble être déterminé par une augmentation des bactéries oxydant l’ammoniaque. Les dynamiques de long terme pour le C semblent caractérisées by une augmentation des apport hypogés couplée à des mécanismes de stabilisation du C racinaire. Pour le N, les sorties de N semblent contrebalancées par d’importants apports exogènes et les racines, apports dont une partie est retenue dans la biomasse végétale (racines) et la MOS.

Mots clés: Urban ecosystems; Carbon and nitrogen; Soils

Mots clés: Carbone; Azote; Urbain; Paris; Arbres; Long terme

Domaines: Ecologie, Environnement

Aleksandar Rankovic. Living the street life : long-term carbon and nitrogen dynamics in parisian soil-tree systems. Ecology, environment. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2016. English. ⟨NNT : 2016PA066728⟩. ⟨tel-01653082⟩