Relationship between the stocks of carbon in non-cultivated trees and soils in a West-African forest-savanna transition zone Relation entre les stocks de carbone de la végétation arborée et des sols dans une zone de transition forêt savane en Afrique de l'ouest.

Abstract

Carbon is a key element for the functioning and productivity of tropical soils. While the impact of organic inputs on carbon storage in these soils is known, little is known about the relationship between soil carbon and carbon of non-cultivated trees.

In this study, we measured carbon content in non-cultivated trees (VC), soil organic carbon (SOC) and soil total nitrogen (TN) in different land uses in a West African forest - savanna transition zone. We used the Land Degradation Surveillance Framework for data collection and allometric equations to estimate the stocks of VC on a 10 km * 10 km landscape. Soil samples were taken in 160 sites at 0 - 20 cm, 20 - 50 cm, 50 - 80 cm and 80 - 110 cm depth in different land uses. We developed Partial Least Square regression models to predict SOC, TN and clay concentrations from mid-infrared soil spectra. We then considered soil bulk density to calculate the stocks of SOC and TN for each sampling depth and conducted a path analysis to identify the factors controlling these parameters. Our results showed that at landscape level, tree density and diversity explained most of VC stocks variability. SOC stock variability was mainly explained by clay content. The main drivers of TN stocks were clay and SOC stock. The VC and SOC stocks were not correlated with each other when considering all data. However, we found significant linear positive relationships between VC and SOC stocks for the land uses annual croplands, perennial croplands, grasslands and bushlands without soil depth restrictions until 110 cm. We concluded that in the forest-savanna transition zone, soil properties and topography determine land use, which in turn affects the stocks of SOC and TN and to some extent the VC stocks. Bushlands conservation and perennial trees cropping systems could be recommended for improved SOC storage.

Le carbone est un élément clé dans le fonctionnement et la productivité des sols tropicaux. Pendant que les impacts des apports organiques sur le stockage du carbone sur ces sols sont connus, peu d'étude se sont penchés sur la relation entre les stocks de carbone de la végétation arborée et des sols. Dans cette étude, nous avons mesuré la teneur en carbone des arbres non cultivés (VC), le carbone organique du sol (SOC) et l'azote total du sol (TN) dans différentes utilisations des terres d'une zone de transition forêt savane en Afrique de l'Ouest. Nous avons utilisé le cadre de surveillance des terres dégradées pour la collecte des données et les équations allomètriques pour estimer les stocks de carbone de VC sur un paysage de 10 km * 10 km. Les échantillons de sol ont été prélevés sur 160 points à 0 - 20 cm, 20 - 50 cm, 50 - 80 cm et 80 - 110 cm dans les différentes utilisations des terres. Nous avons ensuite utilisé la densité apparente pour calculer les stocks de SOC et TN puis nous avons utilisé l'analyse des relations structurelles pour identifier les facteurs influençant ces paramètres. Nos résultats ont montré que la densité et la diversité des arbres ont expliqué la variabilité des stocks VC. La variabilité des stocks SOC et TN était principalement expliqué par la teneur en argile. Nous avons trouvé des relations positives entre les stocks VC et SOC dans les champs, les prairies et les savanes arborées quand le sol ne présente pas de restriction jusqu'à la profondeur 110 cm. Dans la zone de transition forêt savane, les propriétés du sol ainsi que la topographie semblent déterminer le type d'utilisation de la terre, par conséquent les stocks SOC, TN, parfois VC. La conservation des savanes arborées et l'arboriculture dans les systèmes de culture pourrait améliorer le stockage du carbone.