Carbon and water balance of European croplands throughout the 20th century

Sebastien Gervois, Philippe Ciais (), Nathalie de Noblet-Ducoudre, Nadine Brisson, Nicolas Vuichard () and Nicolas Viovy ()
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Sebastien Gervois: LSCE - Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] - UVSQ - Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines - INSU - CNRS - Institut national des sciences de l'Univers - Université Paris-Saclay - CNRS - Centre National de la Recherche Scientifique - DRF (CEA) - Direction de Recherche Fondamentale (CEA) - CEA - Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives
Philippe Ciais: LSCE - Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] - UVSQ - Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines - INSU - CNRS - Institut national des sciences de l'Univers - Université Paris-Saclay - CNRS - Centre National de la Recherche Scientifique - DRF (CEA) - Direction de Recherche Fondamentale (CEA) - CEA - Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives, ICOS-ATC - ICOS-ATC - LSCE - Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] - UVSQ - Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines - INSU - CNRS - Institut national des sciences de l'Univers - Université Paris-Saclay - CNRS - Centre National de la Recherche Scientifique - DRF (CEA) - Direction de Recherche Fondamentale (CEA) - CEA - Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives
Nathalie de Noblet-Ducoudre: LSCE - Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] - UVSQ - Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines - INSU - CNRS - Institut national des sciences de l'Univers - Université Paris-Saclay - CNRS - Centre National de la Recherche Scientifique - DRF (CEA) - Direction de Recherche Fondamentale (CEA) - CEA - Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives, ESTIMR - Extrèmes : Statistiques, Impacts et Régionalisation - LSCE - Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] - UVSQ - Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines - INSU - CNRS - Institut national des sciences de l'Univers - Université Paris-Saclay - CNRS - Centre National de la Recherche Scientifique - DRF (CEA) - Direction de Recherche Fondamentale (CEA) - CEA - Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives
Nadine Brisson: UMR CSE 1114 - Unité mixte de recherche Climat Sol et Environnement - INRA - Institut National de la Recherche Agronomique - AU - Avignon Université
Nicolas Vuichard: LSCE - Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] - UVSQ - Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines - INSU - CNRS - Institut national des sciences de l'Univers - Université Paris-Saclay - CNRS - Centre National de la Recherche Scientifique - DRF (CEA) - Direction de Recherche Fondamentale (CEA) - CEA - Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives, Università degli studi della Tuscia [Viterbo], CIRED - centre international de recherche sur l'environnement et le développement - Cirad - Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement - EHESS - École des hautes études en sciences sociales - AgroParisTech - ENPC - École des Ponts ParisTech - CNRS - Centre National de la Recherche Scientifique, MOSAIC - Modélisation des Surfaces et Interfaces Continentales - LSCE - Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] - UVSQ - Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines - INSU - CNRS - Institut national des sciences de l'Univers - Université Paris-Saclay - CNRS - Centre National de la Recherche Scientifique - DRF (CEA) - Direction de Recherche Fondamentale (CEA) - CEA - Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives
Nicolas Viovy: LSCE - Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] - UVSQ - Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines - INSU - CNRS - Institut national des sciences de l'Univers - Université Paris-Saclay - CNRS - Centre National de la Recherche Scientifique - DRF (CEA) - Direction de Recherche Fondamentale (CEA) - CEA - Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives, MOSAIC - Modélisation des Surfaces et Interfaces Continentales - LSCE - Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] - UVSQ - Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines - INSU - CNRS - Institut national des sciences de l'Univers - Université Paris-Saclay - CNRS - Centre National de la Recherche Scientifique - DRF (CEA) - Direction de Recherche Fondamentale (CEA) - CEA - Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives

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Abstract: We assessed the effects of rising atmospheric CO(2), changing climate, and farmers' practice on the carbon and water balance of European croplands during the past century (1901-2000). The coupled vegetation-crop model ORCHIDEE-STICS is applied over western Europe for C3 crops (winter wheat) and for maize, with prescribed historical agricultural practice changes. Not surprisingly, the enormous crop yield increase observed in all European regions, 300-400% between 1950 and 2000, is found to be dominantly explained by improved practice and varieties selection, rather than by rising CO(2) (explaining a similar to 11% uniform increase in yield) and changing climate (no further change in yield on average, but causing a decrease of similar to 19% in the southern Iberian Peninsula). Agricultural soil carbon stocks in Europe are modeled to have decreased between 1950 and 1970, and since then to have increased again. Thus, the current stocks only differ by 1 +/- 6 tC ha(-1) from their 1900 value. Compensating effects of increasing yields on the one hand (increasing stocks) and of higher harvest index values and ploughing on the other hand (decreasing stocks) occur. Each of these processes taken individually has the potential to strongly alter the croplands soil carbon balance in the model. Consequently, large uncertainties are associated to the estimated change in carbon stocks between 1901 and 2001, roughly +/- 6 tC ha(-1) a(-1). In our most realistic simulation, the current cropland carbon balance is a net sink of 0.16 +/- 0.15 tC ha(-1) a(-1). The annual water balance of cropland soils is influenced by increasing crop water use efficiency, one third of which is caused by rising CO(2). However, increasing water use efficiency occurred mainly in spring and winter, when water is not limiting for plant growth, whereas no strong savings of soil water are achieved in summer through elevated CO(2). Overall, trends in cultivation practices have caused a 3 times larger increase of water use efficiency than rising CO(2).

Keywords: WATER BALANCE; CARBON BALANCE; changement global (search for similar items in EconPapers)
Date: 2008
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Published in Global Biogeochemical Cycles, 2008, 22 (2), pp.GB2022. ⟨10.1029/2007GB003018⟩

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DOI: 10.1029/2007GB003018

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