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Issue
Ann. For. Sci.
Volume 62, Number 8, December 2005
Page(s) 911 - 923
DOI http://dx.doi.org/10.1051/forest:2005082
Published online 15 December 2005
Ann. For. Sci. 62 (2005) 911-923
DOI: 10.1051/forest:2005082

A comparison of two modelling studies of environmental effects on forest carbon stocks across Europe

Ronnie Milne and Marcel van Oijen

Centre for Ecology & Hydrology, Bush Estate, Penicuik, Midlothian, EH26 0QB, United Kingdom

(Received 13 April 2004; accepted 15 April 2005; published online 15 December 2005)

Abstract - Two modelling approaches to describing the variation in the carbon balance of forests in different parts of Europe are presented. A forest growth model (Eurobiota) was parameterised for 3 eco-climatic zones. The parameter values were derived from process-based forest growth models developed to describe the situation at forest locations within each zone. The model was separately run for conifers and broadleaves on a 30' grid across Europe. Daily climate data covering the period from 1830 to the present and then projected to 2100 were used. European forests were shown to be a net sink of carbon of 0.06 Pg y-1 at present. The Boreal and Temperate zones are likely to continue at their present rate or more for the next century but the net sink in the Mediterranean zone may become smaller due to projected drier conditions. The effect of temperature using the surrogate of latitude on net ecosystem productivity is also discussed. A complex forest growth model (EFM) was parameterised for Norway spruce and Scots pine, and tested against measurements from 22 forest locations across Europe. This second model showed that the main driver of increased forest growth in the 20th century has been increased nitrogen deposition, rather than increased [CO2] or climate change, as indicated by EuroBiota. Increased growth has led to increased carbon storage in the system, but most of it in tree biomass rather than stably sequestered in recalcitrant soil organic matter. Carbon stocks were increased more in Central Europe than in Scandinavia, except for some high-fertility sites where N-deposition had little impact. The EFM model was also used to predict the effects of future environmental change, and suggested that climate change and [CO2] may become the dominant environmental drivers for forest carbon exchange. The two models thus give similar results when considering only climate change and [CO2] but EFM can in addition describe the effects of N-deposition when appropriate.


Résumé - Comparer les impacts de facteurs environnementaux sur les stocks de carbone des forêts européennes : deux exercices de modélisation. Cette étude présente deux approches de modélisation permettant de décrire la variabilité du bilan de carbone des forêts européennes. En premier lieu, le modèle de croissance d'arbres, Eurobiota, fut paramétré pour trois zones éco-climatiques différentes. Les valeurs des paramètres furent dérivées de modèles basés sur les processus simulant la croissance d'arbres dans chacune ces zones. Le modèle fut exécuté séparément pour les conifères et les feuillus, sur une grille de modélisation de 30' à travers l'Europe. Une base de données climatique à échelle quotidienne fut utilisée, couvrant une période de 1830 jusqu'à maintenant, et projetée jusqu'en 2100. Cet exercice de modélisation démontre que les forêts européennes actuelles représentent un puits de carbone de 0.06 Pg an-1. Dans les zones boréales et tempérées, il est probable que ce taux d'accumulation demeure ainsi mais pourrait aussi s'accroître au siècle prochain. Cependant, dû aux conditions climatiques prévues plus arides, le puits net méditerranéen pourrait décroître. Une discussion sur les effets occasionnés par la substitution de la température par la latitude pour simuler la productivité nette est aussi présentée. En second lieu, un modèle complexe basé sur les processus (EFM) fut paramétré pour l'épicéa (Norway spruce) et le pin sylvestre (Scots pine) et testé à partir de données en provenance de 22 forêts européennes. Ce dernier modèle démontre qu'au xxe siècle, le dépôt d'azote plutôt que les changements climatiques ou l'accroissement de CO2, tel que suggéré par Eurobiota, détermine principalement l'augmentation du taux de croissance des forêts. De plus, cette augmentation conduit à une accumulation de carbone dans le système se retrouvant principalement dans la biomasse des arbres plutôt que de manière stable dans la matière organique récalcitrante du sol. Les stocks de carbone de l'Europe centrale s'accroissent plus que ceux de Scandinavie, à l'exception des sites scandinaves hautement fertiles, où le dépôt d'azote influence peu la croissance. EFM fut aussi exécuté afin de prédire les impacts des changements climatiques futurs sur les échanges de carbone. Celui-ci indique que dans le futur, ce sont les changements climatiques ainsi que le CO2 qui risquent de devenir les principaux facteurs déterminant de ces échanges. Les deux modèles démontrent des résultats similaires en ce qui a trait aux changements climatiques et au CO2. Cependant, EFM permet également de décrire l'influence du dépôt d'azote.


Key words: European forests / carbon balance / modelling / climate change

Mots clés : forêts européennes / bilan de carbone / modélisation / changement climatique

Corresponding author: Ronnie Milne rmilne@ceh.ac.uk

© INRA, EDP Sciences 2005