Effet des substitutions d’essences forestières sur l’évolution des sols et de leur minéralogie : bilan après 28 ans dans le site expérimental de Breuil (Morvan), Effect of tree species on soils and soil minerals changes : balance sheet of the Breuil experimental forest site after 28 years (Morvan, France)

Louis Mareschal

Description

Sous la direction de Jacques Ranger, Marie-Pierre Turpault
Thèse soutenue le 24 juin 2008: Nancy 1
L’objectif de ce travail était de mesurer l’effet de différentes essences sur un sol acide. Le milieu a été caractérisé par une analyse minéralogique approfondie de la roche et du sol. Cette étude a été réalisée sur le site expérimental de Breuil (Morvan) mis en place en 1976. Les essences étudiées sont : la forêt native constituée par un Taillis-sous-Futaie (TsF) feuillu, le chêne, le hêtre, l’épicéa commun, le Douglas, le sapin de Nordmann et le pin laricio. Plusieurs études ont été menées à différentes échelles pour caractériser l’effet des essences sur le sol avec la détermination : i) des propriétés physico-chimiques la terre fine ii) de la minéralogie des fractions fines iii) du fonctionnement actuel des sols par incubation de vermiculites-test iv) des propriétés physico-chimiques et minéralogiques du sol rhizosphérique. Les résultats indiquent que le sol est acide et très pauvre en cations alcalino-terreux. Comparativement aux feuillus, les résineux provoquent une désaturation et une acidification du complexe d’échange de ce sol selon l’ordre suivant : épicéa = Pin = Douglas > TsF =chêne = hêtre. L’étude des fractions granulométriques fines montre que le Douglas et le pin provoquent une dissolution nettement plus importante de certaines phases argileuses que l’épicéa et les feuillus. L’altération des minéraux est plus poussée dans le sol rhizosphérique que dans le sol global, notamment sous épicéa. Les modifications observées sur la phase solide du sol sont interprétées de manière satisfaisante par l’intégration des propriétés du cycle biogéochimique propre à chaque essence. Cette étude apporte des connaissances importantes pour les aménagistes forestiers.
-Pédogenèse
-Substitution d’essence
The aim of this work was to measure the effect of different forest species on the same acid soil and its mineralogy. The site was described in detail by studying the parent material and a soil profile. The study was carried out at Breuil Experimental Site in Morvan, France, which was set up in 1976. The species studied were: native forest species in a broad-leaved Coppice with Standards (CwS), oak, beech, Norway spruce, Douglas fir, Nordmann fir and Corsican Laricio pine. Several methods were used: i) the physico-chemical properties of the fine earth; ii) the mineralogy of the fine soil fractions; iii) the present functioning of the soil using vermiculite placed in situ in the soil as a test-mineral, in parallel with a dissolution experiment on the same mineral in a controlled environment; and iv) the physico-chemical and mineralogical properties of the rhizospheric soil under oak and spruce. The results indicated that the granite was acid and very poor in basic cations. In comparison with the broad-leaved trees, the conifers caused additional desaturation and acidification of the exchange complex of this soil. Examination of the clay fraction showed that Douglas fir and pine caused a much greater dissolution of certain clay mineral phases than the spruce and broad-leaved trees. Mineral weathering was also greater in the rhizospheric soil, than in the total soil, especially below spruce which was related to the ammoniacal form of nitrogen nutrition. Changes observed in the solid soil phase were satisfactorily explained by the integration of the properties of the bio-geo-chemical cycle of each species. This study provides interesting information relevant to forest managers.
Source: http://www.theses.fr/2008NAN10051/document

Sujets

• Pédogenèse

Informations

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• Poids de l'ouvrage: 10 Mo

Extrait

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Faculté des Sciences & Techniques STMP
Ecole doctorale RP2E Laboratoire de Biogéochimie de
Département de Formation Doctorale Ecosystèmes Forestiers,
des Géosciences (BEF-INRA), UR 1138, Centre
de Recherche Forestière, 54280
Champenoux (France)




Thèse

Présentée pour l’obtention du titre de

Docteur de l’Université Henri Poincaré, Nancy-I

En Géosciences


par Louis MARESCHAL


Effet des substitutions d’essences forestières sur l’évolution des sols et de
leur minéralogie : bilan après 28 ans dans le site expérimental de Breuil
(Morvan)


Soutenue publiquement le 24 Juin 2008 devant la commission d’Examen :


Membres du jury :

Président Mme Sylvie DOUSSET, Professeur LIMOS,CNRS,U.H.P. Nancy I
Rapporteurs : Mr. Bruno DELVAUX, Professeur, Université Catholique de Louvain-la-
Neuve (Belgique)
Mr. Felipe MACIAS, Professeur, Université Santiago de Compostela,
Espagne
Examinateur : Mr. Alain BRETHES, Ingénieur chargé de recherches ONF, Orléans
Mr. Bruno LANSON, Directeur de recherches, LGIT, CNRS, Grenoble
Mme Marie-Pierre TURPAULT, Chargée de recherches INRA Nancy (co-
Directeur de thèse)
Mr. Jacques RANGER, Directeur de recherches INRA Nancy (co-
Directeur de thèse)
















Table des Matières
















LISTE DES FIGURES ET TABLEAUX ............................................................................................................ 7
CHAPITRE 1 INTRODUCTION GENERALE....................................................................................... 14
1 EVOLUTION DE LA COMPOSITION ARBOREE DE LA FORET FRANÇAISE...................................................... 15
2 CONSEQUENCES DES MODIFICATIONS DE LA COMPOSITION ARBOREE DE LA FORET................................. 16
3 APPROCHE DE L’ETUDE : DES ESSENCES SUR UN MEME SOL..................................................................... 17
4 OBJECTIFS DE L’ETUDE............................................................................................................................ 18
4.1 Etude de la roche mère et d’un profil de sol « climacique »......................................................... 18
4.2 Effet du changement d’essence sur les propriétés physico-chimiques et chimiques de la terre fine
18
4.3 Caractériser les évolutions minéralogiques actuelles en fonction des essences :......................... 19
CHAPITRE 2 SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE................................................................................. 21
1 RAPPEL SUR LES FLUX D’ELEMENTS AU SEIN DE L’ECOSYSTEME FORESTIER ........................................... 22
2 ALTERATION DES MINERAUX DU SOL....................................................................................................... 24
3 EFFET DES ESSENCES SUR LE CYCLE BIOGEOCHIMIQUE............................................................................ 27
3.1 Effet des essences sur les flux d’éléments entrants dans l’écosystème (figure II.1) ...................... 27
3.2 Effet des essences sur les flux d’éléments sortant de l’écosystème (figure II.1)............................ 30
3.3 Impact des essences sur les flux internes ...................................................................................... 31
3.4 Effet des essences sur la microflore et pédofaune......................................................................... 33
3.5 Effet des essences sur la transmittance lumineuse et la température............................................ 34
CHAPITRE 3 MATERIEL ET METHODE............................................................................................ 35
1 PRESENTATION DU SITE ATELIER ............................................................................................................. 36
2 MATERIEL ETUDIE ET MOYEN ANALYTIQUE............................................................................................. 39
2.1 Etude de la roche mère du site ...................................................................................................... 39
2.2 Etude d’un profil de référence....................................................................................................... 40
2.3 Effet des essences .......................................................................................................................... 42
2.3.1. Effet des essences sur les propriétés de la terre fine ................................................................................. 42
2.3.2. Effet des essences sur les propriétés de la fraction argileuses................................................................... 44
2.3.3. Expérimentation de dissolution de vermiculite en milieu acide................................................................ 44
2.3.4. Effet des essences sur la vermiculite test .................................................................................................. 45
2.3.5. Effet des essences sur le sol rhizosphérique ............................................................................................. 45
3 METHODE D’ANALYSES........................................................................................................................... 46
3.1 Etude au microscope optique ........................................................................................................ 46
3.2 Microanalyses : microsonde et microscope électronique à transmission (MET).......................... 46
3.3 Observations et analyses au microscope électronique à balayage (MEB).................................... 47
3.4 Analyse thermopondérale.............................................................................................................. 47
3.5 Dissolutions sélectives................................................................................................................... 47
3.6 Séparation des fractions granulométriques................................................................................... 50
3.7 La diffraction de rayon X .............................................................................................................. 51
3.8 Analyse chimique totale ................................................................................................................ 53
3.9 Carbone et azote total ................................................................................................................... 54
3.10 Phosphore extractible P (Duchaufour and Bonneau, 1959) ......................................................... 54
3.11 pH de la terre fine ......................................................................................................................... 55
3.12 Capacité d’échange cationique de la terre fine............................................................................. 55
3.13 Quantification de minéraux des fractions granulométriques ........................................................ 56
3.14 Traitement statistique des données................................................................................................ 57
CHAPITRE 4 ETUDE DE LA ROCHE MERE ET D’UN PROFIL DE REFERENCE ..................... 59
1 ETUDE PETROGRAPHIQUE, MINERALOGIQUE ET CHIMIQUE DE LA ROCHE DU SITE DE BREUIL. ................. 60
1.1 Situation géologique...................................................................................................................... 60
1.2 Connaissances générales du massif granitique............................................................................. 60
1.3 Résultats et interprétations............................................................................................................ 62
1.3.1. Répartition des faciès sur le site de Breuil et description minéralogique.................................................. 62
1.3.2. Teneur des diff