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Issue
Ann. For. Sci.
Volume 61, Number 3, April-May 2004
Page(s) 221 - 233
DOI http://dx.doi.org/10.1051/forest:2004015
Ann. For. Sci. 61 (2004) 221-233
DOI: 10.1051/forest:2004015

Importance et devenir des biopolymères (lignines et polysaccharides) dans les sols d'une chronoséquence de hêtraies (Fagus sylvatica), en forêt de Fougères (France)

Michel Karroum, Bernard Guillet, Nathalie Lottier and Jean Robert Disnar

UMR 6113 du CNRS, Université d'Orléans, Institut des Sciences de la Terre d'Orléans, BP 6759, 45067 Orléans Cedex 02, France

(Reçu le 8 octobre 2002 ; accepté le 10 mars 2003)

Abstract - Importance and fate of biopolymers (lignins and polysaccharides) in soils of Fagus sylvatica stands of various ages in Fougères forest (Britany - France). Four beech stands of various ages were selected in 1997 to study the evolution of lignins and structural polysaccharides (cellulose, hemicelluloses) in the soil cover. The 10-year-old station has a mull type humus. In the 27-year-old stand there is a mull-moder mosaic whereas in the 87 and 145-year-old stands humus is a moder. Twenty-one soil profiles were sampled by separating the different humus layers, i.e., OL and OF, present in mull and moder, the OH layer, present only in the moder. Organo-mineral A11 and A12 horizons were also sampled with some A13 horizons in the mull stations. Lignins are abruptly degraded in mull where they represent 52°/°° of the total organic carbon (TOC) in OL and only 12°/°° in A1 horizons. Similarly, polysaccharides undergo degradation from 236°/°° (OL) to 105°/°° (A1) of TOC. The fast decrease in the concentration of these components over a small depth interval is indicative of a strong biological activity. The lignin alteration is evidenced by the decrease of the ratio of syringic compounds over vanillic compounds that reveals methoxyl group losses and the increase of vanillic acid over vanillic aldehyde which indicates oxidative depolymerization of lignins. In old stands (87, 145-y.) where humus was of an uniform moder type, the decrease of the xylose/mannose ratio in the OF and OH layers reveals the production of microbial sugars at the expense of the phyto-inherited polysaccharides, like cellulose and hemicelluloses which decrease, whereas lignins are also strongly degraded. The decrease of the structural polysaccharides continues in the underlying A1 horizon, similar to the evolution observed in the transition from mull to moder although at a less degradation rate.

Résumé - Des parcelles de la forêt de Fougères, constituant une chronoséquence de peuplements de hêtre de 10, 27, 87 et 145 ans, ont été sélectionnées pour étudier le statut et le devenir des lignines et des polysaccharides structuraux dans les sols. Les humus sont des mull acides dans le jeune fourré et des moders dans les deux plus vieilles hêtraies. Le gaulis de 27 ans offre une mosaïque d'humus de type mull et moder. Dans les couches holorganiques du mull on observe la disparition brusque de la lignine dont la concentration rapportée au carbone organique total décroît de 52 à 12 °/°° entre la litière OL et l'horizon organo-minéral A1 immédiatement sous-jacent. De même, les teneurs en polysaccharides rapportées au carbone organique total chutent de 236 à 105 °/°° entre OL et A11. Dans les vieilles futaies où l'humus est uniformément de type moder, les dégradations des lignines et des polysaccharides deviennent importantes dans les couches OF et OH, en même temps que se néoforme une phase de polysaccharides microbiens. L'altération de la lignine se manifeste par la diminution des rapports des composés de l'unité syringique sur ceux de l'unité vanillique (S/V) et l'augmentation du rapport de l'acide sur l'aldéhyde vanillique (aci/ald V). Le premier rapport met en évidence la perte sélective des groupements méthoxyles (-OCH3), le second la dépolymérisation oxydative croissante des lignines. Le mécanisme de dégradation des polysaccharides structuraux (cellulose, hémicelluloses), qui s'accompagne d'une néosynthèse des polysaccharides microbiens, est révélé chimiquement par l'évolution du rapport du xylose sur le mannose. Ce dernier monomère est le traceur des néoformations microbiennes alors que le xylose reflète le devenir des hémicelluloses qui se dégradent. À partir de l'horizon organo-minéral A1, les différences d'évolution se révèlent moins accentuées entre le mull et le moder mais elles persistent néanmoins.


Key words: beech / mull and moder / organic carbon / degradation / neoformation

Mots clés : hêtraie de plaine / mull et moder / carbone organique / dégradation / néoformation

Corresponding author: Jean Robert Disnar Jean-Robert.Disnar@univ-orleans.fr

© INRA, EDP Sciences 2004