Ann. For. Sci. 47 (1990) 529-550
DOI: 10.1051/forest:19900601

Les minéraux-test, une approche expérimentale in situ de l'altération biologique et du fonctionnement des écosystèmes forestiers. Effets des types de sols et des essences feuillues et résineuses

J Ranger^a, M Robert^b, P Bonnaud^a, C Nys^a, L Gelhaye and D Gelhaye

^a  INRA CRF Nancy, Station de recherches sur le sol, la microbiologie et la nutrition des arbres forestiers, Champenoux, 54280 Seichamps
^b  INRA CRA Versailles, Station de science du sol, 78000 Versailles, France

Résumé - Résumé - Les modifications du fonctionnement des sols forestiers, liées au changement des pratiques sylvicoles, sont étudiées par une méthode expérimentale in situ. Cette méthode utilise l'évolution d'un minéral-test inséré dans les sols, comme indicateur des conditions environnementales des sols. Les mécanismes de fonctionnement actuel des sols sont identifiés par référence aux données théoriques, obtenues au laboratoire sur le même minéral. Un minéral interstratifié complexe contenant de la vermiculite a été utilisé dans cette expérience. Ce minéral inséré dans les différents horizons de sols acides est étudié après 3 ans de contact. Sur ces sols sont implantées plusieurs essences forestières dont on pourra comparer les effets. Le minéral est analysé quant à son évolution physico-chimique, chimique et minéralogique en comparaison avec la vermiculite témoin non altérée. Les résultats permettent de caractériser les effets des types de sol et des essences. Par exemple, dans le sol brun acide le minéral test est rapidement et fortement désaturé; l'AI fixé est rapidement hydroxylé. L'introduction de conifères et en particulier d'épicéa commun, produit une acidification qui se traduit par une augmentation de l'AI fixé et une hydroxylation intense. Dans le podzol où une quantité supérieure d'AI peut être observée, on ne constate jamais une hydroxylation semblable à celle des sols bruns, l'épicéa produit le même effet relatif que dans le sol brun acide. Au plan des mécanismes, l'acidolyse est le mécanisme typique de fonctionnement des sols bruns, alors que l'acidocomplexolyse caractérise les sols podzoliques. L'effet des essences sur ces mécanismes peut également être défini; l'étude de la dynamique de l'aluminium et de l'évolution minéralogique de la vermiculite, permet de mettre en évidence le phénomène d'acidification des sols liée à l'introduction de l'épicéa commun, et ceci quelque soit le type de sol; une forte interaction existe avec le milieu qui détermine les traits majeurs de la pédogenèse. Le traitement statistique des données permet de visualiser ces différents effets et de classer les essences selon leur action sur le fonctionnement des sols. Cette méthode, compte tenu de la référence expérimentale unique, et des références théoriques existantes, permet de comparer des situations variées et d'identifier les mécanismes de fonctionnement de sols, ce que n'autorise aucune autre méthode simple.Les fonctionnements mis en évidence correspondent à des spéciations différentes de l'aluminium et des autres cations du complexe d'échange, et par là même, à divers effets sur la nutrition et la croissance des végétaux.

Abstract - Effect of some tree forest species on soils, studied by an In situ experimental method. The changes in forest soil function due to silvicultural modifications were studied by an in situ experimental method. This method used the evolution of a test-mineral as an indicator of change in the physico-chemical environment of the soil. The processes operating in the soil can be identified with reference to laboratory data obtained on the same mineral. After 3 years in acidic soils, the test-mineral (an interstratified mineral containing vermiculite) was studied; CEC, exchangeable and non exchangeable elements, mineralogy (XRD traces), and compared with the control. The results showed that if the chemical data and the mineralogy are studied, one can characterize the effects of soil types, soil horizons and forest species. In the acid brown soils the test mineral is highly desaturated while exchangeable acidity increases. In this soil, AI is rapidly hydroxylated. The change of forest species (spruce versus mixed broadleaved) produces an important mobilization of AI and forms a more shable AI intergrate. In the podzol, the quantity of AI is greater than in the acid brown soil but the formation of a very stable AI intergrade mineral was not observed. The change of forest species (spruce versus beech) tends to produce the same relative effect as observed in the acid brown soil. The processes of soil function can be defined as follows: - acidolysis is the processes which discriminates the function of acid brown soils; - acido-complexolysis characterizes the A₁, A₂ horizons of the podzolic soils. We can identify the mechanisms involved in the effect of species on soil function; for example the spruce increases acidity which mobilizes more AI and which tends to form a more stable AI integrate than the broadleaved species; there is a strong interaction between soil and species. Statistical analyses show the level of significance of the effects (soils, species) and allow a clear vizualisation of the results. This method with its unique experimental reference allows us to compare numerous situations and to characterize the mechanisms of soil function in relation to soil type and species. The different processes of soil function that we have recognized, correspond to very different aluminium speciation and cation distribution on the CEC, and consequently to different behaviour for the nutrition and the development of forest species.

Key words: forest tree species / soil function / weathering / vermiculite / aluminium dynamics / aluminium speciation

Mots clés : essences forestières / fonctionnement des sols / altération / vermiculite / dynamique de l'aluminium / spéclation de l'aluminium