Ann. For. Sci. 53 (1996) 585-594
DOI: 10.1051/forest:19960237

Radial growth of mature pedunculate and sessile oaks in response to drainage, fertilization and weeding on acid pseudogley soils

M Becker, G Lévy and Y Lefèvre

Forest Ecophysiology Unit, INRA, 54280 Champenoux, France

Abstract - In northeastern France, forest soils on old alluvial terraces are generally unfavourable, strongly acid and often characterized by superficial temporary water tables. In this case, the ground vegetation is dominated by a dense cover of Carex brizoides on the moderately hydromorphic soils (Carex site) or Molinia caerulea on the strongly hydromorphic soils (Molinia site). Both pedunculate and sessile oaks are present in the Molinia site, and practically only pedunculate oak in the Carex site. The experiment aimed at quantifying the radial growth response of mature oaks to various silvicultural interventions. It included i) ditching in order to drain the soils (in 1974), ii) herbicide application (glyphosate; in 1981), and iii) fertilization (P, K, Ca and Mg in 1982; N in 1982 and 1985). A dendrochronological investigation was performed on 620 adult oaks from 60 to 200 years old, which were subjected to these treatments, alone or in combination. The results refer to basal area increment by comparison with control trees. The effect of drainage depended on the site type, the oak species and the age of the trees. Drainage had practically no effect in the Carex site. In the Molinia site, the effect was positive (+20%) for the young (≤ 110 years old) sessile oaks only. It became even depressive (-15%) for the old (> 110 years old) pedunculate oaks. The effect of weeding differed according to the site type, the age of the trees and the drainage modality. Whatever the drainage modality, the effect was depressive (-13%) for the young trees and nonsignificant for the old ones in the Carex site. There was a positive interaction between weeding and drainage in the Molinia site, in the old trees (+22%) as well as in the young ones (+17%), whereas weeding alone had a negative effect (-5%). The effect of fertilization was strongly beneficial (about +20%) in all cases, without any interaction of site type or drainage. However, the time dynamics of this effect was different according to the age of the trees: i) the mean effect was lower in the young trees (+15%), but it was still high when the trees were cored (1991); ii) it was higher in the old trees (+25%), but tended to vanish about 9 years after fertilizing. For analysing the results related to drainage and weeding, we needed to take into account the competition for the mineral nutrients between trees and weeds, as well as the water table depth in the soil, which depends on the evapotranspiration of the whole vegetation cover including trees and ground layer.

Résumé - Croissance radiale de chênes pédonculés et sessiles adultes après drainage, fertilisation et désherbage sur des sols acides à pseudogley. La forêt étudiée est située sur des alluvions anciennes de la Meurthe. Les sols y sont souvent défavorables, très acides, souvent caractérisés par des nappes d'eau temporaires superficielles. Le sous-bois est envahi par une végétation herbacée très dense, à base de Carex brizoides sur les sols moyennement hydromorphes (station à carex) ou de Molinia caerulea sur les sols les plus hydromorphes (station à molinie). Le protocole expérimental comprend i) le creusement d'un réseau de fossés de drainage (1974), ii) un traitement herbicide (glyphosate ; 1981), iii) un apport d'éléments fertilisants (P, K, Ca et Mg en 1982 ; N en 1982 et 1985). Une investigation dendrochronologique a permis de quantifier la réponse de chênes adultes (620 arbres de 60 à 200 ans) à ces divers traitements, seuls ou combinés. L'analyse de l'effet du drainage doit prendre en compte le type de station, l'espèce de chêne et l'âge des arbres. Dans la station à carex, où seul le chêne pédonculé est présent, le drainage est pratiquement sans effet. Dans la station à molinie, l'effet n'est positif (+ 20%) que chez les chênes sessiles jeunes (≤ 110 ans) ; il s'avère même négatif (- 15%) chez les chênes pédonculés âgés (> 110 ans). L'effet du traitement herbicide diffère selon la station, l'âge des arbres et le drainage conjoint ou non du sol. Dans la station à carex, avec ou sans drainage, l'effet est dépressif (- 13%) chez les arbres jeunes, et non significatif chez les arbres vieux. Dans la station à molinie, on observe une interaction positive entre désherbage et drainage, aussi bien chez les arbres vieux (+ 22%) que chez les arbres jeunes (+ 17%), alors que le désherbage seul est dépressif (- 5%). L'effet de la fertilisation est très bénéfique, et comparable dans toutes les situations (+ 20% environ), sans interaction avec la station ou le drainage. La dynamique dans le temps est cependant un peu différente selon l'âge des arbres : i) il est plus faible chez les arbres jeunes (+ 15%) mais se maintenait encore à un niveau élevé au moment du carottage des arbres (1991) ; ii) il est plus important chez les arbres vieux (+ 25%) mais il tend à s'annuler neuf ans après l'apport des fertilisants. L'interprétation des résultats concernant le drainage et le désherbage fait intervenir la compétition pour les éléments minéraux entre arbres et tapis herbacé et le niveau d'engorgement par l'eau des horizons superficiels des sols, qui résulte de l'évapotranspiration de l'ensemble du couvert végétal (arbres + végétation du sous-bois).

Key words: Quercus robur / Quercus petraea / waterlogging / competition / drainage / weeding / fertilization / radial growth / dendrochronology

Mots clés : Quercus robur / Quercus petraea / hydromorphie temporaire / compétition / drainage / désherbage / fertilisation / croissance radiale / dendrochronologie