Effet des essences

L’effet des essences a été abordé à différentes échelles du sol. Les peuplements utilisés pour les différentes études mises en œuvre sont identifiés dans le tableau III.1 ci-dessous :

Essences du bloc 1 Essences du bloc 2

Effet des essences

sur : ^{TsF E D P C H S EF DF TsF E D P H} la terre fine X X X X X X X X X X X X les fractions granulométriques fines X X X X X X X X la vermiculite test X X X X X X le sol rhizosphérique ^{X X}

Tableau III.1 : Identification des différents peuplements en fonction des études

menées. (E : épicéa ; D : Douglas ; P : pin laricio ; C : chêne ; H : hêtre ; S : sapin de Nordmann ; F ; fertilisé)

2.3.1. Effet des essences sur les propriétés de la terre fine

Le principe de la méthode est basé sur le fait que les essences forestières peuvent influencer notablement les propriétés physico-chimiques de la terre fine. Certaines tendances ont pu être établies et ont été publiées dans la littérature (cf. chapitre II). La qualité du site d’étude et le nombre de répétitions sont les bases d’une étude pertinente sur le sujet. Pour ce faire, la méthode d’échantillonnages mise en œuvre est présentée ci-dessous.

Les sols ont été décrits à partir d’une fosse pédologique située au centre de chacune des placettes. La stratégie et la méthode d’échantillonnage ont été guidées par les contraintes suivantes :

• la taille des placettes (10 ares) qui ne permet pas de faire de nombreuses fosses,

• la variabilité spatiale habituelle des sols forestiers qui oblige à réaliser un nombre important de répétitions pour que la différence éventuelle induite par les essences soit quantifiable avec les méthodes utilisées. Les sites du Donon (Vosges) et de Vauxrenard (Beaujolais), mis en place précédemment par le laboratoire, ont permis de

fixer à une quinzaine le nombre de profils à prélever pour que les différences présumées soient statistiquement significatives (Bonneau et al., 2000; Ranger et al., 2003).

L’échantillonnage, réalisé suivant une grille systématique de 6x6m, a porté sur 16 profils dans chaque placette, soit environ 1350 échantillons. Les profondeurs prélevées sont les suivantes : 0-5, 5-10, 10-15, 15-25, 25-40, 40-55 et 55-70 cm, soit 7 niveaux. Les prélèvements volumétriques ont été effectués à l’aide d’un gabarit rigide de 15x15x5 cm pour les prélèvements superficiels (0-5, 5-10, 10-15 cm) puis au carottier (volume1l) pour les profondeurs supérieures. Ce prélèvement systématique a l’avantage de la simplicité matérielle pour prélever, mais également pour le traitement des données ; il peut être inadapté si des horizons correspondant à des processus spécifiques ne possèdent pas de limites systématiques, ce qui est le cas des horizons de surface souvent discontinus.

Tous ces échantillons ont été conditionnés de la manière suivante : tamisage à 2 mm, pesée des fractions terre fine et refus pour déterminer le taux de terre fine qui va servir aux calculs quantitatifs.

Les analyses réalisées sont consignées dans le tableau III.2.

Paramètre déterminé Echantillonnage

Echantillons prélevés

12 plantations avec 16 points profils 7 profondeurs [0-5], [5-10], [10-15], [15-25],

[25-40], [40-55], [55-70]

(+ 1 fosse centrale jusqu’à la roche mère altérée) Analyses physiques (1)

- densité apparente - taux de cailloux - granulométrie

Tous les échantillons Tous les échantillons

Les 4 profils centraux de chaque placette

pH H₂O et pH KCl (1) Tous les échantillons

P exctratible méthode Duchaufour &

Bonneau ‘1959) (2) ^{Tous les échantillons}

Eléments échangeables (1) CEC effective (KCl + NH₄Cl)

Eléments échangeables

Tous les échantillons Tous les échantillons

Eléments libres (1) - CBD -Tamm (oxalate) - Tamura (tricitrate) - Pyrophosphate 8 profils de 0 à 15 cm 4 profils de 15 à 70 cm Eléments totaux (2) C, N, P, K Ca, Mg

C, N, P, K Ca, Mg + Si, Al, Na, Fe, Mn

Corg et Norg

Tous les échantillons [0-40cm] pour C et N. 2 profils pour les autres éléments

(1) INRA BEF ; (2) INRA Arras.

Tableau III.2 : Résumé des analyses réalisées sur la terre fine inférieure à 2 mm.

2.3.2. Effet des essences sur les propriétés de la fraction argileuse

Cette approche est basée sur le fait que les fractions les plus fines développent une surface spécifique très élevée et sont à même d’intégrer relativement rapidement une variation des conditions physico-chimiques. Il s’agit vraisemblablement de la fraction du sol la plus réactive sur laquelle une substitution d’essence peut être décelable avec nos moyens analytiques.

Cette étude porte sur les échantillons de sol prélevés dans les 2 blocs (tableau III.1) sur les 4 profils centraux des placeaux. Seuls les échantillons de surface ont été étudiés : 0-5, 5-10 et 10-15 cm.

Les analyses réalisées sont : la diffraction de rayons X et différents tests de comportement, les extractions sélectives (CBD et tamura), l’analyse totale avec mesure conjointe de CEC.

2.3.3. Expérimentation de dissolution de vermiculite en milieu acide

Le principe de la méthode repose sur le fait que l’espace interfoliaire des phyllosilicates expansibles s’aluminise en milieu acide, c'est-à-dire que des oxy-hydroxydes d’aluminium précipitent entre les feuillets, modifiant considérablement les propriétés du minéral. Afin de reproduire ces évolutions, observées en milieux naturels et pour mieux les caractériser, une

expérience d’altération à flux continu en milieu acide a été conduite. La vermiculite est la même que celle utilisée pour les minéraux test (§ 2.3.4. ci-dessous). Le mode opératoire est détaillé dans l’article A du chapitre VII, partie 1.

2.3.4. Effet des essences sur la vermiculite test

La méthode consiste à insérer des minéraux ‘frais’, instables thermodynamiquement dans les sols. Le minéral test utilisé est une vermiculite trioctaédrique haute charge provenant de St Olalla (Espagne) qui a été préalablement saturé avec un cation peu présent dans les sols acides (ici Na⁺). L’homogénéité du matériel est grande et permet de faciliter la caractérisation de son évolution dans le sol. La formule structurale du minéral est la suivante :

(Si2.75 Al1.25) (Mg2.54 Fe³⁺0.25 Al0.17 Mn0.01 Ti0.02)O10 (OH)2 Na0.80

Les vermiculites ont été saturées Na⁺ (NaCl 1N à 60°C pendant 5 jours) et réduits par broyages successifs à la taille de 200-400 µm (tamisage + ultrasons pour éléminer les particules fines). 0,25 gramme de vermiculite ainsi préparée ont été placé dans des sachets en nylon de porosité 50µm. 4 répétitions par niveaux ont été réalisées. Les sachets ont été insérés horizontalement à partir du front de la fosse qui a été rebouchée en respectant l’ordre des horizons.

Après 4 années de contact avec le sol et les solutions du sol, les sachets sont retirés. La nature de la garniture cationique et les modifications de l’espace interfoliaire des minéraux fournissent alors des renseignements sur la dynamique des sols.

Les sachets de minéraux ont été introduits à partir d’une fosse aux 3 profondeurs suivantes : -2 cm, -5 cm et --20 cm. Les peuplements étudiés sont situés dans le bloc 1 (tableau III.-2). Plusieurs analyses ont été réalisées : la mesure de la CEC et des cations échangeables, les extractions sélectives (taitements tamm et tamura) et la diffraction de rayons X avec tests de comportement.

2.3.5. Effet des essences sur le sol rhizosphérique

Par rapport au sol global, le sol rhizosphérique est un site d’interaction privilégié entre les plantes, les microorganismes et les minéraux du sol. Le principe de cette étude repose sur l’analyse des propriétés physico-chimiques et minéralogiques du sol rhizosphérique qui peuvent diverger de celle du sol global en raison des spécificités de ce sous milieu réactionnel. Pour ce faire, une étude chimique de la terre fine a été réalisée ainsi qu’une étude

minéralogique de la fraction argileuse pour les mêmes raisons que celles invoquées dans la partie ci-dessus (2.3.2).

Vingt répétitions de sol ont été échantillonnées sous les peuplements d’épicéa et de chêne du bloc 1 aux niveaux 0-3 cm, 3-10 cm et 10-23 cm. Etant donné la durée de la destruction de la matière organique et de la séparation granulométrique, un échantillon composite a été réalisé pour chaque niveau et sous chaque essence en vue de l’analyse minéralogique de la fraction argileuse. Les analyses et le protocole sont décrits de manière détaillée dans l’article B du chapitre VIII.