Evolution du rapport C/N dans les feuilles et
au coursde la décomposition des litières
sous
climat atlantique.
Le hêtre et quelques conifères
J.C. GLOAGUEN Laboratoire d’Ecc
J. TOUFFET Laboratoire
d’Ecologie végétale,
Complexe.rcientifique
de Beaulieu,F 35042 Rennes Cedex
Résumé
L’évolution du rapport C/N a été suivie dans les feuilles en
place,
au cours de ladécomposition
des litières (dans des sachets en filet de nylon à maillescarrées)
et dansl’humus (couche H et horizon Ai) chez le
hêtre,
Fagussylvatica,
etquelques
conifères :Pseudot.suga
menzie.sü, Picea abies, Picea sitchen.sis, Tsugaheterophylla,
Pinus sylvestris,l’inus murrayana et Pinus nigra laricio.
1. - Introduction
L’intensification du reboisement en
Bretagne,
essentiellement en essences résineu- ses, soulèvequelques inquiétudes.
Certaines essences peuventavoir,
sous le climatplu-
vieux de notre
région,
un rôle néfaste sur les processus depédogenèse.
On connaît par ailleursl’importance
durapport
C/N pour la caractérisation destypes
d’humus maison
possède
peu de connaissances sur l’évolution de cerapport
dans les litières. Ilnous a paru intéressant de suivre cette évolution dans divers
peuplements
de résineuxet dans la hêtraie et de la situer par
rapport
aux C/N des feuilles enplace
et deshorizons humifères.
Notre étude a été réalisée sur la commune de
Bazouges-la-Pérouse (Ille-et-Vilaine),
soit en forêt de Villecartier
(pour Fagus sylvatica,
Picea abies etTsuga heterophylla),
soit au lieu-dit le
Bois-Robert,
àquelques
kilomètres au sud-ouest de laforêt,
pour les autres conifères.Rappelons
brièvement lescaractéristiques générales
de cetterégion
située au fondde la baie du
Mont-Saint-Michel,
à unecinquantaine
de kilomètres au nord de Rennes. Le climat esttempéré océanique,
detype breton,
à hiver doux et été frais.A Antrain
(Ille-et-Vilaine),
à 4 km de laforêt,
lesprécipitations
annuelles moyennesatteignent
896 mmrépartis
sur 140jours
depluie.
Le substrat
géologique
est le massifgranitique d’âge cadomien,
dit deBonnemain, généralement
altéré en surface en un sablejaunâtre
et localement recouvert de limons.Les sols (ESTEOULE et
al., 1971)
sontgénéralement
des sols bruns acides à humus de type moder. Au Bois-Robert ilsprésentent
un horizonsupérieur homogène
de 25 à 30 cm, témoin d’anciennes
cultures, qui
repose sur un horizon B de 30 à50 cm,
légèrement hydromorphe
dans lepeuplement
de Picea sitchensis. Unehydro- morphie
encoreplus
accusée se manifeste dans les reboisements de Picea abies et deTsuga heterophylla
par laprésence
d’horizons àpseudogley.
Nous ne reviendrons pas sur les
caractéristiques
despeuplements (voir
GLOAGUEN& TOUFFET,
1980). Signalons simplement qu’il s’agit,
pour lahêtraie,
d’une vieillefutaie,
et pour lesconifères,
dejeunes peuplements
d’unevingtaine
à une trentained’années.
2. - Méthodes
2.1. Feuilles
Les rameaux des conifères ont été
prélevés
au mois de décembre. Lesfeuilles,
triées en fonction de leurâge,
sont mises à sécher à l’étuve à 65&dquo; ainsi que les feuilles dehêtre,
récoltées enseptembre.
2.2. Litière.%.
La litière est
placée
sur leterrain,
au début du mois de février1973,
dans des sachets en filet denylon
à mailles carrées. La récolte des feuilles a étéfaite,
pour lehêtre,
enplaçant
des cagettes sous les arbrespendant
la chute desfeuilles ;
pour lesconifères,
lesaiguilles
ont été récoltées endécembre,
dans unfilet,
enfrappant légèrement
les branches avec un bâton. Lalitière,
séchée àl’air,
est ensuite mise dans des sachets dont la taille varie avec lesespèces :
20 X 14 cm pour lehêtre,
12 X 7 cmpour les
pins
et 7 X 7 cm pour les autres conifères. Alors que pour les conifères les mailles étaient toutes de0,3
mm nous avons, pour lehêtre,
mis enplace
deuxséries,
l’une à maille de0,3
mmégalement
et l’autre de 2 mm. Les sacs sontplacés
dans les
peuplements correspondants,
sur la couche de fermentation(F)
et recouverts de la couche de litière(L).
Lerythme
des récoltes varie avec lesespèces :
pour lehêtre,
trois sachets ont étéprélevés
tous les 3 moispendant
3 ans et demi et pourles conifères trois sachets tous les 6 mois
pendant
5 ans. Ils sont alors mis à sécher dans une étuve sur chlorure de calcium.Les feuilles et les litières séchées sont
broyées
au« Dangoumeau ».
Sur lespoudres
ainsi obtenues sont directementdosés,
l’azote àl’analyseur
« Coleman » etle carbone au
« Carmhograph
8» (EsPmu
&L ARGUIER ,
1970 a etb).
Il est bien évident que l’utilisation de tels sachets
présente
des avantages mais aussi des inconvénients(G LOAGUEN
&TO UFFET , 1980 ;
MANGENOT &T OUTAIN , 1980).
Parmi ces derniers
rappelons
la modification des conditionspédoclimatiques
et surtoutl’absence d’intervention de la
quasi-totalité
de la mésofaune avec les mailles de0,3
mm, cequi
exclut le passage par laphase coprogène caractéristique
des moder.2.3. Humiis
La couche H et la
partie supérieure !(3
cm) de l’horizonA,
ont étéprélevés
au mois de décembre et tamisés à 2 mm. Le carbone est dosé au
« Carmhograph
8 »et l’azote par la
technique
de Parnas etWagner après
minéralisation au micro-Kjeldahl.
3. - Résultats et discussion
3.1. Au niveau des
feuilles
ettplace
Carbone
(tableau 1)
Dans l’ensemble les valeurs obtenues sont de l’ordre de 40 p. 100. Les teneurs des feuilles de 2 ans sont
toujours plus
élevées que celles de1 an,
cequi indique
une accumulation de carbone. Celle-ci doit se faire
principalement
sous forme delignine
etpeut-être
aussi deprotéines,
ces dernières étantplus
riches en carbone que lesglucides.
Les différences entre lesaiguilles
de 3 et 2 ans sont moinsimportantes :
la teneur en carbone tend à se stabiliser ; elle augmente encore
parfois
ou aucontraire
diminue,
mais en restanttoujours supérieure
à celle desaiguilles
de 1 an.Azote
(tableau 1)
Sauf
exception (Pseudotsuga menziesii),
la teneur desaiguilles
de 3 ans esttoujours
inférieure à celle desaiguilles
de 1 an, cequ’observait
aussi HOHNE(1964)
sur
l’épicéa.
Pour certainesespèces,
uneaugmentation
de la teneur en azote la seconde annéeindique
uneplus grande
richesse enprotéines, peut-être
enpartie
sous formede réserves azotées. Les feuilles de
Fagus sylvatica,
dont la teneur atteint presque 1,9 p.100,
sont nettementplus
riches que celles des conifères.Rapport
C/N(figure 1)
Il traduit
grossièrement
le rapportglucides/protéines (H ELLER , 1969) ;
pour lesaiguilles lignifiées
il traduitplutôt
le rapport(glucides
+lignine)/protéines.
Il atendance à augmenter avec
l’âge
desaiguilles (avec parfois
unelégère
diminution à 2ans),
cequi correspond
bien àl’appauvrissement
en azote et à l’enrichissement enlignine.
Comme pourl’azote, Pseudotsuga
tnenzie.rü faitexception,
le rapport diminuantprogressivement
de 1 à 3 ans. Le C/N des feuilles de I an varie peu avec lesespèces :
il est de l’ordre de 25 pour les conifères
(de 22,7
chezTsuga heterophylla
à26,6
chezPi«us
!Mw!yana),
il est voisin de 20(19,5)
chezFagus sylvatica.
3.2. Au niveau des litières Cnrbone
(tableau 1)
Les teneurs
initiales,
relativement élevées(les
feuilles sèches sont riches enlignine),
varient,
selonl’espèce,
de 45 à 49 p. 100.Globalement,
endépit
desfluctuations,
les teneurs ont tendance à diminuerlégèrement
avec letemps (avec cependant
uneexception
pour Pinussylvestris).
Il semblequ’en
milieu peu actif lalignine disparaisse
en
premier
sous l’action deslignivores (D UCHAUFOUR , 1965).
Dansl’ensemble,
lesteneurs sont
plus
faibles chez le hêtre(41
à 42 p. 100 en find’expérience)
que chez les conifères(encore
44 à48,6
p. 100 en find’expérience également), plus lignifiés.
Azote
(tableau 1)
Les teneurs initiales varient de
0,99
p. 100 pour Pinus murrayana à1,88
p. 100 pourPseudotsuga
menziesii. Chez toutes lesespèces,
les teneurs augmententplus
oumoins au cours de la
décomposition,
bien que le contenu en azote total des litières diminue(G LOAGUEN
&T OUFFET , 1980).
En find’expérience, Pseudotsllga
menziesii est encorel’espèce
laplus
riche en azote avec un taux de2,05
p. 100 alors que Pinus murrayana esttoujours
laplus
pauvre(1,25
p.100). Remarquons
enfin que pourFagus sylvatica
les teneurs sontgénéralement plus
élevées dans les sachets àgrandes
mailles(2 mm),
cequi
nepeut s’expliquer
que par l’action de la mésofaune.Rapport
C/N(figure 1)
Quelle
que soitl’espèce
lerapport
C/N diminue avec letemps.
Un telphénomène
a
déjà
été constaté par de nombreux auteurs(G ILBERT
&BococK, 1960 ; BococK, 1964; H AYES , 1965 ; R APP , 1971 ; A NDERSON , 1973 ;
Gosz etal., 1973 ;
FRANK- LAND,1974 ;
HOWARD &H O W A RD, 1974).
La diminution durapport
estplus
oumoins
importante
etplus
ou moinsrégulière,
les différences observéesparaissant
enrelation avec le C/N initial
(ou
la teneur enazote).
Pour desrapports
relativement bas(25
pourPse ll dots ll ga menziesii,
28 pourFagus sylvatica
et même32,8
pour Pinussylvestris)
la diminution est faible et assezrégulière
alors que pour des rapportsplus
élevés(de
35 à49,5)
la diminution estplus importante
etparticulièrement rapide
les deux
premières
années. Lesespèces
dont les feuilles sont relativement riches en azote libèrent sensiblement au mêmerythme
le gazcarbonique
et l’azote minéralisés(le
C/N baissepeu)
alors que pour des C/Nplus
élevés la libération d’azote diminue par rapport à celle du gazcarbonique (D UCHAUFOUR ,
1965 et1977).
Ainsi les diffé-rences entre les
espèces
s’atténuent au cours de ladécomposition :
les C/N extrêmes(25
pourPseudotsuga
menziesii et49,5
pour Pinus inurrayana en débutd’expérience)
ne varient
plus,
en find’expérience,
que de21,3
pourFagus sylvatica
à37,6
pour Pinus murrayanaqui
faitexception
par sa valeur très élevée. En cequi
concerneFagus sylvatica,
lerapport
estgénéralement plus
faible dans les sachets àgrandes
mailles
(2 mm),
cequi
estprobablement
une manifestation de l’action de la méso- faune. On peut donc penser que les C/N observés sontlégèrement
surestimés et ceci d’autantplus
que les teneurs en azote sont élevées. Eneffet,
il semble(M ANCEN O T
&
T OUTAIN , 1980)
que la faune recherche les litières lesplus
riches en azote etnéglige
lesplus
pauvres.En fonction du
rapport
initial lesespèces
étudiéespeuvent
être classées enquatre
groupes :1 - C/N
compris
entre 25 et 30 :Fagus sylvatica
etPseudotsuga meraziesü,
2 - C/N
compris
entre 30 et 35 : Pinussylvestris
etTsuga heterophylla,
3 - C/N
compris
entre 35 et 40 : Picea abies et P.sitchensis,
4 - C/N
supérieur
à 40 : Pinus murrayana et P.nigra
laricio.En fonction du
rapport
final il estpossible
dedistinguer
aussiquatre
groupes : 1 - C/Ncompris
entre 20 et 25 :Fagus sylvatica
etPseudotsuga menziesü,
2 - C/N de l’ordre de 25 : Picea abies et P.sitchensis,
3 - C/N
compris
entre 25 et 30 :Tsuga heterophylla,
Pinus.sylvestris
et P. ni-gra
laricio,
4 - C/N
supérieur
à 30 : Pinus inlirrayatia.3.3. Au niveau des humus
Il est
plus
difficile de comparer les teneurs en carbone et en azotequi
varientbeaucoup
avec le niveau deprélèvement (tableau 1),
aussi ne tiendrons-nouscompte
que du
rapport
C/N(figure 1).
Coccche H
Le
rapport
varie de19,7
pourPseudotsuga
menziesü à31,9
pour Pinus murrayana.Les
espèces
peuvent être classées en quatre groupes :1 - C/N voisin de 20
: Fagus .sylvatica
etPseudotsuga menziesü,
2 - C/N
compris
entre 20 et 25 : Pinu.snigra laricio, P. ,sylvestris, Tsuga
hete-rophylla
et Picen.sitchen.sis,
3 - C/N
compris
entre 25 et 30 : Piceanhies,
4 - C/N
supérieur
à 30 : Pinu.s murrayana.La
comparaison
de ces trois classements concernant les horizonsholorganiques
montre une certaine stabilité notamment au niveau des extrêmes :
Fagus sylvalica
et
Pseudotsuga
menziesü sonttoujours
dans le groupe 1 et Pinus murrayana dans le 4.Les autres
espèces
oscillent entre les groupes 2 et3,
àl’exception
de Pinusnigra
laricio
qui
passeprogressivement
du groupe 4 au groupe 2.Horizon
A 1
Le
rapport
varie de13,7
pourPse l idotsiigti
menziesü à24,4
pour Picea abies.Il est
possible
dedistinguer
trois groupesd’espèces :
1 - C/N inférieur à 15 :
Pseu d otsugn
menziesii et Pinusnigra laricio,
2 - C/Ncompris
entre 15 et 20 : Picea.sitchensi.s,
Pinussylvestris,
P. mur-raya ll
a et
Fagus sylvatica,
3 - C/N
supérieur
à 20 : Picea abies etTsuga heterophylla.
Le classement est cette fois très différent des trois
précédents,
sauf pour Pseudot- suga menziesiiqui
reste dans le groupe 1. Les C/N lesplus
bas sont observés auBois-Robert,
lesplus
élevés(Fagus sylvatica,
Picea abies etTsuga heterophylla)
en forêt de Villecartier. Les sols du Bois-Robert sont d’anciens sols cultivés surlesquels
l’action des
jeunes plantations
de conifères datant de 1956 commence àpeine
à semanifester. En hêtraie par contre, le C/N est
proche
de20,
il a tendance à s’éleverlégèrement
sousTsuga heterophylla planté
en 1952 etplus
nettement sous Picea abiesdont le
peuplement
est leplus âgé (plantation
en1943).
L’action du sol
initial,
surlequel
se fait laplantation,
semble donc se manifesterpendant
de nombreuses années. Pour éviter de faire intervenir ce facteur dans lacomparaison
desespèces,
elles ont étéséparées
en deux groupes, l’un installé sur solforestier,
l’autre sur solagricole.
Nous les avons ensuiteordonnées,
des C/N lesplus
bas auxplus élevés,
au cours des divers stades de ladécomposition.
- Sur sol forestier :
. Litière
(rapport initial) :
Fagus sylvatica [ Tsuga heterophylla [
Picea abieso Litière
(rapport final) :
Fagus sylvatica [
Picea abies[ Tsuga heterophylla
e Couche H :
Fagus sylvatica [ 7’sitga heterophylla [
Picea abiese Horizon
A l :
Fagus sylvatica [ Tsuga heterophylla [
Picea abies- Sur sol
agricole :
. Litière
(rapport initial) :
Pseudotsuga
menziesü[
Pinussylvestris [
Picea sitchensis[
Pinusnigra
laricio[
Pinus murrayana. Litière
(rapport final) :
Pseudotsuga
menziesii[
Picea sitchensis[
Pinusnigra
laricio[
Pinussylvestris [
Pinus murrayana. Couche H :
Pseudotsuga
menziesü[
Pinussylvestris [
Pinusnigra
laricio[
Picea sitchensis[
Pinus murrayanae Horizon
A l :
Pseudotsuga
menziesü[
Pircusnigra
laricio[
Pinus murrayana.
<
Pinussylvestris [
Picea sitchensisAlors que les séries varient à
peine
sur solforestier,
elles sont moinshomogènes
sur sol
agricole : Pseudotsuga
menziesü atoujours
les C/N lesplus
bas et Pinusmurrayana les
plus
élevés(sauf
dans la dernièresérie,
où l’ordination estplus sujette
àcaution,
les valeurs desrapports
étant trèsproches),
les autresespèces occupant
desplaces
intermédiaires variables. On peut penser que ces mêmesespèces
installées sur un sol forestier se classeraient defaçon identique
mais avec des C/Nlégèrement plus
élevés.
Les facteurs
qui
influencent la vitesse dedécomposition
de la litière sont très nombreux(J ENSEN , 1974 ; M ILLAR , 1974 ;
WILLIAMS &GRAY, 1974).
Parmi ceux-cile
rapport
C/N des feuilles au moment de leur chute a souvent été donné commeprimordial (W ITTICH , 1939 ; R EICHLE , 1971 ;
ZIMKA &S TACHURSKI , 1976).
WIT-KAMP
(1966)
constate aussi que l’activitémicrobiologique
est inversementproportion-
nelle au
rapport
C/N. Par contre, pour d’autres auteurs comme ANDERSOrr(1973),
L EMEE
& BICHAUT
(1973),
ce rapportn’explique
pastoujours
les différences observées entre les diversesespèces.
Nous avons donc calculé les coefficients de corrélation entre les C/N des litières
en début
d’expérience
et diverses données relatives à leurs vitesses dedécomposition (G
LOAGUEN
&TouFFET, 1980) :
nombre dejours
nécessaires pour uneperte
depoids
de 25 et 50 p.
100, perte
depoids
de la litièreaprès
un an dedécomposition,
constan-te de perte de
poids
annuelle de JENNY et al.(1949).
Les coefficients ne sontjamais significatifs. Cependant,
certaines relations entre C/N et vitesse dedécomposition
peuvent être mises en évidence.
Rappelons (G LOAGUEN
&T OUFFET , 1980)
que lesespèces peuvent être,
en find’expérience,
classées en trois groupes :1 - Pinus
nigra
laricio et Picen sitchensis ont la vitesse dedécomposition
laplus rapide,
2 -
Pseudotsuga menziesii,
Piceaabies,
Pinussylvestris,
P. mtcrrayana etFagus sylvatica
viennentensuite,
cette dernièreespèce pouvant d’ailleurs,
parextrapolation,
être rattachée au groupeprécédent,
3 -
Tsuga heterophylla
a la vitesse laplus
lente.Pseudotsuga menziesü, qui
a dans l’ensemble les C/N lesplus bas,
est dansle groupe
2,
mais elle estparmi
lesespèces
dont les litières sedécomposent
leplus rapidement
dans lespremiers
moisqui
suivent leur chute.Fagus sylvatica, qui
a des C/N voisins de ceux del’espèce précédente,
a unevitesse de
décomposition plus
lente audébut,
maisplus régulière,
cequi peut
l’amener dans le groupe 1 en find’expérience.
Picea sitchensis a une litière
qui
sedécompose
relativementrapidement malgré
un C/N initial de
39,3,
mais lerapport
tomberapidement
aux environs de 25(comme
celui de Picea
abies).
Pinus
nigra
laricio faitexception : malgré
un C/N initial de40,7, qui
resteensuite entre 25 et
30,
sa litière estparmi
cellesqui
sedécomposent
leplus rapi-
dement.
Tsuga heterophylla,
àl’inverse, malgré
des C/N moyens, a une vitesse dedécomposition
trèslente,
alors que Pinussylvestris,
pour des C/N voisins ou mêmelégèrement supérieurs,
a une litièrequi
sedécompose
assezrapidement,
surtout audébut.
Pinus murrayana enfin a les C/N les
plus élevés ; c’est, après Tsitga heterophylla, l’espèce
dont la vitesse dedécomposition
est laplus
lente.Les
rapports
C/N ne suffisent donc pas àinterpréter
les différences observées.Pour FOGEL & CROMACK
(1977),
la vitesse dedécomposition
estplus
liée au contenuen
lignine qu’au rapport
C/N. Pour DnusEtvM!xE & PRUSSO(1963),
enplus
despropriétés chimiques classiques
de la litière(N, P, K, Ca, cendres,
substancessolubles, cellulose, lignine, protéines, pH)
il faudrait aussi tenircompte
des autres élémentsminéraux,
de laprésence
decomposés toxiques,
de la structureanatomique
destissus,
sans oublier les conditions du
milieu,
notamment les conditions detempérature
etd’humidité.
Il est bien évident que dans les
expériences
in situ tous ces facteurs(auxquels
il faut bien sûr
ajouter
l’action de lamésofaune)
interviennentplus
oumoins,
indi-viduellement ou en
synergie.
Lespropriétés intrinsèques
des litières sontimportantes
mais les facteurs
écologiques
stationnels semblentjouer
un rôleprimordial (G LOAGUEN
et
al., 1980).
4. - Conclusion
Le rapport C/N traduit
grossièrement
le rapportglucides/protéines.
Pour lesaiguilles lignifiées
des conifères il traduitplutôt
le rapport(glucides
+lignine)/pro-
téines. Il a tendance à augmenter avec
l’âge
desaiguilles
enplace,
cequi correspond
àl’appauvrissement
en azote et à l’enrichissement enlignine.
Il est maximum lors de leur chute et diminue ensuite
plus
ou moinsrégulièrement
dans les litières. Il atteint ses valeurs les
plus
faibles enA,
où il varie de13,7
dansun
jeune peuplement
dePseudotsuga
menziesii à24,4
dans unpeuplement plus âgé
de Picea abies.Fagus sylvatica
etPseudotsuga
inenziesii ont dans l’ensemble les C/N lesplus bas,
Pinus murrayana lesplus
élevés.Il
n’y
a pas de corrélationssignificatives
entre lerapport
C/N et la vitesse dedécomposition
des litières. Néanmoins certaines relationspeuvent
être mises enévidence,
les C/N lesplus
bascorrespondant grossièrement
aux vitesses lesplus
élevées etinversement ;
mais lesexceptions
sontnombreuses,
le C/N étant seulementun des nombreux facteurs
qui
interviennent dans les processus dedécomposition
des litières.Reçu
pourpublication
le 20 octobre 1981.Summary
C/ N evolution in the leaves and
during
litterdecomposition
under atlantic clitnate. The beech and some
conifers
The C/N evolution has been followed in the tree leaves,
during
the litterdecomposition
(in square meshnylon
netbags),
and in the H and A, humus for the beech, Fagussylvatica,
and some conifers :
Pseudotsllga
menziesii, Picea abies, Picea sitchen.sis, Tsugaheterophylla,
Pinus
sylvestris,
Pinu.s murrayana and Pinuv nigra larico.The C/N ratio roughly expresses the carbo-hydrates/proteins ratio. For the
lignified
needles of the conifers, it rather expresses the (carbo-hydrates +
lignin)/proteins
ratio.It trends to increase with the needle age on the tree, which agree with the nitrogen
impoverishment
and with the ligninenriching.
It reaches its maximum at the time of their fall and then decreases more or less
regularly in
the litters. The lower values are observed in A, where it varies from 13.7 in ayoung stand of P.seudotsuga menzie.sii to 24.4 in an older stand of Picea abies. Fagus sylvatica and
Pseudot.suga
menziesii have, on the whole, the lowest C/N, Pinus murrayana thehighest.
There is no
significant
correlations between the C/N ratio and thedecomposition
rate of the litters. Nevertheless some obvious relations can be observed, the lowest C/N
roughly
correspond to the highest rates andinversely,
but the exceptions are numerous.Références
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