Influence d’un dessèchement du sol
sur
la nutrition minérale de jeunes plants de résineux
M. BECKER G. LÉVY
avec la collaboration technique de C. BRÉCHET **, Renée-France CLAUDE * et Y. LEFÈVRE **
J.N.R.A, Laboratoire de Phytoécologie forestière
", Station de Recherches sur les sols forestiers et la Fertilisation Centre de Recherches
fore.stières
deNancy
Chall l pe //
o /l
x,
54280 Seici!at?ipsRésumé
Deux
expériences
ont été menées en serre sur dejeunes plants, respectivement
desapins
(Abies alba, tioi-dtntiiiiiiaiia et nrrmidicaj etd’épicéa
(Picea abies). Différentes durées et intensités de dessèchement du sol ont étéappliquées.
Cetteannée-là,
la croissance aérienne ainsi que les différences de croissance et de biomasse foliaire entre traitements ont été faibles chez lessapins, importantes
chezl’épicéa.
En fin
d’année,
les concentrations des différents éléments dans lesaiguilles
dessapins
étaient d’autant
plus
faibles que la sécheresse avait étéplus
marquée.Chez l’épicéa, les
prélèvements
foliaires effectués en cours de saison devégétation
four-nissent un résultat à peu
près identique
au précédent. Par contre, en fin d’année cela n’estplus
valable que pour lepotassium ;
aucontraire,
le déficithydrique
a alorsaugmenté
lesteneurs foliaires en azote,
manganèse
et calcium.Il en
découle,
et pour cet élément cela concorde avec lesrenseignements bibliographiques,
que
l’analyse
dupotassium apparaît
comme un test robuste dediagnostic
de déficithydrique
sur de
jeunes résineux, qui
reste valable mêmeaprès disparition
du stress.Parallèlement, une fertilisation en
potassium pourrait peut-être
corriger enpartie
lesconséquences
de la sécheresse.1. Introduction
Un déficit dans l’alimentation
hydrique
desvégétaux
affecte leur nutrition minérale.L’eau
joue
en effet un rôleimportant
dans le transport des éléments nutritifsjusqu’aux
racines
(V IETS , 1972) ;
en outre, le dessèchement du sol réduit la biomasse racinaire formée au cours del’année,
aussi bien pour lesplantes
cultivées annuelles(G RINGRICH
& RussEt.,
1957)
que pour lesespèces ligneuses,
et enparticulier
lesjeunes plants (ZA
H N E
R, 196ô ; B ECKE R, 1977).
Il est
également
bien connuqu’un
déficithydrique
inhibe aussi la croissance aérienne desplantes ;
cette réductiond’allongement
de latige s’accompagne,
enparti-
culier chez les
espèces ligneuses,
d’une diminution de la biomasse foliaire formée(K OZLOWSKI
, 1982).
Il résulte de ces deux
phénomènes
que la concentration(ou
teneur,exprimée
enp.
100)
d’un élément dans les feuilles peut diminuer ou augmenter par rapport au témoin à la suite d’un stresshydrique,
selon que ce dernier affecteplus
l’assimilation de cet élément que la biomasse foliaire duvégétal,
ou que l’inverse seproduise.
Cette modification de la teneur foliaire en certains éléments
peut-elle
être utiliséecomme test de déficit
hydrique,
encomplément
de l’étude de facteursplus
immédia-tement liés à ce stress, mais
qui
fluctuentbeaucoup
dans le temps, comme lepotentiel hydrique
des feuilles ou la résistancestomatique ?
Ilfaudrait,
pourqu’elle présente
un intérêtpratique,
que cette modification soitsensible, qu’elle
seproduise toujours
dansle même sens,
qu’elle
se maintienne dans différentes conditions de croissance aérienne et, sipossible, qu’elle
soit encore décelablelorsque
des conditions favorables d’alimen- tation en eau se sont rétablies.L’objectif
de l’étude dont nous rendons compteci-après
est d’observer dansquelle
mesure ces
exigences
sont satisfaites pour un ouplusieurs éléments,
en vue de faciliter lediagnostic
de déficithydrique
dans dejeunes plantations
forestières. Lesrenseigne-
ments fournis par la
bibliographie
ne sont en effet pastoujours
concordants, et surtout ne concernent que rarement desespèces ligneuses.
Cette étude
pourrait
en outre permettre de détecter des déficits minérauxprovoqués
par la
sécheresse,
déficitsqui amplifient peut-être
l’influence défavorable propre du manque d’eau. Dans ce cas un apportd’engrais pourrait
s’avérer utile pourcorriger
en
partie
lesconséquences
de la sécheresse.Nous nous sommes intéressés à de
jeunes résineux, espèces
très utilisées dans lesreboisements. Afin de
pouvoir
contrôler le caractère assezgénéral
desrésultats,
nousavons considéré :
- 2 genres différents
(épicéa
commun et troisespèces
desapin),
- différentes intensités et
périodes d’application
de lasécheresse,
- un cas où la sécheresse provoque de fortes différences de croissance aérienne
et un autre où ces différences sont très faibles
(la
croissance du témoin étant elle-même peuimportante).
Nous nous limiterons strictement aux
objectifs
énoncés ci-dessus. Nous n’étudieronsen
particulier
pas l’évolution des teneurs foliaires avec letemps,
cequi
amènerait à émettre deshypothèses
que nous ne sommes pas en mesure de vérifier.2. Matériel et méthodes 2.1.
L’expérience
sur lessapins
Au cours d’une
expérience rapportée
par ailleurs(B ECKER , 1977),
ont été étudiées latranspiration
etl’adaptation
à la sécheresse de troisespèces
desapins :
lesapin pectiné (Albies
albaMill.),
lesapin
de Nordmann(A.
rrordmannianaSpach.)
et lesapin
de Numidie
(A.
numidica deLannoy).
L’expérience,
menée en pots deculture,
porte sur 25 semis d’un an de chacune des troisespèces,
et se déroule sur deux saisonscomplètes
devégétation.
Le substrat utilisé est unmélange
comprenant : 2parties (en poids)
de sablegrossier,
3 desable fin et 2 d’un mull
mésotrophe
à texturelimono-argileuse.
Au cours de lapremière année,
lesplants
sontrépartis
en trois lots soumis à des modalités d’alimentation en eau très contrastées :modalité 1 : aucune restriction
(témoin) ;
modalité 2 : alimentation conçue de
façon
à provoquer une sécheressemarquée
au cours de l’été
(pF
du sol :3,3
le 10juillet ; 4,2
le 1°‘septembre) ;
modalité 3 : alimentation conçue de
façon
à provoquer la sécheresse dès leprintemps (pF 3,3
le 20mai ; 4,2
le 20juillet).
Une
partie
desplants
sont sacrifiés à la fin de lapremière
année. Les autres sont conservés en culture une année deplus,
sans restriction d’alimentation en eau, afin d’observer les effets différés de la sécheresse depremière
année.Parmi les résultats obtenus
alors,
on observe que la sécheresse inhibe fortement la croissance racinaire dès lapremière
année et, à undegré moindre,
la croissance endiamètre ;
mais la croissance enlongueur
n’estpratiquement
pas touchée 0. Les autres effets ne se manifestentqu’au
cours de la deuxième saison : retard audébourrement,
diminution du nombre
d’aiguilles
et croissance enlongueur
trèsamoindrie ;
par contre, croissance en diamètre et croissance racinaire retrouvent un niveau normal. Pourl’exposé complet
desrésultats,
on sereportera
à l’article cité(B ECKER , 1977).
L’analyse
minérale est effectuée sur différents typesd’aiguilles :
celles de l’année n récoltées à la fin de l’année n
(appelées « aiguilles
n/n»),
. celles de l’année n récoltées à la fin de l’année n + 1
(appelées « aiguilles
n/n + 1
»),
a celles de l’année n + 1 récoltées à la fin de l’année n + 1
(appelées « aiguilles
n + 1/n + 1
»).
Pour
chaque espèce
etchaque modalité,
l’échantillonanalysé
est constitué par la totalité desaiguilles (de
lacatégorie indiquée)
de troisplants
différents.2.2.
L’expérience
surl’épicéa
commun(Picea
abies(L.) Karster2)
Elle est réalisée en serre dans des vases de
végétation cylindriques
d’environ 30 cmde hauteur et
diamètre,
contenant du sablesurmonté,
sur 7 cm dehaut,
d’un mullmésotrophe
à texturelimono-argileuse.
Des semis de 2 ans sontrepiqués,
à raison de9 par vase, au début de l’année de
l’expérience.
Des sondeshygrométriques
deplâtre,
installées dans le
mull, permettent d’apprécier
trèsgrossièrement
lepF
du sol.L’expérience comporte
4répétitions
audépart,
et se déroule en 2phases
succes-sives :
(1) L’allongement axial est faible dans tous les cas (moyennes calculées pour les trois espèces : 33,0 mm en modalité 1, 32,3 mm en modalité 2 et 27,3 mm en modalité 3), ce qui est normal pour des semis de sapin de 1 an. De plus cet allongement est acquis très tôt au printemps,
avant que ne se fasse sentir la sécheresse de modalité 2 et alors que celle de modalité 3 est encore peu marquée ; ceci doit expliquer en grande partie la quasi-absence de répercussion des traitements sur les allongements.
a) Jusqu’à
la finjuillet,
il y a 3 modalités :! le témoin C : le sol est
maintenu, grâce
à desapports
d’eau trèsfréquents,
àun
pF
voisin de2,5,
cequi correspond
à lacapacité
auchamp ;
e la sécheresse SI : on laisse le sol se dessécher
jusqu’à
unpF
de3,3, puis
onarrose un peu de
façon
à ce que lepF
redescende dequelques dizièmes,
on laisse à nou-veau le sol se
dessécher,
etc. ;la sécheresse S2 : même
principe,
mais en laissant lepF
monter à3,9.
Le dessèchement du sol débute le 12
mai,
alors que la pousse terminale vient de démarrer.Jusqu’à
la finjuillet,
on est amené à effectuer desapports
d’eau à 8 re-prises
enSI,
et à 4reprises
en S2. LespF
de SI et S2 sont à peuprès équivalents jusqu’au
5juin.
b)
A la fin du mois dejuillet, après
réhumectation de tous les seaux, 2 traitements sontappliqués :
. C :
capacité
auchamp,
. S : dessèchement du sol
jusqu’à
unpF
de3,9 puis réhumectation,
etc.Les traitements C et SI de la
première phase
sont ainsi scindés endeux ;
les modalités sont donc les suivantes au cours de la deuxièmephase : CC, CS, SIC, SIS,
S2C.On observe de fortes différences de croissance en
longueur
et de biomasse foliaire entre les divers traitements.Les
prélèvements
foliaires destinés auxanalyses
ont été effectués les20-6,
27-7 et 15-12.Chaque
échantilloncomporte
unmélange
de l’ensemble desaiguilles
de l’année de 2 ou 3plants.
Iln’y
a pas derépétition
àchaque date,
en raison de la faible biomasse foliaire formée dans certains traitements.3. Résultats
3.1.
L’expérience
.sur lessapins
Le tableau 1
indique,
pourmémoire,
les valeurs obtenuesprécédemment
pour latranspiration
cumulée desplants.
Celles-ci donnent une idée de l’intensité des sécheressesimposées
au cours de l’année n, enparticulier
en modalité 3(sécheresse
dès leprin- temps),
pourlaquelle
latranspiration
est 3 à 4 foisplus
faible que celle de modalité 1(pas
derestriction).
Les différences observées pour l’année n + 1 doivent être examinées en
prenant
encompte
les réductions de taille desplants
consécutives aux sécheresses subies au cours de l’année n.Les résultats concernant la nutrition sont
présentés
sur lafigure
1 et le tableau 2.Nous n’avons pas décelé de différences de
comportement significatives
entre les3
espèces étudiées ;
aussil’interprétation
des résultatsporte-t-elle
sur les moyennes deces 3
espèces.
3.11.
Aiguille.s
Illn nPour tous les
éléments,
sauf lesilicium,
les teneurs foliaires se classent dans l’ordre suivant : modalité 1 > modalité2 >
modalité3,
les différences entre 2 modalités successives étantparfois
très nettes,parfois beaucoup
moins. Elles sont nettes pour tous les éléments entre les modalités 1 et2;
elles sont très faibles entre les modalités 2 et 3 pour le calcium et lemanganèse.
La pousse aérienne du
sapin
étant peu affectée par la sécheresse au cours de cettepremière année,
ces résultats traduisent l’influence réelle de la sécheresse sur lacapacité d’absorption
des différents éléments par lesystème
racinaire.3.12.
Aiguille.s
n + 1/tt -I- 1Les teneurs foliaires en éléments sont en
général
peu liées aux conditions d’ali- mentation en eau au cours de l’annéeprécédente,
en tout cas nettement moins que pour lesaiguilles
n/n. Dans lesplants
soumisprécédemment
à un stress, les teneurs relatives ont fortement remonté par rapport autémoin,
cequi
estlogique,
car leurdéveloppement
racinaire au cours de l’année n + 1 estnormal,
alors que leur croissance aérienne enlongueur
est fortement réduite.3.13.
Aiguilles
ni + 1Leurs teneurs foliaires ne sont non
plus
pas très liées aux conditions d’alimen- tation en eau au cours de l’année n, nettement moins de toutefaçon
que les ai-guilles
n/n.3.2.
L’expérience
surl’épicéa
Le tableau 3
présente
les teneurs des différents éléments dans lesfeuilles,
partraitement,
pour chacune des 3 dates deprélèvement.
Pour tous les éléments
analysés,
sauf lesilicium,
nousobservons,
lors de la deuxième dated’analyse (27-7),
le classement suivant : C > SI > S2.Lors de la
première
date(20-6),
l’ordre des traitements étaitdéjà
le même pour lepotassium,
lecalcium,
lemagnésium
et lemanganèse.
L’azote et lephosphore
faisaientplus
ou moinsexception
à larègle ;
remarquonsqu’à
cettedate,
S2 necorrespondait
pas encore à un dessèchement du sol nettement
plus prononcé
que SI.Lors de la troisième date
(15-12),
certains éléments montrenttoujours
un mêmesens de variation dans toutes les
comparaisons
que l’on peuteffectuer,
que la diffé-rence d’alimentation en eau soit encore
appliquée
lors duprélèvement (comparaisons :
CC et
SIS ;
S1C etS1S ;
CC etCS)
ouqu’elle
ait cessédepuis
finjuillet (comparaisons : CC, S1C et S2C ;
CS etSIS) :
- la sécheresse diminue ainsi la teneur en
K,
et d’autantplus qu’elle
estplus prononcée
ouplus longue (P
a tendance à secomporter
de la mêmemanière,
mais les différences de concentration en cet élément sont presquetoujours
très peumarquées) ;
- le résultat est inverse pour N et Mn
(et
presquetoujours
pourCa).
Synthétiquement,
si l’on compare les résultats desanalyses correspondant
aux troisdates de
prélèvement,
on constate que, même si leprélèvement
est effectué bienaprès
cessation du stress :
- une sécheresse se traduit
toujours
par une diminution de la teneur foliaireen K ;
- pour N et surtout
Mn,
le résultat estidentique
à celui de K si leprélèvement
est relativement
précoce,
il est inverse si leprélèvement
est très tardif.4. Discussion et conclusion
Nos résultats concordent-ils avec les
renseignements
fournis par labibliographie ?
Les auteurs
ayant
étudié ceproblème, principalement
sur desplantes
de cultures(par exemple
HERNANDO et Cll.,196ô ; V IETS , 1972 ;
RICHARDS &W ADLEIGH , 1952 ;
M EDERSKI
&
W ILSON , 1960 ;
KRAMER &K OZLO W S KI, 1979)
font souventétat,
commeconséquence
de lasécheresse,
d’uneaugmentation
de la teneur foliaire en azote et d’unediminution de la concentration en
phosphore
et/oupotassium, parfois
desymptômes
de carence en
manganèse
ou enfer,
et engénéral
de teneurs variables en calcium et enmagnésium.
Dans le domaine desespèces
forestièresrésineuses,
LAATSCH(1976) signale
des déficiences en
potassium
entraînées par la sécheresse surpin d’Alep
en climatméditerranéen,
sur sols calcairessuperficiels.
S’il y a concordance avec nos résultats pour le
potassium,
on nepeut
affirmerque ce soit vraiment le cas pour le
phosphore,
les différences entre traitements étanttrès peu
marquées
pour cet élément dansl’expérience
surépicéa. Quant
àl’azote,
sinous avons effectivement une teneur
plus
élevée pour les traitements « secs » que pour les témoins en fin d’année surépicéa,
le contraire s’étaitproduit
lors desprélèvements antérieurs,
ainsi que sur lessapins
en find’année ;
comme nous l’avonsindiqué précédemment,
le sens danslequel
la sécheresse fait évoluer la teneur d’un élément dans les feuillesdépend
de la variablequi
est laplus
affectée : assimilation de l’élément considéré ou biomasse foliaire formée. Le tableau 4 illustre bien ce propos dans lecas de l’azote : la
quantité
d’azote assimilée parl’épicéa
est très affectée par la séche-resse
(et
d’autantplus
que celle-ci a étéplus longue
ouplus sévère), beaucoup plus
que dans le cas dessapins,
mais moins que la biomassefoliaire ;
c’est le contraire pour lessapins.
On
s’explique
ainsi que la teneur en azote desfeuilles,
en p. 100 de la matièresèche,
aitaugmenté
dans le cas del’épicéa
et diminué dans le cas dessapins.
Si nous revenons à
l’objectif
de cette étude tel que nous l’avons énoncé dans l’in-troduction,
notre attention seporte fortement,
et presqueuniquement,
sur lepotassium.
Pour les deux séries
d’espèces
utilisées dans nosexpériences,
dans des conditions dis- semblables de croissanceaérienne,
la sécheresse atoujours provoqué
une diminution de la teneur foliaire en cet élément parrapport
autémoin,
diminution d’autantplus importante
que le stress avait étéplus
sévère ou d’une duréeplus longue ;
cephénomène
se maintient
après
rétablissement de conditions favorables d’alimentation en eau(par
contre, il
disparaît
au cours de l’année suivant lestress). L’analyse
dupotassium apparaît
ainsi comme un test robuste de
diagnostic
de déficithydrique
sur dejeunes résineux,
sans doute parce que l’assimilation de cet élément est très nettement
plus
affectée que la formation de biomasse nouvelle.On
peut espérer
que cette conclusion reste valable sur d’autresespèces
que cellesutilisées,
ainsi que sur dessujets
installésdepuis plus longtemps
que dans le cas de nosexpériences ;
mais cela reste à vérifier(elle
nes’applique
d’une manièrerigoureuse,
paranalogie
avec nosexpériences, qu’à
desplantations
de 1&dquo;année,
dont lesystème
racinaire n’est donc pas encore bienétabli).
En outre, du moins enthéorie,
il n’estpas
impossible
que la tendances’estompe,
ou mêmes’inverse,
dans certains cas où la limitation de la biomasse foliaire par le déficithydrique
serait encoreplus marquée.
Enfin,
les teneurs foliaires enpotassium dépendent
enpartie
de la richesse du sol en cetélément ;
on comparera donc depréférence
ces teneurs dans desplantations
situéessur un même substrat : par
exemple, comparaison
soit à deux années différentes dansune même
station,
soit à un même moment, mais dans des situationstopographiques variées ;
si l’on examine au contraire les résultats d’uneanalyse
isolée et que la teneur enpotassium apparaisse faible,
il faudra vérifier que le sol n’est passpécialement
pauvreen cet élément avant de conclure à un déficit
hydrique.
Notre étude a ainsi
permis
de vérifier que les donnéesbibliographiques
concernantle
potassium
étaientapplicables
à dejeunes résineux,
et quel’amplitude
d’utilisation du test était trèslarge ;
par contre, lesrenseignements
recueillis dans la littérature sur les autres éléments nutritifs ne semblent pas, et deloin,
avoir uneportée
aussigénérale.
En dehors des éléments nutritifs
proprement dits,
certains auteurs(par exemple
B ARTOLI
&
SoucHiER, 1978)
ont montré que la teneur foliaire en siliciumaugmentait
avec la
transpiration
de laplante,
cequi pourrait
laisser entendrequ’elle
serait unbon indicateur de son alimentation en eau. Nos résultats ne confirment pas cet
espoir.
Reçu
pourpublication
en décembre 1982.Summary
Soil
drying
and mineral nutritionof
youngplants of coniferous species.
Two experiments habe been realized in a greenhouse on young plants of firs (Abiev alba, nordmanniana, numidica) and spruce (Picea
abies).
Different durations and intensities of soildrying
have been carried out. That year, the shoot increase as well as the diffe-rences of
growth
and new leaf area between treatments were small for firs andimportant
forspruce.
At the end of the year, the more important had been the soil
desiccation,
the smallerwere the different elements contents in the firs needles.
On spruce, the results are about the same with
sampling during
the growthperiod.
On the other
hand,
at the end of the year, it is not the case anylonger,
except forpotassium ;
on the contrary, the water deficit had then increased the needles contents in narogen, manganese and calcium.Analysis
of foliarpotassium
content appears therefore (ours results agree with litte- rature for this element) as agood
test for water deficit diagnosis on young plants ofconifers ;
this test remains available even after the stress hasdisappeared.
Concurrently,
soil fertilization withpotassium
couldperhaps
reduce the effects of soil dessication on theseplants.
Références
bibliographiques
B
ARTOLl F., SOUCHIER B., 1978. Cycle et rôle du silicium
d’origine
végétale dans les écosystèmes forestierstempérés.
Ann. Sci. for., 35 (3), 187-202.B
AULE F., FRICKER C., 1969. La fertilisation des arbres forestiers. BLV, München, 256 p.
B
ECKER M., 1977. Contribution à l’étude de la
transpiration
et del’adaptation
à la séche-resse des
jeunes plants
résineux.Exemple
de troissapins
du pourtour méditerranéen (Abies alba, A. nordmanniazza, A.numidica).
Ann. Sci. for., 34 (2), 137-158.B
RADBURY I.K., MALCOLM D.C., 1977. The effect of
phosphorus
andpotassium
ontranspi- ration,
leaf diffusive resistance and water-useefficiency
in Sitka Spruce (Picea,sitchensi.r) seedlings.
J. appl.Ecol.,
14 (2), 631-641.G
RINGRICH J.R., RussEL M.B., 1957. A
comparison
of effects of soil moisture tension and osmotic stress on root growth. Soil Sci., 84, 185-194.H ERNANDO
V. et al., 1968. Effect of soil moisture on the mineral nutrition of the
plant.
Agrochimica, 12, 341-352.
KO ZL O
WSKI
T.T.,
1982. Watersupply
and treegrowth.
Part 1 Water deficits. For. Abstr.,43 (2), 57-95.
K
RAMER P.J., KOZLOWSKI
T.T.,
1979.Physiology
ofwoody plants.
AcademicPress,
NewYork,
811 p.L
AATSCH W., 1967. Beziehungen zwischen Standort, Ernahrungszustand und Wuchsieistung
von
Kiefernaufforstungen
imMittelmeergebiet.
Forstw. Centr., 86 (2), 69-81.M
EDERSKI
H.J.,
WrLSOrr J.H., 1969. Relation of soil moisture to ion absorptionby
cornplants.
Soil Sci. Soc. Am. Proc., 24, 149-152.RICHARDS L.A., WADLEIGH, 1952. Soil water and plant growth. In « Soil
phy.sical
conditionsand plant growth p (B.T. Shaw ed.), Academic Press, New York, 73-251.
V
IETS
F.G.,
1972. Water deficits and nutrientavailability,
217-239. In « Water deficits(nid plant growth», vol. 111 « l’lant respon.ses and control of wnter balance (T.T. Koz- lowski ed.), Academic Press, New
York,
368 p.Z
AHNER R., 1968. Water deficits and growth of tree.s, 191-254. In « Water deficits and