Laboratoire de recherche: INRA Nancy, UR Biogéochimie des Écosystèmes Forestiers, 54280

Champenoux

Kasaina Sitraka ANDRIANARISOA15 Janvier 2009

4eme année, soutenance 11 Février 2009

Co-encadrant: Bernd ZELLER

Contact: andrianarisoak@yahoo.fr

Séminaire 2009 de l’école doctorale RP2E, Nancy

Directeur de thèseEtienne DAMBRINE

N organique

NH4+ NO3

-

Mineralisation

Ammonification Nitrification

Ecosystème forestier à faible intrant

Litière

Pluie

Relation entre colonisation racinaire et disponibilité en nitrate en forêt

Pluviolessivats

2 / 15

NO3- très mobile

Biomasse racinaire faible

NH4+ peu mobile,

Fixé par les charges négatives du sol,

Biomasse racinaire forte ou association avec des mycorhizes

Contexte

La disponibilité en nitrate influence la biomasse et la croissance racinaire

Faible Forte

Disponibilité en nitrate

Rac

ines

(U

nité

rel

ativ

e)

Biomasse racinaire

Production de racines

3 / 15

(Nadelhofer, 2000; Aber et al., 1985)

Contexte

Selon les différentes espèces, la racine influence la disponibilité en nitrate dans le sol

Act

ivité

pot

entie

lle d

e ni

trifi

catio

n,

nmol

NO

3- h-1 g

-1 s

ol s

ec

Aegopodium podagraria

Deschampsia flexuosa

Geum urbanum

Convalaria majalis

0

5

10

15

Poa nemoralis

Rhizosphère

Sol distant

*

*

4 / 15

(Olsson and Falkengren-Grerup, 2000)

Espèces préférant les nitrates en culture

hydroponique

Espèces préférant l’ammonium en culture

hydroponique

Espèce intermédiaire

N organique

Objectifs

1- Influence de la disponibilité des nitrates sur la biomasse racinaire

2- Influence de la croissance racinaire sur disponibilité des nitrates

NH4+ NO3

-

5 / 15

21

Site d’etude

Remplacée par des plantations monospecifiques (1000 m²)

Epicéa

(Picea abies)

Sapin (Abies nordmanniana)

Douglas

(Pseudotsuga menziesii)

Hêtre

(Fagus sylvatica )

Pin (Pinus laricio )

Forêt de Breuil(47°18’ 10”, 4° 4’ 4”)

FRANCE

Actuellement :10 à 20 m de hauteur, le TSF a 150 ans

Altitude : 650 m

Précipitation : 1280 mm

Température : 9°C

Sol : Alocrisols, 4<pH<4.5

Coupée partiellement

à blanc en 1976Forêt native

Taillis sous futaie (TSF) à base de hêtres et de chênes

6 / 15

Résultats des études récentes sur le site experimental de Breuil

Nitrification nette sous les différents peuplements

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Hêtre Pin Douglas Sapin Epicea TSF

Pot

entie

l net

de

nitr

ifica

tion,

mg

kg-1 s

ol j-1

Il existe deux groupes d’espèces

par rapport à la nitrification

Hetre, Pin et Douglas

Hêtre

Pin

Douglas

Sapin, Epicéa et TSF

Sapin

Epicéa

TSF

7 / 15

Experimentation

Echanges des carottes de sol entre les 6 peuplements (Hêtre, Pin, Douglas, Sapin, Epicéa et TSF) en Février 2006

TSF Douglas

15 cm

Humus

8 cm

n = 5 par espèce

Exemple : entre le TSF et la plantation de Douglas

8 / 15

Douglas

50 cm

5 cylindres de sol, provenant du Sapin

16 mois 28 mois

Dispositif expérimental et prélèvements

5 x

6 =

30 c

ylin

dre

s d

e so

lPrélèvementCollecte de l’humus

Mise en boite

Echantillon témoin, non perturbé (n=5)

9 / 15

Analyses au laboratoire

Echantillons de sol minéral (0-15 cm)

NO3- et NH4

+ ont été extraits avec du K2SO4 0.05M et dosés par colorimétrie

Incubation de sol à 20°C pendant 42 j

Pourcentage de nitrification

[NO[NO33-- ]final – [NONO33

--]]initial

[NH4[NH4++ +NONO33-- ]final – [NH4[NH4+++NONO33

--]]initial

Les racines vivantes (<2mm) ont été collectées, séchées 65°C et pesées

Les sols sont tamisés à 4 mm

10 / 15

Après 16 Mois

Hêtre Pin Douglas Forêt native

Sapin Epicéa Témoin

Hêtre 100.1ab

(AB) 104.1a

(A) 102.3a

(A) 56.1c

(ABC) 73.1abc

(AB) 69.3bc

(A) 86.6abc

(A)

Pin 102.8a

(A) 96.0a

(AB) 100.2a

(A) 81.4a

(A) 88.3a

(A) 74.6a

(A) 105.4a

(A)

Douglas 86.1ab

(ABC) 104.6a

(A) 96.3a

(AB) 59.6bc

(AB) 55.0c

(B) 45.8c

(AB) 97.8a

(A)

Forêt native

70.0a

(C) 78.1a

(B) 87.5a

(AB) 26.9b

(BDC) 18.3b

(C) 21.3b

(BC) 22.8b

(B)

Sapin 94.9a

(AB) 77.7a

(B) 70.7a

(AB) 14.3b

(DC) 12.4b

(C) 26.1b

(BC) 23.8b

(B)

Epicéa 80.5a

(BC) 80.8a

(B) 87.1a

(B) 9.7b

(D) 9.9b

(C) 13.2b

(C) 36.3b

(B)

Provenance des sols

Peu

plem

ents

réc

epte

urs

< 2525 - 5050 - 75> 75

Résultats des échanges de carottes : pourcentage de nitrification

Pourcentage de nitrification

Aucun Aucun changementchangement

Aucun Aucun changementchangement Aucun Aucun

changementchangement

AugmentationAugmentation

Les peuplements forts nitrifiant stimulent rapidement la nitrification

11 / 15

Après 16 Mois

Hêtre Pin Douglas Forêt native

Sapin Epicéa Témoin

Hêtre 100.1ab

(AB) 104.1a

(A) 102.3a

(A) 56.1c

(ABC) 73.1abc

(AB) 69.3bc

(A) 86.6abc

(A)

Pin 102.8a

(A) 96.0a

(AB) 100.2a

(A) 81.4a

(A) 88.3a

(A) 74.6a

(A) 105.4a

(A)

Douglas 86.1ab

(ABC) 104.6a

(A) 96.3a

(AB) 59.6bc

(AB) 55.0c

(B) 45.8c

(AB) 97.8a

(A)

Forêt native

70.0a

(C) 78.1a

(B) 87.5a

(AB) 26.9b

(BDC) 18.3b

(C) 21.3b

(BC) 22.8b

(B)

Sapin 94.9a

(AB) 77.7a

(B) 70.7a

(AB) 14.3b

(DC) 12.4b

(C) 26.1b

(BC) 23.8b

(B)

Epicéa 80.5a

(BC) 80.8a

(B) 87.1a

(B) 9.7b

(D) 9.9b

(C) 13.2b

(C) 36.3b

(B)

Peu

plem

ents

réc

epte

urs

Provenance des sols

Résultats des échanges de carottes : pourcentage de nitrification

Après 28 mois

Hêtre Pin Douglas Forêt native

Sapin Epicéa Témoins

Hêtre 100.9 a

(A) 101.0 a

(A) 97.2 a

(A) 83.5 a

(A) 90.4 a

(A) 89.1 a

(A) 82.5 a

(A)

Pin 100.2 a

(A) 92.2 a

(AB) 101.3 a

(A) 57.2 b

(AB) 94.4 a

(A) 81.7 a

(A) 96.3 a

(A)

Douglas 98.3 a

(A) 97.0 a

(A) 87.2 ab

(AB) 64.6 b

(AB) 85.4 ab

(A) 79.4 ab

(A) 93.7 a

(A)

Forêt native

64.3 a

(B) 70.0 a

(AB) 52.6 a

(B) 13.3 b

(C) 26.3 b

(B) 15.9 b

(B) 14.7 b

(B)

Sapin 44.1 ab

(B) 65.3 a

(AB) 58.8 ab

(AB) 35.0 ab

(BC) 7.4 b

(B) 18.4 ab

(B) 14.5 ab

(B)

Epicéa 61.3 a

(B) 55.1 ab

(B) 56.1 ab

(AB) 8.0 c

(C) 12.0 bc

(B) 71.1 a

(A) 33.8 abc

(B)

< 2525 - 5050 - 75> 75

Pourcentage de nitrification

Aucun Aucun changementchangement

AugmentationAugmentation

DiminutionDiminution Aucun Aucun changementchangement

Les peuplements peu nitrifiants réduisent assez lentement le pourcentage de nitrification

12 / 15

Après 28 mois

Hêtre Pin Douglas TSF Sapin Epicéa Moyenne Témoin

Hêtre 1.99a

(AB) 1.30a

(AB) 0.51a

(C)

2.02a

(BC) 0.72a

(C) 0.96a (ABC)

1.25 (DC)

1.72a

(B)

Pin 0.81b

(B) 0.15b

(B) 0.31b

(C)

2.02a

(BC) 0.33b

(C) 0.37b

(C)

0.66 (D)

0.92b

(B)

Douglas 1.11ab

(B) 0.89b

(AB) 0.85b

(C)

0.66b

(C) 1.06ab

(BC) 0.53b

(BC)

0.85 (D)

1.83a

(B)

TSF 2.09bc

(AB) 1.67c

(A) 3.73a

(A)

4.86a

(A) 3.50ab

(A) 2.07bc

(AB)

2.99 (A)

3.54ab

(A)

Sapin 2.68a

(AB) 2.11ab

(A) 2.13ab

(B)

1.79ab

(BC) 0.97b

(BC) 2.27ab

(A)

1.99 (BC)

1.43ab

(B)

Epicéa 4.10a

(A) 2.22ab

(A) 3.13ab

(AB)

2.45ab

(B) 2.03ab

(B) 1.75b

(ABC)

2.61 (AB)

1.40b

(B)

Moyenne 2.13a 1.39a 1.76a

2.30a 1.43a 1.33a 1.73 1.81a

Résultats des échanges de cylindres de sols: poids de racines

Provenance des sols

Colonisation racinaire, t ha-1

Peu

plem

ents

réc

epte

urs

La croissance racinaire dépend de l’espèce et non de la disponibilité en nitrate dans le sol

< 0.75 0.75 – 1.5 1.5 – 2.5 > 2.5

13 / 15

Poids de racines, t ha-1

0 1 2 3 4 5

Pou

rcen

tage

de

nitr

ifica

tion

0

20

40

60

80

100

120

(Fr←Fr)

(Fr→Fr)

(Fb→Fb)

(Fr→Fb)

Forte croissance racinaire correspond à une diminution du pourcentage de nitrification

Fr = Hêtre, pin et Douglas

Fb = Forêt native, Sapin et Epicéa

Influence de la racine sur le pourcentage de nitrification

Faible croissance racinaire correspond à une augmentation du pourcentage de nitrification

Fb = Faible nitrification

Fr = Forte nitrification

14 / 15

Conclusions1- Influence de la disponibilité des nitrates sur la croissance racinaire

2- Influence de la croissance racinaire sur disponibilité des nitrates

NO3-

15 / 15

21

Croissance racinaire dépend de l’espèce et non de la disponibilité des nitrates

La croissance racinaire réduit le pourcentage de nitrification du sol

Merci pour votre

attention