Laboratoire de recherche: INRA Nancy, UR Biogéochimie des Écosystèmes Forestiers, 54280...
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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: [email protected]
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