Approche isotopique pour tracer la dynamique des éléments dans deux écosystèmes forestiers du plateau lorrain, développés sur des sols polycycliques

Isotopic approach to trace the dynamics of the elements in two forest ecosystems developed on polycyclic soils in the Lorraine plateau

• Auteur / Autrice : Léa Bedel
• Direction : Jacques Ranger, Anne Poszwa
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences
• Date : Soutenance le 07/07/2015
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Interdisciplinaire des Environnements Continentaux (Vandoeuvre-lès-Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Sylvie Dousset
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Noémie Goutal, Isabelle Techer
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laurent Augusto, Thomas Drouet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Géochimie isotopique

Eaux souterraines

Sols -- Fertilité

Sols -- Composition chimique

Lorraine (France)

France

Écologie des forêts

Mots clés libres

Écosystèmes forestiers

Sols polycycliques

Fertilité de surface

Traçage isotopique

Nappe souterraine

Translocation

Résumé

Deux écosystèmes forestiers lorrains (Clermont-en-Argonne CA et Azerailles AZ) développés sur des sols polycycliques ont un fonctionnement complexe du fait de la présence de deux matériaux différents au sein du profil de sol conduisant à une rupture texturale brutale. Ces sols possèdent de plus des stocks de calcium (Ca) et Magnésium (Mg) échangeables faibles dans la couche de limon de surface (pauvreté plus importante à CA qu’à AZ) et très grands dans l’argile profonde (égalité entre le sites). La différence de fertilité de surface entre les sites, peut s’expliquer en partie par une agrégation meilleure à AZ qu’à CA (où les agrégats dominants sont pauvres en matières organiques et argiles). Le sol de CA retient moins bien le Ca et le Mg que celui d’AZ, malgré des apports atmosphériques plus importants et une minéralisation rapide des litières. La richesse des horizons profonds en Ca et Mg échangeables sur les deux sites ne peut s’expliquer par les entrées classiques seules (dépôts atmosphériques et altération des minéraux). L’utilisation du traçage isotopique naturel de Sr, Ca et Mg, a permis sur ces deux sites, la mise en évidence du rôle de la nappe souterraine qui permet la recharge régulière de la CEC des horizons profonds du sol par simple échange d’ion en période hivernale. Les arbres ont mis en place une stratégie de prélèvement dans les horizons profonds pour pallier la pauvreté relative de leur surface. Cependant, les conséquences d’une fertilité limitée en Mg dans les horizons de surface, se traduit par une translocation interne significative de Mg avant la sénescence à CA.

Two forest ecosystems in Lorraine, France (Clermont-en-Argonne CA and Azerailles AZ) developed on polycyclic soils have a complex functioning due to the presence of two different materials within the soil profile, leading to an abrupt disruption in soil texture. Indeed, they have low exchangeable Ca and Mg stocks in the silty soil upper layers (with a greater poverty in CA than in AZ), and very large stocks in deep clayey layers. These differences in upper soil fertility between the studied sites can be partly explained by a weaker aggregation in CA than in AZ (with aggregates poor in organic matter and clays). The CA soil then holds less nutrients than AZ one, despite higher atmospheric inputs and more rapid mineralization of litter. The richness of the deep soil layers in both sites, cannot be explained by the two conventional inputs i.e. atmospheric deposition and mineral weathering, A third un-expected source was identify using Sr, Ca and Mg isotopes, i.e. a mineralized groundwater table, which allows the CEC recharging of the deep clay layers by simple ion exchange when its invades the subsoil during the winter period. Trees have developed an uptake strategy into these Ca and Mg rich clay layer, to overcome the relative poverty of the upper soil layers. However the consequence of the Mg limititation of the soil upper layers in CA is visible through the increase in the internal Mg-translocation before leaf senescence.