Dynamiques de la matière organique des sols de montagne : analyse de chronoséquences et de climatoséquences

Dynamics of organic matter in mountain soils : chronosequence and climatosequence analysis

• Auteur / Autrice : Norine Khedim
• Direction : Philippe Choler, Jérôme Poulenard, Lauric Cécillon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie biologie
• Date : Soutenance le 14/01/2022
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'écologie alpine (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Christophe Clément
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jérôme Poulenard, Lauric Cécillon, Sophie Cornu
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Samuel Abiven, Tiphaine Chevallier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sols -- Dynamique

Humus

Mots clés libres

Climatoséquences

Carbone organique du sol

Dynamique de la matière organique

Sols de montagne

Simulation de changement pédoclimatique

Chronoséquences

Soil organic carbon

Chronosequences

Mountain soils

Climatosequences

Simulation of pedoclimatic change

Organic matter dynamic

Résumé

Les dynamiques de constitution des stocks de matière organique des sols, leur variabilité et leurs relations avec les autres composantes biotiques et abiotiques des écosystèmes sont insuffisamment connues à l’échelle du paysage. Or cette compréhension des interdépendances entre le système pédologique et les autres compartiments environnementaux est cruciale pour prévoir les changements globaux et mesurer l’impact des activités anthropiques. Les milieux de montagnes présentent dans ce contexte des spécificités fortes dues au fait de leur importante variabilité spatiale, des stocks élevés de matière organique contenus dans leurs sols et de leur vulnérabilité aux changements globaux. Par ailleurs, ils subissent intensément les effets du changement climatique. Pour toutes ces raisons, ils offrent un grand intérêt pour l’étude temporelle des dynamiques écosystémiques.En étudiant des sols de montagne aux situations environnementales contrastées, nous avons tenté de comprendre quelles étaient les dynamiques qualitative et quantitative de la matière organique au cours du temps. Pour cela, cette thèse s’est appuyée sur (i) l’étude de sols récemment formés le long de chronoséquences, (ii) de climatoséquences pour l’examen de la variabilité de la matière organique à l’échelle du paysage dans des sols ayant suivis des trajectoires différentes et enfin (iii) sur des simulations expérimentales de changement pédoclimatique pour analyser la réactivité du carbone organique stocké à la surface de sols de prairies de haute altitude.Nos résultats ont mis en évidence, indépendamment des conditions locales de chaque site, un schéma commun d’accumulation de la matière organique lors des phases initiales de formation d’un nouvel écosystème terrestre après retrait glaciaire en différents points du monde. Cette accumulation est affectée par le temps et accélérée par un climat plus chaud. La végétation contribue alors largement à l’incorporation de matière organique relativement labile dans ces sols nouvellement formés. Dans les écosystèmes plus évolués, la stabilisation environnementale par le climat structure en partie la variabilité quantitative et qualitative de la matière organique des sols en montagne à l’échelle du paysage. L’importance de cette structuration par le climat est plus forte dans les horizons de surface des sols qu’en profondeur. La stabilisation environnementale par le climat maintient dans les sols de montagne du carbone organique particulièrement réactif en préservant de la dégradation une matière organique vulnérable à haute altitude. En simulant un réchauffement de 3°C par transplantation d’un sol alpin à l’étage subalpin, nous avons effectivement démontré le rapide relargage de ce carbone organique labile.Ces résultats offrent un éclairage nouveau, à la fois sur la nature de la matière organique des sols de montagne, et aussi sur sa dynamique à-travers le temps et l’espace. La stabilité de la matière organique dans les sols est bien une fonction de l’écosystème.

The accumulation dynamics of soil organic matter stocks, their variability and their relationships with the other biotic and abiotic components are poorly documented at the landscape scale. This understanding of the interdependencies between the soil system and other environmental compartments is essential to predict global changes and measure the impact of human activities. In this context, mountain environments present strong specificities due to their important spatial variability, the high stocks of organic matter contained in their soils and their vulnerability to global change. Moreover, they are intensely affected by climate change and land use changes. For all these reasons, they present a great interest for the temporal study of soil organic matter dynamics.By studying mountain soils with contrasting trajectories, we aimed to understand the qualitative and quantitative dynamics of organic matter over time. For that, this research was based (i) on the study of recently formed soils along chronosequences, (ii) climatosequences to examine the variability of organic matter at the landscape scale in soils with different trajectories and finally (iii) on experimental simulations of pedoclimatic changes to analyze the reactivity of organic carbon stored on high elevation grassland topsoils.Irrespective of the local conditions of each site, our results highlighted a common pattern of organic matter accumulation at the initial stage of new terrestrial ecosystem formation after glacial retreat in different parts of the world. This accumulation is affected by time and accelerated by a warmer climate. Vegetation contributes largely to the incorporation of relatively labile organic matter into these newly formed soils. In more evolved ecosystems, environmental stabilization by climate partially structures the quantitative and qualitative variability of mountain soil organic matter at the landscape scale. The importance of this climatic structuring is greater in the topsoil than more in-depth soil. By preserving vulnerable organic matter at high altitude from degradation, environmental stabilization by climate maintains particularly reactive organic carbon in mountain soils. By simulating a 3°C warming by transplanting an alpine soil to the subalpine belt, we have demonstrated the rapid release of this labile organic carbon.These results provide new insights into the nature of organic matter in mountain soils, and also into its dynamics over time. The stability of organic matter in soils is clearly a function of the ecosystem.