Quels indicateurs pour évaluer la qualité de sols forestiers soumis à des contraintes environnementales fortes ?

par Lauric Cécillon

Thèse de doctorat en Science du sol

Sous la direction de Jean-Jacques Brun.

Soutenue en 2008

à l'Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015) .

mots clés

Résumé

Mountain soils are facing strong changes in land-use and climate, which expose them to three main threats: erosion, loss of biodiversity and organic matter decline. This thesis focuses on mountain soil quality, through key ecosystem processes (decomposition and aggregation of soil organic matter) occurring in topsoils. These key processes control the provision of several soil ecosystem services such as carbon sequestration, nutrient supply, and biological activity. We have tested both simple and composite soil quality indices under environmental constraints in two study sites. 80th sites are characterized by a strong vegetation gradient generated by natural constraints (sporadic permafrost in Dévoluy mountains, Isère, France), or human constraints (wildfire chronosequence in the Maures mountains, Var, France). Our results demonstrate that both soil microclimate and wildfire constraints affect soil attributes linked to decomposition and aggregation processes in topsoils. Soil biota (microflora and microfauna) is markedly affected, indicating modifications in soil processes controlled by soil foodweb (main decomposition and aggregation pathways, potential nitrification and denitrification). Near infrared reflectance spectroscopy (NIRS) is found to be a powerful tool for assessing the modifications of physico-chemical and biological quality of soils under environ mental constraints.

Résumé

Les sols des régions de montagne sont confrontés à de fortes modifications climatiques et d'usages qui les rendent particulièrement sensibles à trois menaces: l'érosion, la perte de matière organique et de biodiversité. Cette thèse aborde la question de la qualité des sols sous l'angle de processus clés (décomposition et agrégation de la matière organique) au sein de différents compartiments de la partie superficielle du sol vivant (épipédon). Ces processus clés interviennent dans l'intensité des services rendus par les sols comme la séquestration de carbone, la fertilité des sols et le maintien de leur activité biologique. Parmi les indicateurs utilisés dans l'évaluation de la qualité des sols, nous avons choisi de tester des indicateurs simples et composites reliés aux processus clés de deux types d'écosystèmes subissant de fortes contraintes environnementales. Deux sites d'étude situés dans les massifs du Dévoluy (Isère) et des Maures (Var) ont été utilisés. Tous deux sont marqués par un fort gradient de végétation induit par des contraintes naturelles (sols à permafrost pour le site du Dévoluy) ou anthropiques (incendies pour le site des Maures). Dans ce travail, nous formulons trois hypothèses: (i) il existe au niveau des sols une signature originale des modifications environnementales influençant le fonctionnement des écosystèmes forestiers; (ii) cette signature est liée à la qualité des sols et recouvre une partie biologique largement sous estimée; (iii) la réflectance du sol résume cette signature et permet sa caractérisation dans des conditions contrastées. Les résultats de la thèse démontrent que les contraintes liées au pédoclimat et aux incendies induisent de fortes modifications des variables décrivant les processus de décomposition et d'agrégation dans les sols. Le compartiment biologique du sol (microflore ou microfaune) est particulièrement affecté par ces contraintes, révélant des modifications dans les processus liés aux chaînes trophiques des sols (voies préférentielles de décomposition et d'agrégation biologique, nitrification et dénitrification potentielles). La spectroscopie proche infrarouge se révèle être un outil pertinent pour rendre compte des modifications de qualité physico-chimiques mais aussi biologiques des sols soumis à de fortes contraintes.