Résumé "Heft 31"

Résumé:

L'importance de la circulation interne de la matière et le rôle de la gestion sylvicole dans les bilans des éléments minéraux d'écosystèmes forestiers
Ce travail présente les résultats des études menées dans le cadre du projet ARINUS. Ces recherches sur les bilans en éléments minéraux ont été réalisées entre novembre 1987 et octobre 1990 sur les sites expérimentaux de Schluchsee et de Villingen, en Forêt Noire. Il s'agit d'importants massifs forestiers à dominante d'épicéas. La roche mère granitique ou gréseuse et les sols acides qui la recouvrent y sont typiques des milieux forestiers d'Europe Centrale. L'approche retenue pour cette étude associe les mesures des bilans d'éléments minéraux de ces écosystèmes (cycle interne) à une évaluation des bilans entrées-sorties de petits bassins versants. Le but poursuivi est d'appréhender ainsi l'importance des flux écoulés, tant au niveau de l'écosystème qu' à celui du paysage en général. Le rôle des apports atmosphériques dans le cycle de ces pessières, de la composition chimique du sol et des flux exportés y est discuté. L'acidité du milieu et les flux biogéochimiques qui y sont associés constituent l'élément primordial. Cette double approche permet de dégager des enseignements sur les modifications de la composition minérale des eaux de percolation entre la base du sol et les eaux des ruisseaux ou des sources. Par ailleurs, le rôle joué par la gestion forestière et son impact sur les bilans d'éléments miné-raux y est discuté. Une attention particulière est réservée à l'importance des modes d'utilisation de ces forêts pour l'économie des éléments; l'histoire de l'usage des stations, ainsi que les techniques d'utilisation pratique et intensive de la biomasse, y tiennent une place centrale.
Il a été constaté que les charges d'origine atmosphérique sont faibles à moyennes par rapport à celles relevées ailleurs dans des peuplements forestiers d'Europe Centrale. Par conséquent, le rôle capital est joué par les flux d'origine interne propres à l'écosystème. L'acidification propre à l'écosystème, due à l'immobilisation des bases (lors de la croissance et de la minéralisation des excédents) est supérieure de 0,4 kmol IE ha-1  an-1  (Ions-Equivalents an-1) à celle qui est due aux apports d'origine externe. La forte tendance à une acidification des sols pauvres en éléments basiques a été amplifiée par les effets de la gestion sylvicole. Ainsi, l'exploitation intensive des forêts du site de Villingen depuis le Moyen Age se traduisent par d'importantes exportations de biomasse a entraîné des pertes élevées d'éléments basiques et a perturbé la minéralisation de la litière. A Schluchsee, c'est le remplacement de peuplements mixtes naturels par des pessières qui a contribué à l'acidification des sols en profondeur. Dans ce cas, c'est l'absence prolongée de couvert végétal (coupes à blanc) et les modifications de l'espace prospecté par les racines par suite des changements d'essence qui ont conditionné la diminution du stock de matière organique et ont entraîné une augmentation de la production interne de protons.
Les apports d'azote sont de l'ordre de 15 kg ha-1  an-1. Ils sont similaires dans les 2 bassins versants, mais restent faibles par rapport à ceux enregistrés dans d'autres régions. On a pu mettre en évidence une influence sensible de ces apports sur l'économie des éléments dans les pessières étudiées. L'alimentation azotée des peuplements ainsi que les pertes en azote sont toutefois en grande partie conditionnées par les différences d'activité microbienne relevées entre les deux sites, cette activité étant elle-même fonction de la gestion sylvicole antérieure. Le site de Villingen souffre toujours d'une carence en azote, en dépit des apports actuels. A l'opposé, le site de Schluch-see connaît une alimentation optimale, avec des pertes du même ordre de grandeur que les apports. L'importance des flux de minéralisation est ici un aspect rélictuel de la présence d'anciens peuplements mixtes. Les pertes élevées en éléments dans des sols minéraux faiblement prospectés par les racines des épicéas témoignent de l'absence d'un nouvel équilibre entre la minéralisation et l'absorption d'éléments nutritifs.
Parmi les éléments déficients, il y a lieu de noter le magnésium à Schluchsee et le potassium à Villingen. Dans les deux cas, ces carences ont une origine lithologique et pédologique, à laquelle vient s'ajouter une aggravation de la situation sous l'effet de l'acidification d'origine atmosphérique. Alors que le manque de magnésium observé à Schluchsee est d'abord le fait du substrat granatique, celui du potassium à Villingen semble relever de déséquilibres structurels propres aux sols bruns à gley de cette station. D'autres causes sont également discutées: d'une part les apports d'azote qui entraînent une croissance plus forte et un déséquilibre de l'alimentation minérale; d'autre part les interactions entre la disponibilité en éléments, la minéralisation et les bilans hydriques. La répartition des éléments disponibles dans l'écosystème et les mesures des flux ont montré que le cycle biologique de la plupart des éléments se déroule dans un espace extrêmement réduit. Le système radiculaire très superficiel des épicéas constitue une entrave à une bonne utilisation des éléments disponibles. Quant aux effets toxiques de l'aluminium dissout, ils semblent être négligeables en raison de sa faible concentration et de sa répartition entre différentes espèces chimiques dans le sol. L'absorption de cations basiques peut toutefois être limitée par des interactions d'antagonisme, causant ainsi des carences en éléments nutritifs.
On peut déceler une influence des dépôts d'origine atmosphérique sur l'hydrosphère. Elle est toutefois modifiée par l'effet des paramètres hydrologiques et biogéochimi-ques. La neutralisation des protons d'origine atmosphérique ou interne à l'écosystème est largement tributaire des interactions dans le solum non exploité par les racines, dans la zone d'altération de la roche mère, de même que dans les espaces fissuraux. La capacité de tampon relevant de la libération des bases est non seulement fonction de la disponibilité en éléments minéraux, mais aussi dans une large mesure du cheminement de l'eau au sein du bassin versant. Dans le cas de Schluchsee, les eaux d'infiltration à écoulement principalement vertical sont longtemps en contact avec les minéraux. Tel n'est pas le cas à Villingen où l'infiltration est très limitée. On est là en présence de transports latéraux proches de la surface. Les interactions avec les couches plus profondes sont réduites, d'où, dans de tels bassins versants, une composition chimique de l'eau des ruisseaux reflétant d'avantage les processus dans le sol, notamment ceux dans les couches supérieures organiques.
Le rôle principal des dépôts atmosphériques dans l'exportation d'éléments est dû au fait qu'ils fournissent des anions "mobiles" qui contrôlent le transport de cations au travers du système terrestre. Cela s'applique aussi bien à l'exportation des cations basiques qu'à celui des ions aluminium, qui présentent des effets toxiques sur les organismes aquatiques. Le principal anion pour le transfert des cations est dans le cas présent le SO42-, dont la mobilité est conditionnée par diverses transformations au sein de l'écosystème. A ce sujet il y a lieu de noter que les interactions entre SO42-  de l'eau de percolation et le stock du soufre organique jouent un rôle bien plus important que les réactions de précipitation ou de dissolution des combinés inorganiques de A1SO4.
Il importe que les pratiques sylvicoles dans ces pessières sujettes à une forte instabilité tentent de réduire la charge acide interne à l'écosystème. Cela peut se faire en limitant les pertes en éléments basiques lors de la récolte ainsi qu'en évitant la minéralisation supplémentaire liée à la décomposition de l'humus. Un rééquilibrage de la situation nutritionnelle peut être atteint à court ou moyen terme par l'apport des éléments déficients. Le chaulage à grande échelle sur des sites à grande activité biologique présente des risques en raison du déclenchement possible de la minéralisation et du renforcement de la tendance à un système racinair. A long terme, une gestion sylvicole accordant une plus grande place aux essences à racines profondes adaptées à la station est à préconiser pour ces pessières sujettes à problèmes.