Cycle biogeochimique de l'aluminium. Influence d'une substitution d'espece: Remplacement du chene (Quercus sessiliflora) par de l'epicea commmun (Picea abies)

L’introduction de l’épicéa commun en remplacement d’un taillis sous futaie de chênes provoque des modifications de l’humus du mull au moder après 50 ans de monoculture. Les changements de caractéristiques du sol sont nets pour l’aluminium. Il y a augmentation de la capacité d’échange sous les résineux et de l’aluminium échangeable. Le profil de redistribution de l’alumine libre (C.B.D.) montre une migration de cette forme d’aluminium sous les résineux. Les indices de redistribution de Souchier (1971) ont pour valeur 1,4 sous les feuillus et 2,0 sous les épicéas, indice caractérisant une podzolisation commençante sous le résineux. Les études des flux par des systèmes lysimètriques; sans tension permettent de comparer le fonctionnement actuel des deux écosystèmes. Ces deux écosystèmes se différencient déjà par les flux d’eau gravitaire, en effet l’interception des pluies incidentes par les peuplements est plus élevée sous l’épicéa (30 p. 100) que sous les feuillus (10 p. 100). Les profils moyens annuels ou saisonniers montrent qu’il n’y a pas d’apport extérieur par les pluies incidentes et que le cycle biologique a un rôle peu important dans les restitutions sous les feuillus, mais relativement plus pour l’épicéa. Les flux d’aluminium augmentent sous les deux peuplements sous l’horizon A1 signe d’une altération des minéraux primaires. Cet aluminium est faiblement redistribué dans l’horizon (B) sous les feuillus et fortement dans l’horizon (B) et B (C) sous les résineux, ce qui caractérise un effet hautement significatif de l’espèce. L’effet de la saison est significatif, il joue par l’effet du flux d’eau ou effet de dilution. Sous les épicéas l’aluminium migre essentiellement en automne et en hiver (84 p. 100).Le calcul des corrélations entre éléments montre qu’en surface, dans l’horizon A1, l’aluminium et le carbone sont liés entre eux mais qu’au niveau des horizons (B)C du sol, les coefficients de corrélation sont hautement significatifs entre aluminium et nitrate ainsi qu’entre aluminium et sulfate laissant à penser qu’une partie de l’aluminium migre hors du sol en liaison avec ces deux anions. L’épicéa commun provoque des modifications des caractéristiques du sol et de son fonctionncment. L’action podzolisante de cette espèce, sur un sol brun acide contenant 10 p. 100 d’argile, est faible mais significative et caractérise un changement dans le cycle biogéochimique de l’aluminium.

The substitution of oak forest by Norway spruce induces changes in the physico-chemical properties of soil and in the dynamics of the biogeochemical cycle of elements. Aluminium is a good indicator of pedogenesis. Do conifers induce podzolisation in an acid brown earth soil (« sol brun acide ») ?. In the French Ardennes, on a brown soil, after the substitution of tree species, the mull humus under the oak forest became a moder after 50 years of spruce cultivation. The consequence of the change on the soil chemical properties is an increase in exchangeable acidity (fig. 2) in the litter and the upper organic layer of the soil (A1). In relation to the increase of organic matter, the C.E.C. and the A1 concentration are greater under spruce (fig. 3) in the A1 level ; but the acidity ratio A1/C.E.C. remains the same. In figure 4, the weathering complex shows higher levels of translocation of free Al under spruce, with adsorption in the (B) horizon. That is typical under the deciduous forest of a « sol brun acide », and under the spruce forest of a « sol brun ocreux ». The evolution of the soil towards the podzolic group due to conifer plantation has been verified by a study of flux and in particular, the Al flux in the ecosystems. Aluminium flux has been evaluated in the two ecosystems using lysimeter techniques. A comparison of Al distribution in the two ecosystems shows that no difference exists in the upper part of ecosystems (similar biological cycles) : current immobilization in biomass and flux by litterfall or throughfall are the same. The input of Al by wet or dry deposits are negligible. The differences in the processes are greater in the soil : i) concentration (fig. 6 top) : the species effect is greater than the seasonal effect, with an increase in concentration in the A1 level and relatively stable concentrations in the (B) and (B)C levels. The difference in concentration between the two species is due to the difference in the A1 level. ii) flux (fig. 6, bottom) : because of lower drainage levels under the coniferous forest the shapes of the curves are different. The seasonal effect is significant for the two soils and is due to the water flux. The species effect is less obvious, but it shows a differentiation between processes. Al is released in the A1 level and translocated below the C level. The principal difference under the spruce stand is the adsorption of a part of this aluminium in the B (C) level. The values of the correlation coefficient show a good relationship between Al and C in the A1 level under spruce (chelate), and Al and N- NO3 and S-S04 in the (B)C levels in the two ecosystems, but in this study we have not determined the presence or absence of a complexed form of Al to demonstrate that the difference is due to an evolution of the processes from acidification towards podzolization. The comparative Al balance for the two ecosystems shows (fig. 7) a similarity between the input and output in the two ecosystems, but shows a differentiation within the soil, with the adsorption of about 5 kg . ha-1. y-1 of aluminium in the (B)C level which had been released from the A1 level.