Etude à long terme de la biogéochimie des écosystèmes forestiers

Francés. Les sols, les organismes qui y vivent, et les processus qui s’y déroulent sont essentiels pour la santé des écosystèmes forestiers, car ils sont à la base de la nutrition des arbres et, par conséquent, de leur productivité ainsi que de leur résistance et résilience au stress. Pour que les écosystèmes forestiers soient durables, la santé des sols doit être préservée. C’est pourquoi la santé des sols est une priorité dans les politiques européennes actuelles. Les grandes stratégies de l’Union européenne — telles que la stratégie forestière pour 2030, la stratégie européenne pour les sols, la stratégie biodiversité et le Pacte vert pour l’Europe (Green Deal) — reconnaissent toutes le rôle fondamental des sols dans la transition écologique. De plus, la récente proposition de directive sur la surveillance des sols traduit ces ambitions en obligations concrètes pour les États membres. Dans ce contexte, les recherches sur la santé des sols forestiers apportent des connaissances essentielles pour éclairer les décisions de gestion, orienter les politiques publiques et contribuer à la durabilité des forêts européennes. Les recherches présentées dans ce rapport abordent la qualité et la résilience des écosystèmes forestiers et leurs sols par deux approches innovantes complémentaires : (1) l’analyse de l’évolution (33 ans) des concentrations en éléments à l’exutoire de deux bassin versants, données qui intègrent les conséquences de l’évolution des polluants, la gestion forestière, l’ensemble des conditions environnementales (y compris le climat) et les processus de transformation de la matière organique qui ont lieu dans le sol (2) l’analyse des acteurs de la transformation de la matière organique du sol, càd la diversité microbienne moléculaire de sols dans des hêtraies et pessières de Wallonie. Surveiller la santé des forêts grâce aux signaux d’alerte précoce Dans un contexte de changements climatiques accélérés et de pressions croissantes sur les écosystèmes forestiers, anticiper les déséquilibres devient crucial. Les signaux d’alerte précoce (ou Early Warning Signals – EWS) permettent de détecter des signes d’instabilité des systèmes avant que les perturbations ne deviennent irréversibles. Nous avons appliqué le concept des EWS à l’étude biogéochimique (chimie des eaux des exutoires de 1992 à 2023) de deux bassins versants forestiers, localisés en Ardenne et Haute Ardenne belge. Les résultats issus des EWS ont été interprétés dans le contexte de la gestion forestière appliquée et de l’évolution du climat, appréhendée à travers l’indice SPEI, un indice de sècheresse. Notre étude révèle des périodes critiques de bascule écologique ou de perte de résilience dans les deux bassins versants forestiers de La Robinette et de Waroneu. Dans les deux bassins versants, on peut distinguer trois phases. La première phase est caractérisée par des signaux d’alerte indiquant une déstabilisation pour le Ca, K et Mg, potentiellement liée à une coupe rase suivi de replantations avec diversification du couvert forestier (La Robinette, en 1996) ou un amendement calcaro-magnésien (Waroneu, en 1992). La deuxième phase est caractérisée par une stabilisation. L’alerte la plus préoccupante concerne la période plus récente (2015–2023). Dans les deux bassins, des signaux réapparaissent, sans lien direct avec une intervention forestière identifiable. Ils coïncident avec les épisodes de sécheresse intense documentés par l’indice climatique SPEI, ce qui suggère que le climat devient un moteur majeur d’instabilité, capable de faire basculer l’équilibre biogéochimique de l’écosystème. Les transitions chimiques détectées (perte de calcium, diminution du pH, mobilisation de sulfates) peuvent précéder des problèmes visibles : ralentissement de croissance, dégradation racinaire, dépérissement. Analyser la résilience du sol par l’étude de la biodiversité microbienne Les micro-organismes du sol (bactéries, champignons, archées) représentent une part invisible mais essentielle de la biodiversité forestière. Ce sont eux qui décomposent la matière organique, rendent les nutriments disponibles, stimulent la croissance des arbres via les mycorhizes, influencent le stockage de carbone et filtrent l’eau. En d’autres termes, ils sont les ingénieurs souterrains de la forêt. L’analyse de la biodiversité microbienne, la résilience écologique des communautés et leur redondance fonctionnelle fournit des outils puissants pour diagnostiquer l’état de santé des sols forestiers. Nous avons mesuré la diversité microbienne moléculaire sous deux essences dominantes (hêtre vs épicéa) et dans deux horizons (organique vs minéral) à travers 30 sites localisés en Ardenne belge. Des indicateurs robustes comme les indices de Shannon, Chao1, la résilience fonctionnelle et la redondance fonctionnelle ont été calculés à partir des matrices de données de séquençage haut débit. Les analyses révèlent que la diversité et la résilience des micro-organismes dépendent fortement de la stratification des horizons, et dans une moindre mesure de l’essence forestière. Les champignons présentent la plus grande richesse spécifique, particulièrement dans les horizons organiques, dominés par des saprotrophes et endophytes, avec une forte redondance fonctionnelle et résilience. Les bactéries, bien que très riches, montrent une diversité et une résilience stables entre essences et horizons, portées par quelques phyla dominants. L’absence de différences significatives s’expliquerait par une hétérogénéité fonctionnelle intra-phylum, suggérant l’intérêt d’analyses plus fines. Les archées, moins diversifiées, se concentrent dans les horizons minéraux, notamment sous épicéa, et jouent un rôle potentiel dans les cycles de l’azote et du carbone. Ces résultats soulignent l’importance, pour la gestion forestière, de protéger les horizons organiques, en particulier sous feuillus, afin de maintenir la diversité microbienne et la résilience des fonctions édaphiques. Une gestion favorisant la diversité de la litière, la stratification du sol et la mixité des essences pourrait ainsi renforcer la stabilité fonctionnelle des écosystèmes forestiers face aux perturbations. Globalement, nos résultats démontrent que les études sur l’adaptation des forêts aux changements climatiques, comme le choix des essences ou la migration assistée, devraient s’appuyer également sur des connaissances en biogéochimie, ainsi que sur la diversité et l’activité microbienne des sols, qui influencent directement la résilience et le bon fonctionnement des écosystèmes.