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

GRENOBLE1-BU Sciences (384212103) / SudocSudocFranceF

Impact de pratiques de gestion sylvicole sur l’évolution des stocks de carbone dans les sols forestiers - De l’étude des mécanismes aux outils opérationnels

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Forest management and soil organic carbon

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Analyse de composés organiques purs par pyrolyse Rock-Eval et influence de la matrice minérale

International audienceL’utilisation croissante de la pyrolyse Rock-Eval pour caractériser les matières organiques des sols et des sédiments récents a conduit Carrie et al. (2012) à analyser des produits organiques purs en vue d’interpréter les signaux et paramètres classiques de cette technique : S1, S2, S3, Tmax, index d’hydrogène et d’oxygène, etc. Si leur démarche est intéressante, elle a toutefois été menée avec une méthode inappropriée puisqu’ils ont utilisé le mode ‘bulk rock basic’ adapté aux roches mères pétrolières. En effet, la température initiale de 300°C qui caractérise ce mode conduit à une thermovaporisation brutale et précoce des produits organiques purs d’où des pics S1 très forts et des Tmax parfois aberrants.Il nous a semblé important de reprendre l’approche de Carrie et al. (2012) en commençant la pyrolyse à 200 °C, tel que préconisé par Disnar et al. (2003) pour l’analyse des sols. Nous avons choisi d’analyser de l’albumine de sérum bovin, de la cystéine, du glucose, de la cellulose et du cholestérol comme composés modèles représentant des protéines, des carbohydrates et des lipides. Par ailleurs, nous avons examiné l’influence de différentes matrices minérales lors de la pyrolyse de ces produits purs à l’image de ce qu’avaient fait Espitalié et al. (1984) avec les kérogènes. Du sable de Fontainebleau, de la calcite, de la kaolinite, de la montmorillonite et des oxy-hydroxydes de fer (ferrihydrite et goethite) ont ainsi été ajoutés à sec à chacun de ces produits purs. Le bilan carbone fourni par la pyrolyse Rock-Eval a été comparé avec les résultats d’une analyse élémentaire sur les mêmes mélanges synthétiques.Les résultats montrent que dans la plupart des cas le bilan carbone du Rock-Eval est déficitaire et que celui-ci l’est d’autant plus que les produits sont associés à des oxy-hydroxydes de fer. Ces oxydes ont un effet catalytique qui favorise le craquage thermique du produit (fort pic S1) et la génération de composés oxygénés (CO et CO2) aux dépens du S2. Le sable n’apparait pas aussi inerte que prévu sur les produits purs. La kaolinite et la montmorillonite ont des effets contrastés selon la nature des produits. Il semblerait que la montmorillonite favorise la formation de coke pendant la phase de pyrolyse d’où une diminution de la part de carbone pyrolysable au profit du carbone résiduel.Carrie et al. (2012) – Org. Geochem., 46, 38-53.Disnar et al. (2003) – Org. Geochem., 34, 327-343.Espitalié et al. (1984) – Org. Geochem., 6, 365-382

Forest management and soil organic carbon

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Fate of crop residues incorporated in soil: towards linking microbial diversity and evolution of organic matter

Communication orale, résuméAmong the microbial functions involved in biogeochemical cycles, those related to carbon cycle play a central role in the biological functioning of agro-ecosystems, in particular because of their involvement in soil fertility, environment quality and global changes. In spite of its major role in organic matter degradation processes, the microbial component involved is poorly documented, particularly in terms of populations and functions, and then considered as a "functional black box". In this context, our objective was to progress in our knowledge of the microbial populations responsible for organic matter degradation in soil. Crop residues represent one of the most important hot spots (zones of increased biological activity) and ecological niches to study microbes involved in organic matter degradation. Our objective was to characterize, in a field experiment, the dynamics of the microbial communities in the detritusphere (zone of the soil under the influence of crop residues) in relation to the biochemical quality of the residue and the evolution of the soil organic matter. For this, residues from different plant types: wheat, colza, and alfalfa were incorporated separately in different plots. From the incorporation date, soils were sample each 1 month for 1 year. The responses of microbial communities to residue supply have been assessed by using molecular methods allowing the characterization of the diversity of microorganisms (DNA fingerprinting, clone libraries). In parallel, the dynamics of the biochemical quality of the residues have been monitored (Near Infra Red Spectrometry).Results showed a strong influence of residue biochemical quality on the dynamics of microbial communities. Furthermore, most of the microbial modifications occurred in the close neighbourhood of the residue, highlighting the particular ecological significance of the detritusphere. Coupling of microbial data and organic mater biochemical data allowed linking the dynamics of microbial communities with the fate of organic matter in soil

Peut-on calculer la valeur de paramètres Rock-Eval pour la couche 0-50 cm à partir des valeurs mesurées sur les couches 0-30 et 30-50 cm ?

Les sols sont généralement échantillonnés à différentes profondeurs fixes, sous forme de couches, mais ces profondeurs peuvent varier d’une étude à l’autre. Pour calculer des stocks de carbone organique du sol à des profondeurs données, les quantités de COS présentes dans les différents horizons peuvent être additionnées. Nous nous sommes demandés si, de la même manière, il est possible de combiner les valeurs d’indicateurs Rock-Eval mesurées sur différentes profondeurs pour obtenir des valeurs d’indicateurs représentatives des échantillons combinés.Pour tester la linéarité des indicateurs Rock-Eval, nous avons mélangé des échantillons de sol prélevés en surface (0–30 cm) et en profondeur (30–50 cm) dans les différentes proportions suivantes : 100:0 ; 90:10 ; 75:25 ; 50:50 ; 25:75 ; 10:90 ; 0:100. Ces mélanges ont été réalisés pour 8 sols de forêt française à pédologies contrastées. Nous avons ensuite analysé les échantillons purs (100:0 et 0:100) et les mélanges en Rock-Eval (n = 56 échantillons). Pour différents paramètres Rock-Eval, nous avons comparé les valeurs mesurées pour les différents mélanges aux moyennes pondérées (suivant la composition du mélange) des valeurs mesurées pour les échantillons de surface et de profondeur composant ces mélanges.Nos résultats montrent que la majorité des paramètres Rock-Eval sont linéaires et qu’il est donc possible de déterminer la valeur du paramètre choisi pour l’horizon 0–50 cm à partir des valeurs mesurées sur les horizons 0–30 cm et 30–50 cm. C’est en particulier le cas pour les paramètres suivants : TOC-RE6, HI, T50CO2pyr et T50CO2ox. Cependant pour deux des paramètres testés (OI et T50CHpyr) la relation entre valeurs mesurées et calculées est peu satisfaisante. Cette mauvaise adéquation est particulièrement observée dans certains types de sol avec des processus pédogénétiques marqués et qui conduisent à des horizons très contrastés. D’autre part, ces deux paramètres sont aussi ceux présentant la plus grande variabilité, ce qui explique au moins en partieles différences entre valeurs mesurées et calculées

Impact de pratiques de gestion sylvicole sur l’évolution des stocks de carbone dans les sols forestiers

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Can we calculate the value of Rock-Eval parameters for the 0-50 layer from the measured values on the layers 0-30 and 30-50 cm?

International audienceCurrent studies investigating soils use different sampling methods. Generally, soils are sampled in different soil horizons and the sampling depths may vary across studies or according to the soil profile composition. For some soil properties such as soil organic carbon stock, it is possible to calculate the organic carbon content of a soil profile by adding the values measured in each horizon. Soil organic carbon stock is therefore independent from the sampling strategy. In the recent years, Rock-Eval has been proposed as a reliable method to investigate soil organic carbon stock and its stability. The objective of this study is to determine, whether Rock-Eval parameters of soil organic matter in a given soil horizon, can also be calculated from Rock-Eval parameters measured in subhorizons; an idea which would greatly facilitate the comparison of results of studies using different sampling methods. In this study, samples from 10 French forest sites encompassing a variety of pedoclimates were used. At each site, samples were collected from two depth ranges, 0-30 and 30-50 cm. To test the linearity of the mixing of RE indicators, binary mixtures of surface and deep soil were composed for each site using five different mixing ratios (10:90, 25:75, 50:50, 75:25, 90:10). All 70 samples were then analysed using Rock-Eval, resulting in five classical RE parameters for each sample. The values of the RE parameters measured on composite samples were generally in good agreement with theoretical values, which were calculated using values measured on 0-30 cm and 30-50 cm according to the mixing equation. This is particularly the case for the following parameters: TOCRE6, PC,RC and OI. However, for HI the relationship between measured and calculated values is unsatisfactory. For sites with a clay-rich deep soil horizon layer and a surface layer with a coarser texture the variation was the highest. Retention of hydrocarbons by clay minerals is a common mineral matrix effect in pyrolysis methods and could explain this observation. Future research should include quantification of the mineral matrix effect for different soil types and calculation of a correction factor for the addition of parameters in a soil profile. Therefore, we conclude that in most temperate soils, most classical RE parameters of a soil profile can be indeed calculated as a sum of the different horizons

Soil organic matter evolution with time in glacier forefields

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