Báo cáo khoa học: "Suivi saisonnier des teneurs en azote minéral dans les sols forestiers du Jura, aux étages collinéen"

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Article de recherche Suivi saisonnier des teneurs en azote minéral dans les sols forestiers du Jura, aux étages collinéen et montagnard Y. Tavant, H. Tavant S. Bruckert Faculté des Sciences-Laboratoire de pédologie, place Le 25030 Besançon Cedex, France erc, d (reçu le 4 janvier 88; accepté le 12 octobre 88) Résumé — Les auteurs ont suivi l’évolution saisonnière de l’azote minéral des principaux sols forestiers du Jura Central, depuis l’étage collinéen vers 230 m d’alfitude jusqu’à l’étage montagnard supérieur vers 1 350 m. Entre ces deux étages, les températures moyennes annuelles baissent de 10°C à 5,4°C et la pluviométrie augmente de 900 mm à 2 000 mm. Les sols étudiés se rattachent aux sols lessivés à pseudogley, aux sols colluviaux brunifiés, aux sols bruns à pellicules calcaires et aux sols humo-calciques. Les teneurs en azote nitrique et ammoniacal, déterminées au printemps, en été et à l’automne, opposent les sols collinéens aux sols montagnards : dans les premiers, les teneurs estivales passent par un minimum, les valeurs de printemps et - d’automne étant plus élevées; dans les seconds, en revanche, les teneurs estivales deviennent maximales. - Quel que soit le type de sol, l’excédent des gains d’azote sur les pertes augmente avec falfitude. Nous avons explicité ces faits d’origine climatique, en déterminant les taux de saturation en eau des sols, rapportés à l’humidité équivalente, et en tenant compte des températures. Il en ressort que le déficit hydrique climatique constitue le facteur limitant de la minéralisation d’azote à l’étage collinéen (chênaie-charmaie); en revanche, l’absence de déficit hydrique en été, associée à des températures favorables à l’ammonification et à la nitrification, stimule la minéralisation estivale d’azote à l’étage montagnard (sapinière-hêtraie et pessière). minéralisation - azote minéral - variations saisonnières - du Jura - étages bioclimatiques sols calcimagnésiques humifères-sols brunifiés Summary — The seasonal variation of the mineral nitrogen content In the forest soils of Jura on the collinean and mountain floors. This study deals with the seasonal variations of mineral nitrogen from main soils of bioclimatic sequences of Jura mountains. The areas rise by successive levels from collinean level (around 230 m; annual average to 10°C; P 900 mm) to mountain = = level (around 1.350 m; to5,4°C; P2000 mm). ). Residual ammonium and nitrate contents are determined in spring, summer and autumn. The amounts of mineral nitrogen set collinean soils against mountain soils : in the first place, the amounts of mineral nitrogen exhibit one minimum noted in summer between - two maxima in spring and in autumn; in the second place, the nitrogen contents are maxima in summer. -
Whatever soil series, the nitrogen contents increase with altitude. To explain these climatic fac- tors we take into account the effects of air temperatures and soil water contents (expressed by per- cent of retained water capacity). The following conclusions can be drawn : moisture deficiency is a limiting factor of mineralization in collinean level, but in mountain level the favorable temperatures in summer, associated with balanced supply of moisture, stimulate the nitrogen mineralization. mineralization - mineral nitrogen - seasonal variations - blocllmatlc levels of Jura moun- tains - «humo-calcique» soils - brown soils principaux étages altitudinaux : la Val- Introduction aux lée de l’Ognon (200-300 m), les Avant- Monts (400-600 m) et le Premier Plateau La teneur en azote minéral d’un sol résulte (550-650 m) au collinéen, le Deuxième de plusieurs processus antagonistes, Plateau au montagnard inférieur (800- essentiellement biologiques (Dom- 900 m), la Haute-Chaîne au montagnard mergues et Mangenot, 1970). C’est moyen (900 -11 000 m) et au montagnard pourquoi, en dosant l’azote ammoniacal et supérieur (1 100 -1 400 m). nitrique à un instant donné, on détermine A chaque niveau altitudinal, nous avons la différence entre des gains (minéralisa- choisi les sols forestiers les plus caracté- tion nette) et des pertes (absorption par ristiques et lea plus répandus régionale- les végétaux et lessivage). (Tableau 1) : ment différence, si elle Or, cette permet ne dans la Vallée de l’Ognon : les sols les- - d’azote miné- pas d’estimer la production sivés à pseudogley (Bidault et al., 1980); moins ral, renseigne l’importance sur au dans les Avant-Monts et sur le premier de l’excédent des gains par rapport aux - Plateau : un sol brun lessivé, un sol collu- pertes. C’est cet aspect du problème que vial brunifié lessivé (Gaiffe et Bruckert, nous avons examiné, en déterminant la 1985) et deux sols bruns à pellicules cal- teneur en azote ammoniacal et nitrique caires (Bruckert et Gaiffe, 1980); dans des horizons A, de sols forestiers, récoltés à trois époques précises de l’an- sur le Deuxième Plateau et dans la - née : au printemps, en été et à l’automne. Haute-Chaîne : deux sols colluviaux bruni- fiés lessivés, deux sols bruns à pellicules Les processus qui affectent le bilan calcaires et deux sols humocalciques étant liés aux conditions climatiques, nous (Gaiffe et Schmitt, 1980); avons profité de l’étagement altitudinal jurassien pour choisir des stations éche- Le substrat est constitué de calcaire lonnées entre 230 et 1 350 m, selon un jurassique moyen (Bathonien, Bajocien) et important gradient de température et de supérieur (Kimmeridjien). La pédogenèse, pluviométrie. continue depuis l’ère tertiaire à l’étage col- linéen, fait que les sols de la Vallée de l’Ognon, formés à partir d’altérites Les données régionales anciennes acides, sont peu influencés par le calcaire. Lessols des plateaux et de la Les sols forestiers, sélectionnés à partir Haute-Chaîne, rabotés au cours des gla- ciations quaternaires, sont très dépen- d’une quinzaine de stations appartiennent
dants des calcaires à L’horizon partir desquels ils se et moins riche 2 Btg est plus argileux oxydes métalliques. en développent. Le climat jurassien de type atlantique se caractérise par de forts écarts thermiques Sol colluvial brunifié lessivé auxquels s’ajoute une pluviométrie abon- Ce sol se localis
(Tableau Ilet Fig. 1). La calcium (80-90%). Le pH est proche de la neu- selon l’altitude tralité. La terre fine n’est pas calcaire. Elle est particulièrement importan- divergence est constituée d’agrégats très stables qui résistent te entre les deux étages extrêmes : à la pression des doigts. dans la vallée de l’Ognon, la teneur en - azote est minimale en été entre deux Méthodes valeurs plus fortes au printemps et à l’au- tomne; Au cours de l’année 1980, nous avons prélevé les horizons A des sols, au printemps, en été 1 l’étage montagnard supérieur, la à - et à l’automne, aux dates suivantes : devient maximale, les teneur estivale Vallée de l’Ognon gains d’azote au printemps continuant Avant-monts 18 mars 29 juillet 28 octobre d’augmenter en été et ne diminuant qu’en 1 or Plateau automne; à cet étage, les valeurs atteintes 2e Plateau 31 mars 30 juillet 16 octobre pendant la saison de végétation sont très Haute Chaîne 4 juin 31 juillet 7 octobre fortes dans tous les sols. Ce calendrier tient compte de la durée de la saison de végétation observée à chaque Si l’on considère plus spécialement les niveau, plus précisément, des premiers stades valeurs estivales, la teneur en azote aug- du cycle de développement de la strate herba- mente significativement avec l’altitude cée. (Tableau III). Les valeurs les plus faibles Pour chaque station, après avoir débarrassé se trouvent dans les stations de la vallée la surface du sol de la litière, on prélève les cinq premiers centimètres de l’horizon A, sur de l’Ognon (5,5 ppm), les plus fortes dans une surface de 1 m A partir de chaque récol- . 2 les stations du montagnard supérieur te, répétée deux fois, un échantillon représenta- (26,8 ppm). Le montagnard inférieur, dont tif de A est réalisé. Le jour même, les échan- I les valeurs empiètent sur celles du colli- tillons sont émiettés et tamisés à 4 mm, puis traités. Une partie sert à déterminer l’humidité néen supérieur et du montagnard supé- actuelle qui sera exprimée en pourcentage de rieur, fait transition entre ces deux étages. l’humidité équivalente. Exprimés en Kg/ha d’horizon A,, les résul- L’extraction de l’azote minéral est faite par tats ci-dessus sont encore vérifiés KCI 0,5N, avec un rapport sol-solution de 1/4 et (Tableau III). agitation mécanique pendant 1 heure. Après décantation la solution est filtrée. Le dosage colorimétrique de l’azote ammoniacal et nitrique est réalisé à l’auto-analyseur Technicon. fonction de Humidité des horizons i A en L’ammonium est déterminé selon la réaction la pluviométrie de Berthelot. Les nitrates sont dosés après réduction par le sulfate d’hydrazine (réaction de Griess). Les nitrites éventuellement présents Pour savoir si l’humidité des horizons ont été intégrés aux nitrates. 1 A est favorable ou non à la minéralisation de l’azote, nous avons comparé les humidités actuelles, lors des prélèvements, aux Résultats humidités équivalentes (Tableau IV). D’après les travaux de divers auteurs, l’ac- tivité minéralisatrice est à son optimum Variations saisonnières de la teneur en avec un taux de 70-80% de l’humidité azote minéral équivalente (Stanford et Epstein, 1974; Mary et Remy, 1979; Faurie, 1980). C’est Les fluctuations saisonnières des teneurs retien- la valeur de référence que nous azote minéral sont très différentes drons. en
Les sols lessivés de la vallée de ment associée à l’évènement climatique l’Ognon ont des valeurs d’environ 40-50%, donc (pluie ou temps sec) qui a précédé de peu nettement inférieures à ce seuil au prin- le prélèvement. La relation étant vraie temps; leur teneur en eau remonte à fhu- pour des mesures ponctuelles, on peut midité équivalente en été, puis redescend penser qu’elle est valable aussi pour des à environ 80% en automne. de temps d’une certaine durée. périodes C’est ainsi que les déficits hydriques, A partir des Avant-Monts et jusqu’au observés ponctuellement à l’étage colli- montagnard inférieur inclus, observe on néen et, dans une moindre mesure à l’éta- des humidités actuelles inférieures encore ge montagnard inférieur, peuvent être à ce seuil dans 4 sols sur 7 au printemps. étendus, par extrapolation, aux périodes sèches suivantes de l’année d’étude : Au montagnard supérieur, le déficit hydrique climatique devient très rare (1 la 2e moitié du printemps, plus précisé- - cas). ment la 2e décade d’avril, la 2e décade de mai, Compte tenu des conditions météorolo- la 2e moitié de l’été et le début de l’au- giques journalières, on vérifie facilement - tomne, notamment deux décades en août, que l’humidité de l’horizon A est étroite- I
une décade 1 décade septembre et la cation (Campbell et al., 1971; Reddy, en 1982). De 5°C à 35°C, la production d’octobre. d’azote minéral suit un Q 10 de 2 (Stan- Il s’ensuit qu’à ces périodes-là, les ford et Smith, 1972). conditions d’humidité exerceront vraisem- blablement un effet limitant à l’égard de la Nous avons reporté dans le Tableau V minéralisation de l’azote dans les sols de les moyennes des températures maxi- l’étage collinéen. males et minimales de l’air, mesurées aux étages extrêmes. La température du sol à 10 cm de profondeur étant plus stable que Température celle de l’air, nous prendrons ces valeurs en considération, sachant que la tempéra- ture minimale du sol en hiver approche On considère que la minéralisation démar- celle des minirnums de l’air en l’absence re lentement en dessous de 5°C, la nitrifi- de couverture neigeuse et que la tempéra- cation étant plus affectée que l’ammonifi-
ture maximale du sol en été avoisine celle fur et à mesure que l’on s’élève dans le au des maximums de l’air. massif jurassien. La température ne jouant plus le rôle de facteur limitant en Les résultats montrent que la moyenne cette saison, le phénomène semble lié à des températures minimales inférieures l’augmentation des précipitations. Rappe- ou égales à 0°C dure 5 à 6 mois au mon- lons que pour l’année considérée, il est tagnard supérieur et 2 mois dans la vallée tombé de 960 mm dans la vallée de de l’Ognon et les Avant-Monts. Ils rendent l’Ognon à 2 200 mm sur la Haute Chaîne. compte aussi de la période favorable à la minéralisation (minimums supérieurs à 5°C) qui s’étale sur 6 mois dans la vallée de l’Ognon et sur 3 à 4 mois seulement au Références montagnard supérieur. Bidault M., Rameau J. CL, Schmitt A., Bruckert S. & Gaiffe M. (1980) Catalogue des stations forestières de la vallée de l’Ognon. Rapport Discussion - Conclusion scientifique et notice pratique. 64 pp., 27 fiches et annexes Blonde J.L., Gaiffe M. et Bruckert S. (1986) Il ressort de cette étude que la teneur esti- Relations entre le caractère humifère des sols vale en azote des horizons A serait une des plateaux jurassiens et le régime hydrique I induit par la perméabilité des bancs calcaires. caractéristique intéressante à prendre en Pédologie, XXXVI-2 p. 155-177 considération. Elle oppose radicalement Bruckert S. & Gaiffe M. (1980) Analyse des fac- les sols forestiers de l’étage collinéen à teurs de formation et de distribution des sols en ceux de l’étage montagnard : on observe, pays calcaire glaciaire ou karstique. Ann. Sci. avec l’altitude, un excédent tout à fait Univ. Besançon, 4, Biol.vég., 1, 19-65 inhabituel, des gains sur les pertes. Campbell C.A., Biederbeck V.O. & Warder F.G. (1971) Influence of stimulated fall and springs Compte tenu des conditions climatiques conditions on the soil system. Il. Effect on soil estivales, qui seraient à l’origine de pertes nitrogen. Soil Sci. Amer. Proc., 35, 480-483 du même ordre de grandeur, ou supé- Dommergues Y. & Mangenot P. (1970) Ecolo- rieures, à l’étage montagnard qu’à l’étage gie microbienne du sol. Masson, Paris. 796 pp. collinéen, tout se passe comme si l’ammo- Faurie G. (1980) Devenir de l’ammonium en nification et la nitrification augmentaient, sol calcaire : nitrification et volatilisation de
l’ammoniac. Thèse de Doctorat d’Etat. Lyon 1. Reddy K.R. (1982) Mineralization of nitrogen in organic soils. Soils Sci. Soc. Amer. J., 46, 561- 254 pp. 566 Gaiffe M. & Bruckert S. (1985) Analyse des . transports de matières et des processus pédo- Stanford D. & Epstein E. (1974) Nitrogen mine- génétiques impliqués dans les chaînes de sol ralization water relatons in soils. Soif Sci. Soc. du karst jurassien. Catena, n° spécial «Soils Amer. Proc., 38, 103-107 and geomorphology, 6, 159-174 Stanford G. & Smith S.J. (1972) Nitrogen mine- ralization potentials of soils. Soif Sci. Soc. Gaiffe M. & Schmitt A. (1980) Sols et végétation à l’étage montagnard dans les forêts du Jura Amer. Proc., 36, 465-472 central. Science du sol, 4, 265-296 Tavant Y. (1986) Dynamique saisonnière des matières organiques et de l’azote des sols Mary B. & Remy J.C. (1979) Essai d’apprécia- forestiers brunies et calcimagnésiques humi- tion de la capacité de minéralisation de l’azote fères des séquences bioclimatiques du Jura. des sols de grande culture. Signification des Thèse Doct. Univ. Franche-Comté, Besançon, cinétiques de minéralisation de la matière orga- nique humifiée. Ann. agron., 30, (6), 513-527 109 pp.

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