Kasaina Sitraka ANDRIANARISOA 4eme année, soutenance 11 Février 2009 Séminaire 2009 de l’école doctorale RP2E, Nancy Croissance racinaire et disponibilité en nitrate dans les sols forestiers Directeur de thèse Etienne DAMBRINE Co-encadrant: Bernd ZELLER Kasaina Sitraka ANDRIANARISOA 15 Janvier 2009 4eme année, soutenance 11 Février 2009 Contact: andrianarisoak@yahoo.fr Laboratoire de recherche: INRA Nancy, UR Biogéochimie des Écosystèmes Forestiers, 54280 Champenoux

Ecosystème forestier à faible intrant Pluie Pluviolessivats Litière Relation entre colonisation racinaire et disponibilité en nitrate en forêt N organique NH4+ NO3- Ammonification Nitrification Mineralisation 2 / 15

Contexte La disponibilité en nitrate influence la biomasse et la croissance racinaire NH4+ peu mobile, Fixé par les charges négatives du sol, Biomasse racinaire forte ou association avec des mycorhizes NO3- très mobile Biomasse racinaire faible (Nadelhofer, 2000; Aber et al., 1985) Racines (Unité relative) Biomasse racinaire Production de racines Faible Forte Disponibilité en nitrate 3 / 15

Contexte Selon les différentes espèces, la racine influence la disponibilité en nitrate dans le sol (Olsson and Falkengren-Grerup, 2000) 15 Rhizosphère Sol distant * 10 Activité potentielle de nitrification, nmol NO3- h-1 g-1 sol sec * 5 Deschampsia flexuosa Convalaria majalis Poa nemoralis Geum urbanum Aegopodium podagraria Espèces préférant l’ammonium en culture hydroponique Espèce intermédiaire Espèces préférant les nitrates en culture hydroponique 4 / 15

Objectifs N organique 1 2 NH4+ NO3- 2- Influence de la croissance racinaire sur disponibilité des nitrates N organique 1 2 NH4+ NO3- 1- Influence de la disponibilité des nitrates sur la biomasse racinaire 5 / 15

Site d’etude Altitude : 650 m Précipitation : 1280 mm Coupée partiellement à blanc en 1976 Altitude : 650 m Précipitation : 1280 mm Température : 9°C Sol : Alocrisols, 4<pH<4.5 Forêt native Forêt de Breuil (47°18’ 10”, 4° 4’ 4”) FRANCE Taillis sous futaie (TSF) à base de hêtres et de chênes Remplacée par des plantations monospecifiques (1000 m²) Pin (Pinus laricio ) Sapin (Abies nordmanniana) Hêtre (Fagus sylvatica ) Douglas (Pseudotsuga menziesii) Epicéa (Picea abies) Actuellement :10 à 20 m de hauteur, le TSF a 150 ans 6 / 15

Il existe deux groupes d’espèces par rapport à la nitrification Résultats des études récentes sur le site experimental de Breuil Nitrification nette sous les différents peuplements Hetre, Pin et Douglas Hêtre Pin Douglas Sapin, Epicéa et TSF Sapin Epicéa TSF 1.0 0.8 0.6 Potentiel net de nitrification, mg kg-1 sol j-1 0.4 0.2 0.0 Hêtre Pin Douglas Sapin Epicea TSF Il existe deux groupes d’espèces par rapport à la nitrification 7 / 15

Exemple : entre le TSF et la plantation de Douglas Experimentation Echanges des carottes de sol entre les 6 peuplements (Hêtre, Pin, Douglas, Sapin, Epicéa et TSF) en Février 2006 Exemple : entre le TSF et la plantation de Douglas 15 cm Humus 8 cm n = 5 par espèce TSF Douglas 8 / 15

Dispositif expérimental et prélèvements Collecte de l’humus Mise en boite Douglas 5 x 6 = 30 cylindres de sol 5 cylindres de sol, provenant du Sapin 50 cm Echantillon témoin, non perturbé (n=5) 16 mois 28 mois 9 / 15

Incubation de sol à 20°C pendant 42 j Analyses au laboratoire Les sols sont tamisés à 4 mm Les racines vivantes (<2mm) ont été collectées, séchées 65°C et pesées Echantillons de sol minéral (0-15 cm) NO3- et NH4+ ont été extraits avec du K2SO4 0.05M et dosés par colorimétrie Incubation de sol à 20°C pendant 42 j Pourcentage de nitrification [NO3- ]final – [NO3-]initial [NH4+ +NO3- ]final – [NH4++NO3-]initial 10 / 15

Peuplements récepteurs Résultats des échanges de carottes : pourcentage de nitrification Pourcentage de nitrification Provenance des sols Aucun changement Augmentation Peuplements récepteurs Aucun changement Aucun changement < 25 25 - 50 50 - 75 > 75 Les peuplements forts nitrifiant stimulent rapidement la nitrification 11 / 15

Peuplements récepteurs Résultats des échanges de carottes : pourcentage de nitrification Pourcentage de nitrification Provenance des sols Aucun changement Augmentation Peuplements récepteurs Diminution Aucun changement < 25 25 - 50 50 - 75 > 75 Les peuplements peu nitrifiants réduisent assez lentement le pourcentage de nitrification 12 / 15

Peuplements récepteurs Résultats des échanges de cylindres de sols: poids de racines Colonisation racinaire, t ha-1 Provenance des sols < 0.75 0.75 – 1.5 1.5 – 2.5 > 2.5 Peuplements récepteurs La croissance racinaire dépend de l’espèce et non de la disponibilité en nitrate dans le sol 13 / 15

Influence de la racine sur le pourcentage de nitrification 120 (Fr←Fr) Fr = Hêtre, pin et Douglas Fr = Forte nitrification 100 (Fr→Fb) 80 Pourcentage de nitrification (Fr→Fr) 60 40 Fb = Forêt native, Sapin et Epicéa Fb = Faible nitrification 20 (Fb→Fb) 1 2 3 4 5 Poids de racines, t ha-1 Forte croissance racinaire correspond à une diminution du pourcentage de nitrification Faible croissance racinaire correspond à une augmentation du pourcentage de nitrification 14 / 15

Conclusions 1- Influence de la disponibilité des nitrates sur la croissance racinaire Croissance racinaire dépend de l’espèce et non de la disponibilité des nitrates 2- Influence de la croissance racinaire sur disponibilité des nitrates La croissance racinaire réduit le pourcentage de nitrification du sol 1 2 NO3- 15 / 15

Merci pour votre attention