La soutenance de thèse de Jade Salleles intitulée "Étude du devenir de l’azote dérivé des litières dans le sol et dans l’arbre sur le moyen terme dans les forêts de hêtres par traçage isotopique et modélisation" se déroulera le mercredi 28 mai 2014 à 13h30 en salle de conférence de l'INRA de Nancy à Champenoux.
J'ai le plaisir de vous inviter à ma soutenance de thèse intitulée "Étude du devenir de l’azote dérivé des litières dans le sol et dans l’arbre sur le moyen terme dans les forêts de hêtres par traçage isotopique et modélisation" ainsi qu'au pot de thèse qui suivra.
La soutenance se tiendra le mercredi 28 mai 2014 à 13h30 en salle de conférence de l'INRA de Nancy à Champenoux.
Vous trouverez ci-dessous la composition du jury ainsi qu'un résumé de la thèse.
Cordialement,
Jade Salleles
Membres du jury:
Rapporteurs:
M. Mickaël Aubert, Professeur, Université de Rouen
Mme Monique Carnol, Professeur, Université de Liège
Examinateurs:
M. Manuel Nicolas, Ingénieur de recherche, ONF Fontainebleau
M. Karel Van Den Meersche, Chargé de recherche, CIRAD Montpellier
Mme Anne Poszwa, Maître de conférences, Université de Lorraine
Mme Judy Simon, Docteur habilité, Université de Freiburg
Directeur de thèse:
M. Jacques Ranger, Directeur de recherche, INRA Nancy
M. Bernhard Zeller, Ingénieur de recherche, INRA Nancy
Résumé :
L’azote (N) est un nutriment indispensable à la croissance des végétaux. Bien que présent en quantité abondante à l’état naturel, le N demeure un élément limitant pour une grande partie des écosystèmes. De plus, il s’agit du seul nutriment qui n’est pas libéré par l’altération des minéraux, la source principale de N pour les végétaux provient de la décomposition et de la minéralisation des litières.
L’objectif de cette thèse était d’apporter des connaissances sur le devenir du N des litières sur le moyen terme (une décennie) dans le système sol-plante des écosystèmes forestiers non fertilisés et de mettre en avant les facteurs de contrôle des processus de stabilisation, d’immobilisation, de prélèvement et de pertes du N conduisant à la formation des stocks de N dans les sols et à la nutrition des arbres. Pour cela, un modèle simple comprenant deux modules – sol et arbre – a été construit et validé à partir d’une expérience de marquage de litière à l’azote 15 (15N). Le marquage a eu lieu il y a une dizaine d’années sur dix hêtraies européennes et consistait à déposer de la litière enrichie en 15N au pied d’arbres sélectionnés. Le devenir du 15N a été suivi par échantillonnage régulier de la litière, du sol (0 – 30 cm) et des feuilles suivis d’analyses par spectrométrie de masse à rapport isotopique des teneurs en 15N.
Le suivi du traceur 15N dans le profil de sol a permis de mettre en évidence une très faible incorporation du N dans les horizons minéraux du sol sur une décennie. L’abondance isotopique ne montre pas de signe d’enrichissement à partir de 10 cm de profondeur et le maximum d’incorporation du 15N se trouve dans les cinq premiers centimètres de surface de l’horizon minéral du sol. Le pic d’incorporation du 15N dans le sol se situe entre 2 et 4 ans après le dépôt des litières marquées entre 0 et 5 cm.
Dans les feuilles des arbres ayant reçu le marquage, l’évolution de la quantité de 15N au cours du temps montre une dynamique en deux phases correspondant à la minéralisation du N des litières qui devient alors disponible pour les arbres suivie d’une phase de stabilisation du N dans les agrégats du sol limitant l’accessibilité du N aux végétaux.
La modélisation du suivi temporel du traceur 15N dans le sol et dans l’arbre a permis de mettre en avant une structure à trois compartiments de sol en plus de la litière. Un premier compartiment assimilable aux produits de décomposition des litières aériennes et souterraines, et deux compartiments de sol aux taux de recyclage du N dans ces compartiments différents. L’analyse de l’évolution de la quantité de 15N dans les feuilles des arbres ayant reçu le marquage au cours de la décennie ainsi que des paramètres du modèle précisent le lien entre la forme d’humus et la dynamique d’incorporation du N dérivé des litières par les arbres. Dans les humus de type mull, l’homogénéisation du N dans le profil de sol par la faune ralentit l’accessibilité des végétaux à la source de N mais la prolonge dans le temps par mise à disposition progressive du N lors du recyclage. Sous moder, il semble que les arbres puisent rapidement et directement dans les horizons organiques pour prélever le N nécessaire à leurs besoins, grâce aux associations fongiques.
Les résultats de modélisation montrent également que les litières contribuent à la nutrition azotée des arbres au maximum 4 à 5 ans après leur chute mais les arbres utilisent cette source de N pendant au moins une décennie En négligeant les apports atmosphériques, environ 25 % des besoins totaux en N de l’arbre (feuilles, tronc, branches, racines) sont couverts par la réallocation du N de l’arbre, et 75 % sont issus du prélèvement du N dans le sol avec une contribution des litières croissantes pendant les 4 à 5 premières années suivant leur dépôt suivie d’une diminution par stabilisation du N dans le sol et/ou pertes du N par dénitrification ou lessivage dans le système sol-plante.
L’utilisation du N dérivé des litières par l’arbre est également fonction de la croissance des arbres, de la productivité du site et de leurs âges, les arbres jeunes n’ayant pas les mêmes besoins en N que les arbres plus âgés.
Abstract:
Forest soils are a physical media and main source of plant nutrients. Increasing anthropogenic stresses may lead to a decreasing fertility and thus a decrease in biomass production. Improved understanding of biogeochemical cycles in forest ecosystems allows a better management of soil resources to sustain biomass production and satisfy the human needs.
With phosphorus, nitrogen (N) is an essential nutrient for plant growth. Although present in large quantities in nature, N remains a limiting factor for many ecosystems. Moreover, it is the only nutrient that is not released by mineral weathering. The main source of N for plants comes from the decomposition and mineralization of the litter.
The main objective of this PhD was to study the fate of litter-derived N on the long term (one decade) in the soil-plant system in temperate forest ecosystems. The factors controlling the processes of stabilization, immobilisation, tree uptake and N loss leading to the formation of soil N stocks and contributing to tree nutrition were also highlighted. For this, a robust and simple model consisting of two modules - soil and tree - was built and validated from a nitrogen-15 (15N) labelling experiment. The labelling experiment took place ten years ago in ten European beech forests. The 15N enriched litter was produced on a dedicated site and was set on the soil around selected trees in the ten sites. The 15N enrichment was measured regularly for one decade in the decomposing litter, the forest floor (0 – 30 cm) and the leaves.
Monitoring of the tracer 15N in the soil profile highlighted a low transfer of N into mineral soil horizons over a decade. There was no isotopic enrichment of the soil layers deeper than 10 cm depth and the maximum of 15N recovered in the soil was measured in the first 5 cm of the soil (Ah horizon). The 15N peak of the litter-derived N recovered in the soil was measured between 2 and 4 years after the labelling in the ten sites and in the 0 – 5 cm layer.
In the leaves of the trees that received the labelled litter the kinetic of the amount of 15N over time showed a first phase of increasing leaf 15N illustrating an increasing N availability due to preferential mineralization of litter N followed by a second phase of decreasing leaf 15N due to stabilization and vertical distribution of litter N into the soil profile.
Modeling the fate of litter 15N in the soil and the tree resulted in a model with three compartments in the soil. The first compartment is dedicated to litter decomposition products and the two others soil compartments correspond to mineral horizons with different N turnover rates. The analysis of the kinetic of the leaf 15N over a decade as well as the model parameters allows linking the form of the humus and the dynamics of the litter-derived N uptake by trees. Mull humus sites showed that the homogenization of N in the soil profile and the sequestration in earthworm faeces may slow down the accessibility of plants to the source of N but extended it in time by progressive release of N. At moder humus sites, trees quickly and directly mine for litter N from the organic horizons by ectomycorrhizal associations.
The modeling study also shows that the litter contributes to the tree N nutrition over a decade and at a maximum rate 4 to 5 years after the litterfall. Neglecting atmospheric N inputs, about 25 % of the total N needs of the tree (leaves, trunk, branches, and roots) are covered by the reallocation of N from the tree, and 75% are from the soil N uptake. The use of litter derived N by trees is also function of tree growth, site productivity and tree age, young trees do not have the same N requirements than older trees.
