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Dernière mise à jour : Mai 2018

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Unité Biogéochimie des Ecosystèmes forestiers

Zone de texte éditable et éditée et rééditée

Mélanie COURT

Doctorante

INRA, Centre de Nancy,
Biogéochimie des Écosystèmes Forestiers
Route d'Amance, 54280 Champenoux, France

 

0033 (0)3 83 39 73 27

0033 (0)3 83 39 40 76

melanie.court@nancy.inra.fr


Titre de la thèse :

Apport des variations isotopiques naturelles et du multitraçage isotopique à la connaissance des cycles du Ca et Mg et des modifications induites par l'amendement calco-magnésien

Encadrement de la thèse :

Laurent SAINT-ANDRE (INRA-BEF), directeur de thèse
Arnaud LEGOUT (INRA-BEF), Encadrant de thèse
Gregory VAN DER HEIJDEN (INRA-BEF), Encadrant de thèse

Description de la thèse :

PROBLEMATIQUE
De nombreux écosystèmes forestiers à faible fertilité minérale se dégradent lentement, sous l’action de différentes pressions passées (pluies acides, sylviculture…) et actuelles (baisse des éléments nutritifs Ca et Mg dans les dépôts atmosphériques, exportation accrue de biomasse forestière pour produire de l’énergie, changement climatique....). La question des impacts de la sylviculture et  des pollutions atmosphériques ont jusqu’à récemment orienté la recherche à l’unité INRA-BEF vers l’évaluation de bilans environnementaux (entrées-sorties) sur quelques dizaines de sites ateliers et sites d’observation (SOERE F-ORE-T http://www.gip-ecofor.org/f-ore-t/) très instrumentés. Les études menées ont permis de caractériser l’équilibre biogéochimique d’écosystèmes variés à un temps donné, leur sensibilité à certaines évolutions (dépôts atmosphériques) ou perturbations (coupes, changements d’essence) et ont permis des avancées considérables dans la compréhension des cycles du Mg et Ca. Cependant, ces approches "conventionnelles" ont leurs limites et de nombreuses lacunes persistent : estimation difficile de certains flux (apports atmosphériques, prélèvement par la végétation, translocations internes…., certains flux étant des flux nets résultant de processus opposés rendant très difficile l’identification des sources) et processus contrôlant ces flux parfois mal connus.
La pression subie par les écosystèmes à faible fertilité minérale est parfois trop intense et des pertes de certaines fonctions s’ensuivent, le dépérissement étant l'étape ultime du processus. Le recours à l’amendement calco-magnésien est dans ce cas une alternative permettant la restauration de la fertilité minérale et une amélioration globale du fonctionnement de l’écosystème (sol, peuplements, eaux de surface…). Cette pratique curative peut également être envisagée dans des écosystèmes forestiers pour compenser les pertes d’éléments liées à l’exploitation de biomasse. A l’heure actuelle, nous connaissons cependant assez peu de choses sur la dynamique de l’amendement calco-magnésien et l’effet précis de cette pratique sur le cycle du Mg et Ca (déplacementde cations déjà présents avant l’apport ? activation de la minéralisation de la MO ?  etc.).
L’enjeu majeur de ce projet de thèse est donc de mieux connaître la dynamique du Ca et Mg dans les écosystèmes forestiers à faible fertilité minérale, afin de prédire au mieux leur avenir dans un contexte de changements globaux (dépôts atmosphérique, sylviculture, climat). Cette thèse s’inscrit dans le projet de l’unité INRA-BEF qui vise à améliorer les connaissances des interactions sol/plante et de la nutrition des arbres afin d’aider les professionnels de la filière forestière ainsi que les politiques forestières à gérer durablement la fertilité des sols forestiers.

OBJECTIFS ET METHODOLOGIE
La question de recherche proposée concerne la connaissance des cycles du calcium et du magnésium dans des hêtraies à faible fertilité minérale et la compréhension des modifications de ces cycles induites par un amendement calco-magnésien. L’utilisation de traceurs et d’approches/outils isotopiques, en abondance naturelle ou enrichie permettra en complément d'approches classiques de préciser des flux/processus mal connus.
Les objectifs sont les suivants :


                        
  1. Etudier finement les cycles du Ca et Mg dans une hêtraie (site expérimental de Breuil-Chenue) en s’appuyant sur des approches de multi-marquage isotopique in et ex situ. Une expérience de multi-traçage isotopique (26Mg, 44Ca) a été initiée en 2010 sur le site expérimental de Breuil-Chenue (58). Cette expérimentation est déjà riche d’enseignements mais la lenteur de la progression des traceurs dans l’écosystème n’a pas encore permis l’étude détaillée de certains flux et processus (récrétion/absorption foliaire, prélèvement profond, translocation interne, etc.). La poursuite du suivi de cette expérimentation dans le cadre de ce projet permettra de nouvelles avancées dans la compréhension des cycles du Ca et Mg. Des expérimentations annexes et complémentaires, in et ex situ, utilisant l’isotopie en abondance enrichie, seront également conduites en parallèle, afin de renseigner les processus d’absorption racinaire et foliaire de Ca et Mg et les flux d’altération pour ces deux éléments. Cet objectif est complémentaire du 2nd  puisqu’il vise à mieux comprendre sur une placette haute résolution très bien documentée les cycles de Ca et Mg, sans surimposer les modifications potentielles liées à l’amendement.
  2. Evaluer et comprendre les modifications des cycles du Ca et Mg induites pas un amendement calco-magnésien dans plusieurs hêtraies du réseau fertilisation-amendement, en s’appuyant sur les variations isotopiques naturelles du Ca et Mg. Il s’agira d’utiliser les isotopes stables du Ca et Mg pour tracer le devenir de ces éléments dans le système sol-plante, en comparant pour chaque hêtraie les placettes amendées et témoin à plusieurs dates. L’isotopie du Ca et Mg sera réalisée sur des échantillons anciens (collectés depuis 1995) et récents, qu’il faudra collecter lors de la première année de thèse. Plusieurs compartiments de l’écosystème seront investigués : sol (total et échangeable), humus et arbre (carottage des troncs et prélèvements foliaires). L’isotopie des produits d’amendement sera également réalisée. La comparaison, pour chaque hêtraie, des placettes amendées et témoin à plusieurs dates, devrait permettre de déterminer l’effet de l’amendement sur les cycles du calcium et du magnésium.

L'objectif in fine est d'intégrer ces résultats aux modèles biogéochimique et décisionnel développé à BEF pour mieux prédire le fonctionnement et dysfonctionnement des écosystèmes forestiers et ainsi affiner nos recommandations.

Mots clés :

sciences du sol, cycles biogéochimiques, forêt, amendement calco-magnésien, isotopes stables, calcium, magnésium.