Soutenance mémoire
La concentration du carbone organique dans les sols alluviaux
Les propriétés physico-chimiques des sols
Les sols en zone riveraine sont sujets à de multiples modifications suite aux différentes conditions géohydroc1imatiques présentes. Les propriétés physico-chimiques des sols alluviaux peuvent varier énormément au niveau de la distribution verticale et en fonction de leur répartition spatiale, lesquelles variations sont conditionnées par divers processus hydrologiques notamment (Clinton et al., 2003; Watkins et al., 2010).Le développement pédogénétique des sols riverains est déterminant lorsqu’il est question de comprendre les différents changements hydroc1imatiques qui influencent l’évolution des sols en zone riveraine. Plusieurs études décrivent la variabilité des propriétés physico-chimiques des sols alluviaux suivant les différents contextes hydrologiques (Tockner et al., 1999; Schilling et al., 2009; Van Der Lee et al., 2004; _Wang et al., 2009; Cierjaks et al., 2010; Watkins et al., 2010; Saint-Laurent et al., 2007, 2011).L’accumulation des éléments nutritifs est importante dans la régulation de la productivité des zones humides, ainsi que sur la diversité des espèces et la qualité de l’eau (Heimann et Roell, 2000; Craft et al., 2010). Les zones humides regroupent les écosystèmes parmi les plus productifs de la planète. Toutefois, selon certaines recherches, un apport successif en nutriments peut engendrer un déséquilibre des milieux riverains (Boutin et al., 2001; Schilling et al., 2009; Wang et al., 2009;Saint-Laurent et al., 2007b; Drouin et al., 2011). Par exemple, un apport excessif en phosphate (source anthropique) peut entraîner une dégradation du milieu riverain et la vitalité des écosystèmes peut être compromise (Wang et al., 2009).Les éléments nutritifs essentiels à la croissance de la végétation sont l’azote, le phosphore et le potassium (NPK). Une partie de ces nutriments sont disponibles dans la matrice minérale et organique des sols et peuvent provenir aussi des eaux de pluie, et également du transport des sédiments lors des périodes de crues. Les processus d’absorption de ces nutriments par la végétation riveraine peuvent être très importants (Brunet et Astin, 2000). Par exemple, un couvert forestier dense peut contribuer à favoriser la rétention des sédiments de crue qui peuvent contenir différents éléments, dont le phosphore et l’azote. D’ailleurs, la capacité d’absorption par les végétaux de ces nutriments est bien documentée dans la littérature (Tabacchi et al., 1998-2000;
Gurnell et al., 2001; Tickner et al., 2001; Steiger et Gurnell, 2002; Baley et al., 2007; Birkinshaw et al., 2010). Les nutriments qui sont déposés lors de crues sont habituellement constitués de fmes matières organiques et sédimentaires, et d’é~éments comme le carbone, l’azote, le phosphore (Brunet et al., 2000), ainsi que le potassium et d’autres éléments, dont des contaminants. La concentration de ces différents éléments du sol est utilisée comme des indicateurs de la qualité et de la vitalité des végétaux en milieu riverain (Rokosh et al., 2009).
Des études récentes (Jordan et al., 2007; Shilling et al., 2009; Wang et al., 2009) _montrent qu’il y a une forte corrélation entre certains paramètres pédologiques qui permettent de comprendre davantage les processus pédogénétiques en milieu riverain.
Par exemple, Schilling et al. (2009) établissent une corrélation entre le carbone organique et l’azote et la profondeur du sol. Ces deux éléments se concentrent dans les couches superficielles du profil. Selon Wang et al. (2009), il Y a une forte corrélation entre le carbone organique, l’azote et le phosphore en raison de leur abondance dans les horizons de surface. D’autres études ont démontré qu’il y a une relation positive entre la biomasse microbienne du sol et la matière organique, le carbone, l’azote et le phosphore (Rokosh et al., 2009; Dai et al., 2010). Les travaux de Jordan et al. (2007) montrent qu’il y a une forte corrélation entre l’azote (N) et la capacité d’échange cationique (CECy.
La CEC varie en fonction du pH du sol et est souvent liée à la texture de la matrice minérale. La CEC est plus élevée dans des sols argileux et riches en matière organique et plus faible dans un sol minéral grossier (Dai et al., 2010; Baize, 2000). Enfin, les particules fmes du sol (argile et limon) ont une capacité plus grande à retenir les 1 L’importance de la CEC varie selon la richesse en argile ou autre texture du sol et le contenu en matière organique. Il existe un lien très étroit entre la CEC et le pH.
nutriments du sol que les matrices grossières. L’étude de Craft et al. (2000), par exemple, montre que les taux de phosphore sont nettement plus élevés dans les sols riches en argile que pour les autres types de sol.
La variabilité spatiale et verticale des sols
La variation des propriétés physico-chimiques des sols en zone inondée se caractérise par trois grands gradients, soit le gradient longitudinal (amont-aval), le gradient horizontal (distance du chenal) et le gradient vertical (profondeur du sol) (Cierjacks et al., 2010). En tenant compte de ces trois gradients, on note que la végétation et les propriétés physico-chimiques du sol varient grandement selon le débit du cours d’eau, la charge sédimentaire, ainsi que les différentes récurrences et modes de l’inondation (Cierjacks et al., 2010). Par exemple, la fréquence et la durée de l’inondation a une réelle incidence sur la qualité et la quantité de la sédimentation (Steiger et al., 2003; Zhang et Mitsch, 2006).Schilling et al. (2008, 2009), Baldwin et Mitchell, (2000); Craft et Casey, (2000); Zhang et Mitsch, (2006) constatent que la concentration des nutriments est plus importante dans la couche superficielle des sols dû à l’apport de la matière organique qui provient des litières de surface. La couche supérieure du sol (0-20 cm) est soumise à de nombreux échanges biogéochimiques, notamment en raison de la présence plus élevée des microorganismes dans les horizons de surface. L’étude de Schilling et al. (2009) , montre aussi que la concentration des nutriments, tels que l’azote et le carbone organique, diminue avec la profondeur du sol. Cependant, la concentration en phosphore ne semble pas avoir de liens spécifiques avec la profondeur du sol. Également, l’étude de Brooks (2002) montre une diminution de plusieurs éléments nutritifs dans les couches plus profondes du profil. Cette baisse est attribuée à un changement du milieu de sédimentation. On note également que les nutriments peuvent s’accumuler dans le sol durant la saison végétative et, lors des crues automnales, et être transportés plus loin provoquant ainsi un appauvrissement des sols (Brunet et al., 2000). Enfm, les variations des éléments nutritifs dans la couche sédimentaire affectent également la qualité des eaux souterraines qui circulent dans la zone riveraine (Schilling et al., 2009). Les travaux de Lavoie et al. (2006) montrent que le développement des sols riverains est limité par les apports sédimentaires constants provenant des crues successives. Ceci entraîne dans l’ensemble du pédon2 une faible différenciation des horizons, un rajeunissement du sol et une assez faible altération en surface. L’accumulation progressive des sédiments (aggradation) transportés par les crues périodiques maintient le sol dans un état jeune, non développé (Lavoie et al., 2006; Drouin et al., 2010). Selon une analyse détaillée par Saint-Laurent et al. (2009b), les sols riverains soumis à des inondations fréquentes montrent une faible distinction de leur profil et un faible développement pédogénétique.
La modification des sols à la suite d’une inondation
Les inondations peuvent avoir des effets bénéfiques ou néfastes sur l’environnement riverain. De nombreuses études ont montré les différents impacts reliés à ce phénomène fluvial (Nestier et Long, 1997; Clinton et al., 2003; Monirul et al., 2003; Pfister et al., 2004; Saint-Laurent et al., 2006-2011). Les crues et décrues peuvent avoir des effets divers sur les écosystèmes et les sols riverains (Shields et al., 2000; Lavoie et al., 2006; Frazier et Page, 2008; Drouin et al., 2008; Drouin et al., 2010; Strom et al., 2011). Par exemple, certaines crues remplissent un nombre de fonctions
écologiques vitales en participant aux échanges entre la rivière et son environnement. Les effets bénéfiques qui peuvent être observés sont, en autre, la sauvegarde et la qualité de la ressource en eau; la fertilisation des sols; le maintien de la biodiversité et à la qualité des paysages et à la réduction des risques d’inondation en aval, à la lutte contre l’érosion des deltas, etc (Gendreau, 1998; Pottier et al., 2004). D’un autre côté, l’apport constant de sédiments peut maintenir le sol dans une phase immature et peut nuire à la régénération de la flore riveraine (Daniels, 2003; Lavoie et al., 2006; Drouin et al., 2010). Les inondations causent des changements sur la morphologie des sols par l’érosion des berges notamment qui modifient l’hydrologie du cours d’eau et qui peut affecter l’écosystème des milieux humides (Merritt et Cooper, 2000). Aussi, une
réduction de la végétation riveraine peut modifier les processus le long des rivières (ou ruisseaux) à la suite des variations des températures, de la disponibilité de la lumière et des apports en nutriments. L’impact de la perte de végétation riveraine dans les zones humides des plaines inondables est assez peu documenté, même si ces processus peuvent avoir des effets à long terme sur la matière organique, la qualité de l’eau et la dynamique trophique (Watkins et al., 2010). Ces auteurs expliquent que la perte de végétation en milieu riverain, les stocks de matière organique et la physico-chimie des sols sont directement associés au régime hydrologique de la rivière ainsi qu’aux phases successives des inondations. On note également que les coupes forestières en zone riveraine ont un impact direct sur la perte de matière organique au sol et peut générer à la longue leur appauvrissement (Watkins et al., 2010). En contrepartie, la reforestation
des zones riveraines entraîne une augmentation des stocks de matière organique _ (Zhang et Mitsch, 2007).Dans le bassin de la rivière Saint-François, une plus grande récurrence interannuelle a été notée dans les dernières décennies, surtout après 1970 (Saint-Laurent et al., 2008, 201 Od), ceci a pour effet de provoquer une forte sédimentation et conduit à une aggradation de la plaine alluviale (Wood et Armitage, 1999; Saint-Laurent et al., 2010d). Les inondations peuvent nuire à la production de la biomasse au sol et entraver la stabilité ou la vitalité des nouvelles pousses végétales lors des fortes crues, ce qui diminue la régénération végétale et conséquemment, l’apport en matière organique à la surface du sol, en plus d’avoir un impact sur le développement
pédogénétique des sols (Drouin et al., 2011).
|
Table des matières
REMERCIEMENTS
AVANT -PROPOS
RESUME
LISTE DES TABLEAUX
LISTE DES FIGURES
LISTE DES ABRÉVIATIONS, SIGLES ET ACRONYMES
CHAPITRE INTRODUCTION GENERALE
1.1 Problématique
1.2 Territoire à l’étude
1.3 Revue de littérature
1.3.1 Les principaux paramètres physico-chimiques des sols en zone nveralne
1.3.1.1 Les propriétés physico-chimiques des sols
1.3.1.2 La variabilité spatiale et verticale des sols
1.3.1.3 La modification des sols à la suite d’une inondation
1.3.2 Le carbone organique dans les sols alluviaux
1.3.2.1 La concentration du carbone organique dans les sols alluviaux
1.3.2.2 La distribution verticale du carbone organique dans les sols
1.3.2.3 Le carbone organique des sols riverains suivant leur emplacement topographique
1.3.2.4 La taille des particules
1.4 Objectifs du projet
1.4.1 Description du cadre de l’étude
1.4.2 Objectifs de recherche
1. 5 Hypothèses de travail
1.6 Approche méthodologique
1. 6.1 Travaux de terrain et échantillonnage
1.6.1.1 Sélection des sites
1.6.1.2 Travaux de terrain
1.6.1.3 Fiche descriptive des sols
1.6.1.4 Prélèvements des échantillons de sols
1.6.2 Prétraitements des échantillons de sols
1.6.2.1 Identification des échantillons
1.6.2.2 Séchage et caractérisation des échantillons
1.6.2.3 Préparation des échantillons
1.6.3 Analyse des données
1.6.3.1 Traitements préliminaires
1.6.3.2 Analyse statistique des données
1.7 Résultats
1.7.1 Propriétés chimiques
1.7.2 Propriétés physiques
1.7.3 Statistiques
1.8 Conclusion
CHAPITREll ANALYSE SPATIALE DES SOLS ALLUVIAUX EN ZONE ACTIVE DE SÉDIMENTATION (CENTRE-SUD DU QUÉBEC)
2.1 Résumé
2.2 Introduction
2.3 Matériels et méthodes
2.3.1 Description du territoire à l’étude
2.3.2 Sélection des sites
2.3.3 Traitements physico-chimiques des échantillons
2.3.4 Analyse statistique des données
2.4 Résultats
2.4.1 Propriétés physiques
2.4.2 Propriétés chimiques
2.4.3 Tests statistiques
2.5 Discussion
2.6 Conclusion
2.7 Remerciements
2.8 Références
REFERENCES BIBLIOGRAPIDQUES
ANNEXE A ARTICLE SCIENTIFIQUE
ANNEXEB ACTIVITÉS SCIENTIFIQUES LIÉES AUX TRAVAUX DE RECHERCHE…
Télécharger le rapport complet
