Pratique de restauration des sols

Problématique

En raison de l’augmentation des populations et des besoins en eau potable (Rizzardini and Goi, 2009) ainsi que de législations plus sévères quant à la qualité de cette eau (Garcia-Delgado et al., 2007), le nombre d’usines de traitement des eaux et la production de matières résiduelles issues de ces usines ont augmenté de façon significative au cours des 30 dernière années (Giusti, 2009). L’interdiction de disposer de matières résiduelles dans les plans d’eau et, plus récemment, les restrictions relativement à leur enfouissement et leur incinération font en sorte qu’une plus grande quantité de biosolides municipaux doit être valorisée (Lu et al., 2012). Au Québec, une nouvelle politique sur la gestion des matières résiduelles a été mise en place en mars 2011 dans le cadre du Plan d’action sur les changements climatiques (P ACC; Villeneuve and Dessureault, 2011 ).

L’objectif de cette politique est de réduire les émissions de gaz à effet de serre (GES) associées à l’incinération et à la décomposition des matières résiduelles et de freiner l’encombrement des sites d’enfouissement en incitant au recyclage de matières résiduelles (MDDEP, 2012). La nouvelle règlementation prévoit la valorisation d’au moins 60% des matières résiduelles dites fertili santes d’ici 2015 et le bannissement de l’enfouissement de celles-ci d’ici 2020 (Villeneuve and Dessureault, 2011). Par ailleurs, le développement économique et l’exploitation des sols y étant associée contribue souvent à la dégradation des sols (MEA, 2005). La dégradation d’un sol se manifeste par une réduction de sa qualité et de sa productivité (Ortas, 2006). Entre autres, le changement d’affectation des terres, les pratiques agricoles intensives, et la déforestation rendent les sols plus susceptibles à l’érosion (Kaiser, 2004), perturbent le cycle du carbone (C) et de nutriments essentiels (Reich and Eswaran, 2004), modifient la structure et le fonctionnement des écosystèmes, et compromettent leur résilience. Dans plusieurs pays, la désertification et la diminution de la surface arable découlant de la dégradation des sols peuvent précariser la sécurité alimentaire (Lal, 2009).

La restauration d’un sol consiste donc, entre autres, à rétablir les structures et les processus écologiques qui lui sont associés. L’équilibre hydrologique, le cycle des nutriments, la biodiversité, le stockage de l’eau et des nutriments, la séquestration de C et la résilience des écosystèmes sont restaurés (Bell, 2006). En milieu forestier, la restauration vise notamment à rétablir la capacité du sol et de l’écosystème à supporter la croissance de la végétation (Ciccarese et al., 20 12). L’épandage de matières résiduelles fertilisantes en milieu agricole ou forestier constitue un moyen de détourner une quantité importante de matériel de l’enfouissement et de l’incinération. Jusqu’à présent, au Québec, l’épandage de boues se fait surtout en milieu agricole, et son utilisation demeure marginale en foresterie (MDDEP, 2014). Le potentiel d’utilisation des boues de fosse septique municipales en sylviculture a été exploré au Québec dans les années 1990, et semble connaitre récemment un regain d’intérêt (Pion and Hébert, 2011). Par ailleurs, des mesures de restauration impliquant l’utilisation de ces boues pourraient permettre de rétablir la structure, les fonctions et les processus écologiques de sols fore stiers dégradés.

Compactage du sol Le compactage du sol occasionne la détérioration des agrégats du sol, une diminution de la macroporosité et de 1 ‘aération du sol, une réduction de la conductivité hydraulique et une augmentation de la porosité capillaire et de la rétention en eau, et de la résistance à l’ enracinement, particulièrement dans les sols fins (Brais, 2001; Demir et al., 2007; Fleming et al., 2006). Le compactage nuit aussi au développement des racines en réduisant l’accès à l’eau et aux nutriments. Il peut aussi restreindre la formation d’agrégats dans le sol par les racines, les animaux et les microorganismes (Batey, 2009; Hamza and Anderson, 2005). Dans des cas extrêmes, le compactage peut mener à la formation d’une croute dure à la surface du sol (battance) et l’accumulation d’eau, ce qui peut réduire le taux de germination des semences de façon significative. La minéralisation de N dans le sol peut diminuer suite à un compactage parce que la biomasse microbienne est normalement affectée négativement par la réduction de substrat et d’ oxygène (0) disponible (Jordan et al., 2003).

L’impact du compactage diffère selon la texture du sol. Il peut s’ avérer bénéfique pour la croissance végétale dans des sols grossiers à faible rétention d’eau et peut réduire la compétition végétale (Brais, 2001 ). Dans les sols fins et humides, le 8compactage peut nuire à la productivité végétale et à la séquestration du COS, et entraver la circulation et la rétention de 1 ‘eau (Ballard, 2000). Plusieurs études (ex. Gomez et al., 2002; Page-Dumroese et al., 2006; Ponder, 2008) ont évalué les effets de la perturbations du sol par le compactage et par la perte de couverture morte en milieu forestier. Ces études démontrent que 1’ effet du compactage sur la croissance de semis et sur la productivité du sol est complexe. La croissance des semis serait liée aux interactions entre la porosité et l’humidité initiale du sol, et la concentration de COS.

En effet, lorsque la porosité naturelle du sol et la concentration de COS sont élevées, surtout dans certains sols loameux et sableux, la rétention d’eau et de nutriments dans le sol peut être suffisante pour permettre la croissance des arbres suite au compactage et à la perte de couverture morte (Gomez et al., 2002). En revanche, dans les sols argileux, une diminution importante de la macroporosité accompagnée d’une hausse importante de la masse volumique apparente et de la résistance du sol peut influencer négativement la respiration des racmes et l’approvisionnement en eau et en nutriments (Tan and Chang, 2007), surtout en milieu plus sec et faible en COS (Zhang et al., 2005). Ces facteurs contribuent à réduire la croissance des arbres de façon significative (Gomez et al. , 2002). Ainsi, dans les sols argileux très perturbés dont les valeurs de COS sont faibles, l’effet du compactage pourrait être plus prononcé et même exacerbé par la perte de couverture morte.

Pratique de restauration des sols

La restauration vise à rétablir les processus écologiques (ex. les apports en litières, les processus de décomposition, d’immobilisation de C et du cycle des nutriments, la rétention et la circulation des eaux de surface) de façon à recouvrer autant que possible les conditions biologiques, physiques et chimiques d’origine du milieu dégradé (Ciccarese et al., 2012). Au Québec, les règlementations concernant les sites miniers obligent entre autres les compagnies à extraire et entreposer temporairement la couche superficielle du sol, et subséquemment à la remettre en place pour réhabiliter le site une fois les travaux d’exploitation terminés (Ministère des resources naturelles, 1997). Dans d’autres milieux fortement dégradés, une toute nouvelle couche superficielle de sol prélevée d’autres milieux tels des champs agricoles ou des sites de construction peut être mise en place pour restaurer le sol (Wang et al., 2008). En milieu forestier, certaines techniques de labourage (ex. herse à disques, herse rotative) peuvent atténuer les effets du compactage (Godefroid et al., 2007).

Toutefois, ces pratiques peuvent endommager la structure des sols forestiers, surtout les sols à texture fine (Bulmer, 2000; McNabb, 1994). Il faut donc proscrire ce type d’intervention pour ameublir les sols forestiers compactés argileux (Ampoorter et al., 2011). En effet, le labourage doit être fait dans des conditions optimales d’humidité du sol pour être efficace. Il doit aussi être fait en présence de suffisamment de matière organique pour maintenir les agrégats du sol, ce qui assurera le maintien de conditions favorables à la croissance végétale à long terme (Bulmer, 2000). L’ajout d’amendements riches en matière organique est aussi couramment utilisé à des fins de restauration de sols dégradés forestiers (ex. Ampoorter et al., 2011; Sanbom et al., 2004; Wang et al., 2003), miniers (ex. Brown et al., 2003; Haering et al., 2000; Rowland et al., 2009) ou de sites d’enfouissement (ex. Bolan et al., 2013; Gregory and Vickers, 2003; Lamb et al., 2012). L’épandage de boues de fosse septique municipales riches en matière organique constitue donc une alternative intéressante pour rétablir les services écologiques du système (Bommarco et al., 2013) puisqu’elle permet d’agir comme couverture physique du sol minéral (i.e. un proxy de l’effet tampon de la couverture morte), de recouvrer les réserves de C et de nutriments typiques aux sols forestiers (ex. horizons LFH) et de réenclencher les processus pédogénétiques (Garcia et al., 1996; Lamey and Angers, 2012; Pascual et al., 1997).

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Table des matières

TABLE DES MATIÈRES
AVANT-PROPOS
LISTE DES FIGURES
LISTE DES TABLEAUX
RÉSUMÉ
CHAPITRE I INTRODUCTION GÉNÉRALE
1.1 Problématique
1.2 État des connaissances
1.2.1 Fonctions écologiques des sols
1.2.2 Mécanismes de dégradation des sols
1.2.3 Pratique de restauration des sols
1.2.4 Caractérisation des boues de fosse septique
1.2.5 Effet de l’ épandage sur les propriétés du so1
1.3 Objectifs de l ‘étude et hypothèses de travail
CHAPITRE II RESTORING A DISTURBED CLAYEY FOREST SOIL: CAN DEHYDRATED SEW AGE SLUDGE REPLACE THE NATIVE FOREST FLOOR
2.1 Abstract
2.2 Résumé
2.3 Introduction
2.4 Methods
2.4. 1 Study are a
2.4.2 Experimental design
2.4.3 Field sampling
2.4.4 Laboratory analysis
2.4. 5 Statistical analysis
2.5 Results
2.5.1 Organic amendments
2.5.2 Soils
2.5.3 Foliar nutrition and seedling growth
2.6 Discussion
2.6.1 Chemical characteristics and micro bi al activity of organic amendments
2.6.2 Soil organic carbon and total nitrogen
2.6.3 Soil nutrient supplies
2.6.4 Soil trace metal supplies
2.6.5 Soil physical properties
2.6.6 White spruce seedling foliar nutrition and growth
2.7 Conclusions
2.8 Acknowledgments
2.9 References
CHAPITRE III CONCLUSION GÉNÉRALE
ANNEXE A
RÉSULTATS ADDITIONNELS
RÉFÉRENCES