Dynamique de la matière organique des sols des monts forestiers du Bélézma

Abstract

Dans le massif forestier du Bélézma, il a été procédé à l’étude de l’effet du couvert végétal forestier sur la dynamique de la matière organique des sols. Les stations forestières ayant fait l’objet de cette étude sont celles à dominance de Cèdre de l’Atlas (Cedrus atlantica) et celle à Chêne vert (Quercus ilex) comparées à des stations mixte à mélange des deux espèces. Au total soixante sites ont été explorés et des échantillons composites de sols ont été prélevés. Ces échantillons de sols ont fait l’objet d’analyses physico-chimique et biologique. Les analyses biologiques ont porté essentiellement sur les éléments carbone et azote de la matière organique des sols dans les horizons supérieurs des profils de sols. Outre, le carbone organique et l’azote total des horizons de sols, cette étude s’est intéressé également à l’effet comparée de la nature du couvert forestier sur les différentes fractions de la matière organique des sols à savoir le carbone et l’azote de la biomasse microbienne (CBM et NBM), de la matière organique extractible à l’eau chaude (Chw et Nhw) ainsi que ceux des fractions légère (CFL et NFL) et dense (CFD et NFD) de la matière organique du sol. La dynamique de minéralisation de la matière organique a été suivie par la technique respirométrique pour la cinétique de minéralisation du carbone et le procédé d’incubation de longue durée pour la minéralisation de l’azote (ammonification et nitrification). Sur le plan statistique, nous avons testé l’effet de la nature du couvert forestier sur les différentes fractions de la matière organique du sol par le test de Fisher (ANOVA à un seul facteur). Le degré de participation de chaque fraction de matière organique des sols provenant de trois type de stations forestières (Cedrus atlantica, Quercus ilex et mixtes à mélange des deux espèces), au processus de minéralisation de celle-ci, a été testé par la technique régression linéaire multiple. Les modèles comparés sont les suivants : pas à pas descendant (backward), pas à pas ascendant (forward) et progressif (stepwise). Pour la dynamique de la matière organique, des modèles de régression non-linéraire ont été employés pour l’étude de la cinétique de minéralisation du carbone (Cm) et de l’azote (Nm). Les modèles mono-compartimentaux exponentiel de premier ordre sont ceux de Stanford et Smith (1972) pour l’azote Nm = Ni *exp (-k*t)+No*(1-exp (-k*t)) et de Murwira et al. (1988) pour le carbone Cm = Co*(1-exp (-k*t)). Alors que les modèles bi-compartimentaux exponentiel et linéaire pour l’azote sont ceux de Bonde et al. (1988) Nm = No*(1-exp (-k*t)) +Ni*(-h*t)+Cte et double exponentiels Nm = Ni*exp (-k*t)+No*S*(1-exp (-k*t)+No*(1-S)*(1-exp (-h*t)) établie par Molina et al. (19880) et Deans et al. (1986). Les modèles bi-compartimentaux exponentiel et linéaire et double exponentiels comparés pour le suivi de la cinétique de minéralisation du carbone sont, respectivement, ceux de Nicolardot (1988), Houot et al. (1989) et Blet-Charaudeau et al. (1990) d’expression Cm = Co*(1-exp (-k*t)) +h*t et ceux de Delphine (1988) d’expression Cm = C1*exp (k*t)+C2*exp (-h*t). En fin, tous ces modèles ont été comparés à des modèles hyperboliques de type Nm = NoH*t/ (b*NoH+ t)-Ni (avec b= Tc/NoHou Tc : Temps de demi-vie de NoH) et Cm = CoH*t/ (b.CoH+t) établie par Juma et al. (1984), pour respectivement les cinétiques de minéralisation du carbone et de l’azote. Les résultats ont montré globalement des différences hautement significatives quant à l’effet de la nature du couvert forestier sur les différentes caractéristiques biologiques des sols étudiées. En outre, ce sont les sols des stations mixtes qui affichent des valeurs moyennes les plus élevées de la majeure partie des caractéristiques biologiques, suivis par les sols des stations monospécifiques à Chêne vert (Quercus ilex). A l’exception de la fraction dense, de fortes corrélations positives, ont été établies entre le carbone et l’azote des différentes fractions de la matière organique du sol. Cet état de fait permet de proposer aussi bien, l’une que l’autre des différentes de la matière organique des sols pour détecter les changements biologiques qui s’opèrent dans le sol suite aux modifications du couvert végétal forestier. Grâce à leur forte parcimonie et à leurs coefficients de détermination les plus élevés, soit R2 = 0,849 pour les sols de la station monospécifique à Cedrus atlantica, et R2 = 0,619 pour les sols des stations monospécifiques à Quercus ilex et R2 = 0,632 pour les sols des stations mixtes ; ce sont les modèles de régression linéaire respectivement stepwise et Backward qui permettent d’affirmer le degré de participation des fractions surtout CO et NBM et CBM dans le processus de minéralisation de la matière organique des sols. Les indicateurs d’écart ou de performance (R2 et RMCE : Racine de la Moyenne des Carrés des Ecarts) ainsi que les paramètres d’ajustement, principalement les constantes de vitesse de minéralisation et la matière organique potentiellement minéralisable, des modèles de régression non linéaire pour le suivi des cinétiques de minéralisation du carbone et de l’azote ont révélés que c’est le modèle mono-compartimentale exponentiel de premier ordre et le modèle hyperbolique sont ceux qui s’ajustent le mieux aux données expérimentales et de ce fait elles expliqueraient mieux la cinétique de la minéralisation de la matière organique. En dépit, du fait que le modèle bi-compartimentale exponentiel + linéaire aurait mieux expliquer les cinétiques de minéralisation de deux pools de carbone organique, l’un à turnover rapide et l’autre très lent (matière organique récalcitrante ou humifiée). Il est reproché également au modèle hyperbolique, le fait qu’à l’issu de la compilation des données, il ne génère pas de constantes de vitesse de minéralisation, ce qui rendrait la tâche ardue pour une éventuelle estimation des quantités de carbone et d’azote minéralisés. En fin les résultats fournis par cette simulation pourront servir de base de modélisation d’autres phénomènes ayant un impact sur l’évolution de la qualité et donc sur la fertilité des sols forestiers. In the forest of Belezma, was taken to study the effect of forest cover plant on the dynamics of soil organic matter. The forest sites have been the subject of this study are those in Atlas cedar (Cedrus atlantica) and the Green oak (Quercus ilex) compared to mixed stations mixture of both species. A total of sixty sites have been explored and composite soil samples were taken. These soil samples were subjected to physico-chemical and biological analyzes. Biological anlyzezs focused on the elements carbon and nitrogen of soil organic matter in the upper soil profile horizons. Furthermore, organic carbon and total nitrogen soil horizons, this study is also interested in the effect compared to the nature of the forest cover on the various fractions of soil organic matter, namely carbon and nitrogen microbial biomass (CBM and NBM), extractable organic matter in hot water (Chw and Nhw) and those of light fractions (CFL and NFL) and dense (CFD and NFD) of soil organic matter. The dynamics of mineralization of the organic matter was followed by the respirometric technique for carbon mineralization kinetics and the process of long-term incubation for mineralization of nitrogen (ammonification and nitrification). Statistically, we tested the effect of the nature of the forest cover on different fractions of soil organic matter by the Fisher test (ANOVA single factor). The degree of participation of each fraction of soil organic matter mineralization from three type of forest stations (Cedrus atlantica, Quercus ilex and mixed mixture of the two species), the process of mineralization of it, was tested by the technique Regression multiple linear. The comparative models are: backward, forward and progressive stepwise. For the dynamics of organic matter, non-linear regression models were used to study the kinetics of carbon (Cm) and nitrogen (Nm) mineralization. First-order exponential mono-compartimental models are those of Stanford and Smith (1972) for nitrogen Nm = Ni * exp (-k * t) + No. * (1-exp (-k * t)) and Murwira et al. (1988) for the carbon Cm = Co * (1-exp (-k * t)). While the exponential and linear models bi-compartmental for nitrogen are those of Bonde et al. (1988) Nm = No * (1-exp (-k * t)) + Ni * (- h * t) + constante and double exponential Nm = Ni * exp (-k * t) + No * S * (1 exp (-k * t) + No. * (1-S) * (1-exp (-h * t)) established by Molina et al. (19880) and Deans et al. (1986). The models bi-compartimental exponential and linear and double exponential compared to monitor the carbon mineralization kinetics are, respectively, those of Nicolardot (1988), Houot et al. (1989) and Blet-Charaudeau et al. (1990) and have further expression Cm Co = * (1-exp (-k * t)) + h*t and those of Delphine (1988) have an axpression Cm = C1 * exp (k * t) + C2 * exp (-h * t). In the end, all these models were compared to hyperbolic models like Nm = NOH * t / (b * Noh + t) -Ni (with b = Tc / NoH where Tc: NoH as half-life time) and Cm = CoH * t / (t + b.CoH) established by Juma et al. (1984), for the kinetics of mineralization of carbon and nitrogen, respectively. The results generally showed highly significant differences in the effect of the nature of the forest cover on different biological characteristics of the studied soils. In addition, they are mixed soils stations that display the highest average values of the majority of biological, followed by soils monospecific stations Green oak (Quercus ilex). With the exception of the dense fraction, strong positive correlations have been established between the carbon and nitrogen of the various fractions of the soil organic matter. This fact allows us to offer as well, the other one of the different soil organic matter to detect biological changes occurring in the soil following the changes of the forest canopy. With their strong sparingly and at their highest coefficients of determination, or R2 = 0.849 for the soils of the mono-station Cedrus atlantica, and R2 = 0.619 for soil monospecific stations with Quercus ilex and R2 = 0.632 for soil mixed stations; it is the stepwise linear regression models and Backward respectively which allow to assert the degree of participation and CO fractions above CBM and NBM in the mineralization process of organic matter in soils. The performance indicators (R2 and RMCE: Root Mean Square of differences) and the fitting parameters, especially the mineralization rate constant and organic matter potentially mineralizable, non-linear regression models for monitoring carbon mineralization kinetics and nitrogen have proven that it is the mono-compartmental model of the first order exponential and hyperbolic model are those that best fit the experimental data and thus they explain better kinetics of mineralization of the organic material. Despite the fact that the exponential bi-compartmental linear model + would better explain the kinetics of mineralization both organic carbon pools, one quick turnover and the other very slow (or recalcitrant organic matter humified). It also criticized the hyperbolic model, the fact that, from compiling data it generates no mineralization rate constants, making the arduous task for a possible estimate of the amounts of carbon and mineralized nitrogen. In the end the results from this simulation may serve other phenomena modeling base having an impact on the evolution of the quality and therefore the fertility of forest soils.