Faculté des sciences

Distribution des communautés lombriciennes et pédogénèse en forêts alluviales : étude le long de deux gradients écologiques

Salomé, Clémence ; Gobat, Jean-Michel (Dir.)

Thèse de doctorat : Université de Neuchâtel, 2012 ; 2260.

Support physique et chimique indispensable, lieu d’échanges de matières et de circulation d'énergie, le sol représente une composante essentielle en tant que support de la vie et est au cœur même du fonctionnement des écosystèmes terrestres. Les fonctions de nutrition et de recyclage des éléments sont assurées en grande partie par l’horizon organo-minéral, le plus souvent... Di più

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    Résumé
    Support physique et chimique indispensable, lieu d’échanges de matières et de circulation d'énergie, le sol représente une composante essentielle en tant que support de la vie et est au cœur même du fonctionnement des écosystèmes terrestres. Les fonctions de nutrition et de recyclage des éléments sont assurées en grande partie par l’horizon organo-minéral, le plus souvent correspondant à l’horizon le plus en surface du sol. Cet horizon est composé d’agrégats organo-minéraux, résultats des interactions physico-chimiques et biologique entre les constituants du sol et des organismes vivants à l’origine de la structure. Parmi ces organismes, les vers de terre en tant qu’ingénieurs intègrent au minéral la matière organique arrivant à la surface du sol.
    Les zones alluviales, véritables écotones entre les systèmes aquatiques et terrestres, sont caractérisées par une mosaïque d’habitats très variés. La dynamique alluviale, qui contrôle leur évolution dans une dimension spatio-temporelle, abrite par conséquent une forte diversité d’organismes adaptés à ces conditions d’instabilité. Les sols dans ces milieux sont extrêmement jeunes et reflètent la composition et les propriétés des matériaux qui ont été transportés. Bien que peu évolués, ces sols présentent cependant l’avantage de se trouver dans des milieux très productifs, riches en apports de matière organique, et où l’humification est généralement activée par des conditions favorables d’humidité. Ces sols jeunes peuvent ainsi être des modèles pertinents pour étudier la formation de l’horizon organo-minéral.
    Dans ce contexte, nous avons étudié les facteurs biotiques et abiotiques intervenant dans la structuration des sols dans les premières étapes de la pédogenèse. Notre étude a été menée à différentes altitudes, et le long d’un gradient de végétation qui reflète un gradient de stabilisation des sols. L’état de structuration des horizons organo-minéraux a été appréhendé par l’analyse de macroagrégats et par la porosité via l’analyse d’image. Les communautés lombriciennes ont été échantillonnées pour la partie biotique.
    Sur 45 sols échantillonnés à trois altitudes (subalpin, montagnard et collinéen), la texture s’est révélée être de première importance dans la formation des agrégats, suivie par la matière organique. Les vers de terre se sont aussi montrés indispensables à l’acquisition rapide d’une structure dans ces milieux. Les mesures des agrégats, bien corrélées aux mesures de porosité et à celles des stocks de carbone, démontrent l’importance de l’agrégation dans la création d’habitats et dans la fertilité des sols.
    Concernant les communautés lombriciennes, 27 espèces ont été retrouvées. Des changements dans la composition spécifique des communautés ont été recensés de manière similaire aux trois étages altitudinaux, en réponse à des gradients texturaux et évolutifs des sols ainsi qu’à la dynamique alluviale.
    Nos résultats suggèrent que la dynamique alluviale, à l’échelle de l’étage altitudinal, agit plus sur le développement du sol et des communautés que n’agit le climat, le principal facteur étant la texture et donc indirectement la dynamique alluviale. Cependant, des spécificités par étage altitudinal en réponse au climat ou à une morphologie fluviale particulière ont aussi été relevées.
    Summary
    Soil is an essential compartment in ecosystem functioning. As a physical and chemical support, soils play a crucial role in recycling elements and supplying plant in their essential nutrients. These functions mainly take place in the organo-mineral layer, corresponding in most of the cases to the upper soil layer. This latter is composed of organo-mineral associations as a result of interactions between soil physico-chemical components and soil organisms. Among soil organisms, earthworms, as ecosystem engineers, play an important role in soil formation and soil fertility by mixing mineral and organic soil components.
    As ecotones between aquatic and terrestrials ecosystems, floodplains are known to be areas of extraordinary biodiversity with a mosaic of shifting habitats with high interdependency. Alluvial dynamics control their evolution in a temporal and spatial scale and consequently preserve a high diversity of organisms adapted to such unstable conditions. Regarding pedology, floodplains contain a wide range of all steps of soil evolution, i.e. from a newly deposited sediment to several hundred-year-old stable soils. Their properties usually reflect the composition of materials deposited by the river in terms of texture, mineralogy, and degree of weathering. The high productivity of floodplains, high input of organic matters and humid conditions ensure favorable conditions to humification and pedogenesis processes. Then, these young soils are relevant models to study the first development of soil organo-mineral layers.
    In this context, we proposed to study biotic and abiotic factors acting in soil structuration processes during the very first steps of pedogenesis. Our study was conducted along an altitudinal gradient at three altitudes (subalpine, mountain and hill levels), and along a vegetation gradient assimilated to a soil stabilization gradient (willow, alder and ash forests). We studied soil structure by measuring aggregates stability, porosity (shape and size of pores) with 2D image analyses from undisturbed soils and observation of thin sections. Finally, earthworm communities were sampled for the biotic part.
    Regarding earthworm communities, 27 species were recorded. Similar changes in species composition were observed at each altitude according to textural gradient, soil evolution and alluvial dynamics.
    Over the 45 sampling sites, soil texture was the determinant parameter contributing to aggregates formation. Organic matter was then a good predictor mainly in soils containing less than 10 % of clay. Our analyses also revealed that earthworms, highly correlated to soil parameters, were essential in a rapid acquisition of soil structure in these environments. Aggregates were correlated to soil porosity and to organic matter stocks, highlighting the importance of structuration processes and earthworms activity in forming new habitats and improving soil fertility.
    Even if some differences in soil functioning occurred between the different studied altitudes (mainly between subalpine and hill levels), our results suggest that alluvial dynamics and sediment depositions are more important for soil pedogenesis processes and earthworm communities’ establishment than act climate and vegetation.