Effet des substitutions d’essences sur le fonctionnement organo-minéral de l’écosystème forestier et sur la diversité des communautés fongiques, mycorhiziennes et saprophytes

La substitution d’essence est une pratique sylvicole courante qui vise à améliorer la production de bois. Les modifications de l’écosystème sont importantes et l’enjeu est d’identifier les contraintes écologiques et environnementales associées à cette pratique sylvicole. Les recherches en écologie quantitative peuvent apporter la base de connaissance indispensable à la gestion durable multi-fonctionnelle des écosystèmes forestiers.
Le projet répondait à l’appel à propositions de recherche « Biodiversité et gestion forestière » pour le cas particulier d’écosystèmes forestiers simplifiés, représentés par des plantations monospécifiques équiennes, qui sont comparés à un écosystème natif, correspondant à la forêt feuillue du Morvan, exploitée pendant des décennies pour le bois de chauffage et le bois d’oeuvre et dont la vocation actuelle est plus écologique et environnementale que productive. Ce projet est une des composantes du projet général « Effet des substitutions d’essence sur le fonctionnement de l’écosystème forestier » et se focalise sur le compartiment SOL, étudié pour ses composantes inertes (solides et solutions) et vivantes (végétation, microflore globale et flore fongique).
Les objectifs du projet étaient les suivants :
améliorer la connaissance de la structuration de quelques populations dans le cas particulier d’un changement d’essence forestière et/ou de l’amélioration a priori de la fertilité du sol,
identifier les fonctions de quelques groupes biologiques,
identifier les relations réciproques entre biodiversité et fonctionnement biogéochimique,
apporter des informations sur la gestion durable de tels écosystèmes, visant à la conservation des différentes fonctions des sols, dans le cadre d’une amélioration de la production.
Résultats L’ensemble des observations montrent un effet de la substitution d’essence et/ou de la fertilisation.

  *Climat

Les premières observations portent sur deux années et devront se poursuivre pour confirmer les tendances déjà observées :
la température de l’air est plus fraîche sous couvert feuillu ;
la température du sol est plus fraîche sous couvert résineux (fortes variations) ;
l’humidité du sol est plus forte sous couvert feuillu (fortes variations).

  *Flore

La discrimination des essences est faible à ce stade de développement car les peuplements de résineux sont encore très denses et la faible transmission de lumière au sol ne permet pas à la végétation de se développer. Sous feuillus, on observe quand même une nette différence entre peuplements de chêne et de hêtre de même structure, avec une flore plus diversifiée sous le chêne.

  *Sols solides

Les indicateurs qualitatifs et quantitatifs de l’état actuel des sols comme les relations entre les éléments, nature des éléments libres, stock d’éléments échangeables sont affectés, à des degrés divers, par la substitution et montrent un effet significatif de la substitution d’essence. Les évolutions induites par les plantations feuillues et résineuses sont nettement différentes, avec aux extrêmes les plantations de chêne et d’épicéa.

  *Biodégradation des matières organiques

La minéralisation de l’azote discrimine fortement les peuplements : de limitée sous la forêt native, elle est systématiquement augmentée sous les plantations. De même, le taux de nitrification, net ou brut, très faible sous la forêt native est toujours plus élevé sous plantation.

  *Solutions du sol

Les solutions sont des indicateurs efficaces du fonctionnement actuel du sol. Les deux types de solution étudiés (peu ou fortement fixée) montrent un effet du changement d’essence à la fois sur les éléments totaux et sur la spéciation chimique.

  *Flore fongique

Une perte considérable de biodiversité est observée dans les plantations, qu’elles soient feuillues ou résineuses. Cette perte de biodiversité résulte de la monospécificité de l’essence hôte mais elle est due aussi à l’uniformité du peuplement et à la perte de l’hétérogénéité spatiale avec en particulier une uniformisation des microclimats. Le taillis sous futaie plurispécifique originel est très riche en espèces fongiques tant ectomycorhiziennes que saprophytes. Les plantations de chêne, de hêtre, de douglas et de pin laricio sont très pauvres. A l’opposé, le sapin de Nordmann est relativement riche en espèces. L’épicéa occupe une position intermédiaire. Aucun effet de la fertilisation initiale n’a été observé. Le type d’essence feuillu ou résineux discrimine les espèces ectomycorhiziennes et folicoles.

  *Microflore tellurique totale

Le type d’essence forestière influence de façon peu significative la densité des communautés microbiennes. Par contre, des modifications importantes apparaissent dans la structure populationnelle et la diversité des communautés de bactéries et de champignons. Ces différences peuvent mener à la sélection de populations particulières dont la signature métabolique sera fonction du type de substrat. Le chêne et le douglas semblent stimuler des populations microbiennes similaires, ce qui suggère qu’ils induiraient au niveau du sol des conditions physico-chimiques et trophiques semblables pour les microorganismes. Par ailleurs, l’influence des essences forestières sur les communautés de champignons ne dépasse pas les dix premiers centimètres, alors que pour les communautés bactériennes cette influence persiste jusqu’à vingt centimètres.

  *Structuration bactérienne dans la rhizosphère

Les résultats obtenus dans le cadre d’un projet complémentaire mené sur le site de Breuil dans le cadre d’une action concertée incitative (M.P. Turpault coord.) montrent que les populations bactériennes sont fortement structurées par la racine, tant pour les espèces que pour les fonctions.

Discussion

Les différents indicateurs montrent des effets significatifs des substitutions d’essences sur le sol une trentaine d’années après leur réalisation. La substitution d’essence se traduit par des modifications notables des indicateurs du fonctionnement actuel du sol, malgré son degré d’évolution, qui se traduit entre autres par une forte acidité. Il va de soi qu’il ne peut s’agir d’une transformation brutale, mais d’une évolution graduelle montrant des divergences significatives entre essences. Les observations sur la phase solide cumulant héritage du passé et évolution actuelle apportent des informations très intéressantes. Les indicateurs physico-chimiques et chimiques conduisent individuellement à des discriminations significatives de l’effet des essences sur le sol. L’analyse multivariable synthétise les observations actuelles. Il faudra approfondir la spéciation chimique des éléments comme l’aluminium et le fer, car certaines méthodes sont mal adaptées au cas à traiter. Les données indiquent que les essences contrôlent la dynamique de la matière organique via les cycles du carbone et de l’azote, par les flux de restitution et la biodégradation. Les travaux en cours sur les restitutions de litière, la biodégradation des humus et la structuration des populations à l’origine de minéralisation de l’azote, expliquent pour partie le comportement des essences. L’intensité de la nitrification dans un contexte très acide et son caractère excédentaire par rapport à la consommation des organismes, s’avèrent être des critères importants de discrimination de l’effet des essences. En effet, la plus ou moins forte nitrification contraint la biodisponibilité de l’azote, l’acidification du milieu quand elle excède le prélèvement, et le transfert vers les eaux de surface en raison de l’acidité du milieu et de la mobilité du nitrate. De fait tous les cycles biogéochimiques se trouvent modifiés par la substitution d’essence, soit qualitativement par des mécanismes spécifiques, soit quantitativement par l’intensité de flux liés à la production des peuplements et au flux d’eau.