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Effets des incendies de forêts sur la séquestration du carbone et la minéralisation de l'azote, et la typologie des sols dans les écosystèmes forestiers du rif centro-occidental

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par Collins Orlando
Ecole Nationale Forestière d'Ingénieurs (Maroc) - Diplôme d'Ingénieur des Eaux et Forêts 2015
  

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3.2.2.2. Conséquences sur les propriétés chimiques

Les propriétés chimiques sont souvent touchées dans les cas où on assiste à des incendies provoquant des températures élevées dans le sol. L'allocation ou les pertes des

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composés organiques et des éléments nutritifs dans le sol provoquent souvent des changements des propriétés chimiques (Wells et al., 1979). La tendance commune associée à des feux de forêt est la perte des nutriments du sol qui se caractérise par la volatilisation des éléments tels que le N, le phosphore et le C. Cependant, il est à noter que les feux, dans le cas où ils sont contrôlés, peuvent être utilisés comme des outils d'aménagement des forets car ils provoquent dans ce cas, une libération d'éléments nutritifs dans le sol sous forme d'ions inorganiques. La MO se décompose en ses éléments constitutifs pendant la combustion (Fisher et Binkley, 2000 in Web 1). Il est à signaler que la plupart des éléments nutritifs du sol sont transportés hors site par l'action de vent, de ruissellement, de lessivage et de volatilisation.

? La matière organique et le carbone

L'une des premières modifications constatées au niveau du sol, après les incendies, est la diminution marquée de la matière organique. Cette diminution est en fonction des niveaux de températures atteints durant les incendies. De nombreuses propriétés et processus chimiques survenant dans les sols dépendent de la présence de matière organique. Non seulement elle joue un rôle déterminant dans la chimie du sol, mais elle affecte également les propriétés physiques et biologiques des sols. La MO est particulièrement importante pour l'approvisionnement des nutriments, la capacité d'échange cationique et la rétention d'eau.

Le feu ne touche pas seulement la MO en affectant directement sa composition chimique, mais aussi indirectement sur le taux ultérieure de décomposition. L'ampleur des changements est généralement liée à la gravité de l'incendie. Les travaux effectués par Schnitzer et Hoffman (1964) ont montré qu'à des températures moins élevées à modérées (250 à 400°C), des changements sont perçus au niveau des groupes fonctionnels les plus sensibles (les groupes phénoliques et carboxyliques sont perdus). À des températures plus élevées, la décomposition thermique des noyaux se produit. D'autres travaux montrent que les acides humiques sont convertis en substances alcalins insolubles contribuant à l'humus du sol, tandis que les acides fulviques sont transformés en polymères insolubles dans l'acide. La biomasse qui n'est pas complètement brûlée contient à la fois des composés de lignine solubles dans les alcalins et d'autres produits formés par déshydratation d'hydrates de C. Ces composés sont plus résistants à d'autres changements d'ordre chimiques et biologiques (Knoepp et al., 2005).

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Tout incendie de forêt modifie la quantité et la répartition de C dans le sol (Wells et al., 1979). La quantité de C perdue dépendra de plusieurs facteurs y compris l'intensité du feu, la quantité et la répartition de la MO à la surface du sol, du taux de décomposition résiduelle de la MO après feu etc. Les variations en quantité de la MO et du C (surtout organique), suite au passage des feux au niveau du sol, sont considérées comme étant semblable car le C (organique) est l'un des principaux constituants de la matière organique. Les pertes sont surtout accentuées lorsque les feux sont localisés sur une petite surface pendant une longue période car cela favorise le transfert de chaleur en profondeur du sol (Neary et al, 1999).

Le type de végétation, la structure et l'âge du peuplement sont aussi des variables qui entrent en jeu lors de l'évaluation des pertes en C dans le sol forestier. Dans les peuplements s'approchant du stade climax, les débris provenant des arbres jouent le rôle de combustibles pour les feux. À cela s'ajoute la mortalité des arbres âgés, qui deviennent partie importante dans le cycle de C dans le sol, et contribue à des pertes importantes de C dans ces écosystèmes. Ross et al. (1997) ont constaté qu'il y a une diminution de la quantité du C total et de C extractible par le sulfate de potassium dans le sol après 1,5 à 2,5 ans à la date de passage du feu. Des études ont montré que même dans une période prolongée après le passage des feux, la quantité de C reste inferieure dans les sites incendiés par rapport à ceux qui n'ont pas été touchés par le feu. Ceci était vrai pour toutes les composantes du C étudiées par Sands (1983), qui a constaté que la quantité du C organique total, du C extractible, des acides humiques et des carbohydrates pour les sites brûlés était toujours inférieure à celle des sites non incendiés à côté, même après une période de 24 ans.

? L'azote

L'azote est l'élément le plus susceptible de limiter la croissance des arbres dans les forêts et d'autres écosystèmes naturels, et en raison de cette limitation inhérente, ses pertes importantes lors des incendies pourraient nuire à la productivité de nombreux écosystèmes forestiers à long terme. En particulier, si les mécanismes de réapprovisionnement en N ne sont pas prévues lors de la gestion après feu. Les feux d'intensité modérée voire élevée conduisent souvent à la conversion de la plus grande partie d'N organique en formes inorganiques. Les formes ammoniac (N-NH4+) et nitrates

(N-NO3 -) sont souvent celles qui dérivent de la combustion ainsi que la conversion de N-organique. La teneur totale en N après l'incendie évolue comme résultat de compensation

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entre une baisse de N en raison de volatilisation et une augmentation provenant d'incorporation des composés contenant N dans les cendres déposées. Ainsi, N-NH4+ qui

-

est un produit direct de la combustion et N-NO3 qui en résulte par nitrification qui a lieu

quelques semaines voire mois après le feu, sont souvent perdus par volatilisation (Covington et Sacket, 1992).

y' Le phosphore

Il a été signalé que le phosphore (P) joue un rôle limitant dans certains écosystèmes forestiers et dont les carences sont très susceptibles d'apparaître dans les sols fixateurs de P. Le feu peut provoquer la libération de phosphore inorganique dans la MO du sol. Toutefois, l'effet d'un feu sur la disponibilité du phosphore dans le sol est complexe et cette disponibilité pourrait être diminuée par adsorption sur les surfaces d'oxyde hydraté de fer ou d'aluminium nouvellement exposées ou créés. La disponibilité du phosphore peut être également augmentée par la combustion et la dégradation partielle de la MO qui conduisent à une augmentation du pH, ce qui provoque la désorption de Fe et Al à partir des surfaces des oxydes hydratés. L'assimilation (par les plantes) et la disponibilité du phosphore sont aussi fortement dépendantes de l'interrelation entre les mycorhizes et la MO qui sont touchées lors du passage des feux, plutôt qu'elles se fassent par la simple absorption à partir de la solution du sol.

y' Le pH

Le pH du sol est une mesure importante qui consiste à l'évaluation de la disponibilité potentielle de nutriments bénéfiques et des éléments toxiques pour les plantes. Il renseigne sur l'acidité du sol et aussi sur l'état du complexe absorbant. Généralement le pH des sols (surtout non calcaires) a tendance d'augmenter après le passage des feux, quoique éphémèrement, en raison de la libération des cations alcalins (Ca2+, Mg2+, K+, Na+) liés à la MO (Certini, 2005). La grandeur et la durée de ce changement dépend de la quantité et du contenu de base pour les cendres, de texture du sol, et de teneur en MO du sol (Pritchett et Fisher, 1987). Les cations basiques contenus dans les cendres peuvent faire augmenter le pH à la surface du sol jusqu'à trois fois le pH initial, et donc modifier fondamentalement plusieurs réactions d'altération chimique (Ulery et Graham, 1993). Les études effectuées par Wells et al. (1979) ont montré aussi que la combustion affecte les propriétés chimiques des sols en convertissant la matière organique, notamment les résidus dans la litière en cendres qui sont lessivées lors des

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pluies vers le bas, modifiant donc le pH et la concentration du sol en solutés. Il est signaler que la température diminue avec la profondeur du sol, donc la modification du pH est plus importante à la surface qu'en profondeur. Les études ont montré que le pH tend à évoluer vers les niveaux pré-incendies au cours du temps en raison du lessivage et de l'absorption des éléments contenus dans les cendres (Wodmansee et Wallach, 1981). Ceci est vrai surtout pour les cas des feux d'intensités faibles à modérées.

? La CEC et les bases échangeables

La CEC peut diminuer après le passage des feux et rester faible pendant au moins un an après un incendie car la matière organique, qui fournit une grande surface pour les réactions chimiques au niveau du sol, est consommée (Saint-John et Rundel, 1976).

Même si la CEC diminue souvent après les incendies, quelques éléments nutritifs restent disponibles pour les plantes et dans certains cas, ils augmentent. Ceci est le cas des éléments tels que le potassium, le sodium, le calcium et le magnésium qui sont trouvés dans les cendres déposées suites au passage des feux. Ces éléments sont rarement déficients dans de nombreux écosystèmes et ceci en plus de leurs seuils de températures élevés, contribuent à la saturation en bases, ce qui augmente souvent le pH du sol.

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