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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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Abstract

Forest ecosystems of the Rif region, north of Morocco are some of the richest in terms of ecological diversity. However, accounts of the degradation of these ecosystems are well-documented. This is mainly attributed to the increased anthropization of the region, leading to increased episodes of wildfires as well as other soil degrading practices such as clearing of forests, especially for cannabis culture.

In this study, four sites burnt between 2012 and 2014 in the mid-western Rif region, were sampled to assess the effects of wildfires on carbon sequestration and nitrogen mineralization, while at the same time studying soil classes. To study soil carbon storage, carbon stocks present in soil samples were approximated, while nitrogen mineralization was evaluated through the determination while nitrogen mineralized under both anaerobic (4 weeks) and aerobic (21 weeks) conditions in the laboratory. For the evaluation of the effects of fire on the two processes, comparisons were made between data from burned and unburned (control) sites.

Findings related to soil classification showed that Akumssen, Bab Taza and Beni Salah sites belonged to the iron sesquioxide (fersiallitic) class, while the Talassemtane site fell under weakly evolved soils.

Soil carbon stocks changes were insignificant, statistically speaking, but mostly decreased after fire, with only the Talassemtane site presenting an increase of 70% (+12 t/ha). As for the losses, they ranged between 12% (-8 t/ha) and 37% (-18 t/ha) under Akumssen and Bab Taza sites respectively.

Soil incubation under both anaerobic and aerobic conditions showed that fires led to a highly significant increase in nitrogen mineralization rates. Under anaerobic conditions, values of nitrogen (N-NH4+) mineralized under burnt sites, at the end of the incubation period, ranged from 37 mg/kg (Beni Salah) to 113 mg/kg (Akumssen), which were double the quantities mineralized under their respective control sites. As for the incubation under aerobic conditions, potentially mineralizable nitrogen (N0) and the rate constant of mineralization (K) increased after fires, under all sites, with N0 values ranging from 53 mg/kg (Beni Salah) to 113 mg/kg (Akumssen), while K values ranged between 0.196 to 0.248 weeks-1, under the same sites. These were all higher than values registered under unburned sites, where N0 values ranged between 24 mg/kg (Bab Taza) and 54 mg/kg (Akumssen) whereas K values ranged between 0.130 and 0.208 weeks-1 under the same sites.

For the most part, fire didn't lead to significant changes in the soil properties and processes studied. This could have been related to their intensities, which were largely weak, as well as their short duration, a common observation under such scenarios.

Keywords: Rif, degrading, wildfires, soil classification, carbon stocks, nitrogen mineralization.

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DEDICATION i

REMERCIEMENTS ii

Résumé iii

Abstract iv

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TABLE DES MATIÈRES vi

Liste des figures

TABLE DES MATIÈRES

ix

Liste des tableaux x

Liste des sigles et acronymes xi

INTRODUCTION GÉNÉRALE 1

PREMIERE PARTIE : REVUE BIBLIOGRAPHIQUE 4

Chapitre 1. Carbone dans les écosystèmes forestiers 4

1.1. Cycle globale du carbone 4

1.2. Séquestration du carbone dans les écosystèmes forestiers (accent sur le sol) 5

1.2.1. Définition de séquestration du carbone 5

1.2.2. Formes de carbone dans le sol 6

1.2.3. Processus de séquestration de carbone dans les écosystèmes forestiers 7

1.2.4. Stocks et flux de carbone dans le sol forestier 7

1.2.5. Facteurs influençant la séquestration de carbone dans le sol 7

1.2.6. Importance de séquestration du carbone 8

1.3. Aperçu sur la détermination de carbone organique total dans le sol 9

Chapitre 2. Azote dans les écosystèmes forestiers 11

2.1. Azote dans le sol 11

2.1.1. Formes d'azote dans le sol 11

2.1.2. Transformations d'azote dans le sol 12

2.2. Minéralisation de l'azote dans le sol 14

2.2.1. Mécanisme de minéralisation d'azote 14

2.2.2. Minéralisation brute et nette d'azote 15

2.2.3. Variation de minéralisation dans le profil du sol 15

2.2.4. Facteurs influençant la minéralisation d'azote 16

2.3. Aperçu sur l'évaluation de minéralisation d'azote dans le sol 18

Chapitre 3. Rôle des incendies de forêts dans les écosystèmes forestiers 19

3.1. Généralités sur les incendies de forêts 19

3.1.1. Définition d'incendie de forêts 19

3.1.2. Causes d'incendie de forêts 20

vii

3.2. Conséquences des incendies sur les écosystèmes forestiers (accent sur le sol) 20

3.2.1. Sur les végétaux 20

3.2.2. Sur le sol 21

3.3. Situation marocaine à l'égard des incendies de forêts 29

DEUXIÈME PARTIE : MATÉRIELS ET MÉTHODES 30

1. PRÉSENTATION DE LA ZONE D'ÉTUDE 30

1.1. Description de la zone d'étude 30

1.1.1. Situation géographique 30

1.1.2. Situation administrative et forestière 30

1.1.3. Situation géologique et géomorphologique 32

1.1.4. Situation pédologique 33

1.1.5. Climat 33

1.1.6. Végétation 38

1.2. Présentation des sites échantillonnés 39

2. MÉTHODOLOGIE 42

2.1. Matériels 42

? Sur le terrain 42

? Au laboratoire 42

2.2. Méthodes 42

? Sur le terrain 42

? Au laboratoire (ENFI et INRA - Rabat) 43

2.2.1. Préparation des échantillons 43

2.2.2. Méthodes d'analyses des propriétés physiques du sol 43

2.2.3. Méthodes d'analyses des propriétés chimiques du sol 45

2.2.4. Méthodes d'évaluation de minéralisation d'azote dans le sol 50

2.2.5. Analyses statistiques 52

TROISIÈME PARTIE : RÉSULTATS ET DISCUSSIONS 53

1. Étude pédologique des sols pour les différents sites échantillonnés 53

1.1. Description des caractéristiques morphologiques et chimiques 53

1.1.1. Caractéristiques morphologiques et physiques 53

1.1.2. Caractéristiques chimiques 53

1.2. Classification des sols 55

2. Effet des incendies sur les propriétés physicochimiques du sol 56

2.1. Propriétés physiques du sol 56

2.1.1. Granulométrie et texture 56

2.1.2. Densité apparente 57

viii

2.2. Propriétés chimiques du sol 58

2.2.1. pH 61

2.2.2. Azote total 62

2.2.3. Carbone total et matière organique 64

2.2.4. Rapport C : N 64

2.2.5. Phosphore assimilable 64

2.2.6. Calcaire total (CaCO3) 65

2.2.7. Capacité d'échange cationique (CEC) 65

2.2.8. Bases échangeables (S) et le rapport S/T 66

3. Effets des incendies sur la séquestration du carbone dans le sol 67

4. Effets des incendies sur la minéralisation de l'azote dans le sol 70

4.1. Incubation anaérobie 70

4.2. Incubation aérobie 76

4.3. Cinétique de minéralisation de l'azote 79

CONCLUSION GÉNÉRALE 84

RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES ET WEBOGRAPHIQUES 88

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES 88

REFERENCES WEBOGRAPHIQUES 96

ANNEXES 97

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"Et il n'est rien de plus beau que l'instant qui précède le voyage, l'instant ou l'horizon de demain vient nous rendre visite et nous dire ses promesses"   Milan Kundera