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Le cycle biogéochimique du soufre dans une forêt boréale de conifères.

Houle, Daniel (1996). Le cycle biogéochimique du soufre dans une forêt boréale de conifères. Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 179 p.

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Résumé

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Cette étude vise à caractériser le cycle biogéochimique du soufre (S) dans une forêt boréale de conifères située sur le bassin versant du lac Laflamme. Les principaux réservoirs de soufre (S) ont d'abord été quantifiés dans les sols et la biomasse aérienne. La quantité totale de S présente dans l'écosystème est de 1395 kg•ha -1, 98 % se situant dans les sols, les horizons minéraux constituant à eux seuls 89% du total. Le S organique est dominant dans les sols, les arbres (troncs, branches + feuilles, racines) et les débris végétaux tombant du couvert forestier, représentant entre 77 et 99% du S total. Dans les différents horizons (LFH, Ae, Bhf, Bf et C), les pourcentages de S lié au carbone, d'ester sulfates et de S-S04 varient respectivement de 51 à 68%, de 29 à 37% et de 1 à 14%. Ces trois formes de S contiennent respectivement 57, 33 et 10% du S total présent dans l'ensemble des horizons. La majorité du S-S04 total (82 %) est présent dans la phase adsorbée. La possibilité que la désorption du S04 puisse être à l'origine des pertes de S-S04 nettes (5 kg•ha -1-an-1) observées au bassin du lac Laflamme entre 1982 et 1991 a été examinée. Les concentrations de S04 dans la solution de sol sont fortement tamponnées quand la solution s'écoule à travers l'horizon Bf. Dans cet horizon, les réactions d'échange du S04 entre les phases adsorbée et soluble sont très rapides parvenant à l'équilibre en quelques heures et la majeure partie (≈60%) du S04 adsorbé peut être récupérée par 5 extractions successives à l'eau déminéralisée. Ces observations et la présence d'un important réservoir de S-S04 adsorbé dans l'horizon Bf (113 kg•ha -1) comparé aux dépots humides annuels de S-S04 (7 kg•ha -1), suggèrent que les réactions d'adsorption et de désorption du S04 contrôlent les concentrations de S04 dans l'horizon Bf à court terme. Pour évaluer la possibilité que la désorption du S04 soit responsable des pertes nettes de S-S04 du bassin à long-terme, une isotherme de Langmuir (pour l'horizon Bt) a été utilisée pour calculer la résilience du bassin à des changements de dépots de S-S04. Les résultats indiquent que le bassin devrait s'ajuster rapidement (en moins de 4 ans) à des changements de dépots de S-S04. La désorption du S04 ne peut donc expliquer à elle seule les pertes nettes de S à long-terme. D'autres possibilités, dont une sous-estimation des dépots secs et l'altération de minéraux contenants du S apparaissent peu probables. Ces résultats suggèrent une perte nette de S-S04 à partir des réservoirs de S organique (1230 kg•ha-1 ) présents dans les sols du bassin. Les taux d'incorporation de S04 et de minéralisation des réservoirs de S organique ont été mesurés dans les horizons LFH, Ae, Bhf, Bf et C en utilisant le 35S04. Les échantillons de LFH ont incorporé de 23 à 77 % du 35S04 ajouté pendant des incubations de durées variables (2 à 11 jours). Les quantités incorporées ont augmenté avec la température et avaient tendance à plafonner à la fin des incubations de longue durée (11 jours). A l'exception d'un échantillon de l'horizon Bhf lors d'une incubation de 12 jours, les sols minéraux ont incorporé < 15-20% du 35S04 ajouté, les quantités incorporées n'augmentaient plus après 2 jours d'incubation. La stabilisation de l'incorporation et de l'activité spécifique du S04 en solution suggère qu'un équilibre isotopique est rapidement atteint dans les horizons minéraux. Un modèle de premier ordre à deux compartiments (S04 et S organique), supposant que les réactions d'incorporation et de minéralisation se déroulent simultanément, s'est révélé adéquat pour décrire les cinétiques d'incorporation du 35S04. Les constantes de vitesses d'incorporation et de minéralisation et les concentrations de S04 en solution (en supposant un équilibre isotopique) ont permis d'estimer que la taille des réservoirs organiques actifs dans l'ensemble du profil de sol, représentait moins de 1 % du S organique total. Les concentrations moyennes de S organique soluble (SOS) dans les percolats (récoltés in situ) s'échappant des horizons LFH, Bhf et Bf étaient respectivement de 334, 282 et 143 µg-1-1. En supposant que la diminution du SOS correspondait aux quantités adsorbées dans les horizons B, nous avons estimé que 12 800 kg•ha-1 de S organique auraient pu être formés depuis la dernière glaciation soit environ 10 fois les quantités observées actuellement dans les horizons B. A partir de l'ensemble de ces observations, nous suggérons que les réservoirs de S organique présents dans les sols forestiers sont en grande partie formés par l'adsorption de SOS originant de la décomposition incomplète de la litière dans la couverture morte et que leur pouvoir d'incorporer directement le S d'origine atmosphérique est quasi inexistant à l'exception de la fraction (< 1 %) active probablement composée de microorganismes. Malgré leur nature réfractaire, ces réservoirs peuvent cependant se dégrader lentement sous l'action des microorganismes et ainsi participer aux exportations de S04 du bassin.

Type de document: Thèse
Directeur de mémoire/thèse: Carignan, Richard
Informations complémentaires: Résumé avec symboles
Mots-clés libres: biogéochimie; soufre; forêt boréale; conifères
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 16 oct. 2013 20:32
Dernière modification: 20 nov. 2015 16:43
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/1636

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