BIOLOGIE ET ÉCOLOGIE

Spécificitésdessolsvolcaniques duMassif central: bénéficesetcontraintes pour lagestion forestière

Philippe Legrand-FrançoisBartoli -ThomasCurt

Quantin (2004) estime queles sols volcaniques couvrentenviron 6000 km2 en Franceconti- nentale etsontsurtout présentsdans le central(5600 km2 dontprès delamoitié dans le Cantal). Dans cetterégion,on peut distinguer les formations volcaniques anciennes (de20 à 0,25millions d’années :Cantal,Cézallier,montsDore,Aubrac, Devès,Velay,Vivarais,Coirons et Escandorgue) etles formations volcaniques récentes delachaîne des Puys,mises en placeily a95 000 à6000 ans d’oùune bonne conservationdes cônes descories etdes coulées de lave;quelques éruptions basaltiques récentes existentaussi en Cézallier,Limagne,Vivarais et Escandorgue. Dans les ,existentaussi des formations volcaniques etvolcano-sédimentaires del’ère Primaire,donctrès anciennes(400 à250millions d’années :Dévonien,Carbonifère etPermien). LeMorvancomporteaussi des roches volcaniques duPrimaire (Dévonien etCarbonifère),de même queleMassif armoricain (Ordovicien :480à435millions d’années). Mais lasurfacedes zones volcaniques des Vosges,duMorvanetduMassif armoricain estfaible. Les sols développés àpartir d’unsubstratvolcaniqueapparaissentcomplexes,etleurétudea suscitéunregain d’intérêtdepuis quelques décennies. Différentstravaux ontpermis d’aboutir à une meilleure connaissancedeleurs caractéristiques etdeleurs propriétés (Shoji etal.,1993c; Bartoli etal.,2003 ;ArnaldsetStahr,2004;Quantin,2004;Arnalds etal.,2007). Les caractéristiques physiques,chimiques ethydriques propres aux sols volcaniques récents induisentuncertain nombre debénéfices etdecontraintes spécifiques pourlagestion forestière. Nousmettrons l’accentsurles facteurs limitantspourlaproduction forestière ouàprendre en comptedans cettegestion,grâceàdes exemples pris en moyenne montagne volcaniqued’Au- vergne (chaîne des Puys,montsDore,Cézallier,montsduCantal). Cetterégion couvre plusde 400 000 ha, avecuntaux deboisementde19%;elle dispose d’une typologie des stations forestières établie parCurt(1995) etse caractérise parune fortepluviosité,unfaible déficit hydriqueestivalenannée normale,etunfortétagementclimatique.

IDENTIFICATION ET CLASSIFICATION DES SOLS VOLCANIQUES DU

Lestypesdesolsvolcaniques Unclimathumide,sans périodedesécheresse,favorise l’altération des matériaux volcaniques et laformation deminéraux malcristallisés d’une taille dequelques nanomètres,tout particulière-

Rev.For. Fr. LIX -2-2007 99 P HILIPPE L EGRAND -F RANÇOIS B ARTOLI -T HOMAS C URT mentles allophanes (silico-aluminates hydratés) etlaferrihydrite(hydroxydedefer microcristal- lisé) (Shoji etal.,1993a, 1993b). Des substances humiques provenantducycle des matières organiques s’adsorbentfortementsurces minéraux etformentdes associations alumino-orga- niques,dénommées Al-humus. Ces matériaux colloïdaux donnentaux sols des propriétés spéci- fiques,dites propriétés andiques,quipermettentdedifférencier très nettementles sols volcaniques des autres types desols :teneurélevée en carbone organiquedes horizons de surface,forterétention duphosphore,faible densitéapparenteetfortecapacitéderétention d’eau.Dans lasuitedutexte,nousemploieronsleterme “andosol” (motformé àpartir des racines japonaises,“an” quisignifie noir et“do” sol) ausens large,pourles sols volcaniques possédantces propriétés andiques. Unclimatpluvieux ethumideenpermanence,avecune percolation rapidedel’eau,estunfacteurclé pourl’andosolisation des formations volcaniques récentes etl’expressionoptimale des propriétés andiques.

Morphologiquement,les andosols présententdes horizons supérieurs decouleursombre,souvent très humifères (Quantin,1995). Pourexemple,l’analyse del’horizon supérieurd’unandosol des montsDore se caractérise parsarichesse en matière organiquequireprésente59%delaterre fine organo-minérale (Legrand etal.,2000).

Spaargaren(2004) aprécisé uncertain nombre decaractéristiques des andosols : —Les andosols sontcaractérisés parunhorizon vitriqueouandiqued’une épaisseur minimale de30 cm. Unhorizon vitriqueestunstadejeune,préalable àlaformation d’unandosol,quineprésente quefaiblementdes propriétés andiques (Quantin,1995). Unhorizon vitriquecontient10%ou plusdeverre volcaniqueetautres minéraux primaires dans laterre fine (fraction inférieure à 2mm),etaune densitéapparentesupérieure à0,9kg/dm 3 . Unhorizon andiquereprésenteunstaded’altération plusavancéqueceluid’unhorizon vitrique, avecune densitéapparenteinférieure à0,9kg/dm 3 ,10%ouplusd’argiles,une rétention en phosphatesupérieure à70 %,etmoins de10%deverre volcaniquedans laterre fine. —Deux sous-types d’horizons andiques sontdistingués :silandiqueetaluandique. Les allo- phanes etminéraux similaires prédominentdans unhorizon silandique,tandis quel’aluminium, complexépardes acides organiques,domine dans unhorizon aluandique. Unhorizon silandique estacideàneutre,unhorizon aluandiqueestacideàtrès acide.

Les sols les plustypiques rencontrés surles substratsvolcaniques sont,selon le Référentiel pédologiquede1995,les Andosols etVitrosols (Quantin,1995).

Les Vitrosols (avecunhorizon vitrique) se différencientsurleterrain des Andosols parl’abon- dancedematériaux volcaniques (sables etgraviers) etparleurcouleurplusclaire. Les horizons desurfacedes Andosols sontplusfoncés [brunchocolatpourles Silandosols (horizon silan- dique),brunnoir pourles Aluandosols (horizon aluandique)], riches en élémentsfins (< 50µm) ettrès légers ;leurstructure estgrumeleuse,fine,très friable,etse liquéfie si on lacomprime entre les doigts(thixotropie,voir §“Vulnérabilitéphysiquedes Andosols…”,p. 104).

LessolsvolcaniquesduMassif centraletleur environnement

Les matériaux volcaniques duMassif centralsontdes cendres volcaniques,des scories volca- niques (“pouzzolane”,cônes descories delachaîne des Puys),oudes coulées deroches dures (coulées basaltiques parexemple),dontlasurfacepeut être fractionnée en blocsformantdevéri- tables chaos rocheux (les cheires). Selon le type deroche-mère,le climatetladurée delapédo- genèse,l’altération peut être très différente,conduisantàdes sols très évolués oupeuévolués.

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Les sols s’organisentàl’échelle régionale en fonction des zones climatiques. Ainsi,les andosols prédominenten altitudesousunclimathumideenpermanence;àaltitudes plusfaibles,sous unclimatpluschaudetplussec, existeune transition avecdes sols bruns andiques etdes sols bruns issusdebasalte(Quantin,2004). Les sols andiques se sontdéveloppés àpartir deroches basiques :basalte,andésite,trachy- andésite,dacite,gabbro oudolérite. Des sols podzolisés apparaissentlocalementsurdes maté- riaux plusacides comme larhyodaciteoularhyolite(Quantin,2004). Les andosolsles plustypiques sontsurscoriesbasaltiques outrachytiques récentes. Les sols andiques surbasaltes anciens ousurlaves trachyandésitiques sontplusacides etcontiennent plusdeminéraux argileux cristallins etmoins d’aluminosilicates amorphes. Sousl’effetrécentde laculture des sols,une brunification superficielle peut aussi être observée (Hétier,1975). Dans lachaîne des Puys,les andosols se développentàpartir deroches pyroclastiques dontla compositionvarie dubasaltiqueautrachytique,alors quedans le Cantalles andosols se trouvent surdes laves variantdubasalteàlatrachyandésiteetàlaphonolite(Quantin,2004). Les andosols delapartie Norddelachaîne des Puyssesontdéveloppésàpartir decendres trachytiques ;ils ontunpH eau de5,3-5,8dans l’horizon supérieur,montrentune accumulation decomplexes Al-Fe-matière organique,etsontnaturellementcolonisés préférentiellementparle Bouleauverruqueux dans les premiers stades decolonisation forestière,cetteespècepionnière héliophile étantparticulièrementfrugale auplantrophique. Les andosols delapartie Suddela chaîne des Puys,surcendres basaltiques,ontunpH eau plusélevé(5,7-6,4),contiennentmoins dematière organiqueetdavantage d’allophanes ;ils sontnaturellementcolonisés parlePin sylvestre quiestfavorisé àlafois parlemicroclimat,des sols plusfavorables,etlaprésencede semenciers (Prévosto etal.,2004). Deux andosols deréférenceontétésélectionnés dans lachaîne des Puys(EUR 16,unsilandosol forestiersituéà1000 md’altitudeaupuy delaVache,Puy-de-Dôme) etdans le Cantal(EUR 17, unaluandosol souspelouse permanenteà1080md’altitudeauburon dePerle) (Arnalds etal., 2007). Les principales caractéristiques deleurs horizons sontlistées dans le tableauI(ci-dessous)

T ABLEAU IPrincipales caractéristiques des horizons des deux andosols européens de référence du Massif central : andosol silandique EUR 16 et andosol aluandique EUR 17 Résultats exprimés par rapport au sol séché àl’étuve pendant 48 hà105 °C.

Densité C Al (KCl)d Profondeur Al +1/2 Allophanea Al-humusb pH pH Sol Horizon apparente ox organique (cmoles+/ (cm) Fe (%) (%) (%) (eau)c (KCl)c (g/cm3 ) ox (%) kg) Ah1 0-250,53 5,2 12,7 4,3 12,0 6,2 5,2 0,08 EUR 16 Ah2 25 -45n.d. 8,6 20,2 5,3 8,3 6,7 5,6 0,13 Bw 45 -550,51 8,3 20,1 3,6 5,0 6,8 5,8 0 Ah1 0-300,49 3,5 3,2 12,3 20,0 4,3 4,1 6,9 EUR 17 Ah2 30 -50n.d. 5,2 6,4 12,8 8,9 4,7 4,5 2,32 Bw 50 -900,66 5,7 8,3 7,0 7,4 5,4 4,8 0,94 a:la teneur en allophane aété calculée selon la formule :allophane =7,1 Siox dans laquelle Siox est la teneur en silicium extrait par l’oxalate d’ammonium (réactif de Tamm) (Parfitt et Wilson, 1985). b:la teneur en Al-humus aété calculée selon la formule :Al-humus =7,5 Alp dans laquelle Alp est la teneur en aluminium extrait par le pyrophosphate de sodium (Poulenard et Herbillon, 2000). c:rapport sol/solution de 1/5. d:aluminium échangeable au chlorure de potassium 1N.

Rev.For. Fr. LIX -2-2007 101 P HILIPPE L EGRAND -F RANÇOIS B ARTOLI -T HOMAS C URT quimontre quetousles critères dudiagnosticsontvalidés :très faible densitéapparentedes horizons AetB, inférieure à0,9g/cm 3 ,richesse en allophane,Al-humusetferrihydrite,forte rétention en phosphates (87à99 %:données non reportées surletableau). L’andosol silan- diquedelachaîne des Puys(EUR 16)estriche en allophanes,moyennementorganiqueetpeu acidealors quel’andosolaluandiqueduCantal(EUR 17)renferme très peud’allophanesmais beaucoupd’Al-humusetestacide(d’oùlaprésencesignificatived’aluminiuméchangeable).

CARACTÉRISTIQUES PHYSIQUES DES ANDOSOLS, NOTAMMENT CEUX DU MASSIF CENTRAL

Texture,structureetpropriétéshydriquesdesandosols

Les allophanes,les complexes Al-Fe-humus,les ferrihydrites etles matières organiques confè- rentdes propriétés particulières aux andosols,notammentune très faible densitéapparente (inférieure à0,9g/cm 3 )etdoncune porositéexceptionnellementélevée (60 à90%),une faible cohésion àl’étatsec, etune grandeaptitudeàse rétracter defaçon irréversible lors d’un séchage (Nanzyo etal.,1993b;Bartoli etBurtin,2007).

Les horizons supérieurs des andosols présententune texture d’apparencelimoneuse autoucher (Quantin,1995),dueàl’abondanced’agrégatstrès fins delataille des limons (Bartoli etal., 2007),etnon pasàl’abondancedelimons vrais. La véritable granulométrie ne peut doncêtre appréciée autoucher,mais devraitfaire l’objetd’une analyse aulaboratoire,réalisable pourles sols bruns andiques mais délicatepourles andosols (Bartoli etBurtin,2007).

Les andosols sontcaractérisés parune importantecapacitéderétention en eaudueàune porositéfine (capillaire) exceptionnellementélevée (Nanzyo etal.,1993b;Bartoli etBurtin, 2007 ;Bartoli etal.,2007),quirésultedes processusd’agrégation(interactions entre les allo- phanes,les ferrihydrites,les matières organiques etles associations alumino-organiques). Ceci estvrainon seulementpourdes andosols silandiques,riches en allophanes,mais aussi pourdes andosols aluandiques,riches en Al-humus.

BartolietBurtin (2007)ontmontré quelacapacitéderétention d’eaudesols volcaniques euro- péens étaitcorrélée àl’importancedelafraction organo-minérale inférieure à2µm. La capacité derétention d’eauestdel’ordre de0,6à0,65cm 3 /cm 3 pourdes teneurs decettefraction organo-minérale de20 à30 %(casnotammentdes vitrosols) etde0,7à0,9cm 3 /cm 3 pourdes teneurs de50à70 %(casnotammentdes andosols perhydriques des Açores),les horizons B étanttoujours plusargileux etplusporeux queles horizons sus-jacents.

Levolume d’eauainsi retenuparunsol peut être divisé en trois catégories (Nanzyo etal., 1993b;Shoji etal.,1993d): —l’eauhygroscopique(retenueparles micropores,correspondantàdes valeurs desuccion supérieures à1500 kPa); —l’eaucapillaire accessible aux plantes [mésopores,correspondantàl’eauretenue entre –1500 kPa (pointdeflétrissementpermanent)et–33 kPa (capacitéauchamp)]; —l’eaugravitationnelle (macropores,correspondantàl’eautrès faiblementretenue entre –33 kPa et0kPa, diteaussi eaudepercolation).

Pourles horizons AetBd’unandosol silandique,l’eauhygroscopiquereprésenterespectivement 30 et35%,l’eaucapillaire utilisable parles plantes 25et25%etl’eaugravitationnelle 30 et 10%duvolume dusol. Onpeut doncestimer queleréservoir utilisable maximaleneau (RUM =eauretenueentre le pointdeflétrissementetlacapacitéauchamp) d’unandosol silan-

102 Rev.For. Fr. LIX -2-2007 Biologie etécologie diqueestdel’ordre de2,5mm/cmdesol,cequiestconsidérable parcomparaison avecunsol brunifié sursocle granitiqueoumétamorphique. Ainsi,laréserved’eauutilisable parles plantes (RUM)estdel’ordre de0,5mm/cmdesol pourunsol sableux,de1mm/cmdesol pourunsol argileux,etde2mm/cmdesol pourunsol limoneux (Duchaufour,2001). Les andosols silandiques delachaîne des Puysrenfermentsouventde20 à40%d’argiles organo-minérales alors queles andosols aluandiques duCantalenrenfermentde40à60 % (Bartoli etal.,2007). Ces andosols delachaîne des PuysetduCantalsonttrès poreux etretien- nentl’eaudefaçon exceptionnelle (porositécapillairequasimentéquivalenteàlaporositétotale etégale à0,65à0,80cm 3 /cm 3 );ils se rétractentde20 à25%lorsqueleurs horizons AetB sontsoumis àunséchage contrôlé à40°C(Bartoli etBurtin,2007). Les andosols ausens large duMassif centralontuncomportementparticulier vis-à-vis del’eau: leurrétention esttrès forteàlacapacitéauchamp (jusqu’àdeux fois le poidsdusol en eau), mais leurpointdeflétrissementestaussi très élevé(environ lamoitié delacapacitéauchamp). Encasdedessèchementprolongé (en été),le sol peut contenir encore beaucoupd’eau,mais ne paslacéder àlavégétation (Curt,1995). Bonfils etMoinereau(1971) estimentqu’unandosol duSudduMassif centralde80cmde profondeurpeut retenir entre 350et400 mm d’eau,mais quesaréserveutile (c’est-à-direpréle- vable parlavégétation) n’estquedel’ordre de125mm(soitenviron 30 %dutotal). Son RUM estdoncdel’ordre de1,6mm/cmdesol,cequiestélevépuisque,en comparaison,des sols limoneux ontunRUM de2mm/cmdesol (Duchaufour,2001). Cerésultatestaussi dumême ordre degrandeurquelavaleurdeRUM de2,5mm/cmdesol d’unandosol japonais représen- tatif (Nanzyo etal.,1993b). Notons quel’estimation duRUM àpartir demoyennes établies parclasses texturales(Baizeet Jabiol,1995) n’estpasdutout adaptée aux andosols,leurgranulométrie étanttrès difficile à déterminer. Enfin,les horizons desurfacedes andosols sontsouventhydrophobes etcettehydrophobicité paraîtlargementvarier aveclanature etlateneurenmatière organique,etl’étathydriquedu sol,les humusétantd’autantplushydrophobes qu’ils sontsecs(Bartoli etal.,2007).

Casparticuliers dessolsvolcaniquestrèscaillouteux Les carrières de“pouzzolane”(en fait,des scories volcaniques souventbasaltiques),abandon- nées depuis 3à25ans dans lachaîne des Puys,sontuncasparticulier desubstratsaux maigres ressources trophiques ethydriques surlesquels se développentdes régosols andiques (sols très superficiels) quisontproches desols sableux très filtrants. Leurcolonisation végétale aétéétudiée parFrain (1991). Celui-ciamesuré laréserveutile en eauaulaboratoire. Ilen déduitqu’unsol de15cmd’épaisseurauraitautotal,en tenantcompted’une contributionde 10cmderoche-mère (élémentsgrossiers dontlastructure vacuolaire permetle stockage de l’eau),une réserveeneaude3,5à12,5mm,soitunRUM de0,2à0,8mm/cmdesol (c’est-à- dire très proche d’unsol sableux deRUM égale à0,5mm/cmdesol). Oncomprenddoncles difficultés delacolonisationvégétale,en raison delafaible épaisseurdusol etdelaréserveen eautrès limitée,dans les anciennes carrières abandonnées descories volcaniques. Les cheires (surfaces des coulées delave) sontcaractérisées parlaprésencesouventtrès impor- tantedeblocsquipeuventformer devéritables chaos rocheux.Enraison delateneurélevée en blocsetdelafaiblesse en terre fine,lapercolation del’eauyestparticulièrementrapide. La production forestière yestsouventlimitée,surtout surles coulées les plusrécentes oùles sols sontles plusjeunes etles moins développés.

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Vulnérabilitéetdégradation physiquedesandosols

L’exceptionnelle capacitéderétention d’eaudes andosols expliqueenpartie leurfertilité,mais ils sontvulnérables lors depériodes dedessèchement,lors demises en culture etlors d’amé- nagements(routes,etc.) réalisés sans adaptations spécifiques. •Vulnérabilitéphysiqueinduiteparune sécheresse longueetmarquée ; conséquences pourl’alimentation en eaudelavégétation Les andosols sontd’exceptionnels réservoirs en eaupourles plantes etles réseaux hydrogra- phiques environnantsmais ces réservoirs en eausontvulnérables :les horizons supérieurs sont àlafois sensibles autassementetaudessèchement,se rétractantalors etperdantdemanière souventirréversible une partie deleurcapacitéderétention en eau(Nanzyo etal.,1993b; Poulenard etal.,2002 ;Bartoli etal.,2007).

Après dessiccationàl’air,les andosols montrentaussi une grandefriabilité,une faible cohésion etdoncune fortesusceptibilitéàl’érosion (Nanzyo etal.,1993b;Quantin,1995). Après une mise en culture d’une prairie permanenteoud’une forêt,les humusd’andosols se dessèchent, se rétractent,deviennentfriables ets’érodentfacilement,soitparleventsoitparleruisselle- mentdesurface(Quantin,1995 ;Poulenard etal.,2001).

Enfin,l’hydrophobicitédes horizons desurfacedes andosols peut augmenter defaçon spectacu- laire lors deleurdessiccation (Poulenard etal.,2004;Bartoli etal.,2007). Ceciexplique pourquoi il estdifficile deles humecter,cequipeut avoir des incidences négatives auniveaude l’alimentation hydriquedes plantes. Clothier etal. (2000)ontdémontré que,surleterrain,l’in- filtration continuedel’eaudans unhorizon desurfaced’andosol non saturé dépendait,pendant untemps vraimentlong (plusde10heures d’infiltration continue),deson hydrophobicité.

Selon Curt(1995),laréserveeneaudes sols volcaniques delamoyenne montagne auvergnatene semble pasconstituer unfacteurlimitantimportant,dufaitdeleurépaisseurgénéralementsuffi- sante,etdelafaiblesse des déficitshydriques estivaux en année normale. Deux casfontexception : les andosols secsetsuperficiels surscories d’une partie delachaîne des Puys,etcertains andosols peuépais oucaillouteux (voir §“Casparticuliers des sols volcaniques très caillouteux”,p. 103).

Dans le casdes plantations d’Épicéacommunsituées entre 900 et1400 md’altitudedans les montsDore etlachaîne des Puys,Curt etal. (1996a)estimentque,en année normale,le déficit hydriqueestival,compris entre 0et60mm,esttrop faible pourquelavaleurduréservoir en eaudusol puisse jouer unrôle discriminantdans laproduction forestière. Les deux variables qui expliquentune partprépondérantedel’indicedefertilitédel’Épicéasontalors le topoclimatet le niveautrophiquedusol.

Parcontre,en année sèche,le fonctionnementhydriquedes sols volcaniques peut constituer une contraintemajeure pourles arbres. Eneffet,le dessèchementirréversible etlaréhumectation difficile des horizons supérieurs,dueaucaractère hydrophobedes horizons desurface,induisent unfonctionnementhydriquetrès particulier. Une périodedesécheresse peut en effetinduire une déshydratation irréversible (aumoins en partie)des horizonssupérieurs dusol,etune séche- resse pédologiquepeut prolonger une sécheresse climatique;onpeut ainsi constater quela réhumectation des andosols estparfois lenteaprès une sécheresse estivale :seuls les tout premiers centimètres dusol sonthumides après des périodes pluvieuses defin d’été,début d’automne (Legrand etal.,2000). •Vulnérabilitéphysiquedes andosolssaturés d’eauetsoumis àdes pressions Une des propriétés spécifiques des andosols estleurcomportementthixotropiquelorsqu’ils sont gorgés d’eauetsoumis àune pression,leurs agrégatshumides se liquéfiantnotammentlors-

104 Rev.For. Fr. LIX -2-2007 Biologie etécologie qu’on les compresse avecles doigts. Cecomportementthixotropiqueestanalogueàceluidu yaourt,initialementassezcohérentetse liquéfiantlorsqu’on le brasse. La thixotropie estattri- buable àl’exceptionnelle porositédes andosols,généralementlargementremplie d’eau(60 à 90%d’espaceporalpour40à10%d’espacesolide).

Ainsi,unsol volcaniqueàl’étathumideaune trèsfaible portanceetdevienttrèsinstable et collantàl’étatsaturé ;ilprésentealors une tendanceaufluage etesttrès sensible àl’ornié- rage. Letravail dusol pardes engins lourdsestdoncdéconseillé en périodehivernale,demême quelamise ànudes sols (risqued’érosion etdeglissement). Ilestaussi importantdelimiter lacirculation des engins forestiers aux seuls cloisonnementsd’exploitation,etmême prudentde l’interdire totalementdans les parcelles quandle sol estgorgé d’eau,carmême les cloisonne- mentsd’exploitation peuventsubir des dommages conséquents(orniérage profond). Demême, l’érosion peut aussi se développer en bordure dechemins,cequiaconduitGomendy-Genevois etMorel (2005etcommunication personnelle)àpréconiser l’utilisation defascines denoisetier pourstabiliser les talus,etdedrainages afin d’éviter queles andosols ne se saturenten eau.

Leprocessusdeliquéfaction peut parfois devenir catastrophique:des coulées boueuses,aussi appelées lahars,extrêmementrapides etpuissantes,peuventcharrier degros blocsderoches, tuer des personnes etdétruire des habitations etdes biens. Celase produitassezrégulièrement dans denombreuses régions en AmériqueduSud, en Asie,dans les Antilles françaises,etdans certaines régions volcaniques d’Europe telles les Açores etlarégion duVésuveoùil yaeu 161mortsle5mai1998 àSarno.

Dans le Massif central,les coulées boueuses n’ontheureusementpasétéobservées,cequiest notammentattribuable aufaitqueles couvertures pédologiques volcaniques n’ysontpasstratifiées.

CARACTÉRISTIQUES CHIMIQUES DES ANDOSOLS DU MASSIF CENTRAL ET IMPACT SUR L’ÉTAT SANITAIRE ET LA CROISSANCE DES PEUPLEMENTS FORESTIERS

Leséléments majeurs (N, P, K, Ca, Mg)

La composition en élémentschimiques des sols volcaniques esttrès largementdépendantedela compositionminéralogiquedelaroche-mère. La pédogenèse,le contenuen matière organique, les conditions climatiques etl’utilisation dusol parl’homme sontaussi des facteurs quiinfluent surladistribution des élémentschimiques :appauvrissementouenrichissementen certains éléments,lessivage ducalciumetdupotassium. La capacitéd’échange en cations (CEC)est corrélée positivementaveclateneurencarbone organiquedes andosols. Mais lamatière orga- niquepeut aussi jouer unrôle dedilution delaconcentration en calciumetpotassium. D’une manière générale,le drainage importantdûaux propriétés physiques des andosols favorise le lessivage des élémentsminéraux (Nanzyo etal.,1993b;Madeira etal.,2007).

Une forterétentionduphosphore,dueaux composés réactifs del’aluminiumetdufer présents en grandequantité,estune caractéristiquedes andosols ;lafaible disponibilitéenphosphore estdoncsouventunfacteurlimitantpourlacroissancedes plantes. Quantin (1995) adétaillé les propriétés agronomiques des AndosolsetVitrosols,quenousrésumons ci-dessous: —les Vitrosols sontsouventriches en cations échangeables eten phosphore assimilable, mais N, PetKrisquentd’être lessivés rapidementen raison dufortdrainage deces sols ; —les SilandosolsEutriques sontpeuacides,ontune CEC élevée etune rétention modérée duphosphore ;cesontdes sols très fertiles quisupportentunusage agricole intensif ;

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—les SilandosolsDystriques ontune richesse souventsuffisanteencations échangeables, mais des déséquilibres sontpossibles (déficienceenK);ils ontpresquetoujours une déficience en PetNfacilementutilisables ; —les SilandosolsPerhydriques présententune rétention duphosphore très forte,etune disponibilitérestreinteenNetS; —les Aluandosols ontune teneurabondanteenaluminiuméchangeable,mais très faible en autres cations échangeables ;Pestfortementretenu,lafertilitédusol esttrès restreinteetde très sérieux problèmes defertilisation se posent. Les andosols delachaîne des Puyssurroches-mères basiques (basaltes,basanites,ankaramites) montrentsouventune insuffisanceplusoumoins marquée en potassium,parfois une carenceen magnésium,etdes carences en cuivre etzinc(Dejou,1985).

Alimentation minérale despeuplements forestiers deszonesvolcaniquesduMassif central Pourles régosols andiques surscories delachaîne des Puys,les analyses chimiques montrent une carenceenélémentsmajeurs N, P, K, cequiestunfacteurlimitantàlarecolonisation végétale des anciennes exploitations abandonnées de“pouzzolane” (Frain,1991). Enforêtsdemoyenne montagne auvergnate,des peuplementsforestiers peuventparfois présenter des symptômes dedépérissement,quiaffectentle houppier etle feuillage :jaunisse- mentsfoliaires,pertes partielles d’aiguilles,dessèchementderamificationsoudelacime,morta- litééventuelle del’ensemble del’arbre. Parmi les multiples causes pouvantêtre àl’origine de ces symptômes,des difficultés d’alimentationminérale des arbres peuventintervenir. Des analyses foliaires pratiquées selon les recommandations deBonneau(1995),etcomparées aux normes decomposition foliaire(tableauII, ci-dessous),peuventmettre en évidenceces difficultés d’alimentation minérale ;nousdonnerons ainsi quelques exemples.

T ABLEAU II N o r mes d e c ompos i t ion folia i r epo ur lesré s ineux à pet i t e s a igu illes , d ont É pic é acommu n ,Pin syl v e stre ,Sa pin ( B onnea u , 1995)

N (g/ kg) P (g/ kg) K (g/ kg) Ca (g/ kg) M g(g / kg) S e u il d e car enc e...... 1 0 à 1 3 1 , 0 à 1 , 5 3 à 4 0 , 5 à 1 0 , 6 N i v e a u c r i t iqu e...... 1 3 à 15 1 , 54à 5 T eneur opt ima le ...... 15 à 19 1 , 8 à 2 , 1 6 à 8 2 à 51, 0 à 1 , 4

Dans cinq peuplementsforestiers,des aiguilles ontétéprélevées surdes arbres atteintsde jaunissement,ainsi quesurdes arbres sains,etanalysées : —Épicéascommuns de60 ans surandosol aluandiqueprofond(plusd’unmètre),sur projections volcaniques surcoulée basaltique;forêtsectionnale d’Auzat,1100 mètres d’altitude, montsDore ; —Épicéascommuns de45ans surandosol silandiquede60 cmdeprofondeur,surcône descories basaltiques ;puy delaSuchère,Charbonnières-les-Varennes,chaîne des Puys; —Épicéascommuns de35ans,surandosol silandiqueprofond(plusd’unmètre) surscories basaltiques ;forêtsectionnale deManson,chaîne des Puys; —Pins sylvestresde2ans,surandosol silandiqueprofond(70 cm) surcoulée basaltique; forêtsectionnale deCézerat,planèzedeSaint-Flour; —Sapins pectinés de30 ans,surandosol silandiqueassezprofond(60 cm) surcoulée basaltique;Chavagnac, planèzedeSaint-Flour. Les résultatsdes analyses sontdonnés dans le tableauIII (p. 107).

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T ABLEAU III C ompos i t ion d e s a igu illes en éléments t o t a ux d e s a r b r e s a u feu illa ge j a u nissa n t o usa ins , en g / kg, r a pportée à l a m a t ièr e s è c he

A r b r e s j a u nissa n ts A r b r e ssa ins P e u plement N P K Ca M g N P K Ca M g a ) É pic é a s c ommu n s ...... 15, 3 1 , 3 91, 51 1 , 2 9 0 , 8 2 15, 0 1 , 4 02, 27 1 , 5 30, 7 9 b ) É pic é a s c ommu n s ...... 18, 0 1 , 66 1 , 77 4 , 1 6 1 , 48 18, 2 1 , 55 3 , 9 2 5 , 9 0 1 , 6 1 c ) É pic é a s c ommu n s ...... 1 2 , 3 1 , 76 2 , 02 3 , 70 1 , 2 916 , 11, 9 0 5 , 51 4 , 8 0 1 , 3 8 d ) P inssy l v e stre s ...... 1 7 , 3 1 , 45 2 , 9 32, 88 1 , 67 1 7 , 7 1 , 6 94, 4 6 4 , 4 2 1 , 7 1 e) Sapins pec t inés ...... 14, 6 1 , 6 41, 76 5 , 8 22, 49 14, 41, 6 5 3 , 89 4 , 3 81, 81 a:Legr a n d e t a l., 2000 ; b:DSF Massif c entra l , 1999a ; c:DSF Massif c entra l , 1999b ; d, e :DSF Massif c entra l , 2002.

Ilressorttrès clairementdeces analyses quec’estlateneurenpotassiumquidifférencie le plus nettementles arbres carencés des arbres sains. Cetteteneuresttrès basse dans les aiguilles des arbres jaunissants,parfois même dans les aiguilles des arbres aufeuillage normal(peuplementsa, b, c). Les teneurs en azote(saufpeuplementc)eten phosphore sontaucontraire normales,ainsi quecelles en calcium(saufpeuplementa)eten magnésium(niveaufaible pourlepeuplementa). Des analyses foliaires,effectuées dans les années 1980dans le cadre des recherches surles dépérissementsdes forêtsetlapollution atmosphérique,avaientdéjàpermis d’attribuer les jaunissementsdufeuillage duSapin pectiné,etdans une moindre mesure del’Épicéacommun, àdes carences en potassiumdans les sols volcaniques duMassif central(Landmann etal., 1995a;1995b). Ces carences sontfréquentes surles andosols delachaîne des Puys(cf. §“Les élémentsmajeurs”,p. 105). La carenceenpotassiumpeut être dueàunlessivage decetélémenttrès mobile,etàundés- équilibre entre les teneurs en potassium,calciumetmagnésiumdans le sol. Ainsi,Bonneau (1995) indiquequelerapportMg/K(les valeurs des élémentsétantexprimées en cmol+ /kg) dans les horizons minéraux devraitêtre compris entre 1et2,etqu’unrapportK/Ca inférieurà0,25 peut conduire àune carencepotassique. Pourlaforêtd’Auzat(Puy-de-Dôme),les valeurs deces rapportsobtenues parles analysesdesol indiquaienteffectivementundéséquilibre en potas- sium(Legrand etal.,2000). Ceciestaussi confirmé pourles deux andosols européens deréfé- renceettout particulièrementl’andosolsilandiqueforestierdelachaîne des Puys(EUR 16)dans les horizons duquel les valeurs durapportK/Ca sontextrêmementfaibles (0,01à0,03) (tableauIV, p. 108). Ceciaétéconfirmé defaçon plusapprofondie parSemlali (2000)lors de son étudesurles cycles biogéochimiques des élémentstraces :il adémontré unappauvrisse- menttout àfaitexceptionnel àlafois dupotassiumetdusodium,une exportation modérée du cuivre etdusiliciumtandis qu’àl’opposé le chrome etle nickel se concentrent. Rappelons aussi qu’une périodedesécheresse,ouunsubstrattrès filtrant(scories volcaniques parexemple),accentueles problèmes d’alimentationminérale des arbres,etles symptômes engendrés parles carences (voir partie “Dépérissementsforestiers complexes sursols volca- niques”,p. 110). N’oublions pasenfin quelafertilitéchimiquedelastation,etnotammentladisponibilitéen azote,dépendaussi,dans le casdes plantations forestières,del’usage antérieurdusol :unsol agricole cultivéestplusfavorable qu’unpâturage,lui-même plusfavorable qu’une landepâturée (Prévosto etal.,2004).

Rev.For. Fr. LIX -2-2007 107 P HILIPPE L EGRAND -F RANÇOIS B ARTOLI -T HOMAS C URT

T ABLEAU IV Cations et anions échangeables des horizons des deux andosols européens de référence du Massif central : andosol silandique EUR 16 et andosol aluandique EUR 17. La méthode d’échange utilisée (“compulsive exchange method”) détermine àlafois la capacité d’échange cationique (CEC) et la capacité d’échange anionique (CEA) au pH et àlaforce ionique proches de celles du sol sur le terrain (Madeira et al.,2007).

+ Profondeur Cations ou anions échangeables (cmoles /kg) Sol Horizon Mg/K K/Ca (cm) Ca Mg K Na CEC CEA Ah1 0-2520,00 4,76 0,36 0,27 25,45 25,5 13,2 0,02 EUR 16 Ah2 25 -4511,39 4,03 0,12 0,42 15,96 16,1 33,6 0,01 Bw 45 -559,16 3,42 0,09 0,34 13,01 13,0 38,0 0,01 Ah1 0-301,46 0,33 0,35 0,33 2,48 9,4 0,9 0,24 EUR 17 Ah2 30 -500,35 0,14 0,16 0,25 0,90 3,4 0,9 0,46 Bw 50 -900,35 0,06 0,24 0,24 0,89 1,8 0,2 0,69

L’aluminiumetlatoxicitéaluminique

Dans le casgénéraldes sols acides,àpH eau inférieurà5etsurtout inférieurà4,5,l’aluminium peut devenir toxiqueenprovoquantundysfonctionnementracinaire quiperturbel’absorptiondu calciumetdumagnésium;l’abondancedel’aluminiumperturberaitlanutritionmagnésienne pourunrapportMg/Al(les valeurs des élémentsétantexprimées en cmol+ /kg) inférieurà0,033 etune carencecalciquepourraitsurvenir pourunrapportCa/Alinférieurà0,066 (Bonneau etal., 1994 ;Bonneau,1995 ;Boudot etal.,1995). Les phénomènes detoxicitéaluminiquesontdonc souventassociés àdes problèmes demalnutrition (N, Ca, Mg,P)dufaitdel’atrophie racinaire, del’abaissementdupHetdel’augmentationdel’aciditédusol,etdes modificationsdes autres propriétés d’échange quienrésultent.

Dans le casdes sols volcaniques,l’accumulation d’aluminium(etaussi dufer) en phase solide confère des propriétés particulières aux andosols (Nanzyo etal.,1993a;Shoji etal.,1993d).

Nousavons vu queles andosols sontdivisés en deux groupes principaux :

•Les andosols allophaniques (silandosols) :ils sontmodérémentàlégèrementacides même quandlasaturation en bases esttrès faible,etcontiennentrarementdes niveaux toxiques d’alu- miniumextractible parKCl;les allophanes sontformées préférentiellementàpH>4,9;encondi- tions plusacides,les complexes Al-humustendentàdominer.

•Les andosols non allophaniques (aluandosols) :àpH<4,9,Alestcomplexéparlamatière orga- nique,etn’estplusdisponible pourréagir aveclasilicepourformer des allophanes. Ainsi,les andosols non allophaniques sontfortacides quandlasaturation en bases estfaible etpossèdent untaux élevéd’Alextractible parKClquientraîneraitune toxicitéracinaire pourles plantes. En

général,lasolubilitédel’aluminiumdes sols estrégulée parune phase minérale solideAl(OH) 3 (ex:gibbsite) ;cependant,laconcentration d’Alsoluble dans des horizons riches en matière organique,notammentceux des andosols non allophaniques,estcontrôlée parl’Alcomplexéavec lamatière organique(Garcia-Rodeja etal.,2004). Ainsi,les andosols aluandiques ontsouventun

pH eau inférieurà4,5dans les horizons supérieurs humifères,etinférieurà5dans les horizons plusprofondspeuhumifères mais “aluminiques” (oùAl 3+ >2cmol+ /kg) (Quantin,1995).

Une valeurdel’aluminiumextractible parKCl1NaupHdusol supérieure à2cmol+ /kg entraîne une toxicitéauniveauracinaire,etapparaîtdonccritiquepourlacroissancedes plantes.

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Dans unhorizon silandique,lateneurenaluminiuméchangeable estsouventnégligeable ou nettementinférieure à2cmol+ /kg en valeurabsolueouAl 3+ /CEC <20 %. C’estle casdes andosols silandiques forestiers delachaîne des Puys(tableauI, p. 101).

Dans unhorizon aluandique,lateneurenaluminiuméchangeable estsupérieure à2cmol+ /kg ou Al 3+ /CEC >20 %(Shoji etal.,1993d;Quantin,1995). C’estle casdes andosols aluandiques du Cantal(tableauI, p. 101) dontl’horizon desurfaceAh1 estdepluscaractérisé parunrapport Mg/Alde0,05. Ilyadoncàlafois risquedetoxicitéaluminiqueetperturbation delanutrition magnésienne.

La flore peut aussi aider audiagnostic:certaines plantes sontplusrésistantes qued’autres àla toxicitéaluminique. Ainsi,le Sapin pectiné semble “alumino-indifférent”(c’est-à-dire présentavec des coefficientsd’abondance-dominanceassezconstantsàdifférentes valeurs d’aluminiuméchan- geable),alors qued’autres espèces ouarbres ysontsensibles,voire intolérantes (elles sont inexistantes dès des niveaux basd’aluminiuméchangeable) ;ilestainsi possible dedresser un tableaudelaréaction dedifférentes espèces végétales àlaprésenced’aluminiumlibre dans le sol (tableauV, ci-dessous).

T ABLEAU VGr o u pes d ’es pèc e s ind i catri c e s d ela t o x i c i t é a l u miniqu e en milieu for e stiervolcaniqu e ( d ’ a p r è s C oqu illa r d, 1993 )

N i v e a utr ophiqu e E s pèc e s E utrophe M é s o trophe O ligotrophe à l a r ge a mplitud e Car act è r e s é c ologiqu e s E s pèc e s a l u mino-s ens i b les G e r a niu m P h yte u m a Galiu m s a x a t ile A léc h a ngeable r o b e rti a n u m s picatum Galeops i ste tra hit ≤ 1 , 3 meq/ 1 00 g M elica u niflor a Lamiu m D igit a lis p urp ure a E u phor b i a g a leobdolon a m y g daloïd e s Scillia lilio- R i b e s petra e u m h y acint h us Car damine hept a phy lla E pilob i u m d urieu i E s pèc e s a l u mino-t olér a n t e s F r a x inus e x c els ior V iola H ier aci u m A t h yri u mfilix - 1 , 3 < A léc h a ngeable Par i s q u adr ifolia r eic henbachia n a m uro rum femina ≤ 2 , 7 meq/ 1 00 g Galiu mod o r a tum D e s c h a mps i a D o r onic u m S olidago v i r g a ure a flexuo s a a ustri acu m A nemone Sam b u c us nemor o s a r acemos a V e r onica offic ina lis S o r b us a u c u p a r i a P o ach a i x ii A j u g a r ept a n s E s pèc e s a l u mino- D ryopt e r i s d ila t a t a Maï a n t hemu m D ryopt e r i s ind iffér ent e s S t ella r i a nemor o s a c onv a lla r i a carth usi a n a 2 , 7 < A léc h a ngeable G y mnocar piu m L uzul a niv e a Abies a l ba ≤ 5 , 2 meq/ 1 00 g d ryopt e r i s L uzul a syl v a t i ca O x a lis ace t o s ella Vacciniu mmyrtillus S enec io cacalia ste r E s pèc e a l u mino-ind iffér ent e : e s pèc ein s ens i b le à l a p r é s enc e d ’ a l u miniu m(p r é s ent e sur s ols à fort t a ux d ’ a l u miniu mli b r e). E s pèc e a l u mino-t olér a n t e : e s pèc e t olér a n t l a p r é s enc e d ’ a l u miniu m(p r é s ent e sur s ols à t a ux mod é r é d ’ a l u miniu mli b r e). E s pèc e a l u mino-s ens i b le : e s pèc ene supporta n t p a s l a p r é s enc e d ’ a l u miniu m(abs ent e sur s ols àal u miniu mli b r e). 1meq/ 1 00 g=1c mol+ / kg.

Rev.For. Fr. LIX -2-2007 109 P HILIPPE L EGRAND -F RANÇOIS B ARTOLI -T HOMAS C URT

AMENDEMENTS ET FERTILISATION

Les connaissances en matière d’amendementsetdefertilisationsurandosols apparaissentrela- tivementlimitées :nousmanquons deréférences forestières dans le Massif centralvolcanique. Bonneau(1995) citeunessaidefertilisation d’une plantation d’Épicéacommunaulac duGuéry (montsDore) oùune fertilisation NPKCa ouPKCa, en l’absencedecarence,aprocuré ungain d’accroissement.Mais Quantin (1995) indiqueque,d’une manière générale,les carences en sols volcaniques apparaissentassezdifficiles àcorriger. Ainsi,dans le casdes carences en potassium quiontétémises en évidencedans le Massif central,unapportmassif d’engrais potassique pourraitavoir des conséquences néfastes en provoquantundéséquilibre nutritionnel avec d’autres éléments(Montpied in Legrand etal.,2000).

Takahashi etNanzyo(2004) indiquentque,dans le casdes andosols,une partie des complexes Al-humusestlabile etestaisémentaltérée parunsimple traitementchimiquecomme un chaulage :unchaulage diminuesignificativementles taux d’Alcomplexéàlamatière organique, etd’Aléchangeable. Des amendementscalco-magnésiens peuventdoncêtre envisagés sursols volcaniques,notammentsurles sols aluandiques,oùles risques detoxicitéaluminiquesontles plusgrandsetles taux en bases (notammenten Ca)les plusfaibles (Shoji etal.,1993d). Surce sujetcependant,nousmanquons aussi deréférences forestières dans le Massif central. Sur d’autres substratsgéologiques dans les etles Vosges,des amendementscalco-magné- siens ontpermis àmoyen terme derestaurer lafertilitédes sols etd’améliorer l’étatsanitaire des arbres,notammenten améliorantl’humuseten diminuantle taux d’aluminiumlibre dans le sol ;cependant,des déséquilibres peuventaussi se produire pourcertains élémentscomme le potassiumquipeut atteindre des seuils decarencesuiteàl’amendement(BonneauetNys, 1997;Nys etal.,2000). Ornousavons vu quedes carences en potassiumpeuventdéjàexister dans les sols volcaniques duMassif central;l’ajout depotassiumdans des amendementscalco- magnésiens devraitdoncêtre envisagé.

Enraison delafortefixation duphosphore etdes carences en potassiumsouventdétectées dans les andosols duMassif central,on pourraitaussi envisager l’épandage dephosphates naturels (quisesolubiliseraientsans difficultétout en limitantlarétrogradation duphosphore), avecen complémentunapportdesulfatedouble depotassiumetmagnésium,oudeK 2 SO4 .

DÉPÉRISSEMENTS FORESTIERS COMPLEXES SUR SOLS VOLCANIQUES

Les dépérissementscomplexes derésineux se manifestentgénéralementparunjaunissementdu feuillage,etparune pertefoliaire :déficitd’aiguilles,mortalités deramifications fines,qui peuventaboutir audépérissementduhouppier etàlamortdel’arbre.

Des carences minérales,une faible fertilitédusol,unhistoriquedupeuplementdéfavorable aux arbres,etdes stress hydriques prononcés en sontgénéralementresponsables (Bonneau etal., 1992). Silejaunissementdes aiguilles dûàdes carences minérales peut d’ailleurs être réversible dans une certaine mesure,il estaussi accentuéparune périodedesécheresse (Dambrine etal., 1995) queles caractéristiques défavorablesdusol ouunenracinementsurune faible profondeur ne permettentpastoujours decompenser.

Ainsi,unhorizon aluandiqueforme unobstacle chimiqueaudéveloppementracinaire tandis que l’enracinementestdense etprofondsurles Silandosols Eutriques.

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Des dépérissementsderésineux ontétésignalés en Auvergne àlasuitedelatempêtede1982 etdelapériodededéficitshydriques de1982à1986(tout particulièrementdelasécheresse sévèrede1985). Ces dépérissementsavaientconcerné,parordre degravitédécroissante,l’Épicéa commun,le Sapin pectiné etle Pin sylvestre,etavaientaffectéplusspécialementdes peuple- mentsdans les zones àsubstratvolcanique,les régions cristallines étantgénéralementmoins touchées (Guillaumin etal.,1989). Dans les casétudiés,l’analyse decarottes desondage avait montré queles peuplementssursols volcaniques avaientune meilleure croissance,mais aussi une sensibilitéplusgrandeàlasécheresse de1985 queles peuplementssursols granitiques ; des analyses foliaires avaientpermis d’attribuer les jaunissementsdufeuillage duSapin pectiné, etdans une moindre mesure del’Épicéacommun,àdes carences en potassiumensols volca- niques (voir §“Alimentation minérale des peuplementsforestiers”,p. 106).

Dans l’étuded’uncasdedépérissementd’Épicéacommundans le Massif central,Legrand etal. (2000)ontmontré que,malgré l’absencedecontraintemajeure observée surfosses pédolo- giques,l’enracinementdes épicéaspeut être superficiel :le sol semble se comporter comme s’il existaitunplancher limitantlaprofondeurdel’enracinement.Deux hypothèses ontétéavancées pourexpliquer lafaible profondeurd’enracinement: —l’eaudepluie adumalàpénétrer en profondeurdans unsol sec, dufaitdeson carac- tère hydrophobe;elle atendanceàruisseler en surfaceetnon pasàs’infiltrer dans le sol,ne permettantpasaustockd’eauutile aux plantes deserenouveler; —auniveaudes analyses desol,le très fortdéséquilibre en potassiumenprofondeur(bien plusmarquéqu’en surface). Dans le casétudié,les principaux facteurs prédisposantaudépérissementsontune très faible fertilitéchimiquedelastation liée àdes carences minérales,unenracinementpeuprofonddes épicéas,une sylviculture peudynamiquequiaentraîné une concurrenceimportanteentre les arbres,etdes facteurs climatiques accidentels (sécheresses,tempêtede1982). L’armillaire ( Armil- lariaostoyae )etle scolytetypographe ( Ips typographus )ontensuitecolonisé les arbres affaiblis. C’estsurtout lapériodededéficitshydriques de1985 à1993(etplusparticulièrementles séche- resses prononcées de1985,1989 et1993)quiapparaîtcomme le principalfacteurdudéclen- chementdecedépérissement.

Une autre étudemenée sursols volcaniques en hauteArdèche,près dumontMézenc, amontré quelacroissancedes plantations d’Épicéacommund’altitudeprésenteune inflexion dès l’âge de 35ans,alors quecelle-cineseproduithabituellementqu’à140-160 ans dans des forêtsnatu- relles des Alpes en bonne santé. Les hivers froidsetles étés chaudsetsecssemblenten effet provoquer une sénescenceprécocedes épicéassurces sols volcaniques qui,malgré une bonne réserveeneaudisponible pourles plantes,exacerbentles sécheresses climatiques. Les épicéas n’arriventjamais àse remettre des accidentsclimatiques,cequipeut conduire àundépérisse- mentimportantdès l’âge de70 ans (RollandetLempérière,2004).

Benizry etal. (1988) ontmontré qu’en Auvergne,les peuplementsd’Épicéacommunparticulière- mentatteintsd’une pourriture dubois decœurcausée parlefomès ( Heterobasidion annosum ) sontsitués surroches volcaniques,surdes andosols ousols andiques,àpHpeuacide,avecune texture riche en limons,surdes versantsenexposition chaude(Sud)etàaltitudeélevée ;l’im- portancedelamaladie augmenteavecl’âge dupeuplementetle nombre d’éclaircies. Les attaques decechampignon pathogène semblentplusfaibles surterrains acides,riches en sables, provenantderoche-mère cristalline,installés surdes pentes non exposées auSud. Des carences minérales,latoxicitéaluminiqueetle fonctionnementhydriqueparticulier des sols volcaniques en périodedesécheresse pourraientaussi être des explications del’affaiblissement del’Épicéacommunetdesasensibilitéàcechampignon.

Rev.For. Fr. LIX -2-2007 111 P HILIPPE L EGRAND -F RANÇOIS B ARTOLI -T HOMAS C URT

EFFETS DES VARIABLES GÉOPÉDOLOGIQUES SUR LA PRODUCTIVITÉ DE L’ÉPICÉA COMMUN

Une étudedelaproductivitédel’Épicéacommundans deux régions contrastées demoyenne montagne volcaniqueauvergnate(lachaîne des Puysetles montsDore) aportérespectivement sur104et124placettes (Curt etal.,1996b). Pourchaquegroupe derelevés (chaîne des Puys, montsDore) ontétéeffectuées une analyse factorielle des correspondances (AFC)puis une clas- sification ascendantehiérarchique(CAH)surles analyses desols,les caractéristiques géopédolo- giques intervenantcomme variables supplémentaires. Les hauteurs dominantes des peuplements ontétéprojetées surleplandes deux premiers axes del’AFC comme variables supplémentaires souslaforme declasses dehauteur:H1(20,6à23,4m),H2(23,5à25,9m)etH3(26,0 à28,9m).

F IGURE 1ÉPICÉA COMMUN DANS LES MONTS DORE. REPRÉSENTATION SIMPLIFIÉE DES GROUPES DE RELEVÉS GÉOPÉDOLOGIQUES ET DES RÉSULTATS D’ANALYSES DE SOLS EN FONCTION DES AXES 1-2DE L’AFC Les variables géopédologiques sontindiquées en italiques etles résultatsdes analyses desols en laboratoire en caractères normaux. Indication des hauteurs dominantes à40ans : H1=20,6à23,4m;H2=23,5à25,9m;H3=26,0à28,9m.

Ponces Colluvions cinérites Richesse moyenne en azote pHeau=5,5 Stations mésotrophes pHKCI =4,2/4,5 Richesse H3 moyenne Mésomull en calcium Riche en etpotassium limons Sol brun andique Matériaux basaltiques Richesse moyenne H2 en phosphore Basaltes Riche en azote Stations oligotrophes Axe1-I=20,8% surmatériaux basaltiques eten carbone Pauvre en Oligomull sables grossiers Dysmull pHeau=5 Riche en argile pHKCI <4,1 Fer :moyen pHeau<4,9 Pauvre en Moder limons Sol ocre Pauvre H1 podzolique en calcium Stations oligotrophes potassium surmatériaux argileux Trachyandésites fer Riche Matériaux en sables fluvio-glaciaires grossiers Stations hyperoligotrophes surmatériaux acides Pauvre en matière

2 , 1% organique eten azote A x e 2 - I =1

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Les résultats,représentés surles figures 1et2(pp. 112-113),peuventêtre synthétisés dela manière suivante.

La classe H3,lameilleure,coïncideavecdes sols bruns andiques mésomorphes,àpH eau de5,5 à6,4,assezriches en azote,calciumetpotassium,àhumusdetype mésomull ouoligomull,sur basaltes,ponces,cinérites,souventsurcolluvions. La classe H2se rencontre : —soitsurdes sols bruns andiques surmatériaux basaltiques,moyennementriches en phos- phore,avecdes humusdetype oligomull oudysmull,peuacides (pH5),dans les montsDore ; —soitsurdes sols ocre-andiques surtrachytes,àtaux élevéd’aluminiummais peuacides (pH5),avecdes humusdetype hémimoder,dans lachaîne des Puys.

F IGURE 2ÉPICÉA COMMUN DANS LA CHAÎNE DES PUYS. REPRÉSENTATION SIMPLIFIÉE DES GROUPES DE RELEVÉS GÉOPÉDOLOGIQUES ET DES RÉSULTATS D’ANALYSES DE SOLS EN FONCTION DES AXES 1-2DE L’AFC Les variables géopédologiques sontindiquées en italiques etles résultatsdes analyses desols en laboratoire en caractères normaux. Indication des hauteurs dominantes à40ans : H1=16,7à22 m;H2=22,1à24,8m;H3=24,9à28,6m.

Scories 0 , 2 % trachytiques =1 I Sols assez Fort taux humifères A x e 2 - d'aluminium (fort taux de carbone, M.O., azote)

Sols ocre andiques Hémimoder Trachyte pH eau =5 H2 pH KCI =4,5 Moder Texture argileuse Pauvre H1 en sables Axe1-I =18,0% C/Nélevé Texture Sols humifères C/Nbas (15/-22) limoneuse (riches en M.O. (10-13) et carbone) pH eau =4,5-5,1 Trachyandésite pH eau =5,7-6,4 pH KCI =3,5-4,4 pH KCI =5-5,5

Taux de fer et d'alum. H3 moyens Sols bruns Pauvre en andiques fer, aluminium Basalte et argile Texture Oligomull sableuse Pauvre en Colluvions matière org. et azote

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Dans les deux ensembles,des sols argileux riches en matière organique,àC/Nélevé,acides (pH4,5à5,1),àteneurmoyenne en fer eten aluminium,pauvres en phosphore,etdans lesquels lamatière organiqueseminéralise lentement,localisés surdes sommetsoudes hautsdeversants etdoncsoumis àune perted’eauparécoulementlatéral,portentdes peuplementsappartenant aux classes H1ouH2. Dans l’ensemble duterritoire couvertparcetteétude,les sols andiques surbasaltes sontdonc les plusproductifs,suivis parles sols surtrachytes,trachyandésites oumatériaux fluvio-glaciaires, brunifiés,neutres àfaiblementacides,àbonne minéralisationetbien pourvusenfer,calciumet phosphore. Les sols d’altitude,pénalisés parlemanqued’eau,une mauvaise minéralisationdelamatière organiqueetunpHbas,ne portentquedes peuplementsplusmédiocres.

CONCLUSIONS

Les facteurs propres aux sols volcaniques peuventinduire des bénéfices mais aussi des contraintes pourlagestion forestière,etainsi être àl’origine d’une croissancemédiocre oud’un dépérissementdes arbres. Eneffet,les andosols constituentd’excellentsréservoirs d’eau,relati- vementstables dans le temps jusqu’àunseuil dedessèchementau-delàduquel les horizons supérieurs etles humuspeuventse rétracter (diminution irréversible deleurs capacités deréten- tion d’eauetdeleurs conductivités hydrauliques) etsans doutesurtout exacerber leurs carac- tères hydrophobes,favorisantalors le ruissellementdesurfaceetlimitantdemanière durable l’infiltration,doncle renouvellementdes stocks d’eaudusol utiles àlacroissancedes arbres. La grandediversitédes sols volcaniques faitquechaquecaspeut posséder des spécificités propres. Certains facteurs peuventêtre appréhendés surleterrain,tandis qued’autres nécessitentle recours àdes analyses delaboratoire. Ainsi,les analyses desol etles analyses foliaires peuvent permettre demettre en évidencedes facteurs limitantspourlaproduction forestière,notamment des carences minérales ouune toxicitéaluminique. Les exemples cités montrentbien l’importancedes facteurs édaphiques (carences minérales, fonctionnementhydrodynamiquetrès particulier dusol) etclimatiques (sécheresses exacerbées parles caractéristiques édaphiques) dans les casdedépérissementsderésineux sursols volca- niques. Les zones forestières les moins humides duMassif centralcomme celles delachaîne des Puysseraientdoncparticulièrementàsurveiller,surtout en périodedesécheresse,etd’autant plusqueleurs sols sonttout particulièrementappauvris en potassium. Des questions restentcependantàétudier. Ainsi,pourune longuepériodehumideoupourune longuepériodedesécheresse,quelles sontles partitions respectives entre ruissellementde surfaceetinfiltration pourunécosystème forestier volcaniqueduMassif centraletpourdes écosystèmes forestiers comparables se développantsurd’autres types desols mais soumis àdes contraintes climatiques analogues ? Enfin,l’Épicéacommun,essencepourtantassezfrugale auplantrophiqueetrelativementrésis- tanteàlasécheresse édaphique,montre une croissancefortementcontrastée sursols volca- niques en Auvergne. L’exemple d’undépérissementdel’Épicéacommundans les montsDore (Legrand etal.,2000)avaitainsi mis en évidence,dans cecasparticulier,une croissancetrès médiocre des arbres parrapportaux tables deproductiondel’Épicéadans le Massif central. Survitrosols etaluandosols,lacroissancedel’Épicéaestfortementralentie dufaitdecontraintes physiques (enracinementsuperficiel,faible réserveeneau,forteprésenced’aluminiuméchan-

114 Rev.For. Fr. LIX -2-2007 Biologie etécologie geable),alors qu’elle estforte—notammentparcomparaison avecles sols brunifiés sursocle granitiqueoumétamorphique—sursilandosols eutriques oudystriques àbonnes alimentation minérale etalimentation en eau(Curt etal.,1996b).

Philippe LEGRAND DépartementdelaSantédes Forêts FrançoisBARTOLI Échelon duMassif central Laboratoire Sols etEnvironnement Actuellement UMR 1120 ENSAIA -INPL/INRA LABORATOIRE NATIONAL BP 172 DE LA PROTECTION DES VÉGÉTAUX F-54505VANDŒUVRE-LES-NANCY CEDEX Station deQuarantaine ([email protected]) MarmilhatBP 45 F-63370 LEMPDES ([email protected])

ThomasCURT UR Écosystèmes méditerranéens etRisques CEMAGREF 3275routeCézanne CS 40061 F-13182AIX-EN-PROVENCE CEDEX 5 ([email protected])

Remerciements Nousremercions O.Baubet(DSF Massif central) poursaparticipationaux prélèvementsdestinés aux analyses foliaires,J.DejouetF.vanOortpourlasélection des deux profils desols volcaniques deréférencede l’Action européenneCOST 622 “Soil Resources of EuropeanVolcanicSystems” (1998-2004),T.Jongmans, F.vanOort,O.Spaargaren etP.Quantin pourleurdescription etleurclassification,les Laboratoires de ScienceduSol deLisbonne,Saint-Jacques-de-Compostelle etNancypourles analyses decaractérisation de ces deux sols,etM.Bartoli pouravoir favorisé cetterevuepluridisciplinaire. Nousremercions enfin trois correcteurs pourleurs commentaires constructifs quiontpermis d’améliorer laversion initiale decetarticle.

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SPÉCIFICITÉS DES SOLS VOLCANIQUES DU MASSIF CENTRAL :BÉNÉFICES ET CONTRAINTES POUR LA GESTION FORESTIÈRE (Résumé) Les sols volcaniques ne couvrentque1à2%delasurfacedelaterre mais près de7%delasurfacedu Massif central,avecune prédominanced’occupation dusol pardes prairies permanentes (80%) mais aussi le développementdeforêtsmontagnardes (20 %). Ces sols présententdes spécificités minéralogiques,chi- miques etphysiques,toutes dénommées propriétés andiques,quidifférencientles sols volcaniques des autres types desols etexpliquentnotammentleurimportantefertilité. Mais ces sols sontaussi vulnérables etfragiles,notammentaprès delongues périodes desécheresse,cequipeut provoquer oucontribuer àun dépérissementdepeuplementsrésineux,lié àlafois àune carenceenpotassiumetàladifficile réhumec- tation des humussecs,alors hydrophobes. Dans cetextesontaussi évoqués :l’utilisation prudenteet raisonnée dutravail dusol etdelacirculation des engins forestiers,dufaitdelavulnérabilitédeces sols volcaniques lorsqu’ils sontgorgés d’eau,etles problèmes d’alimentation minérale (carences minérales détec- tées àl’aided’analyses foliaires,éventuelle phytotoxicitéaluminique) attribuables aux propriétés chimiques deces sols volcaniques.Enfin,laproductivitédel’Épicéacommunapparaîtlargementdépendantedes carac- téristiques propres àchaquetype desol volcanique.

VOLCANIC SOILS IN CENTRAL FRANCE :BENEFITS AND LIMITING FACTORS FOR FOREST MANAGEMENT (Abstract) Volcanicsoils cover only1-2%ofthe world’s landsurfacebut nearly7%ofthe Massif Centralarea, France, withmostlypermanentgrassland(80%) but also forest(20 %). Volcanicsoils are characterizedbydistinc- tivemineralogical,chemicalandphysicalproperties,collectivelytermedandicproperties,whichseparate volcanicsoils from other types of soils,making them particularlyfertile. These andicproperties maybebene- ficialfor tree growthbut also partlyinducediebackinsoftwoodstands,particularlyafter long periodsof drought,associatedwithbothpotassiumdeficiencyandthe difficulty in rehumidifying the dried-out and hencehydrophobictopsoils. This studyreviewsandreportsdifferentdegrees of forestdecline in connection withsoil properties (hydrologicalproperties,mineraldeficiency,aluminiumtoxicity),andtheir dynamics. Finally,the productivity of Norwayspruceishighlydependenton the particularcharacteristicsofeachtype of volcanicsoil.

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