Dynamics of mineral elements under a fast-growing eucalyptus plantation in Brazil. Implications for soil sustainability.
Dynamique des éléments minéraux sous plantation intensive d'Eucalyptus au Brésil. Conséquences pour la durabilité des sols.
Résumé
Each year the area of fast-growing tree plantations in the world expands by around one million hectares. Concerns are rising regarding their influence on soil fertility and water resources. This thesis, as part of a project developed at the University of São Paulo, aims at studying the soil matrix and solution during the first two years of growth of an Eucalyptus Grandis stand to identify the drivers of the chemistry of the soil solution, quantify the water and nutrient fluxes leaving the ecosystem by deep drainage, and prepare reactive transport modeling using the MIN3P model. It is shown that (i) Eucalyptus trees took up large amounts of water starting from six months after planting, so that the water drainage at a depth of 3 m was largely reduced, (ii) almost no nutrient was leached below a depth of 3 m, (iii) part of the fertilizers was taken up by the Eucalyptus trees without appearing in soil solution, (iv) following clear cutting and fertilizing, large amounts of nutrients were released in the upper soil layers and leached down to a depth of 1 m (65-100 kg ha-1 of N-NO3) : acidification occurred in the upper soil layers but in such ferralsols, Al reserve and buffering capacity are still large, (v) S released by the fertilizers increased Ca, Mg and P mobilities, and decreased the H and Al release in soil solution, (vi) large quantities of S released by the fertilizers were adsorbed on the soil constituents, if this sulphate happens to be desorbed, greater soil acidification is to be expected. It is suggested that the amount of N brought by the fertilizers can be reduced without altering the stand productivity.
Chaque année, les plantations de ligneux à croissance rapide augmentent de près d'un million d'hectares dans le monde, menaçant selon certains la fertilité des sols et les ressources hydriques. Cette thèse s'attache, au sein d'un projet en cours à l'Université de São Paulo, à étudier le sol et la solution du sol pendant les deux premières années de croissance d'une plantation d'Eucalyptus grandis afin d'identifier les processus gouvernant la chimie de la solution du sol, de quantifier les flux d'eau et d'éléments minéraux sortant de l'écosystème par drainage profond, et de préparer la modélisation des transferts réactifs par le modèle MIN3P. On observe que (i) dès six mois, les Eucalyptus prélèvent de grandes quantités d'eau : le drainage à 3 m de profondeur en est largement réduit, (ii) les flux d'éléments minéraux à 3m sont pratiquement nuls, (iii) les éléments minéraux apportés par fertilisation sont en partie prélevés par les arbres sans apparaître dans la solution du sol, (iv) après la coupe rase et les fertilisations, les éléments minéraux sont libérés en quantité dans les horizons supérieurs du sol et lixiviés jusqu'à 1 m (65-100 kg ha-1 de N-NO3), des processus d'acidification apparaissent mais les réserves d'aluminium et le pouvoir tampon de ces ferralsols restent élevés, (v) le soufre libéré par les fertilisants augmente la mobilité de Ca, Mg et P et réduit la libération d'H et d'Al dans la solution, (vi) ce soufre se retrouve largement adsorbé sur les constituants du sol : son éventuelle désorption serait synonyme d'acidification. La fertilisation azotée de la plantation pourrait probablement être réduite sans en altérer la productivité.