Quantification of the bio-cycling of potassium at the Skogaby site : a new approach by K/Rb ratio measurements
Cycle biogéochimique du potassium sur le site expérimental de Skogaby : une approche par mesures du rapport K/Rb
Résumé
The ministerial conferences of Rio (1992) and Helsinki (1993) resulted in the concept of sustainable forest management. Because forests soils are often acidic and low in base cations, and because export of biomass materials may deplete soil nutrients, the ability of the vegetation to increase the chemical weathering in soils must be taken into account to predict the long-term sustainability of ecosystem functioning. This work is a contribution to the project Quantifying Weathering for Sustainable Forest Management (QWARTS). Specifically, the cycling of K, on the Skogaby experimental forest site, was investigated by using K/Rb ratios of clay minerals and biomass. An approach by total geochemistry and extractions of samples of soils, humus, litters, needles, stemwood and bark with HCl, NaTPB (Na tetraphenyl borate) and HNO3 + HClO4 was used. The HCl extractions of the soil showed a vertical K/Rb gradient in the profiles, indicating an influence by biogeochemical cycling in the soil to a depth of 70 cm. A contrasting behavior of K and Rb in the soil was highlighted by an accumulation of Rb (2 to 7 kg/ha) between 20 and 70 cm of depth. The amount of reactive K, held by clay minerals, and previously circulated through the biomass in a longterm, was estimated at between 700 and 2100 kg/ha. Furthermore, higher K and Rb concentrations were found in biomass samples from an ammonium sulphate treatment (100 kg of N and 114 kg of S per ha annually, showing that this treatment increased the biogeochemical cycling of K compared to the control. Finally, HCl and NaTPB extractions showed similar variations of the K/Rb ratio with depth and, therefore, both seem adapted to the study of non-exchangeable K in soil clay minerals.
Les Conférences ministérielles de Rio (1992) et Helsinki (1993) ont permis la création de la notion de gestion forestière durable. Comme les sols forestiers sont souvent acides et pauvres en cations basiques, et que l’exportation de rémanents engendre un appauvrissement des sols en éléments nutritifs, la capacité de la végétation à augmenter l’altération chimique dans les sols est à prendre en compte pour prédire la viabilité sur le long terme du bon fonctionnement de l’écosystème. Ce travail prend part au projet Quantifying Weathering for Sustainable Forest Management (QWARTS). Plus précisément, le cycle du potassium, sur le site forestier expérimental de Skogaby, a été étudié en utilisant les rapports K/Rb des minéraux argileux et de la biomasse. Une approche par géochimie totale et des extractions HCl, NaTPB (tétraphénylborate de sodium) et HNO3 + HClO4 ont été réalisées sur des échantillons de sols, humus, litières, aiguilles, bois et d’écorces. Les extractions par HCl montrent un gradient K/Rb vertical indiquant une influence du cycle biogéochimique dans le sol jusqu’à une profondeur de 70 cm. Un comportement contrasté du K et du Rb dans les sols est mis en évidence par une accumulation en Rb (2 à 7 kg/ha) entre 20 et 70 cm de profondeur. Une quantité de K réactif, retenu par les minéraux argileux, ayant circulé à travers la biomasse sur le long terme est estimée entre 700 et 2100 kg/ha. Par ailleurs, des concentrations plus importantes en K et Rb sont trouvées dans les échantillons de biomasse ayant subis le traitement avec ajout de sulphate d’ammonium (100 kg de N et 114 kg de S par hectare et par an) montrant ainsi que ce traitement, par rapport au traitement contrôle, augmente la circulation du K à travers le cycle biogéochimique. Enfin, les techniques d’extractions HCl et NaTPB montrent des variations similaires du rapport K/Rb avec la profondeur et semblent donc, toutes deux, adaptées à l’étude du K non-échangeable des minéraux argileux du sol.
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