Les forêts et les sols forestiers sont des composantes essentielles des écosystèmes terrestres, fournissant un large éventail de services écosystémiques, notamment la séquestration du carbone, la régulation du climat, le cycle des nutriments et la filtration de l'eau. Par conséquent, leur conservation doit être prioritaire, dans la mesure du possible, afin de maintenir les fonctions écologiques et la durabilité à long terme. Lorsque la conservation n'est plus viable en raison de perturbations anthropiques ou d'une dégradation naturelle, une restauration écologique devient nécessaire. Les efforts de restauration doivent adopter une approche holistique favorisant le rétablissement de la santé des sols, incluant leurs propriétés physiques, chimiques et biologiques, tout en reconnaissant l'interconnexion intrinsèque entre la restauration des forêts et celle des sols. Pour guider efficacement la restauration, il est essentiel d'évaluer l'état et la capacité des sols grâce à une cartographie spatiale et à des diagnostics spécifiques au site. Cela permet de sélectionner des stratégies de restauration adaptées aux contraintes et au potentiel des sols. De plus, la cartographie de la capacité des sols peut éclairer des attentes réalistes en matière de rétablissement des services écosystémiques. La restauration elle-même peut comprendre de multiples techniques et interventions, résumées dans ce rapport, ainsi que leur impact sur différents paramètres pédologiques. Cet outil pratique permet de sélectionner des interventions adaptées au contexte qui favorisent efficacement le rétablissement de la santé des sols et la résilience des écosystèmes. Le suivi est un élément essentiel pour guider et évaluer le succès de la restauration. Il repose sur des indicateurs évolutifs, rentables, rapides et applicables à toutes les échelles spatiales. Ces indicateurs permettent des comparaisons entre sites et des évaluations à long terme. La cartographie des capacités et de l'état des sols avant la restauration permet d'identifier les limites et les potentiels spécifiques au site. Le suivi doit commencer par une base de référence avant restauration afin d'établir les conditions de référence et d'orienter le choix des indicateurs. De plus, l'identification des problèmes de dégradation est une étape importante de la phase de pré-suivi. Le suivi post-restauration doit être structuré, cohérent et longitudinal, afin de saisir les réponses des sols à court et à long terme. L'utilisation d'indicateurs évolutifs facilite le suivi de la régénération des sols dans des paysages hétérogènes, améliorant ainsi la comparabilité et la pertinence des politiques.
Français Malgré des définitions claires de la santé des sols, elles ne s'accompagnent généralement pas de directives spécifiques sur la façon de la mesurer ou de la surveiller dans la pratique (Fierer et al., 2021). En particulier, quelles variables sont les plus pertinentes pour évaluer l'état du sol. Il est clair que la santé des sols ne peut pas être définie par un seul état « optimal », car elle varie selon les écosystèmes et les utilisations des terres (Bünemann et al., 2018 ; Lehmann et al., 2020). Néanmoins, certains indicateurs sont systématiquement utiles pour évaluer la santé des sols. Par exemple, les sols sains sont généralement bien structurés (santé/état physique), contiennent suffisamment de SOC pour lier l'eau et les nutriments (santé/état chimique) et sont pleins de vie (santé/état biologique) (Frene et al., 2024 ; Raghavendra et al., 2020 ; Stewart et al., 2018 ; Wang & Zhang, 2024). Une restauration efficace des sols prend en compte ces trois catégories clés de propriétés : physiques, chimiques et biologiques (Raghavendra et al., 2020 ; Stewart et al., 2018). Dans ce chapitre, nous proposons un ensemble d'indicateurs pour chaque catégorie, dont certains sont considérés comme « évolutifs », c'est-à-dire conçus pour être applicables à divers écosystèmes, rentables et faciles à mettre en œuvre.
1. Propriétés physiques
Dans le cadre des propriétés physiques, nous proposons d'évaluer la masse volumique apparente et la stabilité des agrégats, car elles influencent les interconnectivités entre les plantes et les sols et peuvent être influencées par les activités humaines. La texture du sol est également une mesure physique importante, mais comme elle ne varie pas sous l'effet de la gestion, elle reflète davantage la capacité du sol que son état.
densité en vrac, exprimé en mg/cm³, est un indicateur clé du compactage du sol et de la santé globale du sol, influençant l'infiltration de l'eau, le développement racinaire et les estimations du stock de carbone (Lee et al., 2009 ; Panagos et al., 2024 ; Vogt et al., 2015). Il mesure la masse sèche du sol par unité de volume et varie selon les pratiques de gestion (Al-Shammary et al., 2018). Les méthodes d'échantillonnage comprennent des approches directes (carotte, motte, excavation) et indirectes (rayonnement, régression) ; bien que les méthodes indirectes soient plus précises, elles sont également plus coûteuses et nécessitent des compétences spécialisées (Vogt et al., 2015). Un échantillonnage cohérent à profondeur fixe - idéalement cinq échantillons par peuplement - est recommandé pour tenir compte de la variabilité en fonction de la profondeur (Cools & De Vos, 2010). Dans le cadre du projet SUPERB, la masse volumique apparente a été mesurée par carottage à 0-5 cm (anneau de Kopecky de 100 cm³) et à l'aide d'une tarière de 18 mm pour les couches de 5-15, 15-40 et 40-80 cm (FunDivEUROPE, 2011). Les échantillons ont été séchés au four à 105 °C, pesés, et la masse volumique apparente a été calculée en divisant la masse sèche par le volume de l'échantillon.
En outre, stabilité des agrégats est un indicateur important de la santé des sols, car il est lié à l'érodabilité et à la dynamique sol-eau (Rieke et al., 2022). Rieke et al., 2022, ont évalué quatre méthodes de stabilité des agrégats et ont conclu qu'elles constituaient toutes des options viables. Compte tenu de la rentabilité, de l'accessibilité de la méthode et du gain de temps, le test d'extinction, adapté du logiciel de reconnaissance d'images pour smartphone SLAKES, offre une approche pratique et scientifiquement robuste pour évaluer la stabilité des agrégats sur le terrain. Cette méthode est également préféré par le Institut de la santé des sols.
2. Propriétés chimiques
Les propriétés chimiques font référence à la composition et aux réactions du sol. Elles déterminent la capacité du sol à fournir les éléments essentiels aux plantes et autres organismes vivants, et à protéger contre les polluants. Nous proposons ici de mesurer le carbone total, l'azote total et le pH du sol. D'autres propriétés pourraient être intéressantes pour évaluer l'état chimique du sol : la capacité d'échange cationique (CEC), qui reflète sa capacité à retenir et à fournir des nutriments, la conductivité électrique (CE), qui indique la salinité du sol, et l'état du sol en nutriments spécifiques nécessaires à la croissance des plantes (par exemple, teneurs en NO₃, NH₄, P, K et en cations basiques).
Mesure sol carbone L'analyse du carbone du sol permet de suivre la quantité de carbone séquestrée par les forêts et l'impact des changements environnementaux sur ce rôle. De plus, le carbone du sol est étroitement lié à sa fertilité, sa structure, sa rétention d'eau et son activité biologique. Dans SUPERB, l'échantillonnage du carbone a été effectué selon la même méthode que pour la densité apparente (FunDivEUROPE, 2011). Le carbone du sol est présent sous forme de molécules organiques et de carbonates inorganiques. Différentes techniques d'analyse sont utilisées selon le type de carbone mesuré. Les méthodes de détermination du carbone total sont la combustion sèche ou l'oxydation humide (Vogt et al., 2015). Dans SUPERB, le carbone total a été analysé. Des échantillons de sol ont été séchés et broyés pour obtenir un sol finement broyé, puis analysés avec le Flash 2000 Organic Elemental. Cette analyse fonctionne par combustion sèche (T = 950 °C) suivie d'une chromatographie en phase gazeuse (Robertson, 1999). Lorsque des carbonates étaient présents dans le sol, de l'acide chlorhydrique a d'abord été ajouté à l'échantillon de sol pour n'obtenir que le carbone organique du sol.
PH du sol Le pH est peut-être le facteur le plus important de la fertilité des sols et un indicateur essentiel de leur qualité. Il influence significativement la santé des forêts et le fonctionnement des écosystèmes en agissant sur divers processus biologiques et chimiques. Il joue également un rôle crucial dans l'activité et la diversité des bactéries et champignons du sol, et est essentiel aux préférences de pH spécifiques des différentes espèces d'arbres (O'Neill et al., 2005 ; Singh et al., 2011 ; Thomas, 1996 ; Vogt et al., 2015). Le pH du sol a été échantillonné selon la même méthode que pour le carbone et le pH du sol (FunDivEUROPE, 2011). Concernant les analyses en laboratoire, il n'existe pas de procédure standard pour mesurer le pH et celui-ci peut varier d'un laboratoire à l'autre. Le pH peut être mesuré par des méthodes rapides de terrain ou des techniques de laboratoire plus précises : pH-H.2O et pH-KCL. pH-H₂O est déterminé en ajoutant de l'eau au sol et mesure uniquement les ions hydrogène libres (H⁺) dans la solution du sol. Elle ne tient pas compte des ions hydrogène liés à l'argile et à la matière organique. Le pH-KCl est déterminé en mélangeant le sol avec une solution de chlorure de potassium. Les ions potassium (K⁺) remplacent les ions hydrogène liés à l'argile et à l'humus, donc pH-KCl mesure à la fois les ions hydrogène libres et échangeables dans le sol (Van Ranst et al., 1999). Dans SUPERB, pH-H2L'O a été mesuré sur un extrait sol/liquide de 1 g:10 ml pour les échantillons de sol forestier et de 1 g:5 ml pour les échantillons de sol minéral (Van Ranst et al., 1999). Ces ratios s'appliquent également à la méthode pH-KCl avec KCl 1M.
3. Propriétés biologiques
Les microbes du sol décomposent la matière organique par des processus cataboliques. De plus, ils jouent un rôle essentiel dans le cycle des nutriments, la formation de la structure du sol et sa fertilité globale. Très sensibles aux changements environnementaux, les micro-organismes sont des indicateurs précieux pour évaluer la restauration forestière. Différentes méthodes permettent de déterminer la diversité microbienne du sol, notamment la culture, la microscopie, les méthodes d'analyse de l'ADN et l'analyse d'images (Vogt et al., 2015). Nous nous concentrons ici sur l'activité/diversité catabolique potentielle et l'activité métabolique.
Évaluation activité microbienne catabolique et la diversité est essentielle à la compréhension de la santé des sols. En évaluant l'activité catabolique potentielle, nous pouvons quantifier l'efficacité des communautés microbiennes à minéraliser les substrats organiques, libérant ainsi des nutriments essentiels et contribuant au pool nutritif du sol (Vogt et al., 2015). Dans SUPERB, nous avons sélectionné la méthode Biolog EcoPlate™ pour mesurer ce paramètre (Gaublomme et al., 2006). Les micro-organismes inoculés sur différentes sources de carbone laissent un profil de réponse au fil du temps (Biolog, 2023). Pour garantir une évaluation précise, les échantillons ont été prélevés de manière stérile à l'aide de gants jetables, tout le matériel étant stérilisé à l'éthanol à 90 % et à un brûleur à gaz. Les échantillons ont été conservés au frais (7 °C) et analysés dans les 14 jours (FunDivEUROPE, 2013). Au laboratoire, les échantillons frais ont été dilués et pipetés sur les Biolog EcoPlates™, contenant 31 sources de carbone différentes et 1 témoin en triple. Les plaques inoculées ont été placées dans un incubateur à 25 °C pendant 48 heures. L'absorbance a été mesurée après remplissage des plaques écologiques (jour 0) à l'aide d'un lecteur de microplaques VERSAmax (DO 590 nm), puis aux jours 3 et 5. Les données obtenues permettent d'exprimer le développement moyen de la couleur des puits et l'indice de diversité de Shannon.
La finition activité métabolique est un indicateur sensible de nombreux processus souterrains et interactions écologiques. La respiration du sol est un indice indirect de l'activité biologique du sol et peut être utilisée pour évaluer la biomasse microbienne (Vogt et al., 2015). Les micro-organismes du sol respirent du dioxyde de carbone, sous-produit de leur métabolisme, tout en dégradant la matière organique et en recyclant les nutriments (Rieke, Cappellazzi et al., 2022). Dans SUPERB, la biomasse microbienne a été mesurée en incubant du sol réhumidifié, séché et tamisé (10 à 15 grammes) dans un bocal pendant 24 heures à 24 °C (Comeau et al., 2023 ; Moebius-Clune, 2016 ; Soil health institute, 2022 ; Vogt et al., 2015). Après 24 heures, le CO2 Les niveaux de CO ont été mesurés à l'aide du LICOR 7810. La mesure a été effectuée en collectant le gaz avec une seringue et en injectant l'échantillon dans la boucle fermée du système LICOR (Comeau et al., 2023).2 les niveaux ont été calculés en utilisant le volume de la boucle fermée et le CO2 Concentration avant et après l'injection. Une alternative plus économique et plus simple pour mesurer les niveaux de carbone (par rapport au LICOR) est le Checkpoint Dansensor.
En outre, le biomasse des racines fines peuvent également être déterminés. Les racines fines sont un indicateur clé de la productivité souterraine et de l'absorption des nutriments, car elles sont principalement responsables de l'absorption d'eau et de nutriments. La mesure de la biomasse des racines fines permet d'évaluer le fonctionnement de l'écosystème, les interactions sol-plante et l'impact des changements environnementaux ou de la restauration sur la dynamique racinaire (Likulunga et al., 2022 ; Magalhães & Mamugy, 2020 ; Vogt et al., 2015). Dans le cadre de SUPERB, l'échantillonnage des racines fines a été réalisé en utilisant la même méthodologie que pour le carbone du sol (FunDivEUROPE, 2011). L'analyse en laboratoire des racines fines pouvant être laborieuse et chronophage, nous avons choisi une méthode d'échantillonnage moins intensive afin d'équilibrer la faisabilité et la qualité des données. Pour chaque échantillon, un prélèvement de racines fines a été effectué pendant 5 minutes sur le sol séché mais non tamisé, et la biomasse des racines fines a été calculée en divisant la masse des racines collectées par le volume total de l'échantillon séché (Likulunga et al., 2022 ; Magalhães & Mamugy, 2020).
