Changes and recovery in soil physical and chemical characteristics of two forest soils following traffic by a full-loaded forwarder

Les risques de dégradation physique des sols forestiers sous l'effet de contraintes mécaniques externes liées à la mécanisation des opérations forestières, augmentent considérablement. Les mécanismes et le temps nécessaires à la restauration non assistée de la qualité des sols forestiers tassés restent encore peu étudiés, et leur identification nécessite de coupler les approches physiques, chimiques et biologiques. L'objectif de ce travail était d'étudier l'impact de la circulation d'un porteur forestier sur les conditions de l'enracinement (aération, régime hydrique et pénétrabilité) ainsi que son évolution à court terme. Ce travail s'appuie sur l'observation de deux sites expérimentaux mis en place dans le Nord Est de la France, concernant des sols de morphologie similaire (couche limono-argileuse de 50 cm d'épaisseur reposant sur un substrat argileux) et ayant subi des contraintes identiques. Des paramètres physiques (température et humidité du sol, densité apparente et résistance à la pénétration) et chimiques (composition de l'atmosphère du sol) ont été suivis pendant trois à quatre ans, à des fréquences allant d'un pas de temps quotidien à annuel. Le suivi du climat du sol et de la composition de son atmosphère a mis en évidence une diminution forte des conditions aérobies pendant un à un an et demi après le passage du porteur. Cet effet initial sur l'aération du sol a diminué subitement dès l'apparition de la première période de sécheresse édaphique, probablement grâce à la formation de fissures dans l'horizon de surface du sol tassé. Cependant un effet significatif du traitement sur la composition de l'atmosphère du sol pouvait toujours être observé trois à quatre ans après tassement. Pour suivre l'évolution des propriétés physiques du sol après circulation du porteur, il a été nécessaire d'opérer une normalisation par rapport à l'humidité au moment du prélèvement. Trois ou quatre ans après la circulation du porteur, une différence toujours significative existe entre les propriétés physiques des sols témoins et celles des sols tassés. Cependant une évolution de l'impact du porteur peut être mise en évidence dans la couche de surface (0–10 cm) des deux sites. Ce début de restauration se traduit, sur un des deux sites, par une différence entre traitement qui n'est plus significative quand les sols sont humides mais qui l'est encore quand les sols sont secs. Sur le deuxième site, cette différence a diminué quelle que ce soit l'humidité du sol. Ainsi, le début de régénération de la structure du sol perturbé ne s'accompagne pas d'une disparition de son comportement de prise en masse lors de son desséchement sur un des deux sites. Ce travail a permis de mettre en évidence une évolution des conséquences du porteur en surface du sol tassé qui serait liée à des processus physiques (gonflement –retrait, gel – dégel). Cependant, l'impact sur les conditions de l'enracinement (forte résistance à la pénétration quand les sols sont secs, faible aération quand ils sont humides) reste élevé de même que sur la résilience à long terme du peuplement.Soil compaction belongs to the major treats to soil quality with no exceptions of forest ecosystems where the frequency and intensity of loads application increase since several decades. The mechanisms and the duration of soil quality recovery following heavy traffic in forests remain poorly documented and their study requires multidisciplinary approaches.The aim of this work was to evaluate the impact of forwarder traffic on the potential constraints to roots growth (aeration, water content, and penetrability) growing in two forest soils sensitive to compaction, and the evolution of these consequences in the short-term. This work is based on two experimental sites, set up in the northeast of France, with soils displaying similar morphologies (50 cm thick silt loam layer laying on a clayey layer) and having being loaded with the same forwarder under similar (wet) soil conditions. Soil climate (temperature and moisture), soil air composition, and soil bulk density and resistance to penetration were investigated continuously, monthly and yearly, respectively. Soil climate and air composition monitoring showed a strong initial decrease in aerobic conditions lasting one to one and a half year. The strong initial impact on soil aeration decreased concurrently with the first soil drought experimented at both sites, probably because of soil cracks formation in the disturbed soil. Yet heavy traffic still affected significantly soil air composition 3 to 4 years after compaction at both sites. To monitor changes in soil physical parameters, we had to standardize measures with regards to soil climatic conditions at the time of sampling. Three to four years after soil compaction, the difference in soil physical properties between treatments was still significant. However, changes in the impact of the forwarder traffic on soil physical characteristics could be stated in the surface layer (0–10 cm) of both sites. This beginning of soil restoration results at one of both sites in a difference between treatments that is no longer significant when soils are wet but that is still significant when the soils are dry. At the second site, the difference is still significant whatever soil moisture conditions but it has decreased since the start of the experiment. Consequently, this beginning of soil structure recovery is not accompanied by a disappearance of the hardsetting behaviour (decrease in hydrostructural stability) of the compacted soil at one site. In this study changes in the consequences of the forwarder traffic were stated in the surface soil layers of both sites, these changes may be due to physical processes (wetting – drying, freezing – thawing). Nevertheless, the impact remains strong on roots growth (high resistance to penetration when dry, poor gas transfer when wet) and on stand resilience to external stresses (drought, storm)