Valorisation d'un compost de boues urbaines en garrigue pour le reboisement : comportement des jeunes arbres d'une plantation et modifications de la dynamique de la vegetation naturelle apres amendement

Michele Tremolieres Thierry Gauquelin Jean-Michel CarnusSince sewage sludge dumping has been banned in the EEC, there is renewed interest in studying new ways of recycling it. Mediterranean areas are prone to recurrent fires and violent precipitation events that favour erosion and soil impoverishment. Calcareous degraded soils are often colonized by stable Quercus coccifera garrigues that are adapted to low resource availability, and consequently tree installation is delayed. There, organic amendment could increase soil fertility level, modify the vegetation dynamics and the dominance relationships, and could improve succession and resilience processes, as well as reforestation. Two experiments were settled in Provence (South-eastern France) to study the effect of co-composted sewage sludge and green wastes on the dynamics of the garrigue ecosystem. First, we superficially spread 0, 50 and 100 Mg.ha-1of fresh compost in the natural garrigue biotope, and observed the consequences on ecosystem functioning. Soil, vegetation, and litter microorganisms compartments were monitored during the two years following amendment (2002-2004). Secondly, three rates of fresh compost (0, 20, and 40 kg.m-2) were incorporated into the soil at the stem of planted seedlings. The tree density was 400 seedlings.ha-1, and so 8 and 16 Mg.ha-1 of fresh compost were globally spread. The evolution of soil properties and the development of trees were followed respectively for three years (2001-2003) and two years (2002-2003). Amendment durably (2 years) and efficiently improved soil fertility. However, the soil was greatly enriched in P and Zn, which could lead to serious water pollution problems and to toxic effects on microorganisms. These two elements limit sewage-sludge compost use in natural areas, and repeated amendment at similar rates are not considerable. Compost amendment in the plantation globally improved reforestation by enhancing seedling growth and nutrition, and particularly by increasing their survival under drought. In addition, compost spreading generated fertile patches in garrigue biotope, in which succession processes could locally be enhanced and tree installation later favoured, especially Pinus halepensis'. Moreover, functional diversity is increased by compost spreading, as seeders are improved, which could increase the global resilience of ecosystem after fire. These beneficial effects of compost rather occurred for the intermediate rates. Moreover, the maximal rates should not be used because the fungal colonization of Quercus coccifera litter was depleted on D100, and because P and Zn pollution risks increased with amendment rate. However, the calcareous nature of the experimental soil and the high compost maturity limited water exportations and the plant contamination by potentially toxic elements. Compost superficial spreading rather increased plant sensitivity to drought, while it decreased when compost and soil were mixed. Finally, the compost spreading in garrigue had multiple effect (fertilization, crushing and mulching) and highlighted plant specific strategies in nutrient management and productivity. This work showed the relative importance of species on ecosystem functioning, identified key species for element cycling, and pointed out the complementarity resource use that exist in such natural ecosystem.Depuis que la Communauté européenne a interdit la mise en décharge des déchets non ultimes, la recherche de nouveaux débouchés pour les boues d'épuration devient cruciale. En région méditerranéenne, les feux récurrents et les précipitations parfois violentes favorisent l'érosion et induisent l'appauvrissement des sols. Les sols calcaires dégradés sont souvent colonisés par des formations végétales stables à Quercus coccifera, adaptées à un faible niveau de ressources, ce qui ralentit l'installation naturelle des arbres. Dans de tels milieux, un amendement organique pourrait améliorer la fertilité du sol, modifier la dynamique et les relations de dominance de la végétation, et favoriser les processus de succession et de résilience, ainsi que la reforestation. Deux expérimentations ont été menées en Provence pour étudier les effets d'apports de compost de boues d'épuration urbaines et de déchets verts sur la dynamique d'un écosystème de garrigue. Premièrement, 0, 50, et 100 t.ha-1 de compost brut ont été épandues en surface dans le biotope naturel de garrigue, et les conséquences sur le fonctionnement de l'écosystème ont été étudiées. Les compartiments sol, végétation et microorganismes de la litière ont été suivis pendant deux ans après amendement (2002-2004). Deuxièmement, nous avons incorporé au sol trois doses de compost brut (0, 20, et 40 kg.ha-1) au pied de jeunes plants d'arbres. L'évolution des propriétés édaphiques et du développement des arbres a été suivie respectivement pendant trois ans (2001-2003) et deux ans (2002-2003). L'amendement a durablement (2 ans) et efficacement amélioré la fertilité du sol. Cependant, le sol a été fortement enrichi en P et Zn, ce qui pourrait entraîner des problèmes sérieux de pollution des eaux et de toxicité sur les microorganismes. Ces deux éléments limitent l'utilisation de compost de boues dans les milieux naturels, et des amendements répétés aux doses étudiées sont inenvisageables. Dans la plantation, l'amendement a globalement favorisé le processus de reforestation en améliorant la nutrition et la croissance des plants, et surtout en augmentant leur survie en période de sécheresse. En outre, l'apport de compost en surface a généré l'apparition d'îlots fertiles dans le biotope garrigue, au sein desquels les processus de succession végétale pourraient être localement optimisés, ce qui pourrait favoriser à terme la colonisation par la strate arborée, notamment par Pinus halepensis. Par ailleurs, l'amendement augmente la diversité fonctionnelle en garrigue du fait de son effet bénéfique sur les espèces semencières, ce qui pourrait améliorer la résilience de l'écosystème après incendie. Ces effets bénéfiques du compost se produisent surtout pour les doses intermédiaires. L'utilisation de compost aux doses maximales testées devrait être abandonnée, du fait d'une dépréciation de la colonisation fongique de la litière de Quercus coccifera observée pour 100t.ha-1, et du fait d'une augmentation des risques de pollution par le P et le Zn proportionnellement au taux d'apport. Cependant, la nature calcaire du sol expérimental et la maturité élevée du compost ont limité les phénomènes d'exportation vers les eaux et la contamination des plantes par les éléments potentiellement toxiques. L'apport de compost en surface a plutôt augmenté la sensibilité des plantes à la sécheresse, alors que celle-ci a diminué lorsque le compost a été apporté en mélange au sol. Enfin, l'apport de compost en garrigue a eu des effets multiples (fertilisation, écrasement, dépôt d'une couche fertile) et a permis de mettre en évidence les stratégies spécifiques des plantes dans la gestion des nutriments et de la productivité. Ce travail montre l'importance relative des espèces végétales sur le fonctionnement de l'écosystème, identifie les espèces clef pour le recyclage des éléments, et illustre la complémentarité d'utilisation des ressources qui existe au sein de l'écosystème naturel de garrigue