Aluminium speciation in acid forest soils and streams impacted by acid deposition : pedogenic signification and toxicological effects

Dans les Vosges, un grand nombre de sols et de cours d'eaux renferment parfois de fortes concentrations d'aluminium en solution. Les mécanismes de mobilisation de l'Al dans les sols et du transfert de cet élément des sols aux cours d'eau ont été étudiés dans 2 bassins versants gréseux des Vosges différant par leurs sols, un podzol et un sol brun acide, et par leur couverture végétale (sapinière mixte à myrtille et hêtraie sapinière à fétuque), toutes deux étant en outre plus ou moins dépérissantes. Les implications toxicologiques de la présence d'Al en solution ont également été appréhendées. Dans le podzol, l'Al est mobilisé sous l'influence prépondérante de l'acidité organique et est redistribué des horizons supérieurs aux horizons profonds sous forme d'Al organique, de complexes Al-F et de polymères et/ou de colloïdes. L'Al organique correspond aux processus de pédogenèse naturels, alors que les complexes AI-F sont dus à des entrées de fluor par voie atmosphérique, qu'elles soient d'origine naturelle (volcans, F marin) ou anthropique (activités industrielles). En profondeur, l'Al organique continue à s'insolubiliser au niveau de l'horizon Bh, conformément aux mécanismes naturels de pédogenèse, alors que les complexes Al-F restent en solution et sont transférés jusqu'aux ruisseaux sous l'influence de l'acidité et des anions mobiles d'acides minéraux forts issus des entrées atmosphériques. On assiste en outre à une redissolution progressive de la partie supérieure de l'horizon Bs et à l'apparition d'Al[exposant 3+] et de complexes AISO[indice 4 exposant +] en solution, qui viennent contaminer les cours d'eau. Dans le sol brun acide, plus riche en minéraux altérables, la nitrification nette est le principal moteur de l'acidification et de la mobilisation de l'Al. Cet élément migre essentiellement sous forme d'Al[ exposant 3+], qui tend à s'insolubiliser en profondeur, semble-t-il sous forme d'un sulfate d'Al basique proche de l'alunite. De ce fait l'Al présent en solution dans le sol n'est pas transféré aux cours d'eau. Ni l'Al organique ni les complexes Al-F n'étant toxiques, il n'y a pas de toxicité aluminique vis à vis de la végétation dans le podzol. Dans le sol brun acide, l'Al[exposant 3+] étant toxique, les eaux gravitaires sont le siège d'une ambiance de toxicité aluminique répétée. Celle-ci ne s'observe plus dans les eaux liées, dont l'équilibre cations toxiques/cations bénéfiques est un peu différent. Ces eaux liées sont celles qui alimentent préférentiellement la végétation durant la plus grande partie de l'année.L'aspect dépérissant des résineux doit donc être attribué plus aux carences en Ca et Mg qu'à l'Al en solution. Les milieux les plus atteints par l'effet toxique de l'Al sont sans conteste les eaux courantes du bassin versant podzolique, suffisamment riches en Al[exposant 3 +] et pauvres en Ca pour être très défavorables aux peuplements piscicoles indigènes des Vosges (truite fario). Malgré tout, aussi bien les eaux de surface du bassin versant du sol brun acide que celles du bassin versant podzolique apparaissent être en équilibre avec un sulfate d'Al basique, l'alunite, ce qui. souligne l'influence des dépôts atmosphériques sur la chimie du réseau hydrologique dans son ensemble.Al chemistry was studuied in two acidic watersheds in the Vosges mountains (N-E France) through both soil solution anu spring water monitoring. In a podzol area, Al was mobilized in eluvial horizons under the predominant intluence of organic acidity, then leached in depth mostly under organic and F-bound Al. The Al-F species should be regarded as the shift in Al speciation due to atmospheric F input. Al was transferred from the soil to spring water mostly as Al[exponent 3+] , that involved a progressive redissolution of the top of the Bs horizon under the intluence of both soil solutions acidity and the occurrence of mobile anions derived input of mobile anions derived from atmospheric deposition. In an acid brown soil area, Al mobilization was regulated hy nitrate and occurred mainly as Al[exponent 3+]. Only traces of monomeric Al reached spring water. In the podzol eluvial horizons, soil solutions were undersaturated with respect to all relevant mineral phases and supported the hypothesis of the control of Al solubility through Al/H+ exchange. Conversely, Al solubility appeared to be controlled by an alunite-like mineral in the acid brown soil, by alunite in surface water or both watersheds. This emphasizes the influence of acid deposition on Al chemistry and soil and surface waler quality in this country