Effets de la pollution atmosphérique d’origine anthropique sur les sols et la végétation

Les pluies acides, l’acidification des sols et des eaux douces ressenties en Europe, principalement en Scandinavie, et aux États-Unis (Odén, 1976; Tamm, 1976; van Breemen et al., 1982; Evans, 1984; Oppenheimer et al., 1985; Driscoll et al., 2001) ainsi que la saturation en azote des écosystèmes, principalement observée aux États-Unis (Aber et al., 1989; Aber et al., 1998), sont le résultat de la pollution atmosphérique. Des remaniements des communautés végétales ont été aussi constatés à cause des dépôts atmosphériques acidifiants (Falkengren- Grerup, 1986; McGovern et al., 2011). L’impact des dépôts acidifiants et eutrophisants sur les sols et la composition d’espèces dans les écosystèmes est devenu une préoccupation majeure à la fin des années 1960 et début des 1970 (Reuss et Johnson, 1986; Aber et al., 1998; Driscoll et al., 2001; Galloway, 2001; Bobbink et al., 2010). représenter une menace à impact variable (Bobbink et al., 1998). Les prairies, les zones humides et les forêts à caractère acide et faiblement tamponnées des zones tempérées sont reconnues comme les écosystèmes les plus sensibles aux effets acidifiants et eutrophisants de la pollution atmosphérique.

L’acidification

Tant le soufre que l’azote sont porteurs d’acidité (Dentener et al., 2006a). Cette dernière est déterminée par la concentration en protons hydrogène (H+) présente dans les systèmes, réagissant avec des substances contenues dans l’eau et le sol via la solubilisation de métaux, dissociation des acides organiques et aussi intervenant dans le fonctionnement biologique de nombreux organismes (Le Gall, 2004). L’acidité se mesure à l’aide de l’échelle des pH. Le pH du sol est un facteur déterminant de la structure et du fonctionnement des écosystèmes, et tout changement de pH peut avoir des effets significatifs sur ceux-ci (Kirk et al., 2010). À partir d’un certain seuil d’acidité, un milieu a tendance à devenir oxydant et moins propice au développement d’organismes vivants (Le Gall, 2004). La majorité des sols sont naturellement acides du fait de la nature de la roche (les roches siliceuses ont tendance à produire des sols acides) ainsi que de la production et de la décomposition de la matière organique. Les activités humaines ont contribué à rendre les sols encore plus acides (Galloway, 2001). La gestion forestière, par la fertilisation ou le prélèvement des rémanents modifient l’équilibre nutritionnel des sols forestiers (Tamm, 1976; Ulrich et Matzner, 1986; Blanco et al., 2012). À plus large échelle, la récente acidification d’origine anthropique, survenue depuis le début des émissions industrielles il y a plus de 100 ans, a largement renforcé la perte de la capacité des sols à neutraliser des acides (Baker et al., 1991). Les dépôts de soufre et d’azote participent à l’acidification des sols (Fig. 1-4). Leurs impacts sur la chimie des solutions du sol se manifestent principalement par une baisse du pH, une augmentation des concentrations de Al3+ , SO4 et NO3 (de Vries et al., 1995), ainsi que par le lessivage des cations basiques : potassium [K], magnésium [Mg] et calcium [Ca] (Ulrich, 1983b; Reuss et Johnson, 1986; Aber et al., 1989).

Les changements du pH du sol et du contenu de cations basiques peuvent varier selon les sites, du fait de la teneur en matière organique, du pH initial et du pouvoir tampon potentiel du sol (Ulrich, 1983a; Bobbink et al., 1998; Phoenix et al., 2012). Les sols à faible concentration en carbonates (i.e. des sols acides) sont notamment  plus sensibles à des chutes plus importantes de pH que ceux riches en carbonates. De même, l’acidification du sol peut varier suivant la profondeur du sol considérée et en fonction de la forme chimique des dépôts de soufre ou d’azote (Blake et al., 1999; De Schrijver et al., 2006; Benham et al., 2012). Figure 1-4 Effets du cycle de l’azote sur l’acidification du sol pour des niveaux bas et élevés des dépôts azotés. « +1 H+ » signifie qu’une unité d’ions hydrogène est libérée et « –1 H+ » signifie qu’une unité d’ions hydrogène est consommée par unité d’azote transformée. Chaque unité d’azote absorbée par les racines des plantes et stockée dans la biomasse de la plante est accompagnée par l’absorption de cations basiques contribuant également à l’acidification du sol. Le bilan de ce système à l’échelle de l’écosystème forestier révèle que la nitrification de l’ion ammonium issue des dépôts azotés ou de la minéralisation de la matière organique, favorise l’acidification des sols, tandis que la transformation des nitrates (e.g. par dénitrification) contrebalance l’acidification. Notons que le système a tendance à s’acidifier que ce soit sous l’effet des entrées naturelles ou anthropiques d’azote (tiré de Näsholm et Persson, 2000).