Bioconcentration des éléments traces dans les horizons de surface d'un sol forestier non-contaminé

Abstract

Les patrons d’accumulation d’éléments traces dans les horizons de surface sont bien documentés et généralement associés à la présence de sources proximales. À fine échelle et en l’absence de sources locales, ces patrons d’accumulation se développent selon la végétation locale et les propriétés chimiques du sol. L’objectif de la recherche était de comprendre quel est le rôle de la végétation dans le développement des patrons de distribution de éléments traces à fine-échelle dans une forêt non-contaminée. Les sols ont été échantillonnés dans une parcelle de 1500 m2 qui avait un gradient important dans la distribution de bouleaux jaunes (Betula alleghaniensis Britt.). La composition de la litière à chaque point d’échantillonnage et les concentrations de Ca, Cd, Mg, Mn, Pb et Zn ont été analysés pour les horizons F et B. Les feuilles vivantes des cinq espèces dominantes au site d’étude ont aussi été récoltées à la fin de la saison de croissance. Les feuilles de bouleaux jaunes avaient jusqu’à 13 fois la concentration de Cd et Zn des autres espèces principales sur le site. Les analyses spatiales ont mis en évidence des patrons similaires dans la distribution de la litière de bouleau jaune et les concentrations de Cd et Zn dans l’horizon F. Pour ces deux éléments traces, des différences significatives ont été trouvées entre les aires de haute et de basse densité de bouleaux jaunes dans les horizons F et B. Dans l’horizon F, l’aire de haute densité de bouleaux avait des plus fortes concentrations de Cd et de Zn. Dans l’horizon B, une tendance inverse a été trouvée pour les deux éléments traces. L’absorption annuelle de ces deux éléments par chaque espèce a été estimée. Il a été possible de déterminer qu’au courant de quelques décennies, il serait possible pour les bouleaux jaunes de créer les différences observées dans l’horizon B. Ces résultats soulignent l’importance des cycles biologiques sur l’accumulation d’éléments traces dans les sols forestiers non-contaminés.

Large-scale trace element accumulation patterns in topsoil are well documented and often associated with nearby input sources. On a fine scale, and in the absence of a distinct source, these accumulation patterns develop according to local vegetation and the chemical properties of the soil. This project aimed to understand the role of vegetation in defining fine-scale trace element distribution patterns in the surface horizons of an uncontaminated forest. Fresh leaf samples were collected from dominant tree species at the end of the growing season. Soil samples were collected from a 1500 m2 plot that had a strong gradient in the distribution of yellow birches (Betula alleghaniensis Britt.). The composition of leaf litter at each sampling point and the pH, organic matter content and the Ca, Cd, Mg, Mn, Pb, and Zn concentrations of the organic F and mineral B horizons were analysed. Yellow birch leaves had up to 13 times the Cd and Zn concentrations of the other species on site. Spatial analyses found common distribution patterns between birch leaf litter and Cd and Zn concentrations in the F horizon. Significant differences exist between areas with a high and a low birch density for both elements in both horizons. In the F horizon, the high density area had higher concentrations of Cd and Zn. In the B horizon, an opposite trend was found for Cd and Zn. The yearly uptake of both elements for each species was estimated. Over a few decades, uptake by yellow birches could account for the observed differences in the B horizon. These results emphasize the role of biological cycling on trace element accumulation in the surface horizons of uncontaminated forest soils.