Relation entre la spéciation de l'aluminium et sa libération par des sols bruns acides - Influence de la matière organique du sol et de la matière organique dissoute

Relation between aluminium speciation and aluminium releasing by acidic brown earth soil - Influence of soil organic matter and dissolved organic matter

Laboratoire des Sciences de l'Eau et de l'Environnement, Faculté des Sciences 123, Avenue Albert Thomas 87060 LIMOGES Cedex

Résumé

A partir des différents horizons d'un sol brun acide issu de la région Limousin (France) planté de trois forêts variées (Châtaigniers (référence), jeunes Douglas, vieux Douglas), on a étudié l'effet de la culture de Douglas sur le spéciation de l'aluminium. La culture de Douglas entraîne un déplacement de l'aluminium vers des formes plus mobiles. Un début de podzolisation se produit au niveau du sol à couverture de Douglas âgés. Afin de définir le risque de pollution des eaux de surface avoisinant les forêts de Douglas, des cinétiques de libération des ions aluminium dans l'eau distillée ont été réalisées. Les corrélations établies entre les constantes cinétiques déterminées à partir d'un modèle d'ordre 2 de surface et les paramètres pédologiques ou la spéciation de l'aluminium dans les sols montrent que pour les horizons supérieurs l'aluminium libéré est en relation avec les taux d'aluminium lié à la matière organique. Par contre, pour les horizons inférieurs les concentrations en aluminium libéré sont en relation avec les taux de matière organique contenus dans le sol et le pH de ce sol. La matière organique a donc un rôle majeur dans le transfert de l'aluminium dans les sols ou vers les cours d'eau avoisinant les forêts. Pour démontrer cette importance, des expériences de cinétique de libération des ions aluminium par des horizons de sols pauvres en matière organique sont réalisées avec des solutions de molécules modèles de la matière organique naturelle ou des substances humiques commerciales Aldrich. Ces molécules entraînent des phénomènes de désorption ou de dissolution de l'aluminium, d'où des taux libérés pouvant être importants. La culture de Douglas peut conduire à l'augmentation des taux d'aluminium dans les cours d'eau déjà acides et peu minéralisés du Limousin (France).

Abstract

The A, B and C horizons of an acidic brown earth soil planted with 3 different forests (Chestnuts, young and old Douglas) were selected in order to evaluate the influence of Douglas cultivation on the aluminium speciation. The Douglas culture induces an increase of the aluminium mobility: for A and B horizon exchangeable aluminium, aluminium bounded with organic matter amorphous aluminium and free aluminium concentrations are more important than for A and B horizons of the Chestnut soil. The C horizon seems less affected by the presence of Douglas. An early podzolization process was observed on the old Douglas soil.

Laboratory batch experiments were then carried out to estimate the effect of dissolved organic matter on the aluminium released. According to these batch kinetic experiments in distilled water, the results show that the upper horizon of old Douglas soil (A and B upper) was the most contaminated soil solution with monomeric aluminium. The kinetic curves were analysed using a surface kinetic model (second order). Correlation between results of experiments on kinetic aluminium release in distilled water and pedological parameters or aluminium speciation show that the amount of released aluminium was dependant on the amount of organic species of aluminium in the upper horizon (A and upper B) and with the concentration of organic matter of soils and soil pH in B and C horizons.

To show the effect of complexing organic matter on the release of aluminium from soil to water, kinetic experiments of aluminium leaching were realised with organic matter poor horizon and some aromatic molecules modelling natural organic matter, such as phenol; catechol; salicylic, benzoïc and phtalic acids, and Aldrich Humic acids. For a given organic molecule, the aluminium leaching was related to the capacity of the molecule to complex aluminium. The presence of organic molecule involves an increase of desorption or dissolution of soil aluminium.

Finally, the ageing of Douglas forest which causes an increase of organic solutes and the increase of cultivated surfaces may resuit through acidification, increase of aluminium concentration in a decrease of surface waters quality.