Biogeochemical cycle of silicon in continental superficial environments: Impact of terrestrial plants
Cycle biogéochimique du silicium dans les environnements superficiels continentaux : Impact des plantes terrestres
Résumé
The aim of this experimental study is, in a first time, the characterization of reactivity and physico-chemical properties of micrometrics biogenic opals called phytoliths for several terrestrial plants species from differents environments. In this regard, several complementary technics were used, such as solubility measurements, dissolution kinetics, electrophoretic measurements and potentiometric titrations, that allowed better constraining the acid-base surface reactions and thermodynamic and kinetic parameters of phytoliths interactions with aqueous solutions. In the second part of this work, we studied terrestrial plant litter interaction with aqueous solutions via litter degradation experiments in batch and mixed-flow reactors. Obtained results demonstrated high aqueous reactivity of both phytoliths and plant litter that exceeds dissolution rate of common soil minerals by 1-2 orders of magnitude. Quantitative evaluation of plant litter and phytoliths control on Si release from these solid reservoirs demonstrates strong possible impact of plants on biogeochemical cycle of silicon in almost all terrestrial environments.
Cette étude expérimentale a consisté dans un premier temps en la caractérisation de la réactivité et des propriétés physico-chimiques de microparticules d'opales biogènes appelées phytolithes, pour plusieurs espèces de plantes terrestres provenant de milieux différents. Pour ce faire, une approche combinant plusieurs techniques complémentaires telles que, mesures de solubilité, cinétiques de dissolution, mesures électrophorétiques et titrages acido-basiques, a été menée sur ces phytolithes ce qui a permis de mieux quantifier le cycle biogéochimique du silicium (Si) à travers les plantes terrestres. Dans un second temps et afin de mieux contraindre ce cycle biogéochimique, cette étude a aussi porté sur les interactions de litières de plantes terrestres avec les solutions aqueuses en combinant cette fois des expériences de dégradation de litières dans des réacteurs fermés et dans des réacteurs à circulation. Les résultats démontrent une très forte réactivité des phytolithes et des litières de plantes vis-à-vis du relargage de Si, qui sont au minimum de un à deux ordres de grandeur plus élevés que les minéraux. La quantification du contrôle des phytolithes et des litières de plantes sur le relargage de Si à partir de ces réservoirs solides, démontre la possibilité d'un fort impact des plantes sur le cycle biogéochimique du silicium dans la plupart des environnements terrestres.
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