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Effets des changements de la composition du peuplement forestier sur les propriétés des sols, la croissance des arbres et la densité du bois

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Gauthray-Guyénet, Vincent (2018). Effets des changements de la composition du peuplement forestier sur les propriétés des sols, la croissance des arbres et la densité du bois. Thèse. Rimouski, Université du Québec à Rimouski, Département de biologie, chimie et géographie, 177 p.

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Résumé

RÉSUMÉ: Les forêts de l'Amérique du Nord ont connu des modifications majeures depuis la colonisation européenne en raison des actions humaines telles que l'exploitation forestière, la modification des régimes de feux, les activités agricoles, le défrichage ou l'introduction d'espèces invasives. Des études ont permis de montrer que dans plusieurs régions du nord-est de l'Amérique du Nord, ces changements de composition se sont accélérés depuis l'ère industrielle des XIXe et XXe siècles en raison notamment de l'intensification des coupes. Les forêts actuelles sont plus jeunes, plus homogènes et les abondances des espèces ont été grandement modifiées en comparaison aux forêts préindustrielles. Les conséquences de ces changements de composition sur les écosystèmes forestiers restent cependant mal connues. En se basant sur un inventaire forestier réalisé en 1930 au Bas-Saint-Laurent, qui permet d'avoir une bonne idée de l'état des forêts préindustrielles, l'objectif général de ce doctorat est d'étudier les effets des changements à long terme de la composition du peuplement sur les propriétés du sol, la croissance des arbres et la qualité de leur bois. Dans le premier chapitre, l'objectif est d'étudier les effets de la végétation actuelle, de la végétation passée et des changements à long terme de la végétation sur les propriétés du sol, tout en tenant compte des propriétés inhérentes du sol (mesurées dans l'horizon C).
Les liens entre ces différentes composantes ont été quantifiés à l'aide d'analyses partielles de redondance (RDA partielles). Les résultats montrent que le matériel parental est le facteur dominant des propriétés des sols suivi par la végétation actuelle. Aucun effet de la végétation passée n'a été mis en évidence. Cependant les changements de composition forestière expliquent une part de la variation des propriétés chimiques des sols. Plus précisément, l'augmentation en sapin baumier est reliée à un ratio C/N plus élevé dans l'horizon O alors qu'à l'opposé, l'augmentation du genre Acer est corrélée à une concentration de NO3- plus importante dans les horizons O et B, et de P extractible plus élevée dans l'horizon B. Nos résultats montrent qu'une augmentation des feuillus tels que l'érable au détriment des conifères sur le long terme peut augmenter la disponibilité de certains nutriments du sol. Dans le second chapitre, l'objectif principal est d'étudier les effets des changements de composition à long terme et des propriétés du sol sur la croissance radiale de l'érable à sucre et du sapin baumier, qui sont deux espèces écologiquement et économiquement très importantes pour le Bas-Saint-Laurent. Les relations entre la croissance radiale d'une part, et d'autre part, les propriétés du sol, la composition actuelle, la composition passée et les changements de composition entre les deux inventaires ont été étudiés à l'aide de modèles linéaires à effets mixtes. Aucun effet direct des changements de composition sur la croissance des deux espèces n'a été mis en évidence.
Cependant, chez le sapin la concentration en N dans le sol et la proportion de bouleau jaune ont un effet positif sur la croissance radiale. La croissance radiale de l'érable à sucre n'est pas influencée par les propriétés du sol ou la végétation dans notre étude. Cela suggère un effet indirect des changements de composition à long terme sur la croissance du sapin, mais pas dans le cas de l'érable à sucre. Dans le troisième chapitre, l'objectif principal était d'étudier les effets des changements de la composition du peuplement à long terme et du climat sur la densité du bois du sapin baumier. Des modèles linéaires à effets mixtes ont été utilisés pour étudier les liens entre la densité du bois (ici, la densité moyenne du cerne), les propriétés du sol, la végétation et les variables climatiques saisonnières. La végétation et les propriétés du sol semblent avoir peu d'effets sur la densité moyenne du cerne, contrairement aux variables climatiques qui apparaissent comme le facteur d'influence majeure dans notre étude. Plus précisément, les températures printanières ont un effet positif sur la densité du bois du sapin baumier, tandis que les précipitations estivales ont un effet négatif. Les résultats de ce chapitre suggèrent que les conséquences des changements de végétation sur les propriétés du sol mesurées dans les chapitres précédents ne forment pas un signal assez important pour avoir un effet clair sur la densité du bois.
De par les nombreuses composantes qu'il aborde, ce projet est donc original et complexe dans son approche puisqu'il vise à faire le lien entre les changements de composition du peuplement sur une longue période, propriétés des sols, croissance des arbres et densité du bois. L'étude de ces composantes clés de l'écosystème forestier confirme qu'elles doivent être vues comme des éléments en co-développement étant étroitement reliés les uns aux autres. -- Mot(s) clé(s) en français : Changements de la composition forestière, Relation plante-sol, Forêts mélangées, Propriétés du sol, Érable à sucre, Sapin baumier, Croissance radiale, Densité du bois. -- ABSTRACT: The forests of North America have undergone significant changes since the European settlement, due to human activities, such as the increase in logging, land clearing, modifications of fire regimes, agricultural activities or the introduction of invasive species. Several studies have shown that, in many regions of northeastern North America, the changes in composition have markedly increased since the industrial revolution of the XIXth and XXth centuries, especially due to the increase in logging. Overall, current forests are younger, more homogeneous and the forest composition has drastically changed when compared to the preindustrial forests. The consequences of such changes remain, however, poorly understood. Using data from an early forest inventory conducted in 1930 in the Bas-Saint-Laurent region, which is considered as a good indicator of the preindustrial forests' state, the main objective of this PhD is to study the long-term effects of the shifts in forest composition on the soil properties and the growth and quality of trees. In the first chapter, the objective was to study the effects of current composition, past composition and the long-term changes in vegetation on the soil properties, while taking into account the inherent properties of the parent material (measured in the C-horizon). The relationships between these different components were studied with partial redundancy analyses (partial RDA). Results indicated that the parent material remained the dominant factor explaining soil properties, followed by current forest composition.
No legacy effect of past forest composition was found. However, shifts in composition explained part of the chemical composition of the soils. More specifically, the increase in balsam fir was linked to an increase of the C:N ratio. To the contrary, an increase in Acer species was related to higher NO3- concentrations in both the O and B-horizons, and higher extractable P in the B-horizon. Overall, our results suggest that an increase in hardwood species such as maple at the expense of conifers in the long term may increase the availability of certain soil nutrients. In the second chapter, the main objective is to study the effects of long-term shifts in composition and of the soil properties on the radial growth of sugar maple and balsam fir, which are both ecologically and economically very important species in the Bas-Saint-Laurent region. The relationships between radial growth, on the one hand, and soil properties, current composition, past composition, and shifts in species composition, on the other hand, were studied using linear mixed-models. No direct effect of shifts in species composition on the growth of both species were evidenced. However, in the case of balsam fir, the concentration of N and the proportion of yellow birch were positively correlated with the radial growth. On the other hand, sugar maple radial growth wasn't influenced by the soil properties nor the stand composition. This suggests that changes in soil nutrients due to long-term shifts in stand composition have no legacy effect on the radial growth of sugar maple, but could have indirect effects in the case of balsam fir.
In the third chapter, the main objective is to study the effects of long-term shifts of composition species and climate on the wood density of balsam fir. Linear mixed-models were used to study the links between wood density (here mean ring density), soil properties, vegetation and seasonal climatic variables. Vegetation and soil properties appeared to have little effect on mean ring density, contrary to the climatic variables that appeared to be the major factor of influence in our study. More specifically, spring temperatures had a positive effect on the wood density of balsam fir, while summer precipitations had a negative effect. The results of this chapter suggest that the effects of shifts in vegetation on soil properties measured in the first chapter are not sufficient to have a clear effect on wood density. With the many components it covers, this project is therefore original and complex in its approach, since its main purpose is to build links between changes in stand composition over a long period, soil properties, tree growth and wood density. The study of these forest ecosystem's key components confirmed that they should be viewed as co-developing elements that are closely related to one another. -- Mot(s) clé(s) en anglais : Shifts of forest composition, Plant-soil relation, Mixed forests, Soil properties, Sugar maple, Balsam fir, Radial growth, Wood density.

Type de document : Thèse ou Mémoire (Thèse)
Directeur(trice) de mémoire/thèse : Schneider, Robert
Co-directeur(s) ou co-directrice(s) de mémoire/thèse : Achim, Alexis
Information complémentaire : Thèse présentée comme exigence partielle du doctorat en biologie extensionné de l'Université du Québec à Montréal.
Mots-clés : Foret Forestier Changement Peuplement Composition Effet Impact Propriete Sol Arbre Croissance Qualite Densite Bois
Départements et unités départementales : Département de biologie, chimie et géographie > Biologie
Déposé par : DIUQAR UQAR
Date de dépôt : 13 déc. 2019 20:35
Dernière modification : 16 déc. 2019 14:51
URI : http://semaphore.uqar.ca/id/eprint/1486

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