Comprendre les effets des traits, de la structure de la canopée, du climat et du vent sur la productivité forestière dans l'Est du Canada

Dupont-Leduc, Laurie (2024). Comprendre les effets des traits, de la structure de la canopée, du climat et du vent sur la productivité forestière dans l'Est du Canada. Thèse. Rimouski, Université du Québec à Rimouski, Département de biologie, chimie et géographie, 239 p.

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Résumé

RÉSUMÉ : Il est maintenant reconnu que, sous certaines conditions, les forêts où l'on retrouve une plus grande diversité peuvent être plus productives que les forêts monospécifiques. C'est pourquoi les propriétés des forêts diversifiées suscitent un engouement croissant parmi les gestionnaires et écologistes forestiers. Une inquiétude majeure est la perspective de voir la biodiversité s'étioler, entraînant une diminution du fonctionnement et des services écosystémiques dont la productivité est un élément clé. Toutefois, certains éléments qui influencent les relations diversité-productivité font toujours l'objet de débats, notamment la meilleure approche pour inclure la diversité dans l'évaluation de la productivité forestière, ainsi que l'effet de la structure de la canopée, du climat et du vent. L'exploration des relations diversité-productivité en lien avec ces éléments présente donc un intérêt considérable pour comprendre comment ils interagissent et influencent la dynamique forestière. Ces nouvelles connaissances pourraient permettre d'améliorer la gestion des forêts en permettant de maximiser la productivité tout en préservant la biodiversité. Ceci revêt une importance particulière dans le contexte des changements climatiques, où l'accent est de plus en plus mis sur les stratégies de gestion adaptative des forêts qui permettraient à l'écosystème de se rétablir sur le plan fonctionnel, soit par la résistance, la résilience ou la réaction. Ainsi, l'objectif général de cette thèse était de mieux comprendre l'effet de la diversité des arbres, à travers l'étude des traits, de la structure de la canopée, des variations climatiques et du vent sur la productivité forestière dans les forêts de l'est du Canada. Pour ce faire, ce projet décompose la problématique en trois questions principales : (I) Comment la structure des traits des communautés d'arbres influence-t-elle la productivité forestière et chacune de ses composantes, soit la croissance des arbres survivants, le recrutement de nouveaux arbres et la mortalité des arbres? Et quelle influence a le climat dans ces relations? (II) Quel rôle joue la structure des traits des communautés d'arbres dans la détermination de la structure de leur canopée? (III) Quel est l'impact du vent sur la productivité forestière en lien avec la structure des traits et de la canopée des communautés d'arbres? À l'aide de techniques de modélisation avancées à partir de données provenant du Gouvernement du Québec et de celui de Terre-Neuve-et-Labrador, plusieurs aspects clés ont été étudiés. En se concentrant sur la diversité fonctionnelle des arbres, il a été montré que les traits des arbres influencent différemment la productivité forestière. Certains traits étaient étroitement liés à la productivité forestière nette, tandis que d'autres étaient associés à la croissance des arbres survivants, au recrutement de nouveaux arbres ou à la mortalité. Des interactions entre le climat et la structure des traits ont également été observées. Certaines communautés d'arbres réagissaient positivement à l'augmentation des températures et des précipitations, tandis que d'autres montraient des réponses contrastées, suggérant que la diversité fonctionnelle ne garantit pas toujours une meilleure adaptation face aux changements climatiques. Puis, en explorant la relation entre les traits et la structure de la canopée, il a été montré que les métriques de la végétation dérivées du lidar, utilisées comme indicateurs de la structure de la canopée, peuvent être prédites à partir de données traditionnelles d'inventaire forestier. De plus, les forêts à dominance feuillue, avec des arbres ayant une faible masse foliaire par unité de surface, présentaient des différences dans la configuration de leur canopée par rapport aux forêts avec une forte composante de conifères. Cela indique que les traits des arbres peuvent influencer la façon dont la canopée se forme et se structure. Enfin, l'impact du vent sur la productivité a été analysé. Les résultats ont montré qu'une charge de vent accrue diminuait la croissance t le recrutement et augmentait la mortalité, laissant supposer des changements dans l'allocation des ressources et une réduction de la productivité forestière nette. Il a aussi été observé que les interactions entre le vent et les traits des arbres exerçaient une influence variée sur les composantes de la productivité. Finalement, bien que les liens entre la structure de la canopée et le vent aient été restreints, des différences notables dans les modèles d'accumulation de biomasse entre les communautés avec une canopée homogène et hétérogène ont été relevées. Ainsi, l'apport des traits, de la structure de la canopée, des stress environnementaux et ceux des contraintes biomécaniques par le vent sur le développement des forêts de l'est du Canada ont été départagés. Les résultats obtenus offrent plusieurs opportunités pour des recherches futures visant à approfondir la compréhension des relations diversité-productivité, en plus d'ouvrir la voie à des stratégies de gestion forestière plus adaptatives et durables afin d'atténuer les effets des CC sur les écosystèmes forestiers. -- Mot(s) clé(s) en français : Approche des traits et indices de diversité fonctionnelle; Changements climatiques; Charge et vitesse moyenne du vent; Communautés forestières d'arbres; Métriques de végétation dérivées du lidar; Modélisation par forêts aléatoires; Patrons d'accumulation de biomasse; Productivité forestière nette, croissance, recrutement et mortalité; Relevé lidar aéroporté; Structure de la canopée. --
ABSTRACT : It's widely recognized that under specific circumstances, forests with greater diversity can be more productive than monospecific forests. For this reason, species diversity has seen an increase in interest by forest managers and ecologists alike. A major concern is the prospect of biodiversity loss, leading to a decline in ecosystem functioning and services, of which productivity is a key element. However, several elements impacting diversity-productivity relationships remain contentious, including how to include diversity in forest productivity evaluation, as well as the effect of canopy structure, climate, and wind. Therefore, exploring diversity-productivity relationships in relation to these elements hold significant interest, offering insights into their interplay and their influence on forest dynamics. This newfound knowledge could enhance forest management practices, aiming to optimize productivity while preserving biodiversity. This becomes especially critical in the context of climate change, where there's a growing emphasis on adaptive forest management strategies that facilitate ecosystem recovery, either through resistance, resilience, or response. Thus, the overall objective of this thesis was to deepen the understanding of the effect of tree diversity, through the analysis of traits, canopy structure, climatic variations, and wind on forest productivity within the forests of Eastern Canada. For this purpose, the thesis tries to answer three main questions: (I) How does the trait structure of tree communities influence forest productivity and each of its components-survivor growth, recruitment of new trees and mortality-while considering the influence of climate on these relationships? (II) What role does the trait structure of tree communities play in determining their canopy structure? (III) What is the impact of wind on forest productivity in relation to the traits and canopy structure of tree communities? Using advanced modelling techniques and data analysis from the Government of Quebec and the Government of Newfoundland and Labrador, several key aspects were investigated. An examination of the functional diversity among trees has revealed that the traits have varying impacts on forest productivity. Some traits were closely tied to net forest productivity, while others influenced survivor growth, recruitment, or mortality. Interactions between climate and trait structure were also observed. While certain tree communities positively responded to higher temperatures and increased precipitation, others showed contrasting responses, suggesting that functional diversity might not consistently ensure enhanced better adaptation to climate change. The relationship between traits and canopy structure then showed that lidar-derived vegetation metrics, used as proxy for canopy structure, can be predicted from traditional forest inventory data. Furthermore, forests dominated by broadleaf species, with low leaf mass per area, showed distinct differences in canopy structure when compared to conifers dominated forests, suggesting that tree traits can influence the way the canopy is configured. Ultimately, the study delved into the wind's influence on productivity. The results showed that higher wind loads decreased survivor growth and tree recruitment, and increased tree mortality, hinting at shifts in resource allocation patterns and an overall decline in net forest productivity. Additionally, interactions between wind and tree traits were identified, impacting each forest productivity components in different ways. Finally, while the correlation between canopy structure and wind was limited, substantial differences in biomass accumulation patterns were found between communities with homogeneous and heterogeneous canopies. Thus, the contribution of traits, canopy structure, environmental and wind-induced biomechanical stresses to forest development in eastern Canada was assessed. The results offer several opportunities for future research aimed at further understanding diversity-productivity relationships as well as paving the way for more adaptive and sustainable forest management strategies to mitigate the effects of CC on forest ecosystems. -- Mot(s) clé(s) en anglais : Airborne laser scanning ; Biomass accumulation patterns ; Canopy structure ; Climate change ; Forest tree communities ; Functional diversity traits and indices ; Lidar-derived vegetation metrics ; Net forest productivity, survivor growth, recruitment, and mortality ; Random-forest modeling ; Wind load and wind speed.

Type de document :	Thèse ou mémoire de l'UQAR (Thèse)
Directeur(trice) de mémoire/thèse :	Schneider, Robert
Co-directeur(s) ou co-directrice(s) de mémoire/thèse :	Power, Hugues
Information complémentaire :	Thèse présentée dans le cadre du programme de doctorat en biologie en vue de l'obtention du grade de philosophiae doctor.
Mots-clés :	Forêts - Productivité - Canada (Est); Écologie du couvert forestier - Canada (Est); Forêts - Productivité - Facteurs climatiques - Canada (Est); Types forestiers - Canada (Est); Biodiversité forestière - Canada (Est); Forêts - Gestion - Canada (Est); Foresterie durable - Canada (Est).
Départements et unités départementales :	Département de biologie, chimie et géographie > Biologie
Date de dépôt :	30 janv. 2025 13:48
Dernière modification :	30 janv. 2025 13:48
URI :	https://semaphore.uqar.ca/id/eprint/3203