Le boisement des tourbières résiduelles peut être envisagé comme complément à la restauration écologique ou comme option de réhabilitation lorsque la restauration pose problème. La tourbe résiduelle est trop pauvre en éléments nutritifs pour permettre une croissance adéquate des arbres. La fertilisation lors de la plantation est donc nécessaire pour favoriser la croissance et la survie des jeunes arbres. La refertilisation des plantations doit aussi être considérée pour soutenir leur croissance après que l'effet de la fertilisation initiale se soit estompé. Nous avons étudié l'effet de six traitements de fertilisation localisée, appliqués à la plantation, sur la croissance, la survie et la nutrition de plants d'épinettes noires et de mélèzes. L'importance de l'application d'azote, de phosphore et de potassium lors de la refertilisation de plantations a aussi été étudiée. Nos résultats démontrent qu'une fertilisation initiale appropriée doit contenir une source facilement accessible d'azote ainsi que des quantités suffisantes de phosphore et de potassium. De plus, lors de la refertilisation, le phosphore est l'élément clé à appliquer afin de stimuler la croissance des arbres. / Residual peatland afforestation can be complementary to ecological restoration or it can be a rehabilitation option where restoration is problematic. Residual is too nutrient poor to allow for adequate tree growth. Fertilization at planting time is then necessary to promote the growth and survival of tree seedlings. Refertilization must also be considered to sustain tree growth after that the initial fertilization effect has vanished. We have studied the effect of six localized fertilization treatments, applied at planting time, on the growth, survival and nutrition of black spruce and tamarack seedlings. The importance of applying nitrogen, phosphorous and potassium for plantation refertilization has also been studied. Our results show that a good initial fertilization must include an easily accessible nitrogen source as well as sufficient amounts of phosphorous and potassium. At refertilization time, phosphorous is the key element to apply to promote tree growth.

Les changements climatiques affectent la distribution et la croissance d'espèces arborescentes telles que le peuplier faux-tremble et l'épinette noire, deux espèces dominantes de la pessière à mousses de l'ouest du Québec, et peuvent ainsi mener à d'importantes modifications de la composition et de la productivité future des forêts. Sur la ceinture d'argile du Québec, l'accumulation de matière organique au sol peut mener à des conditions d'humidité très variables. L'épaisseur de la couche organique est directement liée à un gradient de conditions édaphiques et affecte la croissance et la distribution des arbres à l'échelle du paysage. Afin de mieux comprendre comment les changements climatiques affecteront la croissance de la forêt boréale, l'importance des conditions de site, les relations croissance-climat et les réponses aux extrêmes climatiques du peuplier faux-tremble et de l'épinette noire ont été évaluées. Des régressions ont permis de mettre en évidence l'effet limitant de l'épaisseur de la couche organique sur la distribution et la croissance du peuplier faux-tremble, alors que l'épinette noire n'était pas affectée. Les relations croissance-climat des deux espèces ont été déterminées avec des analyses dendrochronologiques, qui ont montré que le climat affectait différemment la croissance radiale des deux espèces. La croissance de l'épinette noire était favorisée par des printemps doux et des étés frais. Le peuplier faux-tremble était principalement influencé par les conditions climatiques de l'année précédent la croissance et la température au mois de juin. Les extrêmes climatiques n'affectaient qu'une des deux espèces à la fois ou généraient des réponses de croissance opposées entre les deux espèces. L'épaisseur de la couche organique n'avait que peu d'effet sur les relations croissance-climat de l'épinette noire, mais modifiait la réponse du peuplier faux-tremble à certaines variables climatiques. L'épinette noire aura probablement une réponse relativement uniforme aux changements climatiques dans la région, alors que la réponse du peuplier faux-tremble pourrait varier localement selon l'épaisseur de la couche organique. Les réponses spécifiques à chacune des deux espèces au climat annuel et aux anomalies climatiques pourraient induire une séparation temporelle des niches écologiques et permettre une accumulation de biomasse plus constante lors d'extrêmes climatiques dans les peuplements mixtes, comparées aux peuplements purs. Que les changements climatiques aient des effets bénéfiques sur ces deux espèces ou non dépendra principalement de la balance entre la hausse des températures et l'augmentation des précipitations. Les changements climatiques auront des impacts spécifiques sur chaque espèce, qui varieront aussi selon les conditions édaphiques, ultimement menant à des taux de croissance différents entre les espèces et les sites. En augmentant la résilience de la forêt boréale, conserver des peuplements mixtes pourrait permettre de réduire les risques d'observer des effets néfastes des changements climatiques sur la productivité des forêts. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Picea mariana, Populus tremuloides, changements climatiques, couche organique, croissance radiale.

Depuis quelques années la sylviculture intensive prend une grande ampleur afin de rapprocher la source de fibres des usines, d'accroître la productivité des plantations, et de diminuer la pression de coupe sur les forêts naturelles. Toutefois un débat sur le type d'aménagement optimal des plantations oppose l'aménagement mono- et pluri-spécifique. Il est important de mieux comprendre le fonctionnement de ces écosystèmes pour en effectuer une bonne gestion et d'optimiser les services écosystémiques que ces plantations fournissent. La décomposition des litières et le recyclage des nutriments sont des processus complexes essentiels au fonctionnement des écosystèmes. Ainsi mon projet de thèse visait à mieux comprendre l'influence de la mixité de deux essences forestières, à savoir l'épinette blanche et le peuplier hybride, en comparaison à des plantations pures sur le processus de décomposition des litières et le stockage de carbone. Les résultats de cette étude ne montrent pas d'amélioration du processus de décomposition avec le mélange du peuplier et de l'épinette ou de leurs litières. En revanche, le mélange de ces deux espèces en plantation tamponne les effets contrastés du peuplier et de l'épinette observés dans les plantations monospécifiques. De plus, le stockage de carbone et la productivité du peuplier sont améliorés dans les plantations mixtes par rapport aux plantations monospécifiques. Les herbacées semblent être bénéfiques pour la diversité d'organismes et favorisent la libération d'azote des litières d'arbres. Cet aspect pourrait contrebalancer l'effet négatif de la présence d'herbacées qui entrent en compétition avec les arbres pour les ressources. / The use of trees under intensive management is particularly important for rapid fibre production and for reduce cutting pressure on natural forests in boreal regions. However, a debate on the best type of plantation management opposes the mono-and pluri-specific management. Despite the possible antagonistic effects on productivity, it seems that mixed plantations would have benefits on soil properties, environmental stability, but also to maintain biodiversity and aesthetic value. It is important to better understand the functioning of these ecosystems to make good management in order to optimize ecosystem services of these plantations. Litter decomposition and nutrient cycling are essential process for the ecosystems functioning. My thesis project was to better understand the influence of the mixing of two tree species planted in comparison to monospecific plantations, namely white spruce and hybrid poplar, on the litter decomposition process and carbon storage. The results of this study showed no improvement in the decomposition process with the mixture of poplar and spruce in plantation or by their litters mixture. However, the mixture of the two species in plantation buffers the contrasting effects of poplar and spruce observed in monospecific plantations. In addition, carbon storage and productivity of poplars are improved in mixed plantations compared to monospecific plantations. Herbaceous litter appears to be beneficial for the abundance of organisms and promote the release of nitrogen from tree litter. This could offset the negative effect of the presence of grasses that compete with trees for resources.

Le drainage forestier en milieu boréal permet de rétablir des conditions hydrologiques propices à la croissance de l’épinette noire sur les pessières noires récoltées. Le but de cette étude était d’effectuer le suivi des plus vieux sites drainés de façon opérationnelle en Jamésie (Jutras et coll. 2002) plus de 20 ans après les travaux. L’efficacité du drainage a été mesurée par type écologique selon trois variables : la modification des communautés végétales, l’accroissement individuel de l’épinette noire ainsi que par le rendement forestier. Les comparaisons entre sites témoins et traités ont permis de cibler deux types écologiques où l’épinette noire réagit significativement au drainage dans le temps, soit RE37 et les RE39 riches. Pour les autres types écologiques étudiés, les conditions édaphiques étaient soit trop riches (RE26) ou trop pauvres (RE39 pauvre et très pauvre) pour que le drainage augmente significativement la croissance de l’épinette noire et le rendement forestier.

L'étude porte sur un écosystème forestier riverain d'un grand lac subarctique (Lac à l'Eau-Claire) en état moribond. La dégradation des arbres suggère une progression spatiale que l'on a reconstituée au moyen de l'analyse dendrochronologique. Nous avons formulé l'hypothèse que l'augmentation des précipitations de neige et la hausse du niveau lacustre suggérées par des travaux antérieurs pourraient avoir causé la dégradation de la forêt. L'objectif principal de cette recherche est de déterminer les différentes facettes du phénomène à l'origine de la dégradation des arbres. Le site à l'étude a été divisé en cinq zones subparallèles au rivage selon les caractéristiques des divers états des arbres. Une étude dendrochronologique a permis de reconstituer les processus récents et passés. Ils ont été situés dans le contexte des fluctuations historiques des niveaux d'eau du lac afin de préciser le gradient écologique en lien avec le régime des perturbations physiques. Les données ont permis de distinguer cinq périodes où les facteurs climatiques et locaux ont influencé la population forestière riveraine : 1) colonisation du site à l'étude (1704), 2) première phase d'installation (1800-1850), 3) deuxième phase d'installation et première phase de mortalité (1850-1930), 4) apparition de la frange forestière (1930-1950), 5) deuxième phase de mortalité (1950-2006).

Cette étude porte sur la mesure des conséquences du réchauffement climatique sur la croissance et le développement des graines de l'épinette noire en zone boréale. Comme la densité maximale atteinte par les forêts d'épinette noire et la limite nordique et altitudinale de l'espèce sont sous contrôle thermique, dans le contexte des changements climatiques attendus, il nous est apparu important de préciser le régime des températures qui affecte la répartition de l'épinette. Cette étude porte plus précisément sur l'interface entre la toundra forestière et la limite septentrionale de la forêt boréale fermée dominée par l'épinette noire. L'objectif de cette thèse est de déterminer comment la température influence la croissance des arbres et la maturation des semences de l'épinette noire à la limite nord de la forêt boréale fermée. La thèse est divisée en trois parties. La première porte sur les caractéristiques thermiques de la limite nord de la forêt boréale fermée au cours de la période de 1970 à 2002. La deuxième porte sur la relation entre la température et la production de graines par l'épinette noire. Enfin, la troisième partie porte sur les effets climatiques de la mise en eau d'un vaste réservoir hydroélectrique sur la croissance et la production de graines par l'épinette noire des milieux néoinsulaires. Entre 1970 et 2002, une augmentation significative de la température moyenne annuelle, de la somme thermique et de la durée de la période sans gel est survenue particulièrement dans la zone de la forêt boréale ouverte et de la toundra forestière. La limite septentrionale de la forêt boréale fermée coïncide avec la position du seuil thermique de 800 à 950 degrés-jours, un intervalle qui correspond à la chaleur nécessaire pour la maturation des graines de l'épinette noire. De plus le seuil de 800 degrés-jours s'est déplacé d'un degré de latitude vers le nord entre 1970 et 2002, passant de 53° 12' N à 54° 16' N. Compte tenu du réchauffement climatique attendu, le seuil de maturation des graines d'épinette noire pourrait se déplacer vers le nord de façon importante et permettre ainsi la maturation des graines d'épinette dans une zone où les conditions thermiques nécessaires ne sont pas actuellement rencontrées. Si le processus physiologique de la maturation des graines est confirmé comme le facteur déterminant de la position de la limite nord de la forêt boréale, les conséquences pourraient être un déplacement vers le nord de la limite septentrionale de la forêt boréale fermée. Sur l'ensemble de son aire de répartition, Pépinette noire requiert une moyenne de 750 degrés-jours pour produire des graines quasi-matures (stade 22 sur une totalité de 23). Une variabilité existe selon les populations et leur position géographique. Néanmoins, le pourcentage de germination peut être prédit par une fonction sigmoïde des degrés-jours cumulés le long d'un gradient -latitudinal des températures. Les conditions locales peuvent toutefois produire des différences. Ainsi, les enclaves plus froides que constituent les réservoirs hydroélectriques ont une production de graines équivalente à celles des sites de un à trois degrés de latitude plus au nord. Enfin, les conditions climatiques des sites néoinsulaires du réservoir Rober Bourassa diffèrent des autres sites de la région, principalement au printemps. En effet, c'est pendant cette période que le déficit de chaleur est le plus marqué. Les conséquences sur la croissance radiale des arbres matures ne sont pas notables à l'échelle des peuplements. Les arbres répondent plus à un changement régional du climat qu'à l'effet local du réservoir. Les effets climatiques du plan d'eau (une augmentation du bois de compression dû à une déstabilisation par le vent et une diminution de la fréquence des cernes de gel) se limitent aux sites les plus ouverts et les plus exposés. Enfin, la croissance apicale de la strate de régénération montre que le réservoir peut avoir des conséquences positives sur la croissance des plantules dans les secteurs protégés par la végétation (arbres ou arbustes) et à la périphérie des îles.

L’aménagement forestier perturbe le cycle du carbone des écosystèmes de la forêt boréale. Les deux principales composantes de ce cycle, soit la photosynthèse et la respiration, déterminent l’état de puits ou de source de carbone d’un écosystème. Cet état varie en fonction des conditions édapho-climatiques mais est principalement influencé par le stade de développement d’un écosystème. En Amérique du Nord, l’aménagement forestier influe sur la superficie relative de parterres de coupe, de peuplements juvéniles et de peuplements matures. La quantification de la perturbation du cycle du carbone des écosystèmes forestiers boréaux induite par l’aménagement forestier est nécessaire à l’estimation du bilan en carbone de la forêt boréale et à l’établissement de prédictions concernant les variations de ce bilan en carbone dans un contexte de changement climatique. C’est pourquoi les flux de dioxyde de carbone (CO2) d’une chronoséquence de récolte d’écosystèmes d’épinette noire (Picea mariana (Mill.) B.S.P.) de la forêt boréale de l’Est de l’Amérique du Nord ont été mesurés sur une période d’un an à l’aide de la technique par covariance de turbulences à l’échelle de l’écosystème et l’efflux de CO2 des sols a été mesuré à l’aide d’un analyseur de gaz à infrarouges portable. L’objectif de l’étude était de quantifier les composantes du bilan annuel en carbone des sites afin d’identifier les processus physiologiques majeurs contribuant au passage d’une source à un puits de carbone suivant la récolte. Sur une base annuelle, le site pré-récolte (105 ans) était un faible puits de carbone (6 ± 4 g C m-2 an-1), le site récemment récolté (8 ans) était une source (-87 ± 3 g C m-2 an-1) et le site juvénile (33 ans) était un puits moyen à fort (143 ± 35 g C m-2 an-1). La production primaire brute (GEP) annuelle au site pré-récolte était seulement 28% plus élevée qu’au site récemment récolté (646 ± 6 contre 504 ± 5 g C m-2 an-1). La GEP annuelle au site juvénile (1107 ± 32 g C m-2 an-1) était 71% plus élevée que la GEP annuelle au site pré-récolte, ce qui suggère une limitation physiologique de la photosynthèse au site pré-récolte. La respiration de l’écosystème (Re) annuelle a suivi la même tendance mais les différences entre sites étaient moindres (640 ± 8 à 591 ± 6 à 964 ± 50 g C m-2 an-1). Le facteur de sensibilité aux variations de la température du sol de la respiration du sol (Q10) et le taux moyen de respiration du sol de base (R10) pour la période sans neige étaient différents entre les sites et étaient les plus bas au site récemment récolté. Le Q10 et le R10 de la respiration du sol (Rs) semblaient reliés à la GEP annuelle. La Rs annuelle a diminué suivant la récolte et a augmenté avec le temps depuis la récolte (593 à 500 à 644 g C m-2 an-1). Le rapport annuel de la Rs à la Re était plus bas au site post-récolte qu’aux deux autres sites (67% contre 93% et 85%). Ces résultats caractérisent l’évolution des processus physiologiques majeurs influençant le cycle du carbone des écosystèmes boréaux d’épinette noire suite à la récolte et devraient être utiles à l’incorporation des effets de l’âge des écosystèmes dans les modèles régionaux et globaux. / Forest harvest and subsequent stand development can have major effects on the carbon cycle of boreal stands. Carbon dioxide (CO2) fluxes of a three-point black spruce harvest chronosequence located in the boreal forest of eastern North America were measured over a one-year period at the ecosystem scale with the eddy covariance technique and CO2 efflux from soils was measured with a portable infrared gas analyzer. The three sites (pre-harvest, recently-harvested, and juvenile) were 105-, 8- and 33-years old, respectively. On an annual basis, the pre-harvest site (EOBS) was a weak carbon sink (6 ± 4 g C m-2 yr-1), the recently-harvested site (HBS00) a source (-87 ± 3 g C m-2 yr-1) and the juvenile site a moderate to strong sink (143 ± 35 g C m-2 yr-1). Annual gross ecosystem production (GEP) at the pre-harvest site was only 28% greater than at the recently-harvested site (646 ± 6 versus 504 ± 5 g C m-2 yr-1) while GEP at the juvenile site (1107 ± 32 g C m-2 yr-1) was 71% greater than at the pre-harvest site, suggesting significant physiological constraints to photosynthesis at the pre-harvest site. Annual ecosystem respiration (Re) followed the same pattern, but intersite differences were somewhat less (640 ± 8 to 591 ± 6 to 964 ± 50 g C m-2 yr-1). Annual soil respiration (Rs) decreased following harvest from 593 to 500 g C m-2 yr-1 and increased with further stand development to 644 g C m-2 yr-1, although the changes were less than for GEP and Re. Q10 and R10 of Rs for the snow-free period varied between sites, were lowest for the recently-harvested site and appeared to be related to GEP via substrate supply. The annual ratio of Rs to Re was lower for the juvenile site (67%) than for the pre-harvest and recently-harvested sites (93 and 85%, respectively). These results quantify how some of the major physiological processes that influence the carbon cycle of boreal black spruce stands evolve following harvest and should be useful for better incorporating stand-age effects into regional and global scale models. Keywords: boreal forest; CO2 fluxes; harvest; chronosequence; disturbance; soil respiration; eddy covariance

Le bilan hydrique des tourbières forestières est régi par une combinaison complexe de processus hydrologiques. Relativement stable en milieu naturel, ce bilan est facilement bouleversé par les activités d’aménagement forestier qui affectent le couvert végétal. Cette thèse de doctorat avait pour objectif d’étudier certaines interrelations existant entre la productivité forestière, la compétition pour les ressources et l’hydrologie des tourbières forestières du Québec. Le premier chapitre visait à déterminer s’il était pertinent d’utiliser le drainage forestier afin de transformer des pessières noires improductives en sites productifs. Les résultats ont démontré que même si ce traitement avait significativement augmenté la croissance de certains arbres, seul le drainage intensif utilisant des fossés rapprochés permettrait la conversion de tels peuplements. Les quatre autres chapitres visaient à évaluer l’influence de la végétation sur le contrôle des processus hydrologiques et indirectement sur la croissance forestière. La nappe phréatique a été mesurée dans une tourbière forestière pré-mature afin d’évaluer son comportement à la suite du drainage et à la récolte (Chapitre 2). Des mesures comparables ont été effectuées afin de mesurer la remontée de la nappe phréatique causée par l’éclaircie précommerciale sur des sites humides drainées et fortement régénérés (Chapitre 3). Ces deux études ont démontré l’influence significative de la végétation forestière sur le contrôle de la nappe phréatique en milieux forestiers humides. Puisque cette végétation possède une influence évidente sur la nappe phréatique, la croissance d’une tige devrait être favorisée par la présence immédiate de voisins. Le rôle du drainage biologique (Chapitre 4) ainsi que l’effet de la présence de compétition (Chapitre 5) sur la croissance ont été évalués pour des sites drainés. Il a été démontré que le pouvoir de contrôle de la nappe phréatique que possède la végétation est favorable à la croissance forestière, mais uniquement dans certaines situations particulières. Il semble donc pertinent de recommander des pratiques sylvicoles qui préservent une proportion considérable de la végétation sur les tourbières forestières. / The water budget of forested peatland sites is regulated by a complex combination of hydrological processes. Relatively stable in natural environments, this budget is exposed to major changes by forest management activities affecting the tree canopy. This Ph.D. thesis aimed to study the specific interrelations existing between growth and yield of tree species, above-ground competition, and hydrology of Quebec forested peatlands. The first chapter aimed to determine the pertinence of using drainage to transform unproductive black spruce stands into productive ones. Results showed that even if tree growth was significantly increased by drainage, only intensive drainage using narrow ditch spacing would enable stand productivity improvement. The four other chapters intended to evaluate the influence of the vegetation on the regulation of hydrological processes and, indirectly, tree growth. The water table has been monitored on a pre-mature forested peatland site to evaluate its behaviour following drainage and harvesting (Chapter 2). Comparable water table monitoring has been done in densely regenerated post-harvest and drained peatland sites to measure the watering-up after precommercial thinning (Chapter 3). Both studies demonstrated the valuable water table regulation capacities of the treed vegetation in forested peatlands. Since this vegetation has an evident influence on soil growing conditions, tree growth should be affected by the presence of neighbours. The role of biological drainage (Chapter 4) and the presence of competition (Chapter 5) on growth have been evaluated for drained sites. The water table regulation power of the vegetation stratum was found to be favourable to tree growth, but only in specific situations. Management practices that preserve notable amount of vegetation on forested peatland stands seem to be the most pertinent guideline that should be considered in these fragile ecosystems.

La gestion de la végétation par des moutons (GVM) ou Sheep Vegetation Management (SVM) est une méthode biologique de gestion de la végétation concurrentielle dans des plantations de conifères, relativement récente en Colombie-Britannique (C-B). La présente étude comporte un volet biologique et un volet économique. Le premier se concentre sur la réponse de la croissance de l’épinette hybride (Picea glauca x Picea engelmannii) après le broutage des moutons en comparant des sites pâturés et non pâturés. Le second consiste en une évaluation de la rentabilité du SVM selon le nombre de pâturages appliqués. Les résultats suggèrent que le pâturage favorise la croissance en longueur internodale de l’épinette hybride. Pour rendre la SVM rentable dans les plantations de conifères, il est nécessaire de raccourcir la période de rotation. Ainsi, ce mémoire permet de combler certaines lacunes existantes sur le sujet en vue de promouvoir cette méthode en C-B. / The Sheep Vegetation Management (SVM) is a relatively recent biological method to control competing vegetation in conifer plantations in British Columbia (BC). This study is structured into biological and economic components. The first is based on growth response of hybrid spruce (Picea glauca x Picea engelmannii) saplings to sheep grazing treatment through the comparison of grazed and ungrazed sites. The second is a profitability evaluation of SVM depending on the number of grazing treatments. Results suggest that grazing improve intermodal length growth of hybrid spruce. To make SVM profitable method in conifer plantations, it would be necessary to shorten the rotational period. Hence, this thesis fills the gaps that still exist on the topic and promote the use of SVM in BC.

L'aménagement écosystémique représente de nouveaux défis pour la sylviculture. L'enrichissement en épinette blanche, effectué à la Forêt Montmorency, forêt d'enseignement et de recherche de l'Université Laval, est un traitement qui allie des objectifs de restauration écosystémique et d'augmentation de la production ligneuse. Un suivi à moyen terme (9-13 ans) souligne le potentiel du traitement à répondre aux deux objectifs, en dépit de certains défis. L'établissement de l'épinette blanche semble réussi, mais sa place dans le peuplement mature n'est pas assurée. Les deux tiers sont supprimés et le sapin baumier croît plus rapidement. Des problèmes d'enfeuillement sont aussi observés. L'évaluation de ce traitement a montré le besoin d'un outil pour évaluer le caractère naturel des peuplements aménagés. Cette étude s'accompagne donc d'une réflexion sur le concept du gradient de naturalité. Cet outil propose cinq classes de naturalité qui correspondent à un gradient d'altération des attributs clés d'habitats des peuplements forestiers traités.