Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / Dans les forêts de feuillus nordiques, les traitements sylvicoles visant à régénérer l'érable à sucre (Acer saccharum Marsh.) et le bouleau jaune (Betula alleghaniensis Britt.), tels que le scarifiage du sol et le contrôle mécanique de la végétation compétitrice, résultent parfois en la formation d'une dense strate de hêtre à grandes feuilles (Fagus grandifolia Ehrh.). L'objectif de ce mémoire était de comparer la croissance et la survie de trois types de régénération de hêtre, soit les rejets de souche, les drageons racinaires et les semis, à celles de semis de bouleau jaune et d'érable à sucre dans des peuplements feuillus traités par coupe partielle et sous une contrainte de broutement par le cerf de Virginie. Sur une période de huit ans, 997 individus des trois espèces ont été suivis dans trois peuplements composés principalement d'érable à sucre, de bouleau jaune et de hêtre dans un dispositif expérimental situé à la station forestière de Duchesnay, près de Québec. Chaque peuplement comprenait quatre traitements de coupes partielles, de même qu'un témoin, ce qui a permis d'étudier un gradient de conditions de lumière et de compétition. Les rejets de souche et les drageons de hêtre ont montré une croissance plus élevée que les semis des trois espèces, alors que tous les types de hêtre ont montré des probabilités de survie plus importantes que les autres espèces, quelles que soient les conditions de lumière ou de compétition. Nos résultats indiquent que les traitements stimulant l'établissement de rejets de souche et de drageons de hêtre doivent être appliqués avec prudence et dans des conditions qui garantissent une croissance et des taux de survie suffisants des espèces désirées. Cette étude suggère également que le broutement sélectif par le cerf de Virginie est un facteur important pouvant exacerber le phénomène d'envahissement par le hêtre en supprimant la capacité de croitre en hauteur du bouleau jaune. / In northern hardwood forests, silvicultural treatments aimed at regenerating sugar maple (Acer saccharum Marsh.) and yellow birch (Betula alleghaniensis Britt.), such as soil scarification and mechanical control of competing vegetation, often result in the formation of dense American beech (Fagus grandifolia Ehrh.) thickets in the seedling and sapling layers. The aim of this Master's thesis was to compare the growth and survival of three types of beech regeneration, i.e. stump sprouts, root suckers and seedlings, with those of yellow birch and sugar maple seedlings in partially harvested stands under cervid browsing pressure. Over an eight-year period, 997 individuals of the three species were monitored in three stands composed mainly of sugar maple, yellow birch, and American beech in an experimental field trial in the Duchesnay Forest, located near Quebec City, Canada. Each stand included four partial harvest treatments of different intensities, as well as a control, providing a gradient of light and competition conditions. American beech stump sprouts and root suckers showed higher growth than seedlings of all three species, and all types of American beech regeneration showed higher survival probabilities than the other species, regardless of light or competition conditions. Our results suggest that treatments that induce the establishment of American beech stump sprouts and root suckers, like high intensity partial cut combined with soil scarification and mechanical control, should be applied with caution and under conditions that ensure sufficient growth and survival rates of the desired species. This thesis also suggests that selective browsing by cervids is an important factor that can exacerbate the phenomenon of dense beech thickets formation in the seedling and sapling layers by suppressing the yellow birch's ability to grow in height.

En Amérique du Nord, la coupe de jardinage a été implantée en réponse à plusieurs décennies de mauvaises pratiques forestières ayant laissé de grandes superficies de peuplements feuillus dégradés et de faible vigueur. Or, l’application de la coupe de jardinage dans un contexte industriel a produit des résultats variés et parfois peu convaincants sur sa capacité à améliorer la vigueur générale des peuplements et à fournir un rendement soutenu en bois de haute valeur. L’objectif général de ce projet de recherche était d’améliorer les prévisions de la croissance et de la mortalité des arbres feuillus à partir d’une meilleure évaluation de leur potentiel de croissance sur pied et de leur sensibilité aux conditions climatiques. Nos résultats ont d’abord montré un effet marginal du taux de dégagement induit par la coupe de jardinage sur la croissance et le taux de survie des arbres résiduels. Ce résultat s’explique en partie par une concentration de la récolte des arbres à l’intérieur et aux abords des sentiers de débardage, laissant ainsi de larges zones non traitées dans les peuplements résiduels. Dans les années suivant l’application du traitement, uniquement 24 % des arbres ont connu une hausse de croissance significative, un pourcentage de réaction de croissance légèrement inférieur à celui induit par les perturbations naturelles au cours des décennies précédentes. Nos analyses ont également montré qu’une réduction marquée de la croissance sur plusieurs décennies précédait 88 % des événements de mortalité post-récolte, et que les prévisions de ces événements pouvaient être significativement améliorées en considérant les tendances de croissance 25 ans avant la coupe. De plus, la présence de défauts affectant la vigueur des arbres au moment de la coupe était positivement reliée à la probabilité de mortalité et négativement reliée à la probabilité d’avoir une hausse de croissance après la coupe. Par ailleurs, nos analyses ont montré qu’une évaluation visuelle de la densité du houppier est l’indicateur le plus efficace pour estimer la vigueur et le potentiel de croissance sur pied de l’érable à sucre. Finalement, nos analyses des relations entre la croissance et les conditions climatiques ont montré un lien fort entre l’occurrence des stress climatiques ponctuels et une diminution de la croissance de l’érable à sucre. Les épisodes de gel-dégel de forte intensité ont été particulièrement dommageables en provoquant des baisses abruptes de la croissance dans les deux régions étudiées. À l’inverse, les analyses provenant des tendances climatiques mensuelles ont indiqué une relation faible et instable dans le temps avec la croissance. Nos résultats indiquent que l’effet synergique d’une accumulation de plusieurs stress climatiques et d’épidémies d’insectes défoliateurs au début des années 1980 a induit un changement important dans la dynamique de croissance de l’érable à sucre et sa réponse aux conditions climatiques mensuelles.

Les changements climatiques actuels et ceux qui sont à venir auront des répercussions importantes sur le développement des arbres de nos forêts. Dans cette étude, nous avons examiné les impacts potentiels des changements climatiques sur la germination et le développement initial des plantules d'espèces d'arbres des forêts tempérées nordiques et boréales ayant une importance économique et écologique au Québec, soit le bouleau jaune, le chêne rouge, l'épinette blanche, l'épinette noire, le pin blanc, le pin gris, l'érable rouge et l'érable à sucre. Ces deux processus représentent des étapes importantes dans le cycle de vie des arbres. Deux principales thématiques ont été abordées : le rôle de la diminution du couvert de neige en hiver sur la germination au printemps ainsi que les effets de l'augmentation des températures et de la modification des conditions hydriques du sol sur la germination et le développement initial des plantules. Le premier chapitre avait pour objectif d'évaluer l'impact de la réduction du couvert de neige sur la germination des arbres des forêts tempérées et boréales. Une expérience a été effectuée sous couvert forestier à la Station touristique Duchesnay afin de tester l'effet de différentes épaisseurs de neige sur la germination au printemps. Quatre traitements d'épaisseur de neige ont été appliqués lors de l'hiver 2021-2022: témoin (aucune intervention pour modifier l'épaisseur de neige), 50 % de la hauteur de neige du témoin, 30 cm et moins de 10 cm. Les résultats ont montré que la réduction du couvert de neige n'a pas significativement affecté le contenu en eau du sol, mais les traitements avec moins de neige ont montré plus de cycles de gel-dégel au printemps, ce qui pourrait nuire à la germination de certaines espèces. La germination a été influencée par l'épaisseur de la neige pour certaines espèces, telles que le chêne rouge, l'érable à sucre et le pin blanc, qui ont montré une réduction significative des taux de germination sous un couvert de neige de moins de 10 cm. En revanche, l'épinette blanche et l'épinette noire n'ont pas été affectées de manière significative. Ces différences pourraient être dues à une meilleure tolérance au froid des espèces plus nordiques. Ces résultats indiquent que certaines espèces d'arbres sont plus sensibles à la réduction du couvert de neige, ce qui pourrait avoir des implications importantes pour la régénération forestière dans le contexte des changements climatiques futurs. Le second chapitre avait pour objectif de comprendre comment la germination et les premiers stades de développement de cinq espèces d'arbres des forêts tempérées et boréales seraient affectés par différents degrés de sécheresse. Des études antérieures avaient soulevé de potentiels problèmes au niveau de la germination de plusieurs espèces végétales face à l'augmentation de la température et/ou une diminution de la disponibilité en eau du substrat de germination. Une expérience factorielle en milieu contrôlé a donc été élaborée en combinant deux régimes de températures (présent et future [horizon de temps : 2071-2100 - RPC 8.5]) et quatre potentiels hydriques (0, -0,2, -0,4 et -0,6 MPa). L'augmentation d'environ 5 °C des températures durant une partie du printemps a semblé entraîner une accélération générale de la vitesse de germination pour les cinq espèces, une augmentation du pourcentage de germination pour le pin gris et le bouleau jaune et une biomasse plus élevée pour le pin gris et le pin blanc. Cependant, une diminution du pourcentage et de la vitesse de germination a été observée avec l'augmentation des stress hydriques pour la majorité des espèces, à l'exception du pin gris dont le pourcentage de germination n'a pas été affecté par ces niveaux de stress. L'allocation de la biomasse au sein des plantules semble avoir subi un effet similaire à celui observé pour la germination, indiquant que le stress hydrique nuit au développement de chaque partie des plantules (aérienne et souterraine). Les résultats indiquent également que l'augmentation de la température de 5 °C pourrait contrebalancer les effets des stress hydriques plus élevés, permettant ainsi d'augmenter la germination de l'épinette noire, de l'épinette blanche et du pin gris dans des conditions hydriques plus difficiles, mais sans favoriser une augmentation de la biomasse des composantes aériennes et souterraines des plantules. Les expériences en milieu naturel et contrôlé ont révélé certaines tendances quant à la germination et le développement initial des espèces étudiées. Néanmoins, de nombreux aspects restent à explorer pour mieux comprendre les impacts de la température et de la teneur en eau du sol sur ces caractéristiques. Les effets observés semblent généralement propres à chaque espèce, ce qui souligne l'importance de prendre en compte la variabilité intraspécifique (par exemple, la provenance) dans les études futures. De plus, cette asymétrie dans la réponse potentielle des différentes espèces face aux changements anticipés devrait également être intégrée dans les modèles de simulation de la régénération et de la croissance forestière. En bref, les résultats de cette étude peuvent servir de pistes de compréhension, puisque la complexité du sujet rend les conclusions définitives difficiles à atteindre. La persistance à long terme des espèces forestières dans un contexte de changements climatiques dépendra également de leur performance lors des stades de développement ultérieurs. / Current and forthcoming climate changes will have significant impacts on the development of trees that constitute our forests. In this study, we examined the potential impacts of climate change on the germination and initial development of seedlings from economically and ecologically important tree species in the temperate and boreal forests of Québec, including yellow birch, red oak, white spruce, black spruce, white pine, jack pine, red maple and sugar maple. These two processes represent crucial stages in the life cycle of trees. We addressed two main themes: the role of reduced winter snow cover on germination and the effects of increased temperatures and altered soil moisture conditions on germination and initial seedling development. By identifying these specific impacts, this study contributes to a better understanding of how trees respond to early developmental stages in the face of anticipated climate changes. The first chapter aimed to assess the impact of reduced snow cover on the germination of trees in temperate and boreal forests. With rising winter temperatures, precipitation patterns change, snow melts earlier, and snow cover thickness decreases, affecting the microclimatic conditions of the soil. This experiment was conducted under forest cover at the Duchesnay Tourist Station. Four snow thickness treatments were applied during the winter of 2021-22: control, 50% of the control, 30 cm, and less than 10 cm. The results showed that the reduction in snow cover did not significantly affect soil water content, but treatments with less snow experienced more freeze-thaw cycles in the spring, which could hinder seed germination. The germination was influenced by snow thickness for certain species, such as red oak, sugar maple, and white pine, which showed a significant reduction in germination rates under snow cover of less than 10 cm. In contrast, white spruce and black spruce were not significantly affected. These differences could be due to a better cold tolerance of more northern species. These results indicate that some tree species are more sensitive to reduced snow cover, which could have important implications for forest regeneration in the context of future climate change. The second chapter aimed to understand how the germination and early developmental stages of five temperate and boreal forest tree species would be affected by different degrees of drought. Previous studies had raised potential issues regarding the germination of various plant species in response to increased temperature and/or soil moisture conditions. A factorial experiment in a controlled environment was therefore designed, combining two temperature regimes (present and future: 2071-2100 - RCP 8.5) and four water potentials (0, -0.2, -0.4, and -0.6 MPa). The increase of approximately 5°C in temperatures during part of the spring seemed to lead to a general acceleration of germination speed for the five species, an increase in germination percentage for jack pine and yellow birch, and higher development for jack pine and white pine. However, a decrease in germination percentage and speed was observed with increased water stress for most species, except for jack pine, whose germination percentage was not affected by these stress levels. Biomass allocation within the seedlings appeared to be similarly affected by water stress, indicating that water stress hampers the development of each part of the seedlings. The results of the combined effects suggested that the 5°C temperature increase could offset the effects of higher water stress, thereby increasing the germination of black spruce, white spruce, and jack pine under more challenging water conditions, but without promoting higher development of seedling sections. Experiments in natural and controlled environments revealed certain trends regarding the germination and initial development of the studied species. However, many aspects remain to be explored to better understand the impacts of temperature and soil moisture content on these characteristics. The observed effects appear to be generally species-specific, highlighting the importance of considering intraspecific variability (e.g., provenance) in future studies. Furthermore, this asymmetry in the potential response of different species to anticipated changes should be incorporated into the modeling of forest regeneration and growth. In summary, the results of this study can provide fundamental insights, as the complexity of the subject makes definitive conclusions difficult to achieve. Germination is only the first step, and the long-term success of forest species will depend on their resilience at each developmental stage.