Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2010-2011 / L'objectif de ce mémoire est de documenter l'influence des feux dans la dynamique des sapinières vierges situées au-dessus de 800 m dans la réserve faunique des Laurentides (RFL). Cette région de 1 800 km² se situe au nord de la ville de Québec et appartient au domaine bioclimatique de la sapinière à bouleau blanc. L'abondance du sapin baumier et les fortes précipitations suggèrent que les forêts d'altitude de la RFL sont peu influencées par les feux. Afin de vérifier cette hypothèse, nous avons entrepris une étude comprenant deux volets complémentaires. Le premier explore la dynamique forestière récente (300 dernières années), alors que le second vise à reconstituer l'historique à long terme des feux (dynamique holocène). Dans le premier chapitre, une approche écologique basée sur la composition forestière, la structure de taille des arbres et l'âge des peuplements actuels a été utilisée afin de définir la dynamique récente des sapinières à bouleau blanc d'altitude. Des peuplements (n = 16) appartenant à 6 types forestiers, caractérisés par la présence ou l'absence de charbon de bois de surface et correspondant à une chronoséquence, ont été échantillonnés, puis analysés. La dynamique forestière montre le passage graduel de la bétulaie à bouleau blanc à la sapinière à épinettes en fonction du temps écoulé depuis le dernier feu. La répartition des feux récents à l'origine de cette chronoséquence (1815 et 1878) a été faite à l'aide des charbons de bois de surface. Cette spatialisation montre, qu'au cours des 250 dernières années, près de la moitié de la région d'étude a brûlé. Les feux ont donc joué un rôle important dans la dynamique récente de ces sapinières. Dans le second chapitre, une approche paléoécologique, basée sur l'analyse macrofossile des charbons de bois du sol minéral, a été employée afin de reconstituer l'historique à long terme des feux (histoire holocène). Cet historique s'est avéré le même, peu importe le type forestier actuel et son emplacement sur le territoire. Trois périodes, marquées par un régime de feu et des paysages forestiers distincts, ont été identifiées: 1) de 9600 à 4500 ans, les feux ont été importants, 2) de 4500 à 250 ans, les feux ont été pratiquement absents et 3) les deux cents dernières années ont été marquées par des feux dont la plupart sont probablement d'origine anthropique. On estime que l'état d'équilibre des paysages forestiers se caractérise par une dynamique associée à une récurrence d'épidémies d'insectes. En définitive, la reconstitution des feux récents et des feux historiques s'est avérée indispensable pour cerner leur rôle écologique dans la dynamique des paysages forestiers des sapinières d'altitude. Dans le contexte de la mise en oeuvre de l'aménagement écosystémique, ce mémoire présente une méthode et des résultats originaux permettant de décrire le paysage actuel et de le caractériser en fonction de son histoire holocène. Ces deux éléments définissent la variabilité naturelle des sapinières à bouleau blanc d'altitude de la RFL.

Des analyses paléoécologiques effectuées à haute résolution pour deux dépôts organiques au sein de la Sapinière de la Forêt Montmorency ont permis de reconstituer l'histoire de la végétation à l'échelle locale. Les séquences sédimentaires des deux sites ont livré des âges respectifs de 10 220 et 5900 ans. L'épinette était présente dès 10000 ans A.A. alors que la Sapinière s'est constituée à partir de 9500 ans A.A. L'absence de charbon de bois dans les sédiments depuis l'arrivée du sapin suggère que le feu n'a joué qu'un rôle mineur. Les résultats ont permis de revoir l'histoire de la colonisation végétale proposée antérieurement et de devancer d'environ 2500 ans l'arrivée des premiers arbres et la constitution de la sapinière. Les courbes polliniques des principales espèces montrent des différences entre les sites indiquant que les dépôts organiques sous couvert forestier enregistrent bien la dynamique de la végétation survenue localement.

Le degré de naturalité de peuplements issus de quatre scénarios sylvicoles typiques de la sapinière a été évalué et comparé à des peuplements qui ont pour origine la perturbation naturelle prédominante de la région, à savoir une épidémie de tordeuse des bourgeons de l'épinette. Les quatre scénarios sylvicoles évalués, du plus extensif au plus intensif étaient : la régénération naturelle sans éclaircie pré-commerciale (EPC); la régénération naturelle avec EPC; la plantation avec scarifiage et dégagement mécanique; et la plantation avec scarifiage et dégagement chimique. Les petits mammifères et le lièvre d'Amérique ont été utilisés comme espèces indicatrices d'aménagement. Nos résultats ont montré que les scénarios sylvicoles n'ont pas réussi à émuler la perturbation naturelle au niveau de nos indicateurs. Les sites coupés étaient caractérisés par un manque de débris ligneux réduisant l'abondance relative des campagnols à dos roux de Gapper et par une abondance de nourriture, tant en hiver qu'en été, qui a favorisé le lièvre. Le plus grand impact sur la naturalité n'était donc pas causé par les traitements sylvicoles, mais par la coupe elle-même.

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.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2010-2011 / La période suivant l’envol du nid et précédant la migration est critique pour les oiseaux forestiers, particulièrement pour les juvéniles qui doivent apprendre à se nourrir efficacement avant la migration automnale. A cette période, plusieurs oiseaux forestiers deviennent principalement frugivores et se déplacent fréquemment vers les jeunes peuplements forestiers. Ce déplacement pourrait être causé notamment par (1) la recherche de petits fruits ou de couvert anti-prédateurs par les oiseaux, (2) la fréquentation des lisières de peuplements ou (3) le transit des oiseaux entre différents peuplements matures via les jeunes peuplements. J’ai testé les hypothèses de la frugivorie, des lisières et du transit à la Forêt Montmorency, Québec, durant les étés 2007 et 2008. J’ai mené une expérience de retrait de fruits testant la prédiction que le taux de capture des oiseaux dans des filets japonais serait plus faible dans les parcelles sans fruits que dans des parcelles témoins. De plus, j’ai évalué le mûrissement et la consommation des baies de sureau rouge (Sambucus racemosa) dans les parcelles témoins suivant chaque session de capture, et modélisé les taux de capture d'oiseaux en fonction de l’abondance des arbustes fruitiers à différentes échelles spatiales. J’ai testé les hypothèses de lisière et de transit respectivement en comparant les taux de capture à différentes distances des lisières des peuplements matures, ainsi que dans des filets placés de façon parallèle vs. perpendiculaire à ces lisières. Soixante-quatre pourcent des oiseaux, représentant 15 des 33 espèces capturées, étaient des frugivores saisonniers. Chaque année, la consommation des baies de sureau approchait 100 % en fin de saison d’échantillonnage, ce qui suggère que ces fruits pourraient être en quantité limitante. Le retrait expérimental des fruits a réduit le taux de capture des espèces frugivores de 45 %, mais n’avait aucune influence sur les autres espèces. Il n’y avait aucune relation entre l’abondance des oiseaux et des fruits au-delà de quelques mètres des filets. Les taux de capture étaient indépendants de la distance aux lisières de peuplements matures, mais ils étaient plus élevés dans les filets parallèles vs. perpendiculaires aux lisières dans le cas des espèces nichant dans les peuplements matures. En sapinière boréale, on trouve les arbustes fruitiers surtout dans les jeunes peuplements au stade gaulis. Or, c’est à ce stade que s’applique l’éclaircie précommerciale (ÉPC), un traitement sylvicole communément utilisé pour augmenter la croissance en diamètre des tiges éclaircies et orienter la composition en espèces des jeunes peuplements. Ce traitement soulève d’importantes préoccupations quant aux répercussions sur la faune associée aux milieux denses et à l’élimination possible des arbustes fruitiers dans les peuplements traités en ÉPC. Ces préoccupations ont mené à l’application expérimentale d’ÉPC à valeur faunique (ÉPCvf) à la Forêt Montmorency, où l’évaluation des tiges compétitrices est moins sévère que dans l’ÉPC conventionnelle. J'ai examiné l’impact de cette ÉPC sur l’abondance et la répartition des arbustes fruitiers en effectuant un inventaire d’arbustes fruitiers par transects dans des peuplements traités en ÉPCvf et non traités (témoins). J'ai modélisé l’abondance d’arbustes fruitiers en fonction du traitement et de variables de sites (pente, altitude et exposition). De façon générale, les résultats indiquent que le nombre d’arbustes fruitiers semble être plus élevé dans les peuplements traités en ÉPCvf par rapport aux peuplements témoins, mais la différence n’est pas significative. L’abondance d’arbustes fruitiers était très variable dans les coupes et la réponse à l’ÉPCvf variait selon les espèces. Néanmoins, l’ÉPC à valeur faunique ne semble pas avoir d’impact négatif sur l’abondance d’arbustes fruitiers. J’attribue le maintien des arbustes fruitiers au fait qu’une bonne partie ne sont pas coupés lors de l’éclaircie et, dans le cas où les tiges sont coupées, à l’augmentation de lumière et de nutriments suivant l’éclaircie qui favorise les rejets de souche. Finalement, la répartition des arbustes fruitiers était fortement agrégée (contagieuse), mais n’était pas liée à la distance aux chemins ni aux lisières de forêt mature. Cependant, l’ÉPC a significativement réduit le taux d’agrégation des arbustes fruitiers. Il semble que l'abondance de fruits et le transit entre les peuplements matures explique en bonne partie l'abondance des oiseaux dans les jeunes peuplements en fin d'été. Ainsi, on devra s’assurer que les traitements sylvicoles en sapinière boréale maintiennent cette ressource dans une mosaïque de jeunes coupes à proximité de forêts matures. L’ÉPC pratiquée dans l’aire d’étude semble non nuisible pour les oiseaux, car l’abondance d’arbustes fruitiers y est comparable aux peuplements non-traités. Toutefois, la réduction de l’aggrégation des arbustes fruitiers pourrait avoir une influence sur l’efficacité de recherche de nourriture des oiseaux frugivores. Les résultats de cette étude sur l’abondance et la répartition des arbustes fruitiers peuvent difficilement être extrapolés à l’ÉPC conventionnelle, mais donnent un apperçu sur la dynamique des arbustes fruitiers en forêt boréale. Il est nécessaire de mieux comprendre les effets de l’ÉPC et d’autres traitements sylvicoles sur les arbres et arbustes fruitiers, ainsi que les facteurs régissant la production de fruits en milieux forestier, car c’est une ressource qui est possiblement limitante pour les oisesaux en période post-reproductrice. / The post-reproductive period is critical for many forest birds, especially for juveniles who must learn to forage on their own before the fall migration. At this period, many forest birds become mainly frugivores and songbirds of mature boreal forests often shift to early-successional stands. There are at least three explanations for this late-summer habitat shift: (1) songbirds may seek abundant fruit resources or cover against predators, (2) restrict their use of clearcuts to mature-forest edges or (3) use clearcuts mostly for transit between different patches of mature forest via early-seral stands. We tested frugivory, edge and transit hypotheses at the Forêt Montmorency, Quebec during summers 2007 and 2008. We tested the frugivory hypothesis by conducting a fruit removal experiment testing the prediction that bird capture rates in mist nets would be lower in fruit removal plots than in control plots. Additionally, we evaluated the ripening and consumption of available red elderberry (Sambucus racemosa) berries in control plots following each mist-netting session, and we modeled capture rates as a function of fruit shrub abundance at varying spatial scales. We tested edge and transit hypotheses by comparing capture rates in clearcuts near vs. away from adjoining mature forest edges, as well as in mist nets placed parallel vs. perpendicular to forest edges. Sixty-four percent of individuals, representing 15 of the 33 species captured, were seasonal frugivores. In both years of this study, fruit consumption of red elderberry approached 100 % by the end of the sampling periods, suggesting that fruit could be a limiting resource to boreal forest birds. Experimental fruit removal reduced capture rates of frugivores by 45 %, but did not affect capture rates of other species. There was no relationship between bird and fruit abundance beyond a few meters from mist nets. Capture rates were independent of distance from mature forest edges, but they were greater in nets parallel to forest edges than in those perpendicular to edges in the case of species nesting in mature forests. In the boreal forest, fruit shrubs are mainly found in dense, early successional stands. In managed forests, it is within these stands that precommercial thinning (PCT) is applied, a treatment designed to reduce stand density so as to increase diameter growth of residual poles and orient stand species composition. The consequences of PCT on wildlife associated to dense habitat as well as the possible elimination of fruit shrubs in treated stands is a cause for concern. These preoccupations have lead to the experimental application of wildlife-enhanced PCT at the Forêt Montmorency, where the evaluation of competing stems is less severe as in conventional PCT. I examined the impact of wildlife-enhanced PCT (wePCT) on fruit shrub abundance and distribution by conducting a fruit shrub inventory in thinned and control stands, and modeling the abundance of fruit shrubs as a function of treatment and site variables (slope, elevation and aspect). Results indicate that the abundance of fruit shrubs generally seemed higher in thinned stands, but differences were not significant. Fruit shrub abundance was highly variable in young stands and the response to thinning was species specific. Nonetheless, wePCT does not seem to have a negative impact on fruit shrub abundance. I suggest two possible explanations for the maintenance of fruit shrub following wePCT: either fruit shrubs were left uncut during thinning or, when cut, increased light and available nutrients rapidly restored stem abundance by favouring stump sprouting. Finally, fruit shrub distribution was highly aggregated, but was not related to distance to roads or to mature forest edges. However, PCT significantly reduced fruit shrub aggregation. Given the support for frugivory and transit hypotheses, silvicultural treatments should be closely monitored to maintain fruit shrubs in small-scale patchworks of different successional stages. PCT in our study area appeared unharmful to birds, as fruit shrub abundance in PCT sites was similar to that of control stands. However, reduced fruit shrub aggregation could negatively affect foraging efficiency of frugivorous forest birds. Fruit shrub abundance and distribution results cannot be directly extrapolated to conventional PCT, but they provide insight on the fruit shrub dynamics of the boreal forest. Better understanding the effects of PCT and other sylvicultural treatments on fruits shrubs and trees is important, as fruit is possibly a limiting resource for post-breeding birds.