The role of spatially aggregated post-harvest woody residue in soil fertility and the establishment, growth, and flowering of plants

Cette thèse porte sur les avantages de la rétention d'empilement de résidus de bois après coupe, pour la biodiversité et la production de biomasse, par l'augmentation de la fertilité des sols, la croissance et la floraison. Cette recherche a pour contexte de maintenir la production forestière et des services écosystémiques des plantations industrielles, tout en maximisant l'étendue des terres forestières naturelles et en respectant les compromis à la fois écologiques et économiques de la rétention des résidus forestiers à travers les changements climatiques et des conditions économiques. Le projet examine, en particulier, les effets de l'empilement de résidus forestiers sur la fertilité des sols, la croissance des peupliers hybrides et d'espèces de plantes non-commerciales, l'abondance des ressources pour les pollinisateurs et les frugivores, et l'établissement de plusieurs espèces de semences. Un thème important est que la rétention d'empilement de résidus forestiers après coupe, parce qu'elle favorise et retarde l'abondance de beaucoup d'espèces, peut être considérée comme un outil de gestion durable des forêts pour être utilisée à des fins diverses, plutôt que d'être seulement vu comme une accumulation de biomasse dangereuse pouvant alimenter les feux de forêts ou une opportunité commerciale pour le marché de la bioénergie. Le chapitre 1 démontre que la fertilité du sol diminue avec la distance à partir des empilements de résidus sur les sites sablonneux de la Rivière-aux-Rats (RAR) au Québec. La baisse exponentielle de l'azote et du phosphore disponibles en fonction de la distance se stabilise à environ 10 m des résidus forestiers. Il est démontré qu'une corrélation positive existe entre la croissance, la production de fleurs et de fruits avec trois plantes fruitières communes (i.e., cerisiers de Pennsylvanie, fraisiers et framboisiers) en fonction de la disponibilité des nutriments; i.e., ces mesures sont inversement corrélées avec la distance à partir des résidus forestiers jusqu'à 10 m plus loin. Il est entendu que l'empilement de résidus plus volumineux se trouvant dans un paysage forestier industriel peut avoir une grande importance au niveau du maintien, non seulement pour les espèces en début de succession, mais aussi des populations de pollinisateurs et frugivores qui en dépendent. Le chapitre 2 est basé sur le même jeu de données (i.e., des empilements de résidus forestiers du site à la Rivières-aux-Rats) mais se concentre sur la croissance des peupliers hybrides plantés. Comme avec les plantes à fleurs entomophiles, les peupliers montrent une baisse de croissance exponentielle selon la distance à partir des résidus forestiers allant jusqu'à environ 10 m plus loin. Proche des résidus, les arbres avaient de plus grandes quantités de cations foliaires et un meilleur accès aux éléments nutritifs du sol par rapport aux arbres plus éloignés de ces mêmes résidus forestiers. C'est à partir de la troisième année après coupe que le taux de croissance des peupliers près des résidus, a commencé à augmenter par rapport aux tiges qui étaient plus éloignées de ces résidus. La loi de rendement final constant est utilisée pour montrer que l'amélioration de la croissance doit être dues aux ressources supplémentaires; en effet, il a été calculé que les peupliers près des résidus doivent avoir environ un apport en éléments nutritifs doublé comparativement aux tiges plus éloignées des résidus. Il a été conclu que l'empilement des résidus forestiers peut réduire le temps de rotation de coupe, et ce, devrait être considéré si l'un calcule la valeur attribuée au prélèvement de la biomasse utilisée à des fins de biocarburants. Le chapitre 3 examine la phase précoce d'établissement du recrutement sexuel de différentes semences d'espèces d'arbre. L'étude a été conduite près des mêmes sites de la Rivière-aux-Rats, encore une fois sur un sol sablonneux. Dans une coupe à blanc âgée d'un mois, nous avons regroupé et classé des résidus selon la taille à partir d'un volumineux amoncellement de résidus forestiers pour créer de plus petits agrégats de ceux-ci, de 1x1 m variant entre 0 et 60 kg/m2 (variation de charge typique que l'on retrouve à une petite échelle parmi et à l'intérieur des blocs de coupe). À l'intérieur de chaque empilement nous avons semé des graines de bouleau jaune et d'épinette blanche, en ayant comme prémisse que le taux de survie augmenterait selon la charge de l'empilement due à l'optimisation de la rétention d'eau jusqu'à un maximum puis ensuite diminuer à mesure que (1) le piégeage des graines empêcherait le contact avec le substrat minéral et (2) l'ombrage croissant conduirait à la mortalité des semences. Les deux espèces ont montré une réponse similaire, avec une survie maximale se produisant de 4 (bouleau) ou 8 (épinette) kg/m2. Globalement, l'étendue optimale pour l'établissement de semis chez les deux espèces, était lorsque les charges des résidus pesaient entre 2-12 kg/m2, ce qui est assez similaire à l'étendue des valeurs moyennes se rapportant suite à une récolte "cut-to-length". Les résultats de cette thèse sont novateurs. Par exemple, aucune étude auparavant a utilisé un gradient de distance pour examiner la fertilité des sols par rapport à la proximité des empilements de résidus forestiers, ni utilisé de gradient afin de déterminer la charge optimale de l'empilement de résidus pour l'établissement des semis (découvrant simultanément une source majeure d'une grande variation de la survie retrouvée dans la littérature relié à l'établissement de semis). De même, cette étude est la première à signaler le rôle qu'a la proximité de l'empilement de résidus forestiers avec la floraison et la fructification des espèces végétales de début de succession et, à leur tour, leur rôle en procurant des ressources alimentaires pour la faune. L'utilisation de la loi de rendement croissant pour examiner la croissance des arbres en plantations et de différencier les effets de la disponibilité des nutriments et de la compétition souterraine est une approche novatrice pour aborder la question, qui est de savoir si les résidus forestiers doivent être utilisées comme source d'énergie maintenant ou plus tard, dans une usine (en plus de la biomasse des arbres récoltés ou d'une rotation de récolte raccourcie). Il est maintenant évident que l'empilement de résidus forestiers est profitable pour un grand nombre d'espèces, y compris les plantations. Ainsi, ce travail devient une contribution à ce débat en constante évolution sur la façon dont les résidus forestiers après coupe devraient être utilisés et de mieux calculer le coût net en retirant ces résidus forestiers pour soit les biocarburants ou pour réduire les risques d'incendie. Enfin, cette thèse illustre l'utilité à considérer la rétention des résidus forestiers et leur retrait comme un outil flexible à usages multiples de gestion durable des forêts. \n______________________________________________________________________________ \nMOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : résidus après coupe, fertilité des sols, gestion de feux, pollinisateurs, loi de rendement final constant, peupliers hybrides, services écosystémiques, coupe à blanc, biodiversité.

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