Impact des perturbations anthropiques et du climat sur la composition des forêts de l'Est du Québec au XXe siècle

Depuis la révolution industrielle, les pressions anthropiques sur les écosystèmes terrestres se sont accrues et ont causé des transformations importantes des biomes à l'échelle globale. La documentation et la compréhension des causes de ces changements et leurs conséquences sont importantes pour le maintien et la gestion durable des écosystèmes naturels. Dans le cas des écosystèmes forestiers, l'écologie historique et la modélisation sont des approches qui permettent d'optimiser cette compréhension. L'objectif général de cette thèse est de décrire le changement de la composition forestière pendant le 20ème siècle et comprendre ses causes dans une forêt tempérée nordique du sud-est du Canada. La forêt mixte de la région administrative de Bas Saint Laurent dans l'Est du Québec constitue un exemple intéressant. Cette zone est située à la transition entre la forêt boréale au nord et la forêt tempérée au sud et est sensible aux changements climatiques. Elle a été intensivement exploitée par l'industrie forestière et impactée par les feux de colonisation depuis l'arrivée des européens. La compagnie forestière Price & Brothers, qui a opéré dans la région pendant les 19ème et 20ème siècles, a laissé des archives qui représentent une source de données historiques exceptionnelle constituée d'un réseau d'environ 16000 placettes d'inventaire réparti sur 3200 km2, ainsi que des cartes d'opérations permettant une reconstitution spatialement explicite du régime des perturbations. Connaitre les patrons spatio-temporels du régime des perturbations anthropiques constitue une étape importante dans la compréhension des changements de la composition forestière. Dans le premier chapitre de cette thèse, nous avons utilisé des cartes des perturbations historiques et modernes afin de reconstituer le régime des perturbations anthropiques du 20ème siècle. Nous avons décrit la répartition et l'intensification des coupes et des feux à travers des caractéristiques comme la période de rotation et la superficie. Ce travail nous a permis de décrire la progression géographique des perturbations anthropiques dans le paysage, suivant le contexte socio-économique. Les coupes forestières se sont déplacées depuis la proximité des cours d'eaux principaux vers l'intérieur des terres, ce qui reflète la transition du transport du bois par les rivières initialement, vers les routes forestières. La plupart des feux ont été localisés en basses altitudes, proche des terres privées, ce qui suggère des feux d'origine anthropique.Comprendre la contribution relative des perturbations anthropiques, du climat et de l'environnement physique sur la composition actuelle des peuplements forestiers est l'objectif du deuxième chapitre. Dans les étés de 2012 et 2013 nous avons re-échantillonné 743 placettes d'inventaire de la compagne Price & Brothers. Nous avons ensuite utilisé les données spatialement explicites des perturbations issues du premier chapitre, celles du climat extrapolées spatialement par BioSIM 11, et des caractéristiques stationnelles pour identifier les variables explicatives responsables de la composition forestière. Nos résultats montrent qu'il existe une augmentation des érables et des peupliers, et une densification du bouleau blanc. La surface terrière du bouleau jaune et celles des conifères (sapin baumier, épinettes, et thuya) ont légèrement augmenté. La surface terrière actuelle des taxons étudiés a été expliquée, dans un ordre décroissant, par la surface terrière spécifique en 1930, les caractéristiques stationnelles, le climat, et les perturbations anthropiques du 20ème siècle. La combinaison des effets des perturbations anthropiques et du climat s'est principalement traduite par l'augmentation des érables, tandis que l'effet des perturbations anthropiques du 20ème s'est traduit par l'augmentation de peupliers associés aux feux et par l'augmentation du bouleau jaune associé aux coupes partielles. L'amélioration et la validation des modèles de succession par trouées se heurtent au manque des données historiques indépendantes. Dans le troisième chapitre, nous avons évalué le degré auquel le modèle ZELIG-CFS prédit le développement à long terme des forêts mixtes de notre aire d'étude, en considérant l'histoire des perturbations. Quand les perturbations ont été considérées, les prédictions de l'épinette blanche et du bouleau blanc ont été améliorées. En même temps, la surface terrière des espèces à feuillage décidu (érable rouge, érable à sucre, et peuplier faux-tremble) a été systématiquement sous-estimée par le modèle. Une meilleure intégration d'une probabilité de reproduction végétative et le couplage du modèle à des fonctions qui simulent les probabilités des perturbations sont toutes des avenues d'améliorations suggérées à la suite de cette étude. -- Mot(s) clé(s) en français : écologie forestière; écologie historique; perturbations anthropiques; archives; forêt préindustrielle; forêt tempérée nordique; changement de composition; climat; modèle de dynamique par trouée.

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