Étude de la contribution de la fixation d’azote et des dépositions azotées aux besoins en azote des espèces dominantes de mousses plumeuses en forêt boréale de l’Est canadien (Québec)

La forêt boréale représente environ 50% du stock de carbone forestier mondial. Les bryophytes (mousses) qui couvrent près de 70 à 100% du sol forestier dans la biozone des pessières à mousse, représentent une composante essentielle de ce puits de carbone avec une contribution significative (20 à 60%) à la production primaire de la forêt. Cependant, la production primaire de la forêt boréale, y compris celle des mousses, est fortement limitée par la biodisponibilité de l’azote (N). Les mousses peuvent utiliser diverses sources de N pour supporter leurs besoins: (1) la fixation biologique de l’azote (FBA), (2) les dépositions atmosphériques de N, (3) les transferts du sol et 4) le recyclage du N des cellules sénescentes. Comprendre les sources de N supportant la croissance des bryophytes ainsi que les facteurs les influençant est important pour notre compréhension du fonctionnement et de l'évolution de ce compartiment de la forêt boréale, en particulier dans le contexte des changements climatiques qui impactent l’apport et la disponibilité de l’azote. La FBA est une source de nouveau N supportant la croissance des bryophytes, et de manière plus générale les apports de N dans la forêt. Cependant, notre compréhension de l’importance de la FBA à l’échelle de la forêt boréale est limitée car la majorité des études proviennent de quelques régions (surtout Europe du Nord) et focalisent sur quelques espèces de bryophytes. Le premier objectif de cette thèse de doctorat (Chapitre 2) était d’établir un bilan exhaustif de la contribution des mousses à l’entrée de N dans les forêts d’épinette noire de l’Est Canadien (Québec). Un inventaire des mousses dominantes du sol forestier a été effectué sur cinq sites le long d’un transect latitudinal de 600 km et des mesures de FBA ont été réalisées mensuellement durant la période de croissance (mai à septembre). Les résultats montrent que toutes les espèces de mousses testées, fixaient le N, mais que deux espèces dominent en abondance et en contribution nette; Pleurozium schreberi et Ptilium crista-castrensis. Les résultats montrent également que les mousses contribuent de manière faible à l’entrée de N par rapport aux dépositions atmosphériques. Ceci contraste avec de nombreuses études en Europe du Nord où les dépositions atmosphériques contribuent de manière équivalente voire supérieure aux entrées en N. Cette étude confirme l’importance d’établir des bilans régionaux pour mieux comprendre la contribution des mousses aux entrées de N à l’échelle de la forêt boréale. Pleurozium schreberi et Ptilium crista-castrensis se trouvent souvent en tapis mixte et présentent des taux de croissance comparables, des concentrations en N similaires et possèdent un microbiome fixateur d’azote quasi identique. Malgré cela elles présentent des taux de FBA très différents dans les forêts d’épinette noire, avec Ptilium crista-castrensis fixant de 2 à 10 fois plus que Pleurozium schreberi. Cette différence disparaît à la suite de la formation d’un chablis. Ces observations suggèrent que ces deux espèces de mousse possèdent des stratégies d’acquisition du N différentes et que ces stratégies sont influencées par l’ouverture de la canopée. Dans le second objectif de cette thèse (Chapitre 3) j’ai testé l’hypothèse que la dépendance différente à la FBA de ces deux mousses corrèle avec une capacité différente à utiliser le N des pluviolessivats, notamment le N-organique. Grâce, entre autres, à l’utilisation de traceur 15N en laboratoire et sur le terrain, cette étude a montré que la faible activité FBA de P. schreberi sous canopée résulte d’une plus grande capacité de sorption du N des pluviolessivats que P. crista-castrensis. Cette étude montre l’importance de considérer la composition, et pas seulement la concentration, en N pour mieux comprendre les rétroactions entre déposition de N et FBA. La compréhension de l’effet de la composition en N des pluviolessivats sur la Fixation d’azote a des implications importantes pour notre compréhension des interactions entre la FBA des mousses et le type de couvert forestier. Le troisième et dernier objectif (Chapitre 4) était d’évaluer la contribution de la FBA et des dépositions en azote aux besoins en azote de P. crista-castrensis et P. schreberi pour leur croissance. Les résultats du chapitre 2 montrent que l’ouverture de la canopée influence l’utilisation de diverses sources d’azote (FBA et déposition). Cette évaluation a donc été réalisée dans deux milieux; une forêt mature et un chablis. Les résultats montrent que la FBA et les dépositions en azote pourraient être suffisantes pour supporter les besoins en azote pour la croissance de P. schreberi et P. crista-castrensis. Les résultats montrent également que les deux espèces ont une grande capacité à conserver le N (peu de pertes), et que cette conservation semble influencée par les conditions climatiques. Les pertes d’azote sont plus importantes durant les étés chauds et secs, comparativement aux étés frais et humides. Ces pertes d’azote dus au climat chaud sont probablement peu compensées par la FBA et les dépositions qui suffisent tout juste à supporter les besoins en azote liés à la croissance. Ceci suggère que d’autres sources d’azote sont nécessaires pour compenser les pertes d’azote et boucler le budget azoté des mousses. Une source probable d’azote pour boucler le budget azoté des mousses est l’acquisition d’azote du sol mais devra faire l’objet de plus d’études. En conclusion, dans ce doctorat une approche holistique combinée à l’utilisation de marqueurs isotopiques sur le terrain a permis d’établir la contribution de la FBA des mousses aux entrées de N dans les forêts d’épinettes noires au Québec (Chapitre 2), d’éclaircir les interactions entre utilisation des dépositions azotées et FBA (Chapitre 3), et d’évaluer la contribution de ces deux sources d’azotes (FBA et dépositions) aux besoins en azote pour la croissance des mousses dominantes dans l’Est Canadien. Cette étude contribue à mieux comprendre le rôle des mousses dans les apports de N dans les forêts d’épinettes noires de l’Est canadien et le rôle des diverses sources de N pour supporter la production primaire des mousses dominantes dans cette région.

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