Global changes and the balsam fir ecosystem: effects of increased soil temperature, nitrogen deposition and water stress on soil chemistry and xylogenesis

La nature et l’intensité des changements environnementaux projetés par les modèles climatiques pour l’est du Canada pourraient affecter de manière significative l’écosystème de la forêt boréale. Dans cette thèse, j’ai testé expérimentalement l’effet de certains de ces changements (accroissement de la température du sol et des dépôts atmosphériques de N, sécheresse estivale) dans une sapinière boréale mature de la Réserve faunique des Laurentides, au Québec. L’objectif général de cette thèse consistait à évaluer l’adaptation du système sol/plante à ces changements. Dans une première expérience, des câbles chauffants ont été enfouis dans le sol et des gicleurs installés au-dessus de sapins baumiers (Abies balsamea (L.) Mill.) afin d’accroître la température du sol (+4°C), hâter la fonte de neige au printemps (2-3 semaines), et augmenter les dépôts atmosphériques d’azote (3x la concentration naturelle de NH4NO3 dans la pluie) pendant trois ans. Dans une seconde expérience, un épisode de sécheresse estivale (débutant en juillet) a été simulé deux années de suite à l’aide de membranes de polyéthylène maintenues au-dessus du sol et redirigeant l’eau de pluie hors des parcelles. Dans l’expérience de chauffage du sol et d’accroissement du N, la chimie du sol était mesurée à l’aide de résines échangeuses d’ions (PRS-probes) et d’extractions de sol, tandis que la respiration du sol a été mesurée dans une expérience d’incubation en laboratoire. La nutrition des arbres était évaluée à l’aide de l’analyse d’échantillons foliaires. La croissance radiale était suivie à l’aide de dendromètres, et la xylogénèse était mesurée grâce à l’analyse de micro-carottes de bois récoltées chaque semaine d’avril à octobre. Dans le cadre de la deuxième expérience, cette même approche d’analyse de micro-carottes de bois a permis de mesurer l’impact de la sécheresse sur la xylogénèse du sapin.Trois années de chauffage du sol ont réduit la quantité de carbone minéralisable dans le sol de 11-15%, avec des effets toutefois limités sur la quantité d’azote inorganique disponible (NH4 et NO3). La disponibilité du K, Mg et SO4 s’est respectivement accrue de 43, 44 et 79% dans l’horizon organique des sols chauffés, tandis que dans l’horizon minéral, la disponibilité du Mg, SO4 et Al était plus élevée de 29, 66 et 23%, respectivement. Les apports supplémentaires d’azote n’ont pas modifié le contenu du sol en éléments nutritifs disponibles. Ces traitements n’ont pas affecté la quantité de bois produite ou les concentrations foliaires en azote du sapin baumier. La fonte de neige hâtive provoquée par le réchauffement du sol n’a pas avancé l’initiation de la xylogénèse, bien que le pic de croissance radiale ait été atteint en moyenne huit jours plus tôt chez les arbres chauffés la deuxième année. Finalement, deux années consécutives de sécheresse estivale ont significativement réduit de 16.1% le diamètre des trachéides et accru l’épaisseur de leurs parois de 14.1% durant les deux années. De plus, le traitement a retardé de plus d’une semaine le processus de différentiation cellulaire la deuxième année, conjointement avec une baisse de 26% du nombre de trachéides produits.Si les réactions du sapin baumier observées ici se maintiennent à long-terme, l’espèce devrait être considérée relativement résiliente au réchauffement du sol et à la hausse des apports atmosphériques en N, mais sensible aux épisodes de sécheresse. Ainsi, une hausse de la fréquence et/ou de l’intensité des sécheresses pourrait avoir des conséquences majeures sur la productivité de la sapinière boréale. Cependant, d’autres variables environnementales majeures qui devraient être modifiées par les changements globaux n’ont pu être prises en compte dans le cadre de cette thèse (hausse de la température de l’air et de la concentration en CO2, etc.) et pourraient modifier la réponse de l’écosystème à l’accroissement de la température du sol, des dépôts de N et des sécheresses.

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