Mousses et neige en forêt boréale:
Les effets des changements climatiques
sur l’épinette et le tremble
Emmanuelle Fréchette, UQÀM
Frank Berninger, UQÀM
Yves Bergeron, UQÀM-UQAT
Ingo Ensminger, Institut de recherche forestière Baden-Württemberg
Arthur Gessler, Université de Fribourg
11e colloque annuel de la Chaire AFD
Rouyn-Noranda, 9 décembre 2009
Mise en contexteLa température du sol en forêt
Absorption de l’eau et des nutriments
‒ Viscosité de l’eau
‒ Perméabilité des racines
‒ Croissance et métabolisme des racines
Activité biologique du sol
‒ Taux de décomposition de la MO
‒ Disponibilité des nutriments
Mise en contexteLes régulateurs de la température du sol en forêt
Neige‒ ↓ conductivité thermique, ↑ albédo
‒ Empêche le sol de geler en profondeur en hiver
‒ Protège le sol contre les variations de températures au printemps
Mousse‒ ↓ conductivité thermique, barrière contre les rayons du soleil
‒ Réduit la profondeur du gel en hiver
‒ Réduit les variations de température au printemps et en été
‒ Garde le sol plus frais en été
Mise en contexteLe réchauffement climatique
GIEC 2007
Mise en contexteLe réchauffement climatique
+ 5 à 7 ºC
en hiver
GIEC 2007
Mise en contexteLe réchauffement climatique
+ 5 à 7 ºC
en hiver
+ 20% de
neige en
hiver
GIEC 2007
Objectifs
Examiner la réponse physiologique de l’épinette noire et du peuplier faux-tremble à des températures du sol hivernales, printanières et estivales plus chaudes et plus froides.
Comparer les réponses des deux espèces et prévoir un éventuel changement de composition de la forêt boréale.
Anticiper les changements possibles de productivité de la forêt boréale.
vs.
MéthodologieSite à l’étude
Sud-ouest du territoire de la Baie James (UAF 8551)
Pessière à mousses
Gleysol
1.2ºC; 222 cm de neige
Feu de forêt en 1997
Google 2007
• Val d’OrRouyn-Noranda •
LaSarre •
• Villebois
MéthodologieDispositif expérimental
42 x 42 x
M+Plus de mousses(plus froid en été)
Ajout de 15 cm de sphaignes sur un rayon d’1 m
autour des arbres
M-Moins de mousses(plus chaud en été)
Retrait de la matière organique sur un rayon d’1 m
autour des arbres
N+Dégel retardé(plus froid au printemps)
Retrait de la neige en février et ajout de neige et
d’un isolant en avril
N-Dégel accéléré(plus chaud au printemps)
Retrait de la neige en avril
F Fertilisant Ajout de 140 kg N/ha
C Contrôle -
MéthodologiePrise de données
Température du sol
Conditions climatiques
Débourrement
Fluorescence
Contenu isotopique des feuilles
Contenu nutritionnel des feuilles
MéthodologiePrise de données
Température du sol
Conditions climatiques
Débourrement
Fluorescence
Contenu isotopique des feuilles
Contenu nutritionnel des feuilles
Mesure de photosynthèse
(ETRmax et Fv/Fm)
MéthodologiePrise de données
Température du sol
Conditions climatiques
Débourrement
Fluorescence
Contenu isotopique des feuilles
Contenu nutritionnel des feuilles
Relations hydriques (δ18O et δ13C)
Source de N dans le sol (δ15N)
MéthodologiePrise de données
Température du sol
Conditions climatiques
Débourrement
Fluorescence
Contenu isotopique des feuilles
Contenu nutritionnel des feuilles C, N et C/N
RésultatsTraitements mousse – Température du sol
Profiles de température de l’air et du sol pour les traitements de mousses
-30
-20
-10
0
10
20
30
19-déc-07 17-févr-08 17-avr-08 16-juin-08 15-août-08
Date
Tem
péra
ture
(o
C)
Te
mp
éra
ture
(ºC
)
M+ (plus de mousse)
M- (moins de mousse)
Température de l’air
RésultatsTraitements mousse – Température du sol
Profiles de température de l’air et du sol pour les traitements de mousses
-30
-20
-10
0
10
20
30
19-déc-07 17-févr-08 17-avr-08 16-juin-08 15-août-08
Date
Tem
péra
ture
(o
C)
Te
mp
éra
ture
(ºC
)
M+ (plus de mousse)
M- (moins de mousse)
Température de l’air
RésultatsTraitements mousse – Température du sol
Profiles de température de l’air et du sol pour les traitements de mousses
-30
-20
-10
0
10
20
30
19-déc-07 17-févr-08 17-avr-08 16-juin-08 15-août-08
Date
Tem
péra
ture
(o
C)
Te
mp
éra
ture
(ºC
)
M+ (plus de mousse)
M- (moins de mousse)
Température de l’air
RésultatsTraitements de mousse
ETRmax de l'épinette durant sa reprise initiale
C M+ M-0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
M-
ET
Rm
ax
ab
b
a
%N de l'épinette au printemps
C M+ M-0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
M-
%N
a
b
a
RésultatsTraitements de mousse
ETRmax de l'épinette durant sa reprise initiale
C M+ M-0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
M-
ET
Rm
ax
ab
b
a
%N de l'épinette au printemps
C M+ M-0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
M-
%N
a
b
a
Photosynthèse
réduite en sol
+ chaud
RésultatsTraitements de mousse
ETRmax de l'épinette durant sa reprise initiale
C M+ M-0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
M-
ET
Rm
ax
ab
b
a
%N de l'épinette au printemps
C M+ M-0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
M-
%N
a
b
a
Photosynthèse
réduite en sol
+ chaud
Assimilation
de N réduite
en sol + chaud
RésultatsTraitements de mousse
ETRmax du peuplier durant toute la saison
C M+ M-0
20
40
60
80
100
120
140
160
C
ET
Rm
ax
b
aab
%N du peuplier à la mi-août
C M+ M-0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
C
%N
b
a
b
RésultatsTraitements de mousse
ETRmax du peuplier durant toute la saison
C M+ M-0
20
40
60
80
100
120
140
160
C
ET
Rm
ax
b
aab
%N du peuplier à la mi-août
C M+ M-0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
C
%N
b
a
b
Photosynthèse
réduite en sol
+ chaud
RésultatsTraitements de mousse
ETRmax du peuplier durant toute la saison
C M+ M-0
20
40
60
80
100
120
140
160
C
ET
Rm
ax
b
aab
%N du peuplier à la mi-août
C M+ M-0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
C
%N
b
a
b
Meilleure
assimilation de
N en sol + froid
Photosynthèse
réduite en sol
+ chaud
RésultatsTraitements de neige – Température du sol
Profiles des températures de l’air et du sol pour les traitements de neige
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Date
Tem
péra
ture
(o
C)
Te
mp
éra
ture
(ºC
)N- (dégel accéléré)
N+ (dégel retardé)
Température de l’air
RésultatsTraitements de neige – Température du sol
Profiles des températures de l’air et du sol pour les traitements de neige
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0
10
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19-déc-07 17-févr-08 17-avr-08 16-juin-08 15-août-08
Date
Tem
péra
ture
(o
C)
Te
mp
éra
ture
(ºC
)N- (dégel accéléré)
N+ (dégel retardé)
Température de l’air
RésultatsTraitements de neige – Température du sol
Profiles des températures de l’air et du sol pour les traitements de neige
-30
-20
-10
0
10
20
30
19-déc-07 17-févr-08 17-avr-08 16-juin-08 15-août-08
Date
Tem
péra
ture
(o
C)
Te
mp
éra
ture
(ºC
)N- (dégel accéléré)
N+ (dégel retardé)
Température de l’air
RésultatsTraitements de neige
d15N de l'épinette au printemps
C
N+
N-
-5
-4.5
-4
-3.5
-3
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
C
d15N
b
aa
%N de l'épinette au printemps
C N+ N-0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
C
%N
baa
Fv/Fm de l'épinette durant sa reprise initiale
C N+ N-0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
C
Fv/F
m
b
aa
.
RésultatsTraitements de neige
d15N de l'épinette au printemps
C
N+
N-
-5
-4.5
-4
-3.5
-3
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
C
d15N
b
aa
%N de l'épinette au printemps
C N+ N-0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
C
%N
baa
Fv/Fm de l'épinette durant sa reprise initiale
C N+ N-0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
C
Fv/F
m
b
aa
Photosynthèse
réduite en sol
+ chaud
.
RésultatsTraitements de neige
d15N de l'épinette au printemps
C
N+
N-
-5
-4.5
-4
-3.5
-3
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
C
d15N
b
aa
%N de l'épinette au printemps
C N+ N-0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
C
%N
baa
Fv/Fm de l'épinette durant sa reprise initiale
C N+ N-0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
C
Fv/F
m
b
aa
Photosynthèse
réduite en sol
+ chaud
Assimilation
de N réduite
en sol +
chaud
.
RésultatsTraitements de neige
d15N de l'épinette au printemps
C
N+
N-
-5
-4.5
-4
-3.5
-3
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
C
d15N
b
aa
%N de l'épinette au printemps
C N+ N-0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
C
%N
baa
Fv/Fm de l'épinette durant sa reprise initiale
C N+ N-0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
C
Fv/F
m
b
aa
Photosynthèse
réduite en sol
+ chaud
Assimilation
de N réduite
en sol +
chaud
Réduction de 15N en sol
+ froid
.
RésultatsTraitements de neige
Aucun effet des traitements sur la photosynthèse, les
isotopes ou le contenu nutritionnel des feuilles
Développement des bourgeons 4 jours plus tôt dans le
traitement N- (plus chaud), que dans le traitement N+
(plus froid)
Interprétation des résultatsPourquoi cette réponse inattendue?
En règle générale, les arbres des traitements mousse et neige ont mieux performé dans le sol froid, et ont montré des réponses négatives en sol chaud
Un facteur autre que la température du sol est intervenu pour influencer la réponse des arbres
Nos résultats suggèrent que les arbres affectés n’ont pas souffert d’un stress hydrique, mais plutôt d’une carence nutritionnelle
Interprétation des résultatsUne histoire de microbiologie…
Cette carence nutritionnelle a été attribuée à une microbiologie du sol affectée par l’absence d’isolation au sol
De plus grandes variations de températures du sol dues à l’absence d’une couche de mousses et l’enlèvement de la neige au printemps a vraisemblablement nui:
1. aux organismes décomposeurs du sol
2. aux champignons mycorrhiziens
Interprétation des résultatsL’épinette affectée davantage que le peuplier
Interprétation des résultatsL’épinette affectée davantage que le peuplier
Interprétation des résultatsL’épinette affectée davantage que le peuplier
Interprétation des résultatsL’épinette affectée davantage que le peuplier
Interprétation des résultatsL’épinette affectée davantage que le peuplier
Interprétation des résultatsL’épinette affectée davantage que le peuplier
Conclusions
La disponibilité des nutriments serait un facteur encore plus limitant que la température du sol pour la reprise des processus physiologiques.
Les mousses et la neige semblent influencer grandement les dynamiques nutritionnelles du sol.
Dans le futur, une saison de neige plus courte pourrait nuire à la productivité des deux espèces, et affecter particulièrement l’épinette noire.
Conclusions
La disponibilité des nutriments serait un facteur encore plus limitant que la température du sol pour la reprise des processus physiologiques.
Les mousses et la neige semblent influencer grandement les dynamiques nutritionnelles du sol.
Dans le futur, une saison de neige plus courte pourrait nuire à la productivité des deux espèces, et affecter particulièrement l’épinette noire.
Conclusions
La disponibilité des nutriments serait un facteur encore plus limitant que la température du sol pour la reprise des processus physiologiques.
Les mousses et la neige semblent influencer grandement les dynamiques nutritionnelles du sol.
Dans le futur, une saison de neige plus courte pourrait nuire à la productivité des deux espèces, et affecter particulièrement l’épinette noire.
Remerciements
Frank Berninger
Yves Bergeron
Ingo Ensminger
Arthur Gessler
Stéphane Daigle
Philippe Juneau
Mélanie Desrochers
Kasia Richer-Jurascek
Marie-Noëlle Caron
Raymond Lanctôt
Guillaume Sainte-Marie
Guillermo Gea Izquierdo
Aurélie Terrier
Fonds québécois de recherche
sur la nature et les technologies
Centre d’étude de la forêt
Chaire en aménagement
forestier durable
Chaire du Canada en
productivité forestière