Description des systèmes sylvicoles

Croissance des arbres résiduels

La production ligneuse est l’une des principales préoccupations de l’industrie forestière et cette vision est également incluse dans l’AFE. Connaître l’effet d’un traitement sur la croissance des arbres est très intéressant afin d’évaluer son rendement, ainsi que les facteurs qui déterminent la production ligneuse. Les effets des coupes partielles sur la production ligneuse du peuplement résiduel commencent peu à peu à être mieux connus dans le contexte de la forêt boréale. À l’aide de cette approche, des études ont été menées avec différents traitements et différentes espèces en Scandinavie (Lähde, Eskelinen et Väänänen, 2002 ; Pape, 1999 ;Peltola et al., 2002 ; Pukkala, Lähde et Laiho, 2009) et en Amérique du Nord (Bourgeois, Messier et Brais, 2004 ; Goudiaby et al., 2012 ; Raulier, Pothier et Bernier, 2003 ; Schneider et al., 2008 ; Thorpe, Thomas et Caspersen, 2007). En général, tous les travaux abordés montrent qu’après une intervention, il se produit une augmentation de la croissance des tiges résiduelles provenant de la diminution de la densité du peuplement et de la compétition.

La réponse de l’épinette noire dépend de l’intensité de la coupe partielle; l’augmentation de la croissance est souvent marginale, voire non significative pour des coupes de l’ordre de 30%, tandis qu’elle est marquée et significative pour des coupes de 50% (Goudiaby et al., 2012 ; Pamerleau-Couture et al., 2015 ; Soucy, Lussier et Lavoie, 2012 ; Vincent, Krause et Zhang, 2009). Normalement, la réponse de la croissance des arbres n’est pas homogène au travers le temps (temps de réponse de trois à cinq ans après l’intervention), spatiale (p. ex. l’effet de bordure, la productivité de la station) et peuplement (grande variabilité individuelle des arbres p. ex. le statut écologique, l’âge, la génétique). De plus, selon l’intensité de coupe et le type de traitement sylvicole appliqué, les réponses de croissance des arbres pourraient être differentes.

Mortalité

Dans le contexte de l’aménagement des coupes partielles, un aspect qui suscite le plus d’intérêt est la mortalité après coupe causée par les chablis. Les coupes partielles et les éclaircies contribuent à augmenter la pénétration du vent dans le peuplement résiduel, ce qui augmente le risque de chablis (Gardiner, 1995 ; Riopel, Bégin et Ruel, 2010 ; Ruel, 1995 ; Savill, 1983). Cet effet se fait sentir surtout durant les cinq premières années après le traitement (Jönsson et al., 2007 ; MacIsaac et Krygier, 2009 ; Ruel, 2000 ; Thorpe, Thomas et Caspersen, 2008). Lorsque le peuplement n’est pas exposé au vent par la proximité de grandes ouvertures ou par une situation topographique à risque. Selon Ruel, Mitchell et Dornier (2002), la méthode des CPR faisant intervenir une coupe d’ensemencement légère peut être appliquée en sapinière, sans crainte de chablis intenses.

Les chablis font partie des perturbations naturelles qui jouent un rôle actif dans le cycle évolutif des forêts (Bouget et Duelli, 2004). Cependant, il y a certains endroits où la fréquence des feux est faible et où les chablis (associés ou non aux épidémies d‘insectes) pourraient constituer la perturbation dominante et jouer un rôle majeur dans la dynamique forestière (DeGayner et al., 2005), comme dans le cas de la Côte-Nord dont le cycle de feu a été estimé entre 270 et 500 ans (Cyr, 2011). De cette manière, les chablis peuvent favoriser le passage d’un couvert dominé par le sapin à un couvert dominé par l’épinette noire, ce premier étant particulièrement sensible à ce type de perturbation (Ruel, 2000).

Régénération

La régénération naturelle est l’une des problématiques principales de la gestion des forêts, et l’une des questions sylvicoles plus étudié dans le passé (Dekatoff, 1932 ; Gilmour, 1966 ; Holman, 1927) et plus récemment (Agestam et al., 2003 ; Beland et al., 2000 ; Béland, Calmels et Bergeron, 2010; Holgén et Hånell, 2000 ; MacDonald et Thompson, 2003), parce que ce processus représente la continuité et le futur de la fôret : les semis. La régénération naturelle est même devenue l’élément clé et le premier élément de la stratégie d’aménagement forestier durable des forêts publiques au Québec depuis 20 ans (Prévost,1996).

Les premiers travaux sur la régénération naturelle de l’épinette noire ont consisté en des inventaires de régénération, dont le plus connu est celui de Candy (1951) qui couvre tout le Canada, du Québec à les Rocheuses. Concernant les mécanismes de régénération de l’épinette noire, il est important de noter que selon Frisque et Vézina (1977) c’est une espèce qui peut être régénérée par reproduction végétative (marcottage; travaux Doucet 1987-2000) et par semis (Prévost, 1996). La germination de l’épinette noire est épigée et a généralement lieu au printemps ou lors de l’été suivant la dispersion. Les années semencières se produisent tous les 4 à 5 ans et l’épinette noire produit son maximum de graines entre 50 et 150 ans. Une partie des graines rassemblées au sommet de l’arbre dans des cônes semi-sérotineux survivent à la chaleur intense du feu (Morin et Gagnon, 1991), ce qui contribue à ce que l’épinette noire soit très bien adaptée à se régénérer rapidement après un feu (Heinselman,1973).

La régénération par graine ou sexuée de l’épinette noire dépend de la réceptivité des lits de germination et de leur évolution après coupe. Cette germination se développe sur un sol minéral avec ombrage latéral. Plusieurs études dans les écosystèmes forestiers boréaux ont démontré que la majorité des peuplements d’épinettes noires proviennent de graines après feu (Cogbill, 1985 ; Gagnon et Morin, 2001 ; Heinselman, 1981 ; Morin et Gagnon, 1991).

Cependant, la régénération préétablie est souvent constituée à plus de 80% de marcottes (Doucet et Boily, 1987 ; Frisque et Vézina, 1977 ; Groot, 1984 ; Richardson, 1982). En consequence, la pessière ne se régénère pas par semis d’origine sexuée (la plupart du temps) à moins qu’un feu ne survienne dans un peuplement comportant des sources de semence à maturité (Caron, 1988).

Les effets des coupes partielles ont commencé à être mieux connues dans différents champs d’application en forêt boréale canadienne (Kneeshaw et al., 2002; Man et al., 2008 ; Raymond, 1998 ; Waterhouse et al., 2010). Au Québec, de nombreuses études sur les coupes partielles ont été réalisées récemment dans les forêts de conifères, de feuillus et mixtes, avec des objectifs de recherche différents: la dynamique des populations, la régénération, la valeur et la qualité du bois, la croissance et la mortalité (Archambault et al., 2003 ; Fenton et al., 2013; Fortin, Bégin et Bélanger, 2003 ; Gastaldello, 2005 ; Riopel, Bégin et Ruel, 2010). Au contraire, dans le cas des CPR il reste encore de nombreuses questions en matière d’aménagement forestier au Québec.

Description des systèmes sylvicoles

Pour ce projet, nous avons comparé trois variantes du système de CPR, une coupe avec réserve de semencier, une CPRS et un témoin sans intervention. Il s’agit dans tous les cas de systèmes de CPR à deux interventions, la première visant l’établissement et le développement de la régénération et la seconde la récolte finale du peuplement résiduel. Dans les coupes progressives, le développement de la régénération s’effectue sous couvert partiel, tandis que pour la coupe avec réserve de semenciers, il s’effectue à découvert. Les systèmes varient selon le patron de distribution spatial du réseau de sentier et la répartition de l’intensité de coupe dans le peuplement. L’intensité de la coupe partielle était de 50% pour les traitements de CPR, de 75% pour la réserve de semencier et de 100% pour la CPRS.

Les systèmes sont conçus de manière à optimiser les déplacements des équipements et à concentrer la récolte partielle à proximité de l’abatteuse. Lors du choix des arbres à abattre, la récolte est concentrée dans les grandes tiges de manière à réduire les coûts de récolte par mètre cube. On présume que le peuplement résiduel, incluant les bandes intactes, produit suffisamment de graines et d’ombrage pour assurer la régénération. L’expérimentation porte sur la première intervention de coupe et de traitement de scarifiage. Les coupes ont eu lieu à l’été et l’automne .

Traitement de scarifiage

Le scarifiage consiste à repousser les débris de coupe et la couche d’humus, de manière à exposer l’horizon minéral superficiel, tout en évitant de creuser trop profondément et d’exposer les horizons profonds, pour favoriser l’ensemencement des arbres sur pied (Ford-Robertson,1971).

Le traitement du sol a été réalisé avec l’’objectif de maximiser le nombre et la distribution des lits de germination favorables à l’établissement de l’épinette noire. Seules les unités expérimentales de coupes partielles font l’objet d’un scarifiage. Le scarifiage est réalisé à la pelle rétrocaveuse de moyenne dimension (10 tonnes), équipé d’un godet d’un mètre cube, à partir des sentiers de débardage existants . Le scarifiage est effectué par placeaux sous couvert rectangulaires (poquets) de 1 m x 2 m dans le sentier et entre les arbres dans la bande d’intervention située de part et d’autre du sentier, jusqu’à concurrence de 1000 placeaux/ha. Pour limiter les blessures aux tiges résiduelles, l’opérateur avait la consigne de ne pas effectuer de placeaux à moins d’un mètre d’une tige marchande. De plus, l’opérateur devait s’abstenir d’effectuer un placeau là où un groupe de régénération d’épinette de plus de 30 cm était établi. La présence de blocs erratiques et d’affleurements rocheux est un autre facteur qui limite parfois le respect du patron de scarifiage.

Table des matières

CHAPITRE I 
1.1. Contexte
1.2. État des connaissances
1.2.1. Croissance des arbres résiduels
1.2.2. Mortalité
1.2.3. Régénération
1.3. Objectifs et hypothèses
1.4. Approche méthodologique
1.4.1. Aire d’étude
1.4.2. Caractéristiques du dispositif expérimental
1.4.3. Description des systèmes sylvicoles
1.4.4. Traitement de scarifiage
1.4.5. Plan d’échantillonnage général
1.4.6. Méthodologie pour l’étude de la croissance
1.4.7. Méthodologie pour l’étude de la mortalité
1.4.8. Méthodologie pour l’étude de la régénération
1.5. Structure de la thèse
CHAPTER II 
2.1. Abstract
2.2. Graphical abstract
2.3. Introduction
2.4. Material and Methods
2.4.1. Study area
2.4.2. Experimental design
2.4.3. Silvicultural treatments
2.4.4. Plot measurements and compilation
2.4.5. Dendroecological data
2.4.6. Data analysis
2.5. Results
2.5.1. Stand attributes
2.5.2. Radial growth response
2.6. Discussion 
2.6.1. Radial growth response
2.6.2. Factors influencing growth response
2.7. Conclusions
2.8. Author Contributions 
2.9. Supplementary Materials
CHAPITRE III
3.1. Abstract 
3.2. Introduction
3.3. Material and Methods
3.3.1. Study area
3.3.2. Experimental design
3.3.3. Silvicultural treatments
3.3.4. Plot measurements
3.3.5. Assessment of radial growth
3.3.6. Individual radial growth patterns
3.3.7. Factors influencing the growth patterns
3.4. Results
3.4.1. Individual radial growth patterns
3.4.2. Factors influencing the growth patterns
3.5. Discussion
3.5.1. Determination of growth patterns with individual nonlinear models
3.5.2. Factors influencing the occurrence of growth patterns
3.6. Conclusions
3.7. Author Contributions
CHAPTER IV
4.1. Abstract
4.2. Introduction
4.3. Material and Methods
4.3.1. Study area
4.3.2. Experimental design
4.3.3. Silvicultural treatments
4.3.4. Study variables: Measurements and compilation
4.3.5. Data analysis
4.4. Results 
4.4.1. Mortality
4.4.2. Factors influencing mortality and windthrow
4.5. Discussion
4.5.1. Mortality and windthrow
4.5.2. Factors influencing tree mortality
4.6. Conclusions
4.7. Author Contributions
4.8. Supplementary Materials
CHAPTER V
5.1. Abstract 
5.2. Introduction
5.3. Material & Methods 
5.3.1. Study area
5.3.2. Silvicultural treatments
5.3.3. Experimental design
5.3.4. Plot measurements and compilation
5.3.5. Data analysis
5.4. Results 
5.4.1. Stocking, density and growth of seedlings
5.4.2. Factors influencing regeneration process: stocking and growth
5.5. Discussion
5.5.1. Density and growth of seedlings
5.5.2. Factors influencing the regeneration process: stocking and growth
5.5.3. Management implications
5.6. Conclusions
5.7. Supplementary Materials
6. CONCLUSION GÉNÉRALE 
6.1. Contributions majeures de la thèse 
6.1.1. Croissance
6.1.2. Mortalité
6.1.3. Régénération
6.2. Limites de l’étude
6.3. Perspectives de recherche
7. RÉFÉRENCES 

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