EFFECT OF STAND AGE ON AGING ERROR AND PRODUCTIVITY ESTIMATION OF BLACK SPRUCE STANDS

Contexte et problématique

L’épinette noire (Picea mariana (Mill.) B.S.P.) est l’espèce dominante des forêts boréales de 1 ‘Abitibi-Témiscamingue, principalement retrouvée dans le domaine bioclimatique de la pessière à mousses. Elle forme des massifs forestiers qui représentent près de 28 % de la superficie du Québec (Rowe 1972). Cette essence est particulièrement convoitée par les industries papetières et de sciage du fait de la très bonne qualité de sa fibre, longue, élastique et très résistante (Singh 1987, Alteyrac et al. 2006). Son bois dense, solide et facile à travailler, est utilisé pour la production de bois d’oeuvre et d’ingénierie, et permet également de produire facilement un papier de bonne qualité (Liu et al. 2007). Dans un contexte où les arbres sont récoltés de plus en plus loin des usines de transformation et où leur diamètre est moindre comparativement aux récoltes passées, il paraît important de s’interroger sur la pérennité de cette ressource et sur les méthodes de gestion qui permettraient d’assurer une production continue de bois sur le long terme.

Selon Garet et al. (2012), l’âge des arbres et des peuplements serait un bon indicateur de l’intégrité écologique des forêts. Une matrice forestière composée de peuplements d’âges variés serait aussi garante d’une ressource forestière pérenne. L’âge habituellement utilisé pour le calcul des possibilités forestières est celui mesuré à 1 rn de hauteur (Pothier et Savard 1998). Dans un contexte de coupe avec protection de la régénération et des sols, cette méthode d’évaluation de l’âge est valable, puisque les arbres résiduels auront bien souvent déjà atteint une hauteur de 1 m. Pour l’épinette noire, la régénération préétablie après coupe sera alors majoritairement issue de marcottage. Les semis établis après feu, par contre, présenteront une croissance juvénile très lente et atteindront une hauteur de 1 rn plusieurs dizaines d’années après la perturbation.

Or, il a été mis en évidence, chez l’épinette noire, une sous-estimation de l’âge mesuré au-dessus de la surface du sol comparativement à l’âge réel de l’arbre (DesRochers et Gagnon 1997). Ces différences proviennent d’une mauvmse localisation du collet (interface tige/racines) qui, chez 1 ‘épinette et d’autres espèces résineuses, se retrouve enfoui dans le sol (DesRochers et Gagnon 1997, Parent et al. 2000). La sous-estimation de l’âge pourrait impliquer une surestimation de la productivité des forêts avec comme conséquence possible une gestion inadaptée des peuplements sur le long terme. De plus, cela pourrait fausser les interprétations de la dynamique de régénération des peuplements en laissant croire par exemple que l’établissement des arbres par graines se fait sur une longue période de temps après feu.

État des connaissances

L’épinette noire présente plusieurs adaptations au milieu boréal. Son mode de régénération par graines issues de cônes semi-sérotineux est une adaptation aux feux de forêt, perturbation majeure modelant le paysage boréal. Cette méthode de multiplication, libérant un grand nombre de graines lors du passage d’un feu, permet une régénération rapide du peuplement (Gagnon et Morin 2001 ). Le substrat laissé après brûlis, à dominante minérale et riche en éléments nutritifs, facilite la germination et la croissance des semis (Landhaüsser et Wein 1993 ). Cela fait de 1′ épinette noire une espèce pionnière s’installant dans les cinq années suivant le feu (St-Pierre et al. 1992, Gagnon et Morin 2001). Une reproduction végétative par marcottage des branches basses intervient également (Krause et Morin 2005). La formation de racines adventives sur la tige est, quant à elle, une adaptation aux conditions pédologiques de la forêt boréale, caractérisées par des sols humides et froids, présentant par endroit une grande quantité de mousse (Fenton et al. 2005, Tarroux et al. 2014). Les racines adventives vont se substituer au système racinaire initial (Esau 1967, Krause et Morin 2005). Leur développement assure un bon ancrage de l’arbre au sol, et une bonne absorption des minéraux et de 1′ eau.

De même, 1 ‘arbre bénéficiera d’une meilleure oxygénation dans les substrats gorgés d’eau puisque ces structures se développent en surface (Gewehr et al. 2014). Une croissance horizontale du semis sur le substrat humide est souvent observée pendant les premières années. Elle permettrait à l’arbre de développer son système racinaire adventif. (DesRochers et Gagnon 1997, Parent et al. 2000). La croissance juvénile en hauteur peut alors être très lente en milieu boréal (Van Bogaert et al. 2015). Burns et Honkala (1990) indiquent même des taux de croissance en hauteur de 2,5 cm par an dans les environnements fortement paludifiés. Le collet peut être localisé par la différence anatomique visible entre la moelle de la tige et le cylindre vasculaire central de la racine (Esau 1967). Il est généralement admis que cette interface soit localisée au niveau du sol, avec les racines en dessous et la tige au-dessus. Cependant, puisque l’épinette noire développe un système racinaire adventif sur la tige elle-même, le collet est donc localisé sous ces racines. (DesRochers et Gagnon 1997, Parent et Morin 2002).

Or, les premiers cernes de croissance apparaissent uniquement sur la section de tige la plus proche du collet et ne sont donc pas visibles sur les sections situées plus haut. Ainsi, un décompte des cernes sur les parties aériennes de la tige sous-estimera l’âge de l’arbre. DesRochers et Gagnon (1997) ont observé une différence d ‘une vingtaine d’années entre l’âge mesuré au niveau du sol et l’âge réel de l’arbre, soit celui trouvé le plus près du collet, correspondant à l ‘ année de germination du semis. Des études sur d’aut res essences ont donné des résultats comparables, la sous-estimation pouvant atteindre plus de 20 ans chez le sapin baumier Abies balsamea (Parent et al. 2000), 37 ans chez l’épinette blanche Picea glauca (Gutsell et Johnson 2002), et 26 ans chez l’épinette de Norvège Picea abies (Niklasson 2002). De plus, l ‘enfouissement de la partie basse de la tige va induire un phénomène de défilement inverse (reversed taper), caractérisé par un arrêt de croissance radiale dans les parties souterraines de la tige (DesRochers et Gagnon 1997, Matison et Brümelis 2008, Wilmking et al. 2012). Ce phénomène se traduit par une absence de formation des cernes les plus récents sur les sections de tige souterraines (Fayle 1968, Peters et al. 2002). Ainsi, peu importe la section considérée, il est presque impossible de déterminer l’âge exact de l ‘arbre sans effectuer d’ interdatationjusqu’au collet (DesRochers et Gagnon 1997).

Plusieurs auteurs ont tenté de développer des corrections applicables à l’âge obtenu sur une section aérienne de tige. Tandis que Wong et Lertzman (200 1) et Pothier et Savard (1998) ont estimé une moyenne d’âge nécessaire à de jeunes arbres (gaules) pour atteindre la hauteur de carottage, Henry et Swan (1974) ajoutent à l’âge trouvé un nombre d’années moyen obtenu à partir de carottes prises au niveau du sol et de la hauteur de carottage. Ces correctifs manquent de fiabilité puisque l’épinette a une croissance très hétérogène tout au long de sa vie, selon la région d’étude, et cela même à l’échelle du peuplement. De plus, les années de croissance correspondant aux cernes sous le niveau du sol ne sont pas prises en compte. D’autres auteurs ont tenté de modéliser l’âge selon différents paramètres physiques de l’arbre (Leak 1985, Wong et Lertzman 2001, Matthes et al. 2008, Fraver et al. 2011) mais se sont également heurtés à la variabilité de la croissance de l’épinette et des conditions qui l’influencent. L’inclusion, au sein des modèles, de variables caractérisant le site (climat, caractéristiques édaphiques ou hydrologiques, végétation du sous-bois) permettrait d’ étendre leur aire d’application, afin de pouvoir prédire, avec un seul modèle, l’âge d’arbres poussant sur des sites aux conditions environnementales très différentes (Matthes et al. 2008, Rohner et al. 2013).

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Table des matières

LISTE DES FIGURES
LISTE DES TABLEAUX
LISTE DES ABRÉVIATIONS, SIGLES ET ACCRONYMES
RÉSUMÉ
CHAPITRE I INTRODUCTION GÉNÉRALE
1.1 Contexte et problématique
1.2 État des connaissances
1.3 Objectifs et hypothèses de départ
1.4 Méthodologie
1.5 Références bibliographiques
CHAPITRE II EFFECT OF STAND AGE ON AGING ERROR AND PRODUCTIVITY ESTIMATION OF BLACK SPRUCE STANDS
2.1 Abstract
2.2 Introduction
2.3 Methods
2.3.1 Study Sites
2.3.2 Field measurements and sample collection
2.3.3 Dendrochronological analysis
2.3.4 Data analyses
2.4 Results and discussion
2.4.1 Effect of stand age on aging error
2.4.2 Effect of aging error on the estimation of productivity
2.5 Management implications
2.6 Acknowledgements
2.7 Literature cited
CHAPITRE III CONCLUSION GÉNÉRALE
3.1 Résultats majeurs
3.2 Travaux futurs et implications pour 1 ‘aménagement forestier
3.3 Références bibliographiques