Soutenance mémoire
Évaluation d’un système de classification basé sur la probabilité de mortalité
Chapitre 2 Évaluation d’un système de classification basé sur la probabilité de mortalité
Introduction
Les forêts feuillues de l’Amérique du Nord ont commencé à être exploitées par coupe de jardinage au début du 20e siècle (O’Hara 2002). Ce type de coupe a l’avantage de maintenir la structure inéquienne des peuplements tout en assurant un rendement pérenne en bois (Arbogast 1957; Nyland 1998). Au Québec, les forêts feuillues ont en général été exploitées jusqu’en 1980 par des coupes à diamètre limite priorisant la récolte des tiges de grande valeur, une pratique aujourd’hui définie comme de « l’écrémage » (Laliberté et al. 2016). Ces coupes étaient associées à une récolte intéressante en bois de grande qualité, mais impliquaient une baisse de la qualité et de la productivité des peuplements résiduels (Guillemette et al. 2008).
Depuis le début des années 1980, les coupes à diamètre limite pratiquées au Québec ont progressivement été remplacées par des coupes de jardinage (e.g. Bédard et Majcen 2003). Afin d’améliorer davantage la vigueur et la qualité des peuplements résiduels, un nouveau système de classification basé sur la probabilité de mortalité des arbres a été instauré au Québec en 2005 (Boulet 2005). Visant à récolter les tiges les moins vigoureuses lors des coupes de jardinage, ce système définit la vigueur comme étant le risque de mortalité d’un arbre avant la prochaine récolte (Havreljuk et al. 2014; Boulet et Landry 2015).
Même si ce système de classification selon la « priorité de récolte » est basé sur les meilleures connaissances en pathologie forestière et que le suivi d’arbres dans provenant de plusieurs régions du Québec a suggéré son efficacité (Boulet et Landry 2015), peu d’études ont jusqu’à maintenant tenté de le valider de façon empirique. Parmi ces études, Guillemette et al. (2015) ont établi la probabilité de mortalité quinquennale de l’érable à sucre (Acer saccharum Marsh.), du bouleau jaune (Betula alleghaniensis Britton) et du hêtre à grandes feuilles (Fagus grandifolia Ehrh.) à partir de parcelles dans lesquelles deux 24 évaluations des classes de vigueur (MSCR) ont été réalisées à cinq ans d’intervalle. Ils ont pu conclure que les arbres avec la plus basse vigueur (M) ont bel et bien un risque de mortalité plus élevé que ceux des autres classes. Toutefois, les différences de risque de mortalité entre les autres classes de vigueur (S, C et R) étaient moins grandes ou non significatives. Fortin et al. (2008) ont obtenu des résultats semblables en faisant correspondre les classes de vigueur aux classes de vigueur-qualité (1-2-3-4) (Majcen et al. 1990). Hartmann et al. (2008) ont également évalué la capacité des classes « MSCR » à prévoir la probabilité de mortalité de l’érable à sucre à partir de données rétrospectives d’accroissement radial des arbres. Ils ont observé une différence significative entre les classes « M » et « R », mais aucune différence entre les classes « S », « C » et « R ».
Ce système de classification n’a toutefois jamais été validé à l’aide d’un indice de vigueur quantitatif fondé sur la production annuelle de bois par unité de surface foliaire (efficacité de croissance) (Waring et al. 1980). Cet indice met en relation la production de bois et la capacité photosynthétique d’un arbre. Comme la croissance en diamètre représente une des dernières priorités d’allocation des ressources chez un arbre (Waring 1987), elle est considérée comme un indicateur adéquat de la capacité d’un arbre à stocker de l’amidon. L’efficacité de croissance est ainsi reconnue comme étant un bon indicateur de la vigueur des arbres (Christiansen et al. 1987) et a notamment été utilisée avec succès pour étudier la mortalité des arbres (Waring 1987) et la dynamique de croissance au sein des peuplements (Waring et al. 1981). Elle a également été employée pour quantifier la vigueur de peuplements éclaircis de pin tordu (Pinus contorta Dougl.) (Mitchell et al. 1983; Waring et Pitman 1985; Coops et al. 2009), la probabilité de mortalité du sapin baumier (Abies balsamea (L.) Mill.) affecté par la tordeuse des bourgeons de l’épinette (Choristoneura fumiferana Clem.) (Coyea et Margolis 1994) et la réaction de peuplements résineux à une éclaircie commerciale (Boivin-Dompierre et al. 2017). Elle a aussi été utilisée pour étudier la vigueur de l’érable à sucre dans la région des Grands Lacs (Reed et al. 1994).
Puisque l’indice d’efficacité de croissance requiert de connaître la surface foliaire des arbres, il ne permet pas une évaluation rétrospective de la vigueur, ce qui peut être réalisé à l’aide d’indices purement dendrométriques basés sur l’analyse des cernes de croissance (Hartmann et al. 2008). De tels indices sont largement utilisés et sont également reconnus comme de bons indicateurs de la vigueur (e.g. Pedersen 1998; Yao et al. 2001; Bigler et Bugmann 2003; Duchesne et al. 2003; Hartmann 2008).
L’objectif général de cette étude était d’établir un lien entre le système de classification selon la probabilité de mortalité et deux variables de vigueur quantitatives afin de vérifier sa capacité à identifier les arbres peu vigoureux. Cet objectif général se décline en trois objectifs spécifiques. Le premier objectif était de vérifier le lien entre les classes de vigueur des arbres et l’indice d’efficacité de croissance. Le second objectif était d’utiliser un indice de vigueur basé uniquement sur la croissance pour vérifier si les changements temporels de vigueur sont accompagnés par des changements de classe de vigueur. Le troisième objectif était d’établir une relation entre l’indice d’efficacité de croissance et des variables d’état des arbres et des peuplements pour être en mesure d’estimer la vigueur quantitative d’un arbre sur le terrain sans prélever de carotte dendrométrique. Pour atteindre ces objectifs, nous avons étudié l’érable à sucre et le bouleau jaune en raison de leur importance écologique et économique dans les forêts feuillues tempérées de l’Amérique du Nord (Havreljuk et al. 2013). Nous avons échantillonné des arbres provenant de six stations réparties sur l’ensemble de la zone des forêts feuillues du Québec.
Méthodes
Aires d’étude
Les arbres échantillonnés proviennent de six stations couvrant une grande partie de la zone de la forêt feuillue du Québec. Trois stations sont situées sur des terres publiques (Mont-Laurier: 46,65 ºN, 75,64 ºO; Duchesnay: 46,65 ºN, 75,64 ºO; et Biencourt: 48,01 ºN, 68,50 ºO), alors que les trois autres stations sont situées sur des propriétés privées appartenant à Domtar Corporation (Montréal, Québec) (45,47°- 46,47°O, 70,33°- 71,75°O) (Figure 2.1).
La station de Mont-Laurier se trouve dans le domaine bioclimatique de l’érablière à bouleau jaune, alors que les stations de Duchesnay et de Biencourt se trouvent dans la sapinière à bouleau jaune. Les stations situées sur les propriétés de Domtar se situent dans le domaine de l’érablière à bouleau jaune et de l’érablière à tilleul d’Amérique (Tilia americana L.) (Saucier et al. 2009). Le domaine de l’érablière à tilleul d’Amérique est caractérisé par une saison de croissance de 160 à 190 jours, une température annuelle moyenne entre 4 et 5 °C et des précipitations annuelles moyennes de 1000 à 1150 mm. Le domaine de l’érablière à bouleau jaune est caractérisé par une saison de croissance de 160 à 180 jours, une température annuelle moyenne entre 2,5 et 5 °C et des précipitations annuelles moyennes de 950 à 1100 mm. Le domaine de la sapinière à bouleau jaune comporte une saison de croissance variant de 160 à 170 jours, une température annuelle moyenne entre 1,5 et 2,5 °C et des précipitations annuelles moyennes de 900 à 1100 mm. Le relief de toutes les stations est en général composé de collines bien drainées avec une pente moyenne de 15° sur un till de mince à épais (Robitaille et Saucier 1998). Toutes les stations échantillonnées étaient situées dans des peuplements naturels de structure inéquienne, composés d’érable à sucre (ERS), de bouleau jaune (BOJ) et d’érable rouge (Acer rubrum L.) avec une composition mineure de hêtre à grandes feuilles, de sapin baumier et d’épinette rouge (Picea rubens Sargent).
Échantillonnage
Les stations de Mont-Laurier et de Biencourt ont été échantillonnées en 2010 et 2011, respectivement. À la station de Duchesnay, un premier échantillonnage a eu lieu en 2007 et 2008, puis un deuxième a été réalisé en 2016. Les arbres de ces stations ont été sélectionnés aléatoirement en respectant une distribution uniforme des diamètres à hauteur de poitrine (DHP) et des classes de vigueur (Tableau 2.1). Sur les stations appartenant à Domtar, un premier échantillonnage a eu lieu en 2006, puis un deuxième en 2016. Les arbres de ces stations proviennent de placettes échantillons permanentes, de forme circulaire (rayon de11,28 m), qui ont été sélectionnées aléatoirement.
Pour chaque essence, les arbres sélectionnés avaient entre 19,1 et 61,0 cm de diamètre à hauteur de poitrine (DHP) et étaient distribués uniformément entre les classes de vigueur (Tableau 2.2). Lors de l’échantillonnage, le DHP (± 0,1 cm) et la classe de vigueur ont été notés pour chaque arbre. Nous avons aussi noté la hauteur totale et la hauteur de la base de la cime vivante (± 0,1 m). Le rayon de la cime (± 0,01 m) a ensuite été mesuré à partir du centre du tronc jusqu’à l’extrémité de la cime selon les quatre directions cardinales en utilisant une méthode de visée verticale (Russel et Weiskittel 2011). Une carotte dendrométrique a ensuite été prélevée à 1,3 m. Les carottes ont été séchées, collées sur des moulures de bois, puis sablées. La largeur des cernes a été mesurée avec le logiciel Windendro (Regent Instruments, Québec, Canada) et corrigée pour tenir compte du retrait radial lors du séchage.
Système de classification de la vigueur
Le système de classification de la vigueur est basé sur l’interprétation des défauts et des anomalies des arbres et vise à identifier en priorité ceux qui mourront ou se dégraderont avant la prochaine coupe, c’est-à-dire une période d’environ 20 ans (Boulet et Landry 2015). On s’intéresse à déterminer le premier défaut le plus grave sur un arbre, qui détermine sa classe de vigueur. Les défauts sont regroupés en huit catégories: 1) les sporophores et les stromas, 2) les nécroses du cambium, 3) les défauts du tronc, 4) les anomalies du pied et des racines, 5) les fentes et les fissures de l’écorce, 6) les vermoulures et les piqûres d’oiseaux, 7) les anomalies du houppier et 8) les défauts d’élagage et d’embranchement. Les classes se définissent comme suit : la classe M est pour les arbres voués à mourir d’ici la prochaine coupe (± 20 ans); la classe S pour les arbres qui risquent de se dégrader, mais dont la survie n’est pas menacée; la classe C pour les arbres défectueux, mais en croissance, à conserver, dont le bois marchand ne risque pas de se dégrader; et finalement la classe R pour les arbres d’avenir en réserve, sain et vigoureux.
Indices de vigueur
Nous avons utilisé l’indice d’efficacité de croissance pour sa capacité reconnue à évaluer adéquatement la vigueur des arbres. Nous avons également utilisé trois indices de vigueur basés uniquement sur la croissance afin de pouvoir évaluer la vigueur rétrospectivement à partir des carottes dendrométriques.
Indice d’efficacité de croissance
L’indice d’efficacité de croissance correspond à la production annuelle de bois par unité de surface foliaire (Waring et al. 1980). La surface foliaire a été estimée à partir de la surface de la cime à l’aide de la relation établie au chapitre 1. La production annuelle moyenne de bois a été déterminée en utilisant la largeur moyenne des cinq derniers cernes précédant l’année d’évaluation visuelle de la vigueur des arbres. La masse moyenne de bois produite annuellement par les arbres a été calculée avec l’équation 2.1, adaptée de Lambert et al. (2005) (Tableau 2.3).
Indices basés uniquement sur la croissance
Tous les indices basés sur la croissance ont été calculés pour les deux années auxquelles la classe de vigueur a été évaluée, et ce, pour des périodes t de 3, 5, 7 et 10 ans précédant l’année d’évaluation.
Le premier indice basé sur la croissance est l’accroissement en surface terrière de l’arbre pendant la période t considérée (Tableau 2.4). La surface terrière a été estimée à partir de la largeur des cernes de croissance. Le deuxième indice correspond au rapport entre l’accroissement en surface terrière d’une période considérée et la surface terrière au début de cette période. Le troisième indice de croissance correspond au rapport entre l’accroissement en surface terrière de la période considérée et l’accroissement en surface terrière d’une période de temps équivalente se terminant l’année précédant la période considérée. Cet indice permet de déterminer si la croissance d’un arbre est en augmentation (>1) ou en diminution (<1). Par exemple, pour une évaluation de la classe de vigueur faite en 2016, le premier indice calculé pour une période t de 3 ans correspond à l’accroissement en surface terrière des années 2013 à 2015. Nous n’avons pas considéré l’accroissement de l’année d’évaluation de la classe de vigueur puisque l’évaluation était faite durant la saison de croissance. Le deuxième indice calculé pour la même période correspond au rapport entre l’accroissement en surface terrière des années 2013 à 2015 et la surface terrière de l’arbre en 2012. Finalement, le troisième indice pour cette période correspond au rapport de l’accroissement en surface terrière des années 2013 à 2015 et des années 2010 à 2012.
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Table des matières
Introduction générale
Chapitre 1 – Estimation de la surface foliaire de l’érable à sucre et du bouleau jaune
1.1 Introduction
1.2 Méthodes
1.2.1 Aires d’étude
1.2.2 Échantillonnage
1.2.3 Surface foliaire
1.2.4 Estimateurs de la surface foliaire
1.2.5 Analyses statistiques
1.3 Résultats
1.3.1 Comparaison des estimateurs de surface foliaire
1.3.2 Modèle provincial
1.4 Discussion
1.4.1 Comparaison des estimateurs de la surface foliaire
1.4.2 Modèle provincial
1.5 Conclusion
Chapitre 2 – Évaluation d’un système de classification basé sur la probabilité de mortalité
2.1 Introduction
2.2 Méthodes
2.2.1 Aires d’étude
2.2.2 Échantillonnage
2.2.3 Système de classification de la vigueur
2.2.4 Indices de vigueur
2.2.5 Analyses statistiques
2.3 Résultats
2.3.1 Objectif 1
2.3.2 Objectif 2
2.3.3 Objectif 3
2.4 Discussion
2.4.1 Liens entre les classes de vigueur et l’efficacité de croissance
2.4.2 Éléments non pris en compte par l’indice d’efficacité de croissance
2.4.3 Estimation de l’efficacité de croissance à partir de variables d’état
2.5 Conclusion
Conclusion générale
Bibliographie
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