Bois mort et matière organique du sol

La dynamique des débris ligneux grossiers sur un site est affectée par le processus de décomposition (Stevens, 1997), processus qui dépend lui-même de plusieurs facteurs. Parmi eux, on retrouve 1 ‘espèce, le diamètre, l’activité biologique et la température (Foster et Lang, 1982 ~ Edmonds, 1987; MacMillan, 1988). Le processus de décomposition commence après la mort des arbres. Les arbres morts sont exposés à un assèchement et à une fragmentation graduelle. Les coléoptères xylophages ont un rôle important à jouer à ce niveau de la décomposition, surtout dans le cas d’une perturbation par le feu (Hutto, 1995). La dissolution et le lessivage des éléments solubles prennent place et éventuellement les arbres s’effondrent et s’étalent sur le sol. À ce moment, on observe une accentuation de la décomposition par les micro-organismes ainsi que par des transformations métaboliques de la matière organique. Celles-ci se présentent sous deux formes: 1- éléments solubles et /ou gazeux accessibles aux plantes et 2- complexes humiques stables qui sont accessibles aux plantes que graduellement (Laiho et Prescott, 1999).

Les DLG contribueront à la mise en disponibilité, après décomposition, des nutriments essentiellement par l’intermédiaire du lessivage de l’azote et des cations échangeables (Fahey et al. 1991., Titus et al., 1997). À partir du moment où les débris ligneux grossiers arrivent au sol, le processus de décomposition va en s’accentuant. Au cours de ce processus, des espèces végétales vont coloniser les DLG progressivement et fmissent par les recouvrir totalement (Hannon et al, 1986). Dans les sites pauvres comme les sables bien drainés, les débris ligneux grossiers restent plus longtemps visibles à cause des conditions hydriques qui ne favorisent pas une décomposition rapide (Béland et Bergeron, 1996). L’épaisseur de 1 ‘horizon de surface semble être en relation avec, le type et la sévérité de la perturbation, avec les conditions hydriques du site ainsi qu’avec la densité du peuplement (Foster et al., 1982). Après plusieurs années, les DLG se retrouvent enfouis à l’intérieur de l’horizon de surface et finissent à la fin du processus de décomposition par s’incorporer à la fraction stable de la matière organique (N’dayegamiye et Anger, 1993). De plus, une fois bien décomposés, ils contribuent, à la structure des sols, et au maintien du potentiel productif des sols forestiers (Harvey et al., 1981).

La matière organique contribue à la rétention en eau des sols directement via sa propre capacité à absorber l’eau et indirectement via son rôle dans le développement et le maintien de la structure du sol. Cependant, l’importance de la matière organique du sol pour la rétention en eau décroît à fur et à mesure que le contenu en argile augmente (Baldock et Nelson, 1999). La matière organique du sol contribue aussi largement à la rétention en nutriments des sols à texture grossière, qui possèdent un pouvoir de rétention hydrique et une capacité d’échange cationique limitée. La matière organique qui résulte en partie de la décomposition des débris ligneux grossiers contribue ainsi au pouvoir de rétention en eau, à la capacité d’échange cationique, à l’amélioration de la structure et à la modération de la température de la surface du sol (Marra et Edmond, 1994; Binkley et Richter, 1987; Gosz et al., 1986; Baldok et Nelson, 1999). Toutefois, il semblerait que la relation entre le bois mort et la productivité apparaît à long terme, du fait qu’à court terme l’effet de l’élimination du bois mort apparaît positif sur le maintien de la productivité.

Ceci s’expliquerait par l’immobilisation de l’azote par microorganismes impliqués dans la décomposition des DLG au dépend de la végétation, lors des premières phases de décomposition. Le processus de décomposition des DLG est lent et agit comme un puit en accumulant de grandes quantités de nutriments sur une longue période de temps avant de les libérer lorsqu’il aura atteint un stade de décomposition avancé (Paré et Bergeron, 1996). Nous pensons que la matière organique résultant de la décomposition des DLG est essentiel au maintien de la productivité des peuplements forestiers sur les sites grossiers. Sur ces sols, pauvre en matière organique et en nutriments, il est nécessaire de tenir compte des débris ligneux comme source importante de matière organique dans les peuplements dans un objectif de mitigation à l’appauvrissement des sols. La coupe forestière de même que les feux sévères et les perturbations naturelles de tout genre (chablis, les pathologies forestières) répétés et à court intervalle, peuvent modifier l’abondance des résidus grossiers et par conséquent, la quantité de matière organique des sols. Amiro et al. (2000) rapportent que l’équilibre dynamique entre les accumulations et les pertes de carbone, qui existe dans les vieilles forêts pourrait être affecté suite à des perturbations rapprochées. Dans des perturbations naturelles, la législation et la réglementation forestière en vigueur au Québec, incitent les coupes de récupération et ne semblent pas tenir compte de l’importance écologique des débris générés suite à une perturbation.

Description de la région d’étude

La région d’étude est située en Abitibi, dans le nord Ouest du Québec et s’étend entre les parallèles 48° à 49°15′ N et les longitudes 78°30′ à 79°30 E. Elle appartient au Bouclier canadien qui occupe 90 % de la superficie totale du Québec. Bien que marquée par une assise rocheuse d’origine volcanique, la région se caractérise par une pédogenèse déterminée par une évolution sur des dépôts d’origine quaternaires (Veillette, 2000) dont les tills, les dépôts fluvioglaciaires et des argiles glaciolacustres. Le climat régional est de type continental froid avec une pluviométrie annuelle de 857 mm et une température annuelle moyenne de 0,8 ac (Environnement Canada, 1993). Au plan phyto-géographique, la région d’étude se rattache au domaine bioclimatique de la forêt boréale mixte et présente une végétation typique de la sapinière à bouleau blanc (Bergeron et Dubuc, 1989).Certains de nos peuplements les plus en nord sont dans la partie sud de la pessière. Durant les cent dernières années, le territoire a subi de nombreux feux qui ont contribué à l’établissement d’une succession secondaire où le pin gris domine sur les sites xériques (Bergeron et Dubuc, 1989).

Le cycle de feu en Abitibi est de 100 à 150 ans selon le type de peuplement. Heinselman (1981) mentionne qu’en plus des feux destructeurs (feu de couronne) de forte intensité, les forêts de pin gris subiraient des feux non létaux (feux de surface) de faible intensité, dont le cycle serait de 25 années. Peu d’information existe concernant le régime des feux de surface pour la région de l’étude. Un régime de feu destructeur devrait engendrer des forêts équiennes de pin gris avec une structure d’âge qui serait caractérisée par une cohorte principale et l’absence d’une régénération (Dansereau et Bergeron, 1993). Les feux non létaux quant à eux, engendrent des peuplements inéquiennes. Ces derniers peuvent être issus d’une ou de plusieurs perturbations successives. Nous pouvons également trouver des individus de pin gris dont la naissance n’est pas liée au feu (Gagnon, 1990).

Analyses statistiques

Les moyennes et les écarts types des variables ont été calculées. Les relations entre 1′ abondance des débris ligneux et les temps depuis le dernier feu, estimé à partir de l’âge minimal des arbres récoltés, ont été décrites à l’aide de régressions linéaires polynomiales. Dans le cadre de cette étude, nous avons choisi une analyse qui nous permettait de voir les relations entre d’une part, les variables biophysiques (caractéristiques hydriques du sol minéral, du LFH, des débris ligneux grossiers) et d’autre part, l’indice de productivité qui est la hauteur à 25 ans. Ce qui était intéressant de voir surtout ce sont les relations causales entres nos variables. Pour se faire, nous avons utilisé l’analyse de coefficients de direction. Le coefficient de direction est une extension de la régression multiple (Sokal et Rohlf, 1981). Elle teste des relations causales entres variables et permet de décomposer et d’évaluer les relations linéaires qui existent entre un nombre restreint de descripteurs. Elle permet surtout d’émettre des hypothèses à priori et puis de les vérifier. On utilise dans le cadre de cette analyse des variables centrées réduites.

L’avantage d’utiliser de telles variables est de comparer directement leurs poids indépendamment de l’échelle respective des différentes variables. Ces relations peuvent êtres subdivisées en effets directs et indirects (Legendre et Legendre 1998). Afin de déterminer le modèle expliquant adéquatement et parcimonieusement les IQS2sans, une analyse de régression multiple par élimination ou par sélection régressive a été utilisée, au seuil de p::;; 0.15 Ainsi, un modèle conceptuel a été établi où l’ordre d’incidence des variables est connu. La variable expliquée dans ce modèle est la hauteur à 25 ans, que nous avons essayé d’expliquer à partir de nos variables de porosité, de rétention et de capacité d’échange cationique (CEC). Ces derniers devraient avoir un effet direct sur l’IQS 25 ans· Nous avons par la suite, fait entrer dans le modèle les variables qui pourraient avoir quant à elles un effet indirect sur l’ IQS 25 ans à travers leurs effets directs sur les variables de rétention hydrique et de CEC. Cela nous a permis de savoir de quelle manière ces variables interagissent sur la productivité du pin gris.

Abondance des débris ligneux (chicots, biÜes et bois enfouis) en fonction du temps depuis le dernier feu 1 Théoriquement, le patron de la dynamique df.’:S débris ligneux à travers le temps indique une accumulation des débris en forme de U en allant d’un maximum après perturbation (feu, chablis, épidémie) à un minimum .durant la croissance de la nouvelle formation et enfin à un maximum de DLG lors de 1J période de sénescence (Harmon et al, 1986). On peut cependant retrouver des modèlJs de dynamique des DLG qui ne suivent pas une distribution en «U». L’absence d’unb diminution de charge initiale suite a une perturbation peu sévère et /ou un taux de décol position rapide des espèces font la i différence dans la forme du modèle d’accumulation JHely et al, 1999). Dans le cadre de notre étude, la distribution des DLG de surface à trav~rs le temps suit une allure en « U » bien que notre échantillonnage ne nous ait pas pe, is de trouver des peuplements plus jeunes que 43 ans et que nos pinèdes les plus âgées n’aient pas encore atteint le stade de ! sénescence.

Par contre, les DLG enfouis ne suivent lpas la même allure de distribution. Nous pensons que ce n’est donc pas le temps qui in~uencerait leurs accumulations mais 1 plutôt les facteurs liés à la décomposition de cbs derniers ainsi que le potentiel d’établissement de la végétation de sous bois qui peJ et leur recouvrement. 1 McFee et Stone (1966) et Lambert et al. (l r 80) rapportent la présence de bois mort enfoui dans de sols forestiers. Les quantités rapportées par Stone et McFee sont 1 supérieures aux nôtres mais représentent un pourcer age similaire du poids total de la couverture morte du sol (17 à 26 %). Les volumes reportés par Harvey et al. (1981) dans les peuplements de sapin Douglas étaient beaucoup J 1us élevés (373 – 230m3 ha- 1 ) mais 1 1 1 sont le fruit d’inputs plus importants. La variabilité d1 bois enfoui doit être düe en partie au caractère stochastique de la chute des arbres après feu et de la vitesse de recouvrement par la litière et la végétation. La variabilité inter- stationnelle relative au . volume des arbres morts debout exprime une différence dans le stade de développem~r.t de ces peuplements. En effet, la mortalité dans des peuplements équiennes dépend de. la densité et de la taille moyenne 1 des arbres (Newton et Weetman, 1994). Cette varia~ilité peut aussi être le fruit d’une variation dans l’historique des perturbations locales.