Bienvenue sur le site de la Chaire AFD - Mousses et neige en ...chaireafd.uqat.ca/colloqueChaire/colloque2009/...que la température du sol pour la reprise des processus physiologiques

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


+ 5 à 7 ºC

en hiver

GIEC 2007


+ 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


Température du sol


Débourrement

Fluorescence



Mesure de photosynthèse

(ETRmax et Fv/Fm)


Température du sol


Débourrement

Fluorescence



Relations hydriques (δ18O et δ13C)

Source de N dans le sol (δ15N)


Température du sol


Débourrement

Fluorescence


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



-30

-20

-10

0

10

20

30


Date

Tem

péra

ture

(o

C)

Te

mp

éra

ture

(ºC

)

M+ (plus de mousse)





-30

-20

-10

0

10

20

30


Date

Tem

péra

ture

(o

C)

Te

mp

éra

ture

(ºC

)

M+ (plus de mousse)



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



C M+ M-0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

M-

ET

Rm

ax

ab

b

a


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



C M+ M-0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

M-

ET

Rm

ax

ab

b

a


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


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



C M+ M-0

20

40

60

80

100

120

140

160

C

ET

Rm

ax

b

aab


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



C M+ M-0

20

40

60

80

100

120

140

160

C

ET

Rm

ax

b

aab


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

-30

-20

-10

0

10

20

30


Date

Tem

péra

ture

(o

C)

Te

mp

éra

ture

(ºC

)N- (dégel accéléré)

N+ (dégel retardé)




-30

-20

-10

0

10

20

30


Date

Tem

péra

ture

(o

C)

Te

mp

éra

ture

(ºC






-30

-20

-10

0

10

20

30


Date

Tem

péra

ture

(o

C)

Te

mp

éra

ture

(ºC




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


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

.



C

N+

N-

-5

-4.5

-4

-3.5

-3

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

C

d15N

b

aa


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


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

.



C

N+

N-

-5

-4.5

-4

-3.5

-3

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

C

d15N

b

aa


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


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

.



C

N+

N-

-5

-4.5

-4

-3.5

-3

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

C

d15N

b

aa


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


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

.


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






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




Conclusions




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

Documents

Bienvenue sur le site de la Chaire AFD - Mousses et neige en ...chaireafd.uqat.ca/colloqueChaire/colloque2009/...que la température du sol pour la reprise des processus physiologiques