Expansion nordique de la tordeuse des bourgeons de l ... avril 2013.pdf · Plan de la présentation Mise en contexte Changements climatiques et impacts Épidémie en développement

Expansion nordique de la tordeuse des bourgeons de l’épinetteet résilience de la forêt boréale

Louis De Grandpré, chercheur scientifique,écologie végétale et dynamique forestièreRNCan - SCF - CFL

Deepa Pureswaran, chercheuse scientifique, écologie et dynamique des des populations d’insectes forestiers

RNCan-SCF-CFL

Colloque du CFLQuébec, 11 avril 2013

Colloque du CFLQuébec, 11 avril 2013

Expansion nordique de la tordeuse des bourgeons de l’épinette et résilience de la

forêt boréaleDeepa Pureswaran1, Louis De Grandpré1

et Dan Kneeshaw2

1Centre de foresterie des Laurentides, Service canadien des forêts2Université du Québec à Montréal, Centre d’études de la forêt

Plan de la présentationPlan de la présentation

Mise en contexte

Changements climatiques et impacts

Épidémie en développement sur la Côte-Nord

Dispositif

Résultats préliminaires (défoliation et performance TBE)

Épidémies dans le futur

Conclusions

Mise en contexte



Dispositif



Conclusions

La tordeuse des bourgeons de l’épinette (TBE), Choristoneura fumiferana (Lepidoptera: Tortricidae)

Photo : J. Delisle

http://www.forestryimages.org/images/768x512/5036023.jpg

La TBE et l’écosystème forestier

Est du Canada: TBE aussi importante que le feu en termes de mortalité des arbres

Dommages plus importants dans la sapinière mais l’impact des 3 dernières épidémies a été aussi enregistré dans la pessière et jusqu’au 53o N (Morin et al. 2009)

Hôtes de la TBE: Sapin – Épinette blanche - Épinette rouge - Épinette noire

Boulet, Chabot, Dorais, Dupont et Gagnon. 1996.

Trois épidémies au 20e siècle

1966-1992 (26 ans) : 350 000 km²1966-1992 (26 ans) : 350 000 km²

Mill

ions

d’h

ecta

res

Peuplement défolié

Pertes en volume de bois de près de 200 millions de m3

(Ontario-Québec et N.-B.)

Cycles de populations réguliers de 30-40 ans

Dernière épidémie: 1966-1992

Populations en augmentation depuis 2006

La TBE au Québec : Une nouvelle épidémie

Arbres morts

Nid de larves

Adulte

Base de données nationale sur les forêts : http://nfdp.ccfm.org/data/comp_41f.html

2

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19751976197719781979198019811982198319841985198619871988198919901991199219931994199519961997199819992000200120022003200420052006200720082009201020112012

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La TBE dans l’est du Canada

23

4

5

6

Hibernaculum

Neuf longs mois…

Une espèce bien adaptée au froid!

Hivernage

Morin et al 2008

Sévérité des épidémies

• Échelle régionale– Variable dans l’espace et le

temps (lien avec régime des feux)

– Effet de l’aménagement forestier

• Échelle locale– Caractéristiques forestières et

de site influencent la variabilité spatiale de la mortalité des arbres

Réponse de la forêt à la TBERéponse de la forêt à la TBEVarie selon la proportion régionale des espèces

hôtes

Sapinières : Remplacement cyclique du sapin baumier (Baskerville 1975, Morin 1994, Bouchard et al. 2005)

Mixtes : Réponse variable selon la mortalité des espèces- hôtes et non-hôtes. Recrutement de non-hôtes dans les périodes épidémiques (Frelich & Reich 1995; Bouchard et al. 2005; Bouchard et al.

2006; Chen & Taylor 2012)

Pessières noires : Mortalité de la canopée pas aussi importante que dans la sapinière plus au sud. (Tremblay et al. 2011) Accélération de la succession (de pessière vers sapinière)


Mise en contexte



Dispositif



Conclusions

Mise en contexte



Dispositif



Conclusions

Notre climat changeNotre climat change

4e rapport de l’IPCC

20e siècle : 0,74 ± 0,18 °C

21e siècle : 1,1 à 6,4 °C

Réchauffement extrême dans les hautes latitudes

4e rapport de l’IPCC

20e siècle : 0,74 ± 0,18 °C

21e siècle : 1,1 à 6,4 °C

Réchauffement extrême dans les hautes latitudes

http://en.wikipedia.org/wiki/File:GISS_temperature_2000-09_lrg.png

Institut Goddard pour les études de l’espace (GISS), New York

Températures enregistrées aux stations météo à travers le monde et données satellites pour les océans

Notre climat change – Impacts sur les plantes et les insectes Notre climat change – Impacts sur les plantes et les insectes

Distribution et abondance

Lépidoptères et odonates: déplacement vers le nord (jusqu’à 240 km)

Phénologie et voltinisme des papillons et des scolytes, phénologie des hôtes

Soudains plutôt que graduels

Adaptation à de nouvelles espèces-hôtes

Ampleur et sévérité des épidémies d’insectes sans précédent dans l’histoire récente

Régime de perturbations

Fréquence

Sévérité

Réponse de la forêt

Distribution et abondance

Lépidoptères et odonates: déplacement vers le nord (jusqu’à 240 km)

Phénologie et voltinisme des papillons et des scolytes, phénologie des hôtes

Soudains plutôt que graduels

Adaptation à de nouvelles espèces-hôtes

Ampleur et sévérité des épidémies d’insectes sans précédent dans l’histoire récente

Régime de perturbations

Fréquence

Sévérité

Réponse de la forêt

Changements

Prédictions - Impact des changements climatiques sur la sévérité des épidémies de la TBE

Prédictions - Impact des changements climatiques sur la sévérité des épidémies de la TBE

Gray, 2008 – Six années plus longues avec 15 % plus de défoliation

Régnière et collab., 2012 – Déplacement vers le pôle et les hautes altitudes

Gray, 2008 – Six années plus longues avec 15 % plus de défoliation

Régnière et collab., 2012 – Déplacement vers le pôle et les hautes altitudes

Climat actuelClimat actuel Climat 2041-2070Climat 2041-2070

Régnière et collab., 2012Régnière et collab., 2012

Taux de croissance potentiel des populations de tordeuses selon le pourcentage de couverture forestière.

Barry Cooke

Changement de la sévérité des épidémies selon la latitude

19ième siècle : sévérité plus grande au sud

20ième siècle: sévérité augmente au nord et diminue au sud

Fin du Petit âge glaciaire (1850)

Présence importante de sapins et d’épinettes noires sur la C.-N.

Épidémies 1880, 1915, 1950 et 1980 (Bouchard et Pothier 2010)

1980: dommages importants dans le sud et peu d’impacts des épidémies antérieures (Blais 1983, Bouchard et Pothier 2010)

Contrôle climatique qui limite les dommages sur la C.-N.?

0.0

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1.0

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y2 vs STD (abaS03) year vs std (epns03) y2 vs std (AbaS02)

1760 1780 1800 1820 1840 1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 20000.0

0.5

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1760 1780 1800 1820 1840 1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 20000.0

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Indi

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Chronologies d’épinettes noires

Chronologies de sapins baumiers

Pessière A

Pessière A

Sapinière B

Sapinière B

Effet de la TBE sur la croissance du sapin et l’épinette noire au nord de Baie-Comeau

Conséquences des changements climatiques sur la sévérité des épidémies de la TBE

L’aire de distribution de la TBE pourrait se déplacer vers le nord

– Augmentation de la sévérité des épidémies vers le nord et diminution au sud

L’aire de distribution de la TBE pourrait se déplacer vers le nord

– Augmentation de la sévérité des épidémies vers le nord et diminution au sud

Climat 2041-2070Climat 2041-2070

Régnière et collab., 2012Régnière et collab., 2012

Forêt boréale du nord – sapin baumier et épinette noire: hôtes pour la TBE

Conséquences des changements climatiques sur la sévérité des épidémies de la TBE

Synchronisme phénologique

« L’ouverture tardive des bourgeons de l’épinette noire semble responsable de l’immunité relative de cette espèce à du dommage sévère par la TBE. » Blais 1957

Jour Julien

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EpnSabTBE

Moins de pression de sélection contre l’émergence tardive des L2 dû à l’abondance de l’épinette noire


Mise en contexte



Dispositif



Conclusions

Mise en contexte



Dispositif



Conclusions

Foyers d’infestation – Passé versus présentFoyers d’infestation – Passé versus présent

Dernière épidémie (1966- 1992)

Début : sud-ouest du Québec

Sud du 48° N

Forêts de sapin sont les plus affectées

Dernière épidémie (1966- 1992)

Début : sud-ouest du Québec

Sud du 48° N

Forêts de sapin sont les plus affectées

1969

2007

50° N

48° N

MaineMontréal

MontréalMaine

Épidémie actuelle (2006- présent)

Foyer d’infestation sur la Côte-Nord

En partie dans la pessière

Épidémie actuelle (2006- présent)

Foyer d’infestation sur la Côte-Nord

En partie dans la pessière

Progression de l’épidémie actuelle

51°N

2012

MontréalMaine

70 % des aires défoliées situées sur la Côte-Nord

Magnitude de la sévérité dans cette zone plus forte que dans le passé (on entre dans la 8ième année de défoliation)

70 % des aires défoliées situées sur la Côte-Nord

Magnitude de la sévérité dans cette zone plus forte que dans le passé (on entre dans la 8ième année de défoliation)

Questions de recherche – l’insecteLes peuplements de sapin baumier sont-ils plus susceptibles à la défoliation?

Y a-t-il un effet protecteur de l’épinette noire sur le sapin?

Dans quel type de composition l’insecte performe-t-il le mieux?

Comment la forêt répond-elle face à la progression de l’épidémie?

Changement dans la fertilité et la productivité des sites

Régénération suite à l’épidémie

Si + de mortalité d’épinette : Est-ce que les peuplements d’épinette seront remplacés par des peuplements d’épinette?

Conséquences sur l’écosystème?

Comment la forêt répond-elle face à la progression de l’épidémie?

Changement dans la fertilité et la productivité des sites

Régénération suite à l’épidémie

Si + de mortalité d’épinette : Est-ce que les peuplements d’épinette seront remplacés par des peuplements d’épinette?

Conséquences sur l’écosystème?

Questions de recherche – la forêt

Trappe à litière

Échange d’ions de particules de résine dans un sac en nylon

Équipe de recherche interdisciplinaire – Chercheurs gouvernementaux Équipe de recherche interdisciplinaire – Chercheurs gouvernementaux

David GraySCF-CFAPhénologie

David ParéSCF-CFLFertilité et nutriments – sol et feuillage

Louis De GrandpréSCF-CFLÉcologie forestière

Martin BarretteMRNQSylviculture

Véronique MartelSCF-CFLÉcologie des parasites

Deepa PureswaranCFS-LFCÉcologie des insectes forestiers

Nathalie IsabelSCF-CFLReproduction cellulaire et évolution

Anthony Taylor SCF-CFA Changement climatique et peuplements forestiers

Christian HébertSCF-CFLPerturbations et biodiversité des insectes

Mathieu BouchardMRNQÉcologie forestière

Dan KneeshawUQAMÉcologie forestière

Hubert MorinUQACDendrochronologie et écologie de la TBE

Annie DeslauriersUQACPhysiologie des arbres

Pierre DrapeauUQAMBiodiversité (oiseaux et insectes)

Martin SimardUniv. LavalÉcologie des perturbations

Équipe de recherche interdisciplinaire – Chercheurs universitaires Équipe de recherche interdisciplinaire – Chercheurs universitaires

Jean-Claude RuelUniv. LavalSylviculture

Patrick JamesUniv. de MontréalDynamiques spatiales de la TBE

Mathieu NeauUQAMÉtudiant M.Sc.

Jorge MonerrisUQAMÉtudiant Ph.D.

Et plus à venir…

Influence de la structure des peuplements et de la TBE sur la dynamique forestière

Effet du climat sur la phénologie des arbres- hôtes et de la TBE

Équipe de recherche interdisciplinaire – Étudiants Équipe de recherche interdisciplinaire – Étudiants

Dispositif

Sites d’étudeSites d’étude

2 – Sapin15 – Sapin92 – Sapin

1 – Épinette noire22 – Épinette noire31 – Épinette noire

6 – Mixte13 – Mixte95 – Mixte

Image : D. Boucher

Détails sur une des placettes du dispositifDétails sur une des placettes du dispositif

Trappes à litière et résines

Végétation de sous-bois

ÉchantillonnageÉchantillonnage

Suivi annuel de la défoliation

Dynamique des populations de la TBE

Différentes conditions forestières

Résultats

Susceptibilité des peuplements à la défoliationSusceptibilité des peuplements à la défoliation

Défoliation totale dans les placettes depuis 2006Défoliation totale dans les placettes depuis 2006Dominance de sapin baumier

0

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30

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2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012

% d

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folia

tion

Placette 2Placette 15Placette 92

Dominance d’épinette noire

0

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2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012


% d

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tion

Mixte : sapin baumier et épinette noire

0

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2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012


% d

e dé

folia

tion

Peuplements de sapin très défoliés

Suite à une année de défoliation sévère, les populations de TBE chutent

Peuplements d’épinette noire moins défoliés

Niveaux de défoliation Niveaux de défoliation

Numéro de placette et composition en espèces

2010

0102030405060708090

100

15 - balsam fir 95 - mixed 92 - balsam fir 31 - blackspruce

6 - mixed 13 - mixed 2 - balsam fir 22 - blackspruce

1 - blackspruce

aa

b

c c c cd cd

d

2011

0102030405060708090

100

13 - mixed 92 - balsamfir

15 - balsamfir

95 - mixed 22 - blackspruce

2 - balsamfir


1 - blackspruce

a ab ab abab

abc bc

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2012

0102030405060708090

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15 - balsamfir

2 - balsam fir 13 - mixed 95 - mixed 92 - balsamfir

22 - blackspruce


1 - blackspruce

aab

abc

bcdcd

dde

dee

Les différences entre placettes sont très prononcées en 2010

La défoliation devient plus homogène en 2011 et 2012

Les peuplements d’épinette subissent moins de défoliation

Y a-t-il de la synergie dans la susceptibilité des espèces-hôtes?

Y a-t-il un effet de protection de l’épinette noire qui réduit la susceptibilité du sapin baumier?

Est-ce que l’épinette noire est plus susceptible à la défoliation quand l’abondance du sapin augmente?

Y a-t-il de la synergie dans la susceptibilité des espèces-hôtes?

Y a-t-il un effet de protection de l’épinette noire qui réduit la susceptibilité du sapin baumier?

Est-ce que l’épinette noire est plus susceptible à la défoliation quand l’abondance du sapin augmente?

Synergie de la susceptibilité

Synergie de la susceptibilité Synergie de la susceptibilité

Sapin baumier

0102030405060708090

100

2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012

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nPeuplement de sapinPeuplement d’épinettePeuplement mixte

Épinette noire

010 2030405060708090

100

2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012

Année

% d

éfol

iatio

n

Peuplement de sapinPeuplement d’épinettePeuplement mixte

**

*

La composition du peuplement n’influence pas la susceptibilité du sapin

Certaines années, l’épinette noire est moins susceptible à la défoliation dans les pessières pures

Est-ce que la TBE performe mieux dans les sapinières ou les pessières? Est-ce que la TBE performe mieux dans les sapinières ou les pessières?

Émergence des adultes

Effet significatif

Année

Composition du peuplement

Espèce-hôte

Émergence plus grande dans les sapinières / augmentation annuelle dans les pessières

Délais dans la progression de l’épidémie dans les pessières

Année

Nb

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adul

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Dominance de sapin baumier

0

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2010 2011 2012


Sapin baumier et épinette noire (mixte)

0

0,5

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2010 2011 2012


Dominance de l’épinette noire

0

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1

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2,5

3

3,5

4

4,5

2010 2011 2012


2012 – Performance de l’insecte sur le sapin baumier et l’épinette noire

2012 – Performance de l’insecte sur le sapin baumier et l’épinette noire

Poids des pupes dans trois types de peuplement

Défoliation :

Sapin – 95,5 %

Mixte – 58,7 %

Épinette – 49,7 %

Poids plus faible sur les sapins dans le peuplement le plus défolié

Femelles performent mieux sur le sapin dans le peuplement mixte

Femelles

010

2030

4050

6070

8090

Peuplement de sapins baumiers

Sapin baumier en peuplement mixte

Peuplement d’épinettes noires

Épinette noire en peuplement mixte

Poid

s(m

g)

Mâles

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2030

40

50

6070

80

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Peuplement de sapins baumiers

Sapin baumier en peuplement mixte

Peuplement d’épinettes noires

Épinette noire en peuplement mixte

Poid

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g) b

a aa

bba

c

95,5 %

95,5 %

58,7 % 58,7 %

58,7 %58,7 %

49,7 %

49,7 %


Mise en contexte



Dispositif



Conclusions

Mise en contexte



Dispositif



Conclusions

Current climateCurrent climate 2041-2070 climate2041-2070 climate

Régnière et al. 2012Régnière et al. 2012

42

Impact des changements climatiques sur la sévérité de l’épidémie

Gray 2008 – Six ans plus longues avec 15% de plus de défoliation

Régnière et al. 2012 – Migration de l’insecte vers le nord et les hautes altitudes.

Est-ce que l’épinette noire deviendra une source de nourriture favorable?

Taux de croissance potentiel des populations de tordeuses selon le pourcentage de couverture forestière.

Beaudoin et al. En préparation

Beaudoin et al. En préparation

Plasticité de la phénologie du débourrement Plasticité de la phénologie du débourrement

Suivi du début et de la durée du débourrement chez l’épinette noire et le sapin baumier en 2011 et 2012 dans différents microclimats

Variation de la phénologie du débourrement chez l’épinette noire selon la température

Suivi du début et de la durée du débourrement chez l’épinette noire et le sapin baumier en 2011 et 2012 dans différents microclimats

Variation de la phénologie du débourrement chez l’épinette noire selon la température

Épinette noire

Sapin baumier

Expansion nordique de la TBE mais pas de changements de synchronisme phénologique

Synchronisme émerge entre la TBE et l’Épn

Faible

Forte

inchangée

avanceavance

Adaptation aux changements de la phénologie des hôtes

Changements phénologiques et sévérité des épidémies

Conséquences d’épidémies plus sévères sur l’écosystème de la pessière noire

Conséquences d’épidémies plus sévères sur l’écosystème de la pessière noire

Cyclage des éléments nutritifs – Y aura-t-il lessivage (comme dans Houle et al. 2009)?

Régénération

Est-ce que les forêts d’épinette noire se succéderont à elles-mêmes?

Y aura-t-il des changements de productivité?

Est-ce que le système est susceptible d’atteindre un nouvel état d’équilibre?

Fertilité des sols et productivitéFertilité des sols et productivité

0

2

4

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NH4 2009 NH4 2010 NO3 2009 NO3 2010

Pessière

Mixte

Sapinière

0

2

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6

8

10

12

14

16

18

NH4 2009 NH4 2010 NO3 2009 NO3 2010

Pessière

Mixte

Sapinière

Sol minéral

Horizon organiqueAugmentation des

concentrations de NO3- et NH4+ de 2009 à 2010

Coïncide avec l’augmentation de la défoliation

Effet fertilisant de la défoliation

Suivi sur plusieurs années afin de voir la variabilité interannuelle

Peut indiquer que les nitrates sont maintenus dans les systèmes dans les sapinières

Con

cent

ratio

n (m

g/kg

)

Conséquence d’une plus grande sévérité de la TBE dans l’écosystème de la pessière Conséquence d’une plus grande sévérité de la TBE dans l’écosystème de la pessière

Productivité de l’écosystème

Cyclage du C et des éléments nutritifs

Taux de décomposition

Forêts de sapin

Forêts d’épinette noire

Pessières ouvertes (forte abondance d’éricacées)

résilience

Seuil

Seuil

Faible

Élevé


Mise en contexte



Dispositif



Conclusions

Mise en contexte



Dispositif



Conclusions

À retenir - DéfoliationÀ retenir - Défoliation

Les peuplements de sapin sont défoliés plus tôt dans le cycle de l’épidémie que ceux dominés par l’épinette noire

Les sapins sont défoliés à la même intensité peu importe la composition du peuplement

Synergie de la susceptibilité – Les épinettes noires sont plus susceptibles dans les peuplements de sapin quand l’épidémie est en croissance

Avec la progression de l’épidémie, la défoliation augmente dans les peuplements d’épinette

À retenir – Performance de l’insecte

La performance de la TBE est meilleure sur le sapin baumier, tôt dans le cycle de l’épidémie

Avec l’augmentation de la défoliation, la performance sur le sapin décroît à cause du déclin de la qualité du feuillage

Il y a un délai entre l’abondance de l’insecte et la défoliation sur l’épinette noire

La TBE performe bien sur l’épinette noire

L’épinette noire est infestée quand les populations augmentent

Pertes en éléments nutritifs dépendront des changements dans la composition et du maintien de l’assimilation des nutriments

Sites riches: TBE pourrait accroître la présence de sapin dans les pessières (ES SE SS) : augmentation de la productivité

Sites pauvres: TBE pourrait convertir certaines pessières vers des pessières ouvertes : perte de productivité

Pertes en éléments nutritifs dépendront des changements dans la composition et du maintien de l’assimilation des nutriments

Sites riches: TBE pourrait accroître la présence de sapin dans les pessières (ES SE SS) : augmentation de la productivité

Sites pauvres: TBE pourrait convertir certaines pessières vers des pessières ouvertes : perte de productivité

À retenir – Conséquences sur l’écosystème

Génération d’une base de données à long terme Génération d’une base de données à long terme

Selon le type de peuplement

Défoliation et dynamique des populations

Réduction de croissance des arbres, sénescence et déclin (mortalité)

Fertilité des sites et régénération

Mesures de microclimats et de la phénologie le long d’un gradient de latitude – indicateurs de changements climatiques

Données alimentant des modèles afin de prioriser les opérations d’arrosage et de coupe de récupération

Selon le type de peuplement

Défoliation et dynamique des populations

Réduction de croissance des arbres, sénescence et déclin (mortalité)

Fertilité des sites et régénération

Mesures de microclimats et de la phénologie le long d’un gradient de latitude – indicateurs de changements climatiques

Données alimentant des modèles afin de prioriser les opérations d’arrosage et de coupe de récupération

ConclusionsConclusions

L’épinette noire est un hôte adéquat et susceptible à la défoliation par la TBE

Sélection pour synchronisme hôte-TBE?

Contrôle des ennemis naturels?

Vulnérabilité (mortalité) de l’épinette noire selon la sévérité de l’infestation dans un scénario de réchauffement

Comment l’écosystème de la pessière noire va-t-il réagir à cette perturbation?

Décomposition, cyclage des éléments nutritifs, régénération,etc.

L’épinette noire est un hôte adéquat et susceptible à la défoliation par la TBE

Sélection pour synchronisme hôte-TBE?

Contrôle des ennemis naturels?

Vulnérabilité (mortalité) de l’épinette noire selon la sévérité de l’infestation dans un scénario de réchauffement

Comment l’écosystème de la pessière noire va-t-il réagir à cette perturbation?

Décomposition, cyclage des éléments nutritifs, régénération,etc.

ConclusionsConclusions

Accroître les connaissances sur l’impact d’une épidémie de TBE dans un écosystème où l’épinette noire domine

Être proactif face à cette épidémie (ex: où intervenir pour protéger la forêt, quand et comment récupérer le bois mort)

Face aux changements climatiques: être mieux outillé pour s’adapter rapidement

Comprendre les processus (ex: synchronisme phénologique, cyclage des éléments nutritifs etc.) pour mieux prédire les changements.

Accroître les connaissances sur l’impact d’une épidémie de TBE dans un écosystème où l’épinette noire domine

Être proactif face à cette épidémie (ex: où intervenir pour protéger la forêt, quand et comment récupérer le bois mort)

Face aux changements climatiques: être mieux outillé pour s’adapter rapidement

Comprendre les processus (ex: synchronisme phénologique, cyclage des éléments nutritifs etc.) pour mieux prédire les changements.

RemerciementsRemerciements

Dominique Boucher et Dave Gervais

Pierre Duval et Marie- Ève Desbiens

Équipes de terrain pour la collecte des données

FQRNT

Service canadien des forêts

SERG-i

Dominique Boucher et Dave Gervais

Pierre Duval et Marie- Ève Desbiens

Équipes de terrain pour la collecte des données

FQRNT

Service canadien des forêts

SERG-i

Documents

Expansion nordique de la tordeuse des bourgeons de l ... avril 2013.pdf · Plan de la présentation Mise en contexte Changements climatiques et impacts Épidémie en développement