Les sols forestiers à l’ère de l’anthropocène: vers une ...chaireafd.uqat.ca/midiForesterie/pdf/20131015PresentationNicolas... · – Cible 2013-2018 : 2% du territoire, soit

Vers une gestion plus fine des ressources souterraines dans les

aires d’intensification de la production ligneuse

Nicolas Bélanger

La nouvelle loi sur l’aménagement durable des forêts propose…

○ Aménagement écosystémique

○ Aires protégées – 12%

○ Aires d’intensification de la production ligneuse (AIPL)

– Cible 2013-2018 : 2% du territoire, soit 7,25% de la possibilité annuelle (sur une base de 4 m3/ha/an)

– À terme : 15% du territoire, soit 54% de la possibilité annuelle

Définition d’une AIPL (selon la CRÉ-AT)

« un territoire voué à la production ligneuse, à fort potentiel, identifié et reconnu au plan d’affectation du territoire, sur lequel des pratiques sylvicoles diversifiées sont réalisées selon différents gradients d’intensité et en fonction d’objectifs précis afin d’augmenter la qualité et la quantité des produits ligneux et de procurer un retour sur l’investissement »

Parmi les moyens pour augmenter la production ligneuse…

Utilisation d’espèces à croissance rapide, génétiquement améliorées ou hybrides, en plantations sur des sites productifs

4,1 4,6

6,27,1

7,8

9,8

0

2

4

6

8

10

12

EPN EPB PIG EPO MEE PIR PEH

8 à 12

Source: Guy Prégent

m3/ha/an

Les aires d’intensification de la production ligneuse sous le regard d’un pédologue

○ Établissement des AIPL sur des sites capables de produire des rendements élevés

○ Disponibilité des éléments nutritifs dans les AIPL à long terme

○ Fertilisation des AIPL pour maximiser la nutrition et le rendement

○ Préparation de terrain pour enrayer la compétition et améliorer la qualité des microsites

○ Dans le contexte du nouveau régime forestier, il faut : – planter sur les meilleurs sites disponibles pour maximiser la production de

bois et raccourcir les révolutions

– Augmenter l’efficacité de nos traitements sylvicoles (plus réactifs)

– Être capable de prédire les rendements avec passablement (plus) de précision

Priorité 1: Établissement des AIPL sur des sites capables de produire des rendements élevés

13 = peuplier faux-tremble (AB); 20 = peuplier faux-tremble (AB; SK);

○ Il faut comprendre ce qui gouverne aujourd’hui la productivité forestière pour mieux évaluer les impacts des changements du climat

Changements climatiques?

Croissance des arbres dans la Plaine Boréale

Climat changeant dans la forêt boréale de l’Ouest (gracieuseté de Ted Hogg, Service Canadien des forêts)

Gracieuseté de Ted Hogg, Service Canadien des forêts, Edmonton


Gracieuseté de Ted Hogg, Service Canadien des forêts, Edmonton


Températures et précipitations au Québec (été 2050 vs 1971-2000)

Température (oC) Précipitations (ratio)

Gracieuseté de Daniel Houle, Ouranos et DRF.

Six études

○ Qualité de station du pin gris et de l’épinette noire au Québec (gradient est-ouest)

○ Qualité de station du tremble en

Mauricie ○ Qualité de station du tremble en

Saskatchewan (écozone de la transition boréale)

○ Qualité de station du peuplier hybride

en Alberta ○ Qualité de station du saule au Canada

(Alberta-Ontario) ○ Qualité de station du saule au Québec

Modèles de l’indice de qualité de station (IQS) du pin gris et de l’épinette noire à l’échelle du paysage québécois

• Sapinière à bouleau blanc sauf pour Lebel et Villebois (pessière à mousse)

• Précipitation augmentant légèrement vers l’est

• Podzols et brunisols

• Parcelles dominées par le pin ou l’épinette

(Hamel et al. 2004 – For. Ecol. Manag.)

27 parcelles de pin gris

• Récolte de données de sol, dépôt meuble, écosite et croissance

• Simulation du climat avec BIOSIM (degré-jours, précipitation utile, ETP, etc.)

Modèles de l’indice de qualité de station (IQS) du pin gris et de l’épinette noire à l’échelle du paysage québécois

(Hamel et al. 2004 – For. Ecol. Manag.)

32 parcelles d’épinette noire

• Sapinière à bouleau blanc sauf pour Lebel et Villebois (pessière à mousse)

• Précipitation augmentant légèrement vers l’est

• Podzols et brunisols

• Parcelles dominées par le pin ou l’épinette



Modèles de l’IQS du pin gris à l’échelle du paysage québécois

Var. 1 Var. 2 Var. 3 R2 R2 ajusté

Modèle 1 Degrés-jours Dépôt meuble 0,42 0,37

Modèle 2 Degrés-jours Dépôt meuble

Lichen 0,56 0,49

Qualité de station du tremble en Mauricie

(Pinno et al. 2009 – For. Ecol. Manag.)

• Sapinières à bouleau jaune et blanc en Mauricie

• Précipitation moyenne de 940 mm

• IQS entre 12 et 24 m

• Dépôts fluviatiles et glaciaires (tills)

• Podzols

• 50 parcelles dominées par le tremble et dans une zone restreinte pour minimiser l’effet climatique



Qualité de station du tremble en Mauricie

• Sapinières à bouleau jaune et blanc en Mauricie



• Dépôts fluviatiles et glaciaires (tills)

• Podzols

• 50 parcelles dominées par le tremble et dans une zone restreinte pour minimiser l’effet climatique



(Pinno et al. 2009 – For. Ecol. Manag.)

Régréssions multiples

Dépôt meuble

Données terrain

Meilleur R2

Variables explicatives dominantes

Toutes les parcelles

0,618 % conifères, élévation, rapport C:N de l’humus et du B

Fluviatile seulement

0,884 % conifères, azote et pH de l’horizon B

Till seulement



Tills & fluviatiles Dépôt meuble

Données terrain

Meilleur R2



0.618 % conifères, élévation, sables fins du B, rapport C:N de l’humus et du B


0.884 % conifères, azote et pH de l’horizon B

Till seulement

0.628 % conifères, élévation, sables fins, rapport C:N de l’humus et du B


Dépôt meuble

Données terrain

Meilleur R2





0,884 % conifères, azote et pH de l’horizon B

Till seulement



Fluviatiles seulement Dépôt meuble

Données terrain

Meilleur R2



0.618 % conifères, élévation, sables fins du B, rapport C:N de l’humus et du B


0.884 % conifères, azote et pH de l’horizon B

Till seulement

0.628 % conifères, élévation, sables fins, rapport C:N de l’humus et du B

Seuils de conditions pour les sites les plus productifs

Fluviatile 20 m

Fluviatile 22 m

Till 20 m

Till 22 m

Présence de conifères (%)

10 0 20 0

C:N de l’humus 21 18 20 15

Élévation (m) - - 300 200

Azote total (%) de l’horizon B

1,5 2,0 - -

Impact de l’épinette sur la croissance du peuplier? Effet inhibiteur ou indicateur d’une fertilité originelle inférieure?

101214161820222426

15 20 25 30 35

IQS

du tr

embl

e

Ratio C:N de l’humus

Qualité de station du tremble en Saskatchewan (écozone de la transition boréale)

• Écozone de la transition boréale



• Dépôts lacustres, fluviatiles et glaciaires (tills)

• Chernozems et Luvisols

• 50 parcelles dominées par le tremble et dans une zone restreinte pour minimiser l’effet ‘’climat’’



Regroupements nécessaires…

• Types écologiques;

• Associations de sol;

• Classes de capacité agricole;

• Types de dépôts meubles.

R2 = 0.140

0

5

10

15

20

25

1 2 3 4 5 6

Agriculture Capability Class

Site

Qua

lity

Inde

x

Productivité du tremble dans la transition boréale

(Pinno et Bélanger 2011 – Can. J. Soil. Sci.)

toutes les parcelles R2 = 0,16



fluviatile R2 = 0,45

lacustre R2 = 0,54

till R2 = 0,45



fluviatile R2 = 0,45

lacustre R2 = 0,54

till R2 = 0,45

Comportements distincts des dépôts Variable commune: % argile (+)

Qualité de station du saule en taillis sur très courte rotation (TTCR)

mise en terre

an 2 an 1 an 3 récolte

révolutions 1 à 6

révolution 7

Intérêt croissant pour l’établissement de plantations d’arbres à croissance TRÈS rapide pour la production d’énergie (biogaz, éthanol, électricité), la séquestration du carbone et d’autres bienfaits environnementaux.

Exemple du saule (TTCR):

Plantations de saules du SCF pour étudier la dynamique du C, la productivité des sols sur plusieurs révolutions et les besoins en fertilisants

Qualité de station du saule en TTCR


(Ens et al. 2013 – New Forests)

r P

Degree days (base 5°C) 0.398 0.377

Degree days (base 10°C) 0.425 0.341

Annual precipitation -0.058 0.902

Summer precipitation (3 years) 0.256 0.579

Summer precipitation (First 2 years) 0.752 0.051

Thornwaite potential evapotranspiration 0.543 0.208

Standard Thornwaite potential evapotranspiration 0.343 0.452

Vapor pressure deficit -0.080 0.865

Aridity index 0.236 0.446


(Ens et al. 2013 – New Forests)

• À l’échelle du paysage, la croissance des espèces commerciales de la forêt boréale est principalement contrôlée par les conditions ‘‘hydro’’climatiques; • À l’échelle locale, là où les décisions se prennent, la productivité est très bien expliquée par les sols; • Localement, les dépôts meubles contrôlent la croissance des arbres à leur manière; • Certains proxies peuvent remplacer les variables édaphiques (% conifères) • La productivité des systèmes très intensifs est vraisemblablement contrôlée par les propriétés du sol, même à l’échelle du paysage, parce qu’ils sont exigeant en nutriments (chimie) et en eau (classe granulométrique).

Conclusions…

Priorité 2: Disponibilité à long terme des éléments nutritifs dans les AIPL

Hypothèse de base

• La croissance accrue (et donc le prélèvement accru de nutriments) appauvri les sols pour les prochaines révolutions (Fox 2000)

Taux d’immobilisation de Ca, Mg et K dans la tige (bois et écorce) pour diverses espèces sur stations de qualité moyenne

0 5 10 15 20 25 30

âge

Épinette noire et pin gris

1500

1000

500

imm

ob

ilisa

tio

n C

a, M

g &

K

(mm

ol c

m-2

y-1

)

Sapin baumier

Bouleau blanc

Mélèze japonais, épinette de Norvège, tremble

Peuplier hybride

Diminution sévère des réserves en azote dans des plantations bioénergétiques de saules

(Ens et al. 2013 – Forests)

Phosphore plutôt stable dans des plantations bioénergétiques de saules

(Ens et al. 2013 – Forests)

Tests de provenances sur l’épinette de Norvège du CFL (Bélanger et al. 2004 – Can. J. For. Res.)

1 test

2 tests

Matapedia

Bonaventure

Val Cartier

1 test

Dispositif expérimental

Plantation - 4 à 6 blocs

+

_

Provenance productive

Provenance moins productive

Contenu en calcium dans le sol et les composantes de l’arbre pour le test E-277 (Val Cartier)

0

50

100

150

200

250

High treatment Low treatment

Ca

cont

ents

(g m

-2)

soil

trees

trees

0500

Needles

Branches

Stems

B horizon

A horizon

FH horizons

Pourquoi n’y a-t-il pas toujours une diminution des réserves en nutriments dans les sols?

biotite quartz olivine carbonates

• système racinaire et champignons mycorhiziens augmentent le flux de nutriments en favorisant l’altération chimique des minéraux;


• système racinaire et champignons mycorhiziens augmentent le flux de nutriments en favorisant l’altération chimique des minéraux;

Microscopie électronique à balayage d’encavures d’un feldspath (grain de l’horizon Ae) créé par les hyphes de champignons (2 hyphes sont visibles).

Racines et CM dissolvent les minéraux via l’acidification de l’environnement (acides organiques de faible poids moléculaire);


• arbres à croissance rapide filtrent les particules atmosphériques;

13 plantations à travers le Québec

• Paires répétées de peuplier hybride et de terres abandonnées; • Sites avec des sols, taux de croissance et conditions hydroclimatiques contrastés; • Plantations entre 1 et 22 ans; • Profondeur d’échantillonnage: 0-20 et 20-40 cm.

Magnésium (0-20 cm)

Caractéristiques des plantations

Minéralogie normative (UPPSALA)

Site K-FELD PLAG APA HORNB MUSC CHLOR EPID CALC QUAR AG2 9,40 22,40 0,35 2,50 3,32 4,39 0,59 0,00 57,05 FP2 9,25 18,88 0,33 0,00 3,27 1,82 0,25 0,00 66,21 FP7 6,76 16,53 0,30 0,00 2,39 3,90 0,17 0,00 69,96

SCH1 10,26 18,55 0,36 2,94 3,63 7,20 0,53 0,00 56,53 SCH2 11,15 18,70 0,92 1,27 3,95 5,78 0,35 0,00 57,87 SCH4 8,68 18,16 0,75 2,11 3,07 3,54 0,43 0,00 63,26 SJG2 16,75 32,71 0,76 15,05 5,92 1,03 2,15 0,00 25,62 HPC 13,71 34,75 0,66 19,63 4,85 0,00 2,66 0,00 23,74

NORM 13,94 34,51 0,53 13,51 4,93 2,93 2,06 0,00 27,59 SHW 16,91 35,40 0,64 20,46 5,98 1,42 2,79 0,00 16,39 STH 13,29 27,19 0,48 9,33 4,70 0,00 1,43 0,00 43,59 STN 14,48 27,31 0,34 9,56 5,12 0,00 1,46 0,00 41,72 PLA8 20,94 9,27 0,36 2,26 7,41 4,86 0,15 0,00 54,75

Conclusions

• Les plantations d’espèces d’arbres à croissance peuvent appauvrir les sols (ex. N) programme de fertilisation?; • Des mécanismes internes (altération?) peuvent contrebalancer certaines pertes (ex. Mg, Ca, K, P);

• L’altération des minéraux est plus efficace dans les sols plus lourds et là où les minéraux sont plus solubles (épidote, apatite, hornblende).

Priorité 3: Fertilisation des AIPL pour maximiser la nutrition et le rendement

Plantation de pins (radiata) en Australie

○ Recycler 60 % de la matière organique putrescible résiduelle d’ici 2015 (Politique québécoise de gestion des matières résiduelles, mars 2011)

○ Bannissement de l’enfouissement de la MO putrescible d’ici 2020, coût élevé de l’incinération

○ Loi sur l’aménagement durable du territoire forestier (avril 2013)

Opportunités dans les AIPL!

Un contexte changeant…

Valorisation des matières résiduelles fertilisantes en forêt

○ Biosolides municipaux et papetiers;

○ Cendres de bois;

○ Boue de chaux.

Traitement des biosolides municipaux au Québec en 2007

Source: Villeneuve et Dessureault (2011)

Pourcentage (%)

C N SiO2 Al2O3 CaO P2O5 pH

Sol 3,0 0,2 73,2 9,5 0,9 0,1 4,8

Biosolides papetiers

21,9 1,2 29,3 6,3 10,3 0,5 7,5

Boue de chaux

11,2 0,0 1,0 0,4 53,3 0,6 10,0

Propriétés des sols, biosolides papetiers et boue de chaux chez Domtar (Estrie)

Effets de la fertilisation sur la nutrition foliaire et la croissance du PEH

○ Témoin (monticules) ○ Biosolides papetiers (125 t ha-1) + boue de chaux (8 t ha-1) (2009) ○ Biosolides papetiers + boue de chaux (2009) + boue de chaux (2011)

Effets de la fertilisation sur la croissance du PEH

Impact des traitements sur la dynamique des nutriments du sol

Incubation des biosolides

(profondeurs: 10 et 20 cm)

Impact des traitements sur la dynamique des nutriments du sol

Résines simulatrices de racines (PRS probes, Western Ag Innovations

Études en pots

200 80

200 40

0 40

400 0

0 0

200 20

400 80

400 40

400 20

600 80

600 40

600 20

12 pots de 4L

Concentrations testées : Biosolides papetiers (t ha-1) Boue de chaux (t ha-1)

× 3 blocs

× 2 ans (4X/an)

Design expérimental

12 pots de 4L



12 pots de 4L



12 pots de 4L



Projet sur les cendres

○ Plusieurs milliers de tonnes de cendres de bois sont produites au Québec par les usines ou les centrales thermiques

○ Les cendres pourraient corrigées certains déséquilibres nutritionnels ou le statut acide-base

Cendres de Boralex, Senneterre, 2004

Nutrients Concentration Contaminants Concentration

P2O5 (kg/t) 2.6 Cd (ppm) 5.2

K (kg/t) 9.9 Hg (ppm) 0.2

Ca (kg/t) 67.7 Pb (ppm) 11.0

Mg (kg/t) 4.3 Ba (ppm) 1200

Fe (ppm) 1512 Other ashes properties

Cu (ppm) 15.6

Mn (ppm) 1655 pH 12.5

Mo (ppm) 3.2

B (ppm) 64

o Sols grossiers o Complètement aléatoire o 4 réplications (>1 ha) o 5 traitements de cendre (0,

1, 2, 4 and 8 tonnes sèches ha-1)

o Avec et sans fertilisation avec de l’urée (CO(NH2)2) (280 kg N ha-1)

Peuplements matures de pins gris avec éclaircie commerciale, Senneterre (2005)

o Sols grossiers o Complètement aléatoire o 4 réplications (>1 ha) o 5 traitements de cendre (0,

1, 2, 4 and 8 tonnes sèches ha-1)

o Avec et sans fertilisation avec de l’urée (CO(NH2)2) (280 kg N ha-1)

Peuplements matures de pins gris avec éclaircie commerciale, Senneterre (2005)

Résultats préliminaires: L’application des cendres a été bénéfique sur la

croissance du pin gris et de l’épinette blanche (amélioration du statut acide-base des sols) mais elle a été nuisible pour le mélèze laricin. Des déséquilibres nutritionnels sont possiblement en cause (effets antagonistes du Mn, Ba et possiblement Zn sur le prélèvement du Ca et Mg?).

Documents

Les sols forestiers à l’ère de l’anthropocène: vers une ...chaireafd.uqat.ca/midiForesterie/pdf/20131015PresentationNicolas... · – Cible 2013-2018 : 2% du territoire, soit