La forêt tempérée du Québec représente la limite septentrionale de nombreuses espèces tempérées, dont le pin blanc (Pinus strobus L.) et le pin rouge (Pinus resinosa Ait.). La dynamique de ces deux espèces est fortement influencée par l’interaction de facteurs environnementaux, climatiques, de processus biotiques et de perturbations naturelles telles que les feux de forêt. Depuis plusieurs siècles, l’exploitation forestière et la suppression des feux ont profondément modifié la structure et la régénération des peuplements de pin blanc et de pin rouge. Dans ce contexte, des mesures de gestion, comme les brûlages dirigés dans le Parc National de la Mauricie, ont été mises en place, mais n’ont pas toujours produit les effets escomptés. En effet, la régénération du pin blanc et du pin rouge dépend des régimes de feu, notamment d’une combinaison de feux de surface et de feux de cime. Comprendre l’effet de ces perturbations sur la régénération du pin blanc et du pin rouge à des échelles séculaire et millénaire (Holocène) est crucial pour anticiper leurs trajectoires futures face aux changements climatiques et aux pressions anthropiques. L’objectif général de cette thèse était d’examiner la réponse du pin blanc et du pin rouge aux variations climatiques et aux changements des régimes de feu depuis l’Holocène, en combinant une approche paléoécologique et de modélisation. Plus spécifiquement, elle visait à : (1) reconstituer les régimes de feu dans la forêt tempérée nordique afin d’évaluer les effets des feux de surface et des feux de cime sur l’établissement et la persistance du pin blanc et du pin rouge ; (2) distinguer les rôles respectifs du climat et des régimes de feux dans l’abondance du pin blanc au cours de l’Holocène dans la partie nord de son aire de répartition actuelle ; et (3) évaluer la dynamique future des peuplements de pin blanc et de pin rouge, à l’horizon 2150, sous différents scénarios climatiques et de perturbations (feux).

Dans une première étape, les régimes de feux passés et la dynamique des pins ont été reconstitués par l’analyse de charbons de bois et de grains de pollen. Un seuil de différenciation des feux de surface et de cime a permis de montrer que, pendant l’Optimum Climatique Holocène (8400 –4500 ans cal. BP), l’abondance maximale des pins blancs et des pins rouges était associée à un régime de feux mixtes : feux de surface fréquents, mais peu sévères et feux de cime ponctuels et sévères. À l’inverse, durant le Néoglaciaire (4500 –1500 ans cal. BP), un régime de feux dominé uniquement par des feux de surface a entraîné une diminution des populations de pins blancs et de pins rouges.

La deuxième étape, utilisant une approche multi-indicateurs (charbon, pollen, chironomes), a montré que l’abondance du pin blanc, durant l’Holocène, est contrôlée à la fois par le climat et les régimes de feux dans la partie nord de son aire de répartition actuelle. La température estivale a été le principal facteur déterminant la présence du pin blanc. Le régime de feux, quant à lui, a influencé sur son abondance et sa persistance à long terme.

Enfin, l’utilisation du modèle spatialement explicite LANDIS-II a permis de projeter les trajectoires futures des peuplements de pin blanc et de pin rouge. Les changements de la sévérité des feux, associés à une augmentation des espèces feuillues, devraient affecter l’abondance du pin rouge. L’absence d’un régime de feux mixtes — feux de surface fréquents et peu sévères et feux de cime peu fréquents et sévères — pour préparer les lits de germination et limiter la compétition, a compromis la régénération du pin rouge et a entraîné une diminution de son abondance dans le PNLM. À l’inverse, l’augmentation des températures permettrait un allongement de la saison de croissance favorisant l’établissement et la croissance du pin blanc, favorisant, ainsi, une augmentation de son abondance.

Cette approche intégrative, combinant archives sédimentaires et projections modélisées, fournit une vision des trajectoires possibles de la forêt tempérée nordique et plus spécifiquement des peuplements de pins blancs et de pins rouges, offrant des bases pour la conservation et la gestion durable de ces essences.

Les forêts boréales constituent le deuxième plus grand biome terrestre et servent de réservoirs majeurs de carbone dans le sol. Cependant, les régions boréales subissent des changements climatiques considérables, entraînant des périodes chaudes plus fréquentes et une réduction du manteau neigeux. Cela diminue les propriétés isolantes de la couverture de neige et augmente les cycles de gel-dégel du sol. Les mousses, en particulier Sphagnum spp. et Pleurozium schreberi, dominent les sols des forêts boréales et contribuent à l'isolation du sol et à la rétention d'humidité. Malgré leur importance écologique, leur rôle dans l'atténuation des processus souterrains du carbone sous une couverture de neige réduite demeure mal compris.

Cette étude examine les traits fonctionnels de ces mousses et leur capacité à atténuer les effets de la perte de couverture neigeuse sur la composition de la biomasse racinaire, la biomasse microbienne du sol, ainsi que la diversité et la composition de la communauté microbienne du sol, tous étant liés aux processus souterrains. Trente-six parcelles expérimentales ont été établies dans trois peuplements matures d'épinette noire dans le Nord-du-Québec, Canada, avec des traitements variant selon la présence de mousse, le type de mousse et la couverture neigeuse. Les traitements comprenaient : Sphagnum spp. avec neige, Sphagnum spp. sans neige, Pleurozium schreberi avec neige, Pleurozium schreberi sans neige, sans mousse avec neige, et sans mousse sans neige, avec six répétitions par traitement. La température du sol a été surveillée à l'aide d'enregistreurs de données à une profondeur de 15 cm, et la neige a été retirée manuellement avec un minimum de perturbation. Des échantillons de sol ont été prélevés à la fin du printemps et en été pour mesurer la biomasse microbienne à l'aide de la méthode de fumigation au chloroforme. La PCR quantitative (qPCR) et le séquençage des gènes de l'ARNr 16S et pmoA ont été utilisés pour étudier l'activité et la diversité des champignons et des bactéries. La dynamique racinaire a été analysée avec WinRHIZO, et les traits fonctionnels des mousses tels que la rétention d'eau, la densité des colonies et la teneur en nutriments ont été évalués.

Les colonies de Sphagnum spp. sous la neige étaient plus denses et présentaient une capacité d'absorption d'eau plus élevée comparativement à celles sans neige. En revanche, P. schreberi ne différait pas significativement en termes de densité de colonie ou de capacité d'absorption d'eau entre les traitements avec ou sans neige. La biomasse racinaire totale sous Sphagnum spp. avec couverture neigeuse réduite était significativement plus faible comparativement à celle avec neige, tandis que la biomasse racinaire totale n'a pas changé sous P. schreberi et sans mousse. Bien que la diversité bactérienne du sol soit demeurée constante à travers les traitements, la composition de la communauté bactérienne a été modifiée. Plus précisément, les Actinobacteria étaient plus abondantes lorsque la neige était réduite dans les parcelles de P. schreberi, et l'abondance relative des Acidobacteriota était significativement plus élevée dans les parcelles de Sphagnum spp. avec neige comparativement à celles avec neige réduite. La diversité fongique du sol a significativement diminué lorsque la neige était réduite dans les parcelles de P. schreberi, mais est demeurée constante dans les parcelles de Sphagnum spp. La biomasse microbienne était stable au début de l'été, mais a augmenté dans les parcelles de Sphagnum spp. avec neige à la fin de l'été.

Alors que les changements climatiques s'accélèrent et que la couverture neigeuse diminue, les compromis entre les types de mousses deviennent critiques. Les sols forestiers dominés par Sphagnum spp. pourraient passer de systèmes stables et puits de carbone à des systèmes plus variables et sensibles aux perturbations, la réduction de la neige causant un déclin de la biomasse racinaire et des changements dans les communautés microbiennes. Les processus du sol étaient plus résistants sous la couverture de P. schreberi, mais cette résilience pourrait se faire au détriment d'une protection thermique réduite et d'une accumulation de carbone au sol à long terme.