Nitrogen is an essential nutrient for plant functioning, photosynthesis, and metabolic activities. In terrestrial settings, nitrogen is not always sufficiently available because its basic form (N2) must be fixed into other forms, such as nitrate and ammonium, to be usable by plants. Adding nitrogenous fertilizer to soils may provide a means of increasing forest productivity. Ammoniacal nitrogen (N-NH3), an effluent produced during gold extraction, requires mining companies to manage its long-distance and costly transportation offsite for disposal. Applying this nitrogenous effluent, in its treated form of ammonium sulfate (ammoniacal nitrogen from mine water was converted into ammonium sulfate locally), to regional forest stands could provide a cost-effective and more environmentally sound means of managing this waste product and enhance forest productivity. Here, we conducted greenhouse- and field-based experiments to evaluate ammonium sulfate fertilization on black spruce (Picea mariana) and jack pine (Pinus banksiana) seedling growth. We assigned five treatments, varying in terms of the fertilizer concentration and presence/absence of biochar, to seedlings in greenhouse trials. We also applied various concentrations of ammonium sulfate to an 8-year-old black spruce plantation in Abitibi-Témiscamingue, Québec. We found that black spruce and jack pine seedlings experienced greater growth than the controls in terms of the stem diameter (32–44%), seedling height (21–49%), and biomass (86–154%). In the field experiment, we observed 37% greater volumetric growth in plots receiving medium-level fertilization than the control. Although nitrogen fertilization lowered the soil pH, essential nutrients increased to favor greater seedling growth. Thus, ammonium sulfate, derived from local mining effluent, appears to offer a suitable alternative for enriching nitrogen-limited boreal soils and increasing tree growth. This application could benefit both regional mining industries and forest management bodies.

Ammoniacal nitrogen (N-NH3) is one of the pollutants that has adverse effects on the environment and is present in most effluents generated by mining operations. Therefore, mining companies must manage it to keep it below the regulated discharge criteria to avoid environmental contamination. In this context, the present study aims to valorize N-NH3 in the form of ammonium sulphate ((NH4)2SO4) for the manufacture of biochar pellets used as growth substrates for the production of forest seedlings. The biochar was first produced by fast pyrolysis, at 320 °C, and different recipes of pellets were then prepared to evaluate their hardness, binder type and content, humidity and durability. The optimal granule chosen was composed of biochar, corn starch and canola oil. Six combinations of different compositions were then prepared as substrates for black spruce growth: (1) Peat (P); (2) Peat and bulk biochar (PB); (3) Peat and bulk biochar impregnated with ammonium sulfate (PBAS); (4) Peat and biochar pellets impregnated with water (PBPeW); (5) Peat and biochar pellets impregnated with an ammonium sulfate solution (PBPeAS); (6) Peat, biochar pellets impregnated with ammonium sulfate and perlite (PBPeASPer). The effects of these substrates on the growth of black spruce seedlings, as well as fertilizer leaching, were measured. The results show that seedling biomass is equivalent to the control for the granular treatment, but higher biomass was obtained with bulk biochar (PB). This shows that a quarter of peat could be replaced by biochar to obtain similar or even better results of biomass yield and, consequently, solve part of the supply issue. As to plant nutrition, no tendency was observed for the experiments apart from the higher proportion of Ca in spruce needles. The prepared biochar-based pellet substrate appears to not only be advantageous for spruce production but also for other uses such as golf courses, forestry producers and horticultural nurseries using conventional fertilizers and peat as growing media. In addition, these approaches could help the Abitibi-Témiscamingue region in Québec, Canada to build a local circular economy.

Partial harvesting has been proposed as a key aspect to implementing ecosystem management in the Canadian boreal forest. We report on a replicated experiment located in boreal mixedwoods of Northwestern Quebec. In the winter of 2000–2001, two partial harvesting treatments, one using a dispersed pattern, and a second, which created a (400 m2) gap pattern, were applied to a 90-year-old aspen-dominated mixed stand. The design also included a clear cut and a control. Over the course of the following eight years, live tree, coarse woody debris, regeneration and ground beetles were inventoried at variable intervals. Our results indicate that all harvesting treatments created conditions favorable to balsam fir (Abies balsamea) sapling growth and trembling aspen (Populus tremuloides) sapling recruitment. However, balsam fir and trembling aspen regeneration and ground beetles response to gap cuts were closer to patterns observed in clear cuts than in dispersed harvesting. The underlying reasons for these differing patterns can be linked to factors associated with the contrasting light regimes created by the two partial harvesting treatments. The study confirms that partially harvesting is an ecologically sound approach in boreal mixedwoods and could contribute to maintaining the distribution of stand ages at the landscape level.

La présente étude a été réalisée dans le cadre du projet SAFE (Sylviculture et aménagement forestier écosystémique), dont l'objectif est de tester différents traitements sylvicoles s’inspirant de la dynamique naturelle des peuplements dans un contexte d’aménagement écosystémique. Les deux volets du présent mémoire touchent la régénération naturelle, un processus clé de l’aménagement forestier durable et visent les processus fins impliqués dans l’établissement et la croissance de la régénération forestière.

Dans un premier chapitre, nous avons profité d’une année semencière en 2006 pour comparer l'établissement et la survie des semis d'arbres sur les débris ligneux grossiers (DLG) et sur la couverture morte issue de litière fine. La densité et la survie des semis de l’année suivant la pluie de graine ont été évaluées en 2007 et 2008 dans le cadre d’un échantillonnage où chaque bille était appariée à une superficie équivalente sur le sol adjacent à la bille. Un dénombrement des semis plus âgés a aussi été réalisé sur les billes. L’essence, le stade de décomposition, la dureté et la densité du bois, la capacité de rétention d’eau et le ratio C/N des billes ont été caractérisés. Le recouvrement d’herbacées, le recouvrement et l’épaisseur des feuilles et des mousses, ont été mesurées sur les billes et au sol. Il en ressort que la probabilité qu’un semis s’établisse augmente avec l’humidité du bois et diminue avec la dureté de la surface des billes. La survie des semis diminue au cours de l’année suivant leur établissement dans des peuplements ayant une surface terrière en feuillus plus élevée. Les résultats montrent que les essences produisant de petites semences, soit le bouleau blanc (Betula papyrifera Marsh.), l’épinette noire (Picea mariana Mill.) et l’épinette blanche (Picea glauca Moench) s’établissent préférentiellement sur le bois mort, tandis que le sapin (Abies balsamea L. Mill.), une espèce qui produit des semences plus grosses, s’établit davantage au sol. Les peuplements surannés de sapin et bouleau blanc offrent de bonnes conditions pour l’établissement de la régénération sur les débris ligneux.

Dans un deuxième chapitre, la réponse en termes de croissance et de densité de la régénération du sapin baumier (Abies balsamea L. Mill.) et du peuplier faux-tremble (Populus tremuloides Michx.) à quatre traitements de coupe a été évaluée ainsi que l’impact relatif des compétitions intra- et inter- spécifiques sur la croissance des deux essences. Les quatre traitements étaient : coupe partielle dispersée, coupe partielle par trouées, coupe totale et témoin non coupé. Des inventaires de la régénération ont été effectués un, deux, cinq et huit ans après coupe. Nous avons aussi caractérisé la croissance en diamètre en hauteur des Gaule des deux essences pour la période immédiatement avant coupe et les années subséquentes. Dans la moitié des placettes échantillonnées, un sapin situé au milieu de la placette a servi d’arbre d’étude et dans l’autre moitié un peuplier a servi d’arbre d’étude. Un échantillon de coupe transversale à la base du tronc de l’arbre d’étude a été cueilli afin de déterminer l’âge minimal et de mesurer la croissance radiale au collet.

Nos résultats confirment que la densité du tremble augmente avec le degré d’ouverture du couvert, mais diminue avec le temps depuis la coupe, tandis que la densité du sapin continue à augmenter (recrutement) dans tous les traitements. La croissance du sapin répond bien à l’ouverture du couvert. Ces résultats démontrent la possibilité d’influencer la composition des peuplements futurs à l’aide des pratiques sylvicoles adaptées.