Chironomid head capsules preserved in lake sediments were used to reconstruct 8200 years of summer temperatures in the boreal forest of north?eastern Canada. Two training sets were used derived from Canadian and Eastern Canadian transfer functions. Both models reconstructed similar climate patterns, but the Canadian model provided temperatures generally 2–3?°C lower than the Eastern Canadian model. Three main thermal changes inferred by chironomids were: (i) the Holocene Thermal Maximum, which occurred between 8 and 5k cal a BP, with temperatures generally higher than today's, maximum temperatures between 8 and 6.5k cal a BP, and an average of?+?0.9?°C; (ii) the Medieval Climate Anomaly around 1.1–1.2k cal a BP with an amplitude of?+?0.7?°C; and (iii) a colder period reconstructed between the 14th and 19th centuries, corresponding to the Little Ice Age, with summer temperatures on average ?0.5?°C lower than the climate normal. For each of these three climatic events, the timing and the amplitude of changes were similar with other published regional, North American and Northern Hemisphere records.

Although the North American bryophyte flora are relatively well known, bryophytes of the Black Spruce–feather moss forest in the Nord-du-Québec administrative region, especially its southern portion (49–51°N, 74–79°W), remain under-sampled. Here, we report 169 bryophyte taxa for this region, of which 35 (14 true mosses, 20 liverworts, one sphagnum) represent noteworthy records, including 20 taxa new for the region. These new occurrences close several gaps in distribution in the study area and, more broadly, in the boreal Black Spruce (Picea mariana) forest of adjacent ontario. Microhabitat preferences of the species are also documented. This work represents a substantial contribution to knowledge of the bryophyte flora, which will help refine protection priority ranks of species of Quebec and Labrador.

Global warming could increase climatic instability and large wildfire activity in circumboreal regions, potentially impairing both ecosystem functioning and human health. However, links between large wildfire events and climatic and/or meteorological conditions are still poorly understood, partly because few studies have covered a wide range of past climate-fire interactions. We compared palaeofire and simulated climatic data over the last 7000 years to assess causes of large wildfire events in three coniferous boreal forest regions in north-eastern Canada. These regions span an east-west cline, from a hilly region influenced by the Atlantic Ocean currently dominated by Picea mariana and Abies balsamea to a flatter continental region dominated by Picea mariana and Pinus banksiana. The largest wildfires occurred across the entire study zone between 3000 and 1000 cal. BP. In western and central continental regions these events were triggered by increases in both the fire-season length and summer/spring temperatures, while in the eastern region close to the ocean they were likely responses to hydrological (precipitation/evapotranspiration) variability. The impact of climatic drivers on fire size varied spatially across the study zone, confirming that regional climate dynamics could modulate effects of global climate change on wildfire regimes.

Grâce à ses éléments nutritifs et nutraceutiques, le bleuet sauvage (Vaccinium myrtilloides, Michaux et V. angustifolium, Aiton) a acquis une notoriété mondiale. Afin de répondre à une demande croissante sur les marchés internationaux et de développer son exploitation tout en maintenant la production de matière ligneuse sur un même territoire, un nouvel aménagement agroforestier a été créé au Québec. Cet aménagement, nommé forêt/bleuet, comprend des bandes alternées de 60 m et de 42 m de largeur allouées à la production respective de bleuets et de bois. Les peuplements de pins gris (Pinus banksiana Lambert) situés sur des sites plats et bien drainés sont principalement ciblés pour cet aménagement dans la région du Saguenay-Saint-Jean, car ils offrent des qualités intéressantes pour la culture de bleuets. En produisant une perte nette d'habitat (agriculture du bleuet), une modification (récoltes forestières, éclaircies) et une fragmentation (création de bandes forestières) de ce dernier, l'aménagement forêt/bleuet saura-t-il préserver une faune représentative de celle retrouvée dans la pinède grise comparativement à la bleuetière conventionnelle? Ces peuplements font l'objet de pressions anthropiques importantes, notamment pour la production agricole de bleuets en champs (bleuetière conventionnelle) et cela, malgré que leur communauté faunique soit peu étudiée et que certaines espèces rares et peu connues semblent occuper cet habitat. Les objectifs de cette étude sont de déterminer si à l'échelle du peuplement et à court terme 1) la présence d'espèces aviaires et de micromammifères, 2) la diversité des espèces et 3) l'assemblage de ces communautés sont similaires dans la pinède grise naturelle, la bleuetière conventionnelle et la forêt/bleuet. Des inventaires de points d'écoute (oiseaux) et des grilles de trappes (micromammifères) ont permis d'estimer l'abondance des espèces présentes dans 45 stations (15 par milieux). L'approche par sélection de modèles (AICC) basée sur des modèles d'occupation de sites, montre que 8 espèces aviaires sur 10 occupent autant les sites en pinède grise témoin qu'en forêt/bleuet ainsi qu'en bleuetière conventionnelle. Toutefois, d'après les analyses de variance (ANOVA), l'abondance des oiseaux forestiers en forêt/bleuet est moindre qu'en pinède grise et à l'inverse, l'abondance des oiseaux généralistes est plus élevée en forêt/bleuet qu'en pinède grise en 2007. Le campagnol à dos roux de Gapper (Myodes gapperi Vigors), un micromammifère associé aux forêts matures a vu son abondance décliner en forêt/bleuet alors que la souris sylvestre (Peromyscus maniculatus Wagner), une espèce généraliste, y est devenue plus abondante. Les abondances de ces deux mammifères ressemblaient davantage à celles observées en bleuetière conventionnelle que celles retrouvées en pinède grise. Toutefois, en termes de richesse spécifique et de nombre de captures, les sites en forêt/bleuet ne différaient pas de ceux en pinède. Les analyses de similarité (ANOSIMs), suivi des tests de comparaisons pairées, indiquent que la communauté aviaire en forêt/bleuet se distingue de celle retrouvée en pinède grise et ce, dès la première année d'inventaire. Toutefois, elle ressemble davantage à cette dernière qu'à celle observée en bleuetière conventionnelle. Les différences observées chez les communautés de micromammifères et d'oiseaux entre la pinède et la forêt/bleuet semblent s'accentuer à la deuxième année. D'après nos résultats, l'aménagement forêt/bleuet semble maintenir des communautés fauniques s'approchant davantage de la pinède naturelle que de la bleuetière conventionnelle, bien que l'abondance de certaines espèces (p. ex., souris sylvestre et campagnol à dos roux de Gapper) soit plus près de celles retrouvées en bleuetière conventionnelle. Cependant, cette conclusion à court terme ne tient pas compte de l'effet cumulatif des différents aménagements prévus à l'échelle d'une révolution forestière complète en forêt/bleuet. Le développement de ce type d'aménagement devrait donc s'effectuer avec prudence sur le territoire forestier québécois, tant que les effets fauniques sur une plus longue période temporelle demeurent méconnus.

Abstract

The surface of the soil in recently harvested or burned lowland black spruce (Picea mariana (Mill.) BSP) sites is composed of a fine mosaic of different bryophytes (mostly Sphagnum spp. and feathermosses), disturbed organic material originating mostly from mosses at different stages of decay, and exposed mineral soil. Growth substrates were compared in lowland black spruce stands regenerating after either careful logging or wildfire. The 3-year annual increment for black spruce seedlings was greatest with substrates of feathermosses, mainly Pleurozium schreberi (Brid.) Mitt., fibric material of P. schreberi origin, and a mixture of fibric P. schreberi and humic materials; it was least with fibric Sphagnum spp., mineral soil, and decaying wood substrates. The most favourable substrates for growth were characterized by better black spruce N and P foliar status. Our results also suggest that categories of growth substrates in the rooting zone reflect nutritional quality better than categories of growth substrates on the soil surface. To maintain or increase black spruce growth following careful logging of sites prone to paludification, we recommend fill-planting of seedlings in substrates originating from P. schreberi; management techniques that favour P. schreberi over Sphagnum mosses should also be developed.

Résumé

La surface du sol de sites récemment récoltés ou brûlés dans des peuplements d'épinettes noires (Picea mariana (Mill.) BSP) de basses terres est composée d'une fine mosaïque de différents types de bryophytes, principalement les sphaignes et les mousses hypnacées, de matière organique perturbée composée de différents types de mousses à différents degrés de décomposition et de sol minéral exposé. Les substrats de croissance qu'on retrouve dans des peuplements d'épinettes noires de basses terres provenant de sites régénérés suite à la coupe avec protection de la régénération et des sols ou suite à un feu ont été comparés. Les résultats suggèrent que la croissance en hauteur des semis d'épinette noire sur 3 ans est plus élevée avec les substrats de Pleurozium schreberi (Brid.) Mitt., de matériel fibrique composé de P. schreberi et d'un mélange de matériels fibrique (composé de P. schreberi) et humique qu'avec la sphaigne fibrique, le sol minéral et le bois mort. Les substrats de croissance les plus favorables à la croissance sont caractérisés par une meilleure nutrition en azote et phosphore. Nos résultats suggèrent également que la classification des substrats de croissance au niveau des racines est plus indicative de leur valeur nutritive que la classification des substrats de croissance localisés en surface. En se basant sur ces résultats, pour maintenir ou augmenter la croissance en hauteur de l'épinette noire après coupe sur des sites susceptibles à la paludification, nous recommandons que la plantation dans des substrats formés de P. schreberi et qu'un aménagement qui favorise la présence de P. schreberi au détriment des sphaignes soient favorisés. ©2006 NRC Canada

Black spruce (Picea mariana (Mill.) BSP) is the most important commercial tree species in the eastern boreal forest of Canada. Only limited work has been conducted to assess the quality of the various substrates that are found on postdisturbed sites prone to paludification having an effect on black spruce seedling growth. The objectives of this study were (1) to use a pot test to assess black spruce seedling performance on substrates found at the soil surface, in the rooting zone of undisturbed soil, at depths that become available to spruce roots after soil disturbance by wildfire or through management; and (2) to determine the nutritional quality of these substrates when constraints of poor drainage are artificially removed. Black spruce growth was greatest with fibric Pleurozium in the rooting zone, and with burned fibric Pleurozium and living Sphagnum at the soil surface. Good seedling growth on different substrates found in the rooting zone was associated with higher N and P foliar concentrations. Based on these results, we recommend targeted planting of black spruce seedlings in substrates of Pleurozium origin and the development of management techniques that promote Pleurozium schreberi.

Abstract

Questions: 1. How does the spatial structure of the organic layer affect tree sapling physiology? 2. Are the organic layer and Picea mariana height growth spatially structured at different scales? 3. Does microtopography influence the accumulation of organic matter and does organic layer thickness affect height growth?

Locations: Picea mariana forests, northwestern Quebec, Canada.

Methods: We assessed the spatial pattern of each variable in one wildfire site and one harvest site using semivariograms and correlograms. We measured the cross-correlation between relative elevation and organic layer thickness, and between organic layer thickness and growth using cross-correlograms.

Results: Picea mariana height growth was autocorrelated to a greater extent in the wildfire site (103 m) than in the harvest site (43 m). The spatial structure of organic layer thickness was similar in both sites. Deeper depressions in the harvest site, as illustrated by spatial variance in relative elevation at short distances (ca. 50 m), and by high autocorrelation values, increased the accumulation of organic matter within 20 m.

Conclusions: The interaction between microtopography and organic matter accumulation led to paludification and poor growth of Picea mariana at the harvest site. Paludification at the wildfire site was independent of microtopography and was probably a result of stand development.

Poor growth of black spruce (Picea mariana (Mill.) BSP) has been associated with the presence of Ledum groenlandicum L. (Ledum) on some sites in the eastern boreal forest in Canada. To increase black spruce productivity on lowland sites, a study was carried out to test the effect of mechanical control of Ledum (by clipping) on black spruce growth on forested peatland in northwestern Quebec. We compared the growth and foliar nutrient concentrations of advance-regeneration black spruce seedlings with and without Ledum control. Contrary to our expectations, our results showed that 3-year control of aboveground competition by Ledum decreased rather than increased black spruce growth and had no effect on foliar nutrient concentrations. Ledum grows on a variety of site types; therefore, the mere presence of this species does not necessarily indicate that there will be a problem with conifer regeneration (growth and germination).

Une diminution dans la croissance de l'épinette noire (Picea mariana (Mill.) BSP) a été associée à la présence du Ledum groenlandicum L. (Ledum) sur certains sites dans la forêt boréale de l'est du Canada. Avec comme objectif d'augmenter la productivité de l'épinette noire dans les stations des basses-terres, une étude a été entreprise afin de mesurer l'effet du contrôle mécanique du Ledum sur la croissance de l'épinette noire dans une tourbière boisée située dans le nord-ouest du Québec. Nous avons comparé la croissance et les concentrations foliaires de nutriments de semis d'épinette noire dans des parcelles avec et sans contrôle du Ledum. Contrairement à nos attentes, nos résultats ont montré qu'un contrôle de la compétition épigée du Ledum pendant trois ans résultait en une baisse plutôt qu'une augmentation de la croissance de l'épinette noire et n'occasionnait pas de différence dans les concentrations foliaires de nutriments. Le Ledum croit sur différents types de sites et la présence de cette espèce n'indique pas nécessairement un problème avec la régénération de conifères (croissance et germination). ©2006 NRC Canada

Dans la forêt boréale de l’est du Canada, la baisse de la ressource en bois incite l’industrie forestière à récolter la forêt vers la limite nordique des forêts dites commerciales et dans des peuplements moins productifs. Dans la pessière noire à mousses de l’ouest du Québec, et plus particulièrement dans la région de la ceinture d’argile, une proportion importante des volumes de coupe qui sont attribués à certaines compagnies forestières se retrouvent dans des tourbières boisées (i.e., pessière noire sur sol organique) des peuplements moins productifs que ceux sur sol bien drainés. La ceinture d’argile est une vaste région située de chaque côté de la frontière du Québec et de l’Ontario. Cette région est caractérisée par des dépôts importants laissés par les lacs proglaciaires et possède un sol minéral riche en argile et en limon. En plus, le passage d’une deuxième réavancée glaciaire dans une portion du territoire a eu pour conséquence de compacter le sol minéral et de le rendre difficilement perméable. Ces caractéristiques font de cette région un endroit propice à l’entourbement (i.e., accumulation de matière organique) et à la formation de tourbières. L’entourbement est favorisé par le relief relativement plat, la présence de dépressions, les conditions climatiques de la forêt boréale, le faible potentiel d’évapotranspiration de l’épinette noire, et la litière récalcitrante de la plupart des espèces (arbres et arbustes) présentes. Enfin, le taux d’accumulation de matière organique est également affecté par la présence de perturbations naturelles (e.g., feu, chablis, insectes) ou humaines (e.g., coupe, drainage, préparation de terrain).

Dans cette région, le feu est l’agent perturbateur majeur. Des travaux récents ont mis en évidence que l’entourbement successionnel (i.e., temps depuis le dernier feu) est fréquent sur ce territoire et que l’absence d’une perturbation du sol sur ce type de peuplement pourrait réduire éventuellement la productivité de ces sites. Le passage d’un feu sévère perturbe la couche de bryophytes, réduit l’épaisseur de l’horizon organique et augmente généralement la productivité des conifères. D’un autre côté, au Québec, la méthode de coupe la plus utilisée en forêt boréale est la coupe avec protection de la régénération et des sols (CPRS). La CPRS est souvent effectuée au cours de l’hiver dans cette région. Ce traitement perturbe très peu le sol mais favorise la croissance des sphaignes au détriment des mousses hypnacées, ce qui a pour effet de favoriser la conversion d’un peuplement forestier en une tourbière boisée. Par conséquent, l’utilisation de cette méthode de coupe est remise en question dans la ceinture d’argile et plus particulièrement dans les sites susceptibles à l’entourbement.

Afin d’améliorer la productivité de ces sites, une approche qui s’inspire des effets d’un feu sévère a été proposée. Elle implique l’utilisation de la préparation de terrain mécanique et/ou le brûlage dirigé. Toutefois, avant d’utiliser ces techniques sylvicoles, il est essentiel de 1) déterminer l’origine de l’entourbement (topographique vs. successionnelle) puisque le choix du traitement sylvicole en dépendra; et 2) connaître l’impact à moyen terme de ce genre de perturbation sur le sol et la végétation. On doit pouvoir déterminer les types de substrats disponibles, le potentiel de croissance des substrats qui seront exposés, et le type de végétation compétitrice présent. L’évaluation à moyen terme est également importante puisque les conditions environnementales (e.g., drainage, type de mousse, etc.) peuvent évoluer avec le temps depuis la perturbation. Les principaux objectifs de ce projet de doctorat étaient : 1) déterminer à l’aide de géostatistiques l’origine de l’entourbement dans deux sites; 2) identifier les meilleurs micro-sites pour la croissance de l’épinette noire dans la ceinture d’argile sept ans après perturbation (feu et CPRS); et 3) mesurer l’effet du contrôle du Rhododendron groenlandicum (ancien nom Ledum groanlandicum) sur la croissance de l’épinette noire.

Notre étude propose les géostatistiques comme des outils utiles pour déterminer l’origine de l’entourbement et pour planifier la préparation de terrain. Nos résultats suggèrent que dans le site 2 (coupé en 1997), l’entourbement est d’origine topographique, alors que dans le site 1 (brûlé en 1997), l’entourbement serait d’origine successionnelle (avant la récente perturbation). Donc, dans le site 2, la présence d’une couche épaisse de matière organique peu décomposée et de la nappe phréatique plus près de la surface limitent l’utilisation de la machinerie lourde pour la préparation de terrain et réduisent les chances de succès d’un brûlage dirigé. Inversement, dans le site 1, la matière organique accumulée est mieux décomposée et le milieu est plus sec. Ces conditions sont plus favorables à la croissance de l’épinette noire et augmentent le succès de la préparation de terrain.

Nos expériences sur les substrats de croissances montrent que la croissance de semis d’épinette noire est supérieure dans les matériaux fibriques formés de Pleurozium schreberi (frais ou décomposés) que dans les matériaux formées de sphaignes (frais ou décomposés). De plus, la croissance de l’épinette noire est très faible, voir nulle dans le sol minéral et dans la tourbe humique (i.e., matière organique bien décomposée). Nos résultats montrent également l’importance de l’azote et du phosphore pour la croissance. Bien que les peuplements d’épinettes noires semblent uniformes et homogènes à première vue, l’étude rétrospective sur le terrain nous a permis de découvrir qu’en réalité la pessière à mousses de l’ouest au Québec est très hétérogène, et que la croissance de l’épinette noire est très variable et difficilement explicable sur la base de variables environnementales. Enfin, les faibles différences observées dans les taux de croissance entre les substrats en surface sur le terrain suggèrent que les substrats en profondeur sont de meilleurs indicateurs pour déterminer le potentiel nutritif.

Dans la forêt boréale au Québec, le Rhododendron groenlandicum est considéré comme une espèce compétitrice et par conséquent comme une espèce ayant un impact négatif sur la croissance de l’épinette noire. Bien que ce constat soit fondé sur très peu d’études, le contrôle mécanique du Rhododendron se voulait un choix logique pour augmenter la croissance de l’épinette noire. Pourtant, nos résultats démontrent que le contrôle mécanique du Rhododendron a diminué la croissance (approx. 25%) de l’épinette noire. Par conséquent, nos résultats suggèrent que le contrôle mécanique du Rhododendron ayant pour but d’accroître la croissance de l’épinette noire peut s’avérer inutile pour certains sites. Puisque le Rhododendron croit sur différents types de sites, il est probable que la présence de cette espèce ne soit pas nécessairement un indicateur de problème avec la régénération (croissance et germination) de l’épinette noire.

Pour conclure, ce projet a mis d’abord en évidence le besoin d’effectuer des travaux supplémentaires pour mieux identifier sur le terrain les sites propices à une remise en production et les sites entourbés de façon permanentes. Nos résultats remettent également en question l’utilisation de la CPRS. Par conséquent, nous recommandons: 1) l’utilisation de la préparation de terrain (mécanique ou brûlage dirigé) pour favoriser la croissance du Pleurozium schreberi au détriment des mousses de sphaignes (frais et décomposée), et pour prévenir l’accumulation excessive de matière organique; 2) d’éviter l’exposition du sol minéral et de la tourbe humique sur de grande surface; 3) la sélection des micro-sites lors de la plantation; et 4) d’éviter le contrôle mécanique de la tige du Rhododendron. © 2006 UQAT tous droits réservés.

Northern peatlands occupy approximately 4% of the global land surface and store about 30% of the global soil carbon (C). A compilation of C accumulation rates in northern peatlands indicated a long-term average rate of C accumulation of 24.1 g m–2 year–1. However, several studies have indicated that on a short-time scale and given the proper conditions, these ecosystems can exhibit very high rates of C accumulation (up to 425 g m–2 year–1). Peatland development is related to precipitation and temperature, and climate change is expected to have an important impact on the C balance of this ecosystem. Given the expected climate change, we suggest that most of the northern forested peatlands located in areas where precipitation is expected to increase (eastern Canada, Alaska, FSU, and Fennoscandia) will continue to act as a C sink in the future. In contrast, forested peatlands of western and central Canada, where precipitation is predicted to decrease, should have a reduction in their C sequestration rates and (or) could become a C source. These trends could be affected by forest management in forested peatlands and by changes in fire cycles. Careful logging, as opposed to wildfire, will facilitate C sequestration in forested peatlands and boreal forest stands prone to paludification while silvicultural treatments (e.g., drainage, site preparation) recommended to increase site productivity will enhance C losses from the soil, but this loss could be compensated by an increase in C storage in tree biomass.

Les tourbières nordiques occupent approximativement 4 % de la surface terrestre et emmagasinent environ 30 % du carbone (C) qu'on retrouve dans le sol. Une revue sur les taux d'accumulation de C, dans les tourbières nordiques, indique que l'accumulation moyenne de C à long terme est de 24,1 g m–2 a–1. Cependant, plusieurs études ont démontré que sur une courte période de temps, et dans des conditions appropriées, ces écosystèmes peuvent montrer de hauts taux d'accumulation de C (jusqu'à 425 g m–2 a–1). Le développement des tourbières dépend des régimes de précipitation et de température, et les changements climatiques sont susceptibles d'avoir un effet important sur la balance du C dans cet écosystème. Selon les changements climatiques prévus, nous suggérerons que la plupart des tourbières boisées en milieu nordique, où des augmentations de précipitations sont prévues (est du Canada, Alaska, ex-URSS et Fenno Scandinavie), vont continuer à être des puits de C dans le futur. À l'opposé, dans les tourbières boisées de l'ouest et du centre du Canada où les précipitations doivent diminuer, il devrait y avoir une réduction du taux de séquestration de C et/ou ces tourbières deviendront une source de C. Ces tendances pourraient être affectées par l'aménagement forestier dans les tourbières boisées, ainsi que par les changements dans les cycles des feux. Contrairement au feu, la coupe facilite la séquestration du C dans les tourbières boisées et dans les sites sujets à la paludification, alors que les traitements sylvicoles (drainage, préparation de terrain), recommandés pour augmenter la productivité des sites augmentent les pertes de C par décomposition, mais cette perte pourrait être compensée par une augmentation de C dans la biomasse végétale.