Stand structure and composition play a key role in maintaining the ecological integrity of the boreal forest. However, future changes in climate and disturbance regime could affect these forest attributes. Using provincial forest inventory datasets, we analysed stands dominated by aspen (?75% of the plot total basal area) distributed along a wide longitudinal gradient of environmental conditions across Canada. Stands were classified into three diameter structure types (inverted J, intermediate and advanced). There was no major difference in the distribution pattern of structural types of aspen-dominated stands between the western and eastern Canadian boreal mixedwood forests, despite a marked contrast in climatic conditions and fire regime. These results suggest that the predominance of juvenile structures in the western aspen forests is mainly related to the frequent recurrence of fires, while within eastern aspen forests, the longer fire cycle was not the controlling factor of stand structure. Anthropogenic activities would have strongly shaped the structure of aspen forests in eastern Canada. White spruce in the west and balsam fir in the east are among the main shade-tolerant conifer companion species associated with these stands. Although stand structure and composition were highly related to stand age and site productivity, regional climate and human activities, through their influence on disturbance regime, might have impacted these forest attributes.

La présente recherche doctorale est une composante d’un vaste projet de recherche visant à analyser les incidences du climat et des régimes de perturbations sur la structure et la dynamique des peuplements de peuplier faux-tremble au Canada, dans un contexte des changements climatiques.

En Amérique du nord, les écosystèmes forestiers sont particulièrement sensibles aux variations du climat. Ce dernier affecte les processus écologiques et les régimes de perturbations naturelles agissant à différentes échelles temporelles et spatiales. Le réchauffement climatique projeté et l’altération du régime des précipitations qui lui est associé, sont susceptibles d’entraîner une aggravation de la sécheresse et du stress de chaleur dans les latitudes nordiques; et par conséquent, des augmentations régionales des taux de perturbations naturelles et des changements régionaux dans la croissance et la productivité des forêts. Dans les forêts du Canada, les impacts des changements climatiques en cours se font déjà sentir, à travers notamment une tendance globale à l’augmentation des précipitations dans la partie Est de la zone boréale, et des épisodes de sécheresses importantes dans la zone boréale intérieure de l’Ouest canadien. Ces changements sont prévus pour se poursuivre dans le futur, avec possiblement aussi des sécheresses dans la partie Est si l’augmentation des précipitations sera probablement plus que compensée par la demande en évaporation associée à la hausse des températures.

Dans un contexte de gestion écosystémique, qui tient compte de variations climatiques futures en région boréale, le maintien de fonctions et de l’intégrité écologique des forêts représente un défi pour les gestionnaires. Le but principal de cette recherche doctorale consiste à analyser les effets de la variabilité du climat et des régimes de perturbations (naturelles et anthropiques) sur la dynamique forestière du peuplier faux-tremble ou tremble (Populus tremuloides Michx.), en échantillonnant le long d’un gradient longitudinal (gradient de « précipitation »), traversant toute la forêt boréale du Canada. Cette recherche doctorale se divisait en trois objectifs spécifiques présentés en chapitres : (1) examiner l’occurrence et l’abondance de la régénération des différentes espèces de conifères (épinette blanche, épinette noire et sapin baumier) dans les peuplements dominés par le tremble, le long d’un transect Est-Ouest dans la forêt boréale mixte du Canada; (2) analyser les effets du climat et des régimes de perturbations sur la structure et la composition des peuplements dominés par le tremble, à travers le gradient de l’étude; et (3) examiner les relations entre la croissance du tremble et les facteurs environnementaux, incluant le climat et les propriétés physiques et chimiques du sol minéral, le long du gradient de l’étude. Les peuplements de l’étude se retrouvent dans un large éventail de conditions climatiques, de régimes de perturbations et d’historique d’aménagement.

En dépit du contraste marqué dans les conditions climatiques et les régimes de feux entre l’Ouest (plus sec, avec des grands feux récurrents) et l’Est (plus humide, avec des cycles de feu relativement longs) de la forêt boréale du Canada, les principaux résultats de cette recherche montrent que : (i) dans le premier chapitre, la régénération coniférienne était présente dans le sous-couvert des tremblaies tout au long du gradient de l’étude, excepté dans les peuplements affectés par les activités anthropiques. Toutefois, le patron de distribution spatiale de l’abondance et l’occurrence a varié d’une espèce de conifères à l’autre; (ii) dans le deuxième chapitre, en classant les peuplements de l’étude parmi trois principaux types structuraux (juvénile, intermédiaire et mature) et de composition (tremblaies pures, presque pures et moins pures), le patron de distribution de types structuraux et compositionnels dans les peuplements de tremble n’était pas très différent entre les régions Est et Ouest du gradient de l’étude. Cependant, les principaux facteurs qui modèlent le patron de distribution observé dans la structure et la composition des tremblaies étaient différents entre les deux régions; (iii) dans le troisième chapitre, en utilisant l’indice de qualité de station comme une mesure de la croissance en hauteur du tremble en terme de productivité, il a été observé que la productivité du tremble a varié différemment d’un endroit à un autre dans la zone d’étude, dépendamment de l’interaction entre le climat régional et les conditions du sol. Toutefois, la productivité du tremble était meilleure dans les parties Est et Ouest du gradient longitudinal de la forêt boréale du Canada, tandis qu’elle a diminué dans la partie centrale du gradient de l’étude. L’augmentation du déficit en eau a été identifiée comme un facteur majeur affectant négativement la productivité du tremble dans la zone d’étude, en interaction avec la fertilité du sol (disponibilité en phosphore). Malgré les projections climatiques indiquant une augmentation de la température et des précipitations dans certaines régions boréales du Canada, les augmentations dans les précipitations prévues dans les plaines boréales (zone intérieure de l’ouest canadien) seraient insuffisantes et ne pourraient pas totalement compenser l’augmentation de l’évapotranspiration induite en raison des températures accrues qui sont prédites. Cet effet de sécheresse est prévu pour être plus important dans la partie Ouest de la forêt boréale, et plus modeste dans la partie Est de la forêt boréale du Canada. Outre le fait que le déficit en eau représente un important facteur contrôlant la productivité du tremble, l’analyse de régression multiple a révélé que les conditions de sécheresse sévère sont également un déterminant majeur dans le recrutement de la régénération coniferienne le long du gradient longitudinal dans la forêt boréale mixte. Ce résultat suggère également que la récurrence des feux sévères qui découle des conditions de sécheresse du milieu pourrait, par conséquent, conduire à une augmentation de l’abondance relative des espèces pionnières feuillues tel que le tremble dans les couverts forestiers boréaux, au détriment de celle des espèces de fin de succession non adaptées à la perturbation du feu, sous les conditions climatiques futures. Une altération du régime naturel de feux qui résulterait en une augmentation dans la taille, la fréquence et la sévérité des feux de forêt dans le futur, pourrait conduire vers une simplification de la structure et de la composition des paysages forestiers en région boréale, en raison du redémarrage fréquent de la dynamique successionnelle. A cet égard, la capacité des écosystèmes de la forêt boréale à fournir des biens et services tels que le bois ou la biodiversité peut devenir de plus en plus variable, notamment suite à la diminution de la proportion des vieilles forêts à structure complexe. Par ailleurs, cette recherche a également montré qu’il était difficile d’interpréter les impacts de changements climatiques sur le recrutement des conifères ainsi que la structure et la composition des peuplements de tremble, sans tenir compte des effets superposés des activités anthropiques. Les résultats de ce doctorat ont des implications importantes pour les utilisateurs de la ressource, afin de mieux cibler les stratégies sylvicoles qui tiennent compte des variations locales et régionales dans les conditions environnementales en forêt boréale du Canada.

Ongoing climate change is likely to result in shifts in successional dynamics in boreal mixedwood stands. Using data from provincial forest inventory databases, we examined the occurrence and abundance of the regeneration of various coniferous species (white spruce, black spruce and balsam fir) along an east-west Canadian gradient in aspen-dominated stands. The interpretation of the results was based on environmental conditions, including climate, natural fire regime and human impacts. We found that conifer regeneration was present in aspen stands along the entire gradient, despite differences in climatic conditions and fire regimes between the west (warmer and drier, with large recurrent fires) and east (more humid with relatively long fire cycles). However, abundance and distribution varied from one conifer species to the next. The abundance of white spruce decreased towards the eastern end of the longitudinal gradient, while balsam fir and black spruce abundance decreased towards the west. Although abundance decreased, balsam fir and black spruce regeneration was still present in western Canada. This study shows that it is difficult to interpret the effects of climate change on conifer recruitment without accounting for the superimposed effects of human activities.