Natural forest regeneration after natural or anthropogenic disturbance is difficult to predict given its high variability. The process is poorly documented for commercial northern hardwood species in the Acadian forest of eastern Canada. Our objective was to identify the silvicultural, environmental, and ecological factors that best explain the variability in sapling density and occurrence of two commercial tolerant hardwood species in New Brunswick: American beech (Fagus grandifolia Ehrh.) and sugar maple (Acer saccharum Marsh.). Forty-three permanent sample plots were established in 2002 and measured before harvesting in 2004. Sapling density and occurrence were measured 14 years after harvesting. The results showed that the interactions between the species and the residual merchantable basal area and between the species and the percent of hardwoods in the original stand best explained the sapling density and occurrence variation of tolerant hardwoods. The sapling density of sugar maple increased with increasing merchantable residual basal area. However, the effect of this variable was not significant for the density of American beech saplings. The density and occurrence of tolerant hardwood saplings both increased along with the percent of hardwoods in the original stand. These results provide an improved understanding about tolerant hardwood regeneration dynamics in New Brunswick forests.

La forêt boréale de l’Est canadien présente un fort potentiel de production ligneuse; l'industrie forestière y réalise des activités importantes de récolte et d'aménagement forestier. Les résineux, notamment les épinettes (Picea spp.) et les pins (Pinus spp.), sont les principales essences commerciales récoltées et utilisées pour le sciage et la pâte à papier. Dans le domaine bioclimatique de la pessière noire à mousses, certaines régions sont caractérisées par une faible productivité dans les sites paludifiés. La paludification est un phénomène naturel par lequel la matière organique s'accumule graduellement sur le sol minéral en absence de feu sévère. Ce phénomène est accéléré par plusieurs facteurs climatiques (climat froid) et édaphiques (imperméabilité du sol, topographie plane, faible drainage). La paludification mène à une baisse de croissance et à des taux de mortalité élevés de la régénération pré-établie due à la mauvaise qualité des substrats organiques surfaciques, souvent gorgés d’eau et pauvres en éléments nutritifs. Le reboisement précédé par une perturbation des horizons organiques, via la préparation mécanique du sol (PMS), a été proposée comme une solution prometteuse pour limiter la paudification et remettre en production les sites paludifiés. Cependant, peu d’informations sont disponibles concernant les conditions sous lesquelles certains traitements sylvicoles peuvent s’avérer efficaces à faciliter la remise en production des sites paludifiés.

La préparation mécanique du sol (PMS) vise à créer des conditions favorables à l’établissement des plants dans des microsites propices afin de maximiser leur chance de survie et leur croissance initiale. En effet, la croissance initiale des plants est déterminée par des variables environnementales à plusieurs échelles, qui incluent le climat régional (température, précipitations et humidité de l’air), les caractéristiques édaphiques à l’échelle du peuplement (drainage, dépôt de surface, pente), et le microenvironnement des plants à l’échelle du microsite (substrat d’établissement, température du substrat, position de mise en terre, épaisseur de l’humus). L’objectif général de cette thèse était d’analyser un ensemble de facteurs environnementaux qui déterminent la survie et la croissance des plants installés sur des sites ayant subi des perturbations sylvicoles à différentes intensités. Pour ce faire, via 3 chapitres, l’analyse s’est réalisée à trois différentes échelles dans la forêt boréale de l’Est canadien, soit à l’échelle régionale, du peuplement et du microsite.

Une caractérisation des microsites et un suivi de croissance de jeunes plants d’épinette noire (hauteur, diamètre) ont été réalisés sur un réseau de 15 placettes disposées aléatoirement sur des sites paludifiés et préparés mécaniquement dans l’Est canadien. Nos résultats ont confirmé que la PMS (scarificateur, herse forestière) était efficace pour établir une cohorte de régénération productive dans les sites paludifiés. Également, à court terme, la PMS permettait un contrôle adéquat des éricacées. Lors des opérations de reboisement, il convient de privilégier les microsites argileux et mélangés (organo-argileux et argileux-humiques) afin de garantir une disponibilité suffisante en eau et en nutriments. Pour assurer une remise en production efficace des sites paludifiés, il est important de distinguer préalablement les zones faiblement-modérément paludifiées des zones fortement paludifiées; ceci permettra d’utiliser les traitements de PMS (scarificateur, herse forestière) adéquats pour chaque zone et d’exposer davantage de microsites propices à l’établissement des plants.

Dans une expérience de six mois sous serre (milieu contrôlé : accès illimité en eau, températures favorables), nous avons déterminé les effets des substrats extraits de sites paludifiés, tels que : organiques et mélanges organiques, minéraux et mélanges organo-minéraux sur la croissance et le développement racinaire de 130 plants d’épinette noire pendant une saison de croissance. Les résultats ont montré que les substrats ont eu un effet significatif sur la croissance des plants et leurs concentrations foliaires en nutriments (N, P, K). L’accroissement en hauteur et en diamètre était supérieur dans les substrats argileux et organique-mésique respectivement. Nous n’avons pas noté d’effet significatif des substrats sur l’accroissement de la biomasse totale et sur la biomasse racinaire finale. Les concentrations foliaires en nutriments (N, P, K) étaient relativement élevées dans les plants établis sur les substrats mésiques et relativement faibles dans ceux établis sur les substrats argileux. De ce fait, à court terme, pour garantir le succès d’établissement des plants, nous recommandons l’utilisation de techniques de PMS aptes à exposer davantage de microsites argileux et organiques-mésiques sur les sites présentant un accès limité et illimité en eau dans le sol, respectivement.

Dans le but de déterminer l’influence des variables climatiques (échelle régionale), édaphiques (échelle du peuplement), locales (échelle du microsite) et les conditions de reboisements sur le substrat d’établissement et la croissance initiale des plants d’épinette noire (Picea mariana (Mill.) B.S.P) et de pin gris (Pinus banksiana Lamb.), un suivi a été réalisé sur 29 parterres de coupe reboisés (5 placettes/parterre) par la Direction de la recherche Forestière (DRF, Québec), et répartis sur un gradient climatique (précipitations et température) d’est en ouest, dans les domaines de la sapinière et de la pessière à mousse de l’Est canadien. Les résultats ont montré que les substrats d’établissement de types minéraux, organo- minéraux et organiques avaient des effets mitigés sur la croissance des plants selon l’influence et l’interaction des variables climatiques régionales, édaphiques à l’échelle du peuplement et locales à l’échelle du microsite. Cette étude a permis, à terme, de mieux comprendre les conditions d’établissement de la régénération en forêt paludifiée et les interactions existantes entre la croissance initiale des plants et les conditions environnementales à différentes échelles (régionale, peuplement et microsite) suite à leur mise en terre, et ce, afin d’assurer le maintien de la productivité des sites forestiers récoltés. Les recommandations sylvicoles de cette étude permettront aux aménagistes forestiers d’adapter les pratiques de reboisement aux conditions climatiques régionales dans l’est canadien, notamment dans le contexte des changements climatiques.

Ce travail a permis de mieux comprendre les conditions d’établissement de la régénération en forêt boréale de l’Est canadien. L’aménagement des sites reboisés dans les différentes régions bioclimatiques de l’Est canadien, dépend des caractéristiques édaphiques à l’échelle du peuplement et locales (types de substrats d’établissement ou de mise en terre) à l’échelle du microsite. La PMS est un traitement sylvicole que les aménagistes forestiers pourraient considérer dans l'aménagement des sites boréaux, notamment les sites paludifiés. Après la PMS, le choix des microsites et des substrats propices à l’établissement lors des opérations de reboisement est indispensable pour garantir une meilleure croissance et survie des plants dans les sites boréaux aménagés.

In eastern Canada, spruces (Picea spp.) and pines (Pinus spp.) are among the main commercial species being logged for their lumber or wood fiber. Annually, about 175 million seedlings are planted in areas totaling ~100,000 ha. Appropriate microsite selection is essential during reforestation operations, given that it can improve the chances of survival and initial growth of the seedlings. In fir (Abies spp.) and spruce forests of eastern Canada, the optimal characteristics of establishment microsites have yet to be identified; these would be determined by different physical and climatic variables operating at several scales. Our study determined the influence of climatic (regional-scale), edaphic (stand-scale), local (microsite-scale) and planting conditions on the establishment substrate and initial growth of black spruce (Picea mariana Britton, Sterns and Poggenb.) and jack pine (Pinus banksiana Lamb.). Substrate characterization and growth monitoring (three growing seasons) for the two species were conducted on 29 planted cutblocks that were distributed over an east–west climatic gradient (precipitation and temperature) in the balsam fir and black spruce–feather moss forests of Quebec (Canada). Linear mixed models and multivariate analyses (PCAs) determined the effects of climatic, edaphic and micro-environmental variables and their interactions on the establishment substrate and seedling initial growth. The predictive models explained, respectively, 61% and 75% of the growth variability of black spruce and jack pine. Successful establishment of black spruce and jack pine depended upon regional conditions of precipitations and temperature, as well as on their interactions with stand-scale edaphic variables (surface deposit, drainage and slope) and local variables (micro-environmental) at the microsite-scale (establishment substrate types and substrate temperature). Mineral, organo-mineral and organic establishment substrates exerted mixed effects on seedling growth according to regional precipitation and temperature conditions, as well as their interactions with edaphic and local variables at the stand and microsite-scales, respectively. View Full-Text

In the boreal forest of eastern Canada, a large proportion of black spruce (Picea mariana [Mill.] Britton, Sterns & Poggenb.) stands are affected by paludification. Edaphic conditions that are created by paludification processes, including an abundance of microsites with high moisture and low nutrient contents, hinder forest regeneration. Disturbance of paludified sites by mechanical soil preparation (MSP) reduces organic layer thickness, while generating a range of substrates for regeneration establishment. Yet, little information is available regarding the effects of these substrates on tree growth. Our objective was to determine the effect of organic, mineral and organo-mineral substrates that are created following MSP of a paludified site on the growth and root development of black spruce seedlings in a semi-controlled environment. We demonstrated that substrate exerted a significant effect on seedling growth and foliar concentrations of N, P and K. Increase in height and diameter were respectively greatest on clay (mineral) and mesic substrates. Substrate effects did not affect total biomass increases or final root biomass. Foliar nutrients (N, P, K) were relatively high in seedlings that were established on mesic substrates and relatively low for those established on clay substrates. To ensure successful seedling establishment, we recommend the application of MSP techniques that expose organic-mesic substrates on sites that are susceptible to paludification.

Low productivity caused by paludification in some parts of the closed black spruce (Picea mariana (Mill.) B.S.P) dominated boreal forest threatens the provision of ecosystem services, including wood fiber production. The accumulation, over time, of organic matter in paludified soils leads to an anaerobic environment that reduces microbial activity, decelerates decomposition of organic matter, and generates nutrient-poor microsites for regeneration. Consequently, it results in significant impacts on site productivity. Considering its ability to disturb the soil, mechanical site preparation (MSP) is viewed as a potential treatment that can help restore productivity of paludified sites following harvesting. We conducted a field experiment to verify if (1) the availability of microsites conducive to reforestation varies with MSP, microtopography (slope and aspect) and initial OLT conditions; (2) the growth of planted seedlings depends on the intensity of mechanical disturbance of the organic layer, type of microsite, planting density, presence of Ericaceae, and the planting position and depth; (3) there are direct and indirect causal relationships between microsites availability after MSP, OLT, microtopography, planting quality and seedlings growth; and (4) if mechanical site preparation and microsite type exposed affect the Ericaceae cover after planting. Our results confirmed that MSP is effective in establishing conditions that permit a productive regeneration cohort on these paludified sites. To ensure successful establishment of plantations on these sites, it is necessary, however, to distinguish between those that are slightly or moderately paludified from those that are highly paludified, as treatment effectiveness of different MSP types depends on organic layer thickness. Our results also show that preference should be given to some microsite types as clay and mixed-substrate microsites for planting to ensure sufficient availability of water and nutrients for seedlings.

Soil data and soil mapping are indispensable tools in sustainable forest management. In northern boreal ecosystems, paludification is defined as the accumulation of partially decomposed organic matter over saturated mineral soils, a process that reduces tree regeneration and forest growth. Given this negative effect on forest productivity, spatial prediction of paludification in black spruce stands is important in forest management. This paper provides a description of the soil database to predict organic layer thickness (OLT) as a proxy of paludification in northeastern Canada. The database contains 13,944 OLT measurements (in cm) and their respective GPS coordinates. We collected OLT measurements from georeferenced ground plots and transects from several previous projects. Despite the variety of sources, the sampling design for each dataset was similar, consisting of manual measurements of OLT with a hand probe. OLT measurements were variable across the study area, with a mean ± standard deviation of 21 ± 24?cm (ranging from a minimum of 0?cm to a maximum of 150?cm), and the distribution tended toward positive skewing, with a large number of low OLT values and fewer high OLT values. The dataset has been used to perform OLT mapping at 30-m resolution and predict the risk of paludification in northeastern Canada (Mansuy et al., 2018) [1]. The spatially explicit and continuous database is also available to support national and international efforts in digital soil mapping.

La paludification est l'accumulation de la couche organique partiellement décomposée sur le sol minéral saturé en eau. La paludification réduit la régénération et la croissance des arbres, principalement en raison des faibles températures et la teneur élevée en eau dans la zone racinaire, réduisant ainsi la décomposition de la couche organique, et par conséquent, la disponibilité des éléments nutritifs. Dans la Ceinture d'Argile de l'ouest du Québec et l'est de l'Ontario, les forêts tendent vers une paludification naturellement, mais ce processus pourrait être contré par des méthodes d'exploitation forestière. Notre objectif était d'identifier laquelle des deux techniques de préparation mécanique du terrain (PMT) couramment utilisées est la mieux adaptée pour réduire l’épaisseur de la couche organique (ECO) et générer des microsites de plantation favorables après récolte dans les sites paludifiés. Neuf blocs expérimentaux (entre 20 ha–61 ha chacun) ont été délimités dans un secteur forestier de 35 km2 avec des niveaux variables de paludification. Le secteur a été récolté en utilisant la coupe avec protection de la régénération et des sols (CPRS). Les neuf blocs expérimentaux ont ensuite été traités avec une herse forestière, un scarificateur à disques (T26) ou laissés comme témoins non traités (récolte seulement), avec trois blocs répétés par traitement. Nous avons mesuré l'ECO avant et après PMT et déterminé la qualité des microsites à l'intérieur de chaque bloc. Les résultats ont révélé des différences significatives d'ECO entre les traitements de PMT et la récolte seulement. Globalement, la herse forestière était la meilleure technique de PMT, car cette dernière a réduit davantage l'ECO que le scarificateur T26 et a généré le pourcentage le plus élevé de bons microsites, sauf dans le seuil d'ECO initiale 44 cm–56 cm. Nos résultats favorisent l'utilisation réussie de la PMT dans les forêts paludifiées.

Dans la pessière noire à mousses de la forêt boréale, plus précisément dans la région de la ceinture d'argile, la succession forestière tend naturellement vers des peuplements paludifiés. La paludification ou l'entourbement est l'accumulation de matière organique peu ou pas décomposée sur le sol minéral. Les conditions créées par la paludification nuisent à la régénération et à la croissance de l'épinette noire (Picea mariana (Mill.) B.S.P), notamment à cause d'une faible disponibilité des nutriments. La préparation mécanique du sol (PMS) pourrait limiter la paludification, en perturbant de manière sévère les couches organiques et en stimulant leur décomposition. L'objectif de notre projet est d'évaluer des stratégies de PMS et d’identifier les variables topographiques permettant de réduire l’épaisseur de la couche organique (ECO). De même, nous visons à identifier les techniques de PMS qui créent le maximum de microsites favorables à la plantation dans les terrains paludifiés de la ceinture d'argile. Dans un secteur de 35 km2, neuf parcelles expérimentales récoltées avec CPRS (coupe avec protection de la régénération et de sols), dont les superficies varient de 20 à 40 ha, avec un gradient d’entourbement croissant ont été délimités. Trois ont été sélectionnés au hasard pour recevoir un traitement de PMS par herse forestière, trois autres parcelles choisies aléatoirement ont été soumises à un traitement de scarificateur à disques (T26), et trois parcelles témoins ont été laissées sans PMS (CPRS). Nous avons mesuré la profondeur totale de la matière organique ponctuellement (n=1472) avec une sonde (tarière graduée) le long de huits transects par parcelle. Lors de la mesure directe de l'ECO, les microsites ont été qualifiés de « bons » ou « mauvais » à l’intérieur d’un quadrat de 1 m2 placé sur chaque point de mesure manuelle d'ECO. Les résultats des modèles mixtes ont montré une différence significative d’ECO (p<0,01) entre les traitements de PMS et la CPRS; la herse a réduit l'ECO plus que le scarificateur à disques (T26) et a donné également les pourcentages les plus élevés de bons microsites générés (70%). Une analyse par arbre de régressions, nous a permis générer des classes de réduction d'ECO et de qualité de microsites selon les conditions initiales d'ECO, la technique de PMS utilisée et les variables topographiques.