Over the past two decades, partial harvesting has been increasingly used in boreal forests as an alternative to clearcutting to promote irregular stand structures and maintain a balance between biodiversity preservation and continued timber production. However, relatively little is still known about the silvicultural potential of partial harvesting in Canada’s boreal forest, especially in areas prone to organic matter accumulation (paludification), and most prior research has focused on biodiversity responses. In this study, we assess the effects of partial harvesting on stand development (recruitment, growth, and mortality) ten years after harvesting in previously unmanaged black spruce stands and quantify its effectiveness in reducing the impacts on ecosystem structures. Our analyses revealed that pre-harvest stand structure and site characteristics, especially initial basal area, sapling density, tree diameter, and organic layer thickness (OLT) were major factors involved in stand development ten years following these partial harvesting treatments. Depending on pre-harvest structure and site characteristics, partial harvesting can result in either an increase in post-harvest tree recruitment and growth or a loss of stand volume because of standing tree mortality. To increase the chances of partial harvesting success in ensuring an increase in decennial stand yield after harvest in black spruce forest stands, sites prone to paludification (i.e., where OLT >17 cm) should be left unharvested. This study illustrates the importance of taking into account pre-existing structure and site characteristics in the selection of management strategies to maximize the potential of partial harvesting to achieve sustainable forest management in black spruce stands.

In managed boreal forests, partial harvesting has been proposed to promote forest structural complexity and to therefore maintain associated biodiversity. However, there have been few studies identifying forest structures that should be maintained within the forest matrix, and fewer still on changes in these structures during succession. Consequently, there is no tool to identify these different structures in the field or their sequence along natural succession. This study proposes a key that can be used in the field and allows for the identification of different forest diameter structures along a successional sequence in the black spruce boreal forest. The specific objectives of this study were (1) to classify the types of forest structures encountered in natural black spruce boreal forest based on their diameter distribution, and (2) to link this classification to time since last fire and its spatial homogeneity at the stand level. This study shows that the forest stand structure, in black spruce forests, is varied and that this structural variety is mainly controlled by time since last fire. It also shows that the timing of stand structural maturation varies with severity of the last fire and surficial deposit. The identification key suggests that based on tree diameter distribution it is possible to discriminate among young, mature and old forest structures, which could help forest managers select stands to be harvested according to different objectives and hence maintain the variety of black spruce forest structures at the landscape scale.

La préoccupation de la préservation des forêts et de l’avenir de la foresterie s’est traduite par l’essor de nombreux projets de loi et certifications axés sur la gestion durable des forêts. Il s’agit de comprendre les mécanismes et dynamiques de perturbations naturelles afin de minimiser les écarts entre paysage naturels et paysages aménagés. La rétention des attributs structuraux (arbres vivants et morts, débris ligneux) à l’intérieur des zones aménagées est l’outil privilégié au Québec à cet effet. Toutefois, les modalités de rétention n’y sont pas encore bien définies et celles déjà existantes (bouquets, séparateurs) ou à l’essai (îlots) génèrent des peuplements de taille et de volume relativement arbitraires. Dans l’optique d’aménagement forestier écosystémique, l’objectif principal de cette thèse était d’évaluer le succès des coupes à rétention verte en pessière noire et de documenter la dynamique post-perturbation des îlots résiduels issus de feu et d’îlots de rétention créés par les traitements sylvicoles.

Trois types de peuplements en pessière à mousses ont été étudiés, soit, 41 placettes provenant d’îlots résiduels post-feu, 45 placettes de rétentions post-coupe et 37 placettes provenant de forêts continues (témoins). Les îlots résiduels post-feu et post-coupe ont été considérés selon leur temps d’exposition à la matrice perturbée comme jeunes (< 20 ans), ou vieux (≥ 20 ans). Les conditions forestières (diamètre, hauteur et volume des arbres et des chicots, volume de bois mort au sol, densité de régénération et des gaules, épaisseur de la matière organique, superficie et âge du peuplement) de chaque site à l’intérieur et en lisière ont été échantillonnées. Les peuplements ont été datés soit par une approche dendrochronologique ou au Carbone 14.

Le premier chapitre consistait à évaluer l’abondance post-perturbation du bois mort récent des îlots résiduels post-feu et de rétention post-coupe en fonction du volume de bois initial et à comparer leur dynamique temporelle. Les îlots résiduels post-feu ayant un volume de bois initial supérieur à 60 m3ha-1 génèrent du bois mort d’une façon soutenable. Parfois, bien que les îlots résiduels post-feu apparaissent durables à moyen terme, leurs faibles volumes de bois sur pied fait en sorte qu’ils génèrent très peu de bois mort. En contexte aménagé, les grands îlots de rétention et les séparateurs secs avaient, généralement, une dynamique de recrutement de bois mort semblable à celle d’îlot post-feu. Toutefois, les bouquets figuraient parmi les îlots de rétention des plus vulnérables à l’écroulement même s’ils étaient peu volumétriques en raison de leur petite taille. Afin d’augmenter la durée de vie post-coupe d’îlots de rétention, nous recommandons la sélection de parcelles de forêts à fort volume de bois (entre 60 et 300 m3ha-1) et de grandes superficies, sous la forme d’îlot ou de séparateur.

Le deuxième chapitre consistait en une classification des structures d’îlots résiduels post-feu et post-coupe en faisant le lien avec l’abondance du bois mort. Notre approche de classification structurale, basée sur l’analyse de la distribution de la taille des tiges marchandes, a permis d’identifier six types structuraux distincts. Les structures diamétrales en j-inversé (type 1) et unimodale tronquée (type 2) caractérisaient les peuplements dominés par le petit bois. À l’opposé, les peuplements de type 6 avaient une structure irrégulière et principalement composée de gros bois. La comparaison des types structuraux entre les îlots résiduels post-feu et post-coupe ont montré que généralement, les rétentions de coupe maintenaient bien la variété structurale naturelle observée dans les îlots de feu et la forêt continue. Toutefois, même si les peuplements de types 1 et 2 étaient présents dans les peuplements naturels, seuls les peuplements de types 3 à 6 comportaient d’une part, du bois moyen et gros longtemps après coupe et d’autre part, garantissaient le recrutement de nouvelles tiges marchandes. Afin d’éviter la simplification de la structure, nous recommandons que les îlots de rétention soient intentionnellement orientés vers les types dominés par des arbres intermédiaires et grands.

Le troisième chapitre a abordé la notion d’effet de lisière. En quoi les îlots créés par l’homme y seraient plus exposés que les îlots post-feu ? Les effets de lisière sur les attributs structuraux d’îlots résiduels post-feu et post-coupe apparaissaient, en général, similaires et dans les deux cas, ces effets dépendaient surtout des conditions initiales pré-perturbation de l’îlot résiduel et de leur temps d'exposition à la matrice perturbée environnante. Les résultats de ce chapitre suggèrent que les trois facteurs, un volume initial en bois marchand faible, l’écroulement de la lisière et la régénération du parterre de coupe, pourraient expliquer les faibles effets de lisières sur les attributs structuraux d’îlots résiduels présents au moment de l'échantillonnage. Un faible volume initial en bois marchand pourrait expliquer les faibles effets de lisières sur les attributs structuraux d’îlots résiduels. Certaines rétentions de coupe sous la forme de bouquet, en raison de leur petite taille et de leur fort volume de bois initial, se sont en partie écroulées. Nous recommandons donc la rétention de grands îlots de forêt fermée dans le parterre de coupe ce qui permettrait aux effets de lisière de se stabiliser avant d’atteindre leur centre tout en continuant d’assurer, à moyen et long terme, le recrutement de bois mort et d’arbres vivants. 

À l’issue de cette thèse, nous démontrons l’influence de la structure initiale des peuplements ayant subi les feux et les coupes sur leur dynamique post-perturbation. Les conclusions soulèvent l’importance d’utiliser les îlots résiduels post-feu comme outils dans les stratégies d’aménagement écosystémique puisqu’ils maintiennent la variabilité structurelle portée par la forêt continue. En forêt boréale aménagée, maintenir une variabilité structurelle comparable à celle rencontrée en forêt naturelle est susceptible de jouer un rôle dans la régénération des parterres de coupe et dans la préservation des espèces forestières. 

Variable retention harvest promotes biodiversity conservation in managed boreal forests by ensuring forest continuity and structural complexity. However, do post-harvest and post-fire patches maintain the same structural complexity? This study compares post-harvest and post-fire residual patches and proposes retention modalities that can maintain the same structural complexity as in natural forests, here considering both continuous forest stands and post-fire residual patches. In boreal black spruce forests, 41 post-fire residual patches, and 45 post-harvest retention patches of varying size and ages (exposure time to disturbed matrix) and 37 continuous forest stands were classified into six diameter structure types. Types 1 (inverted-J) and 2 (trunked-unimodal) characterized stands dominated by small trees. The abundance of small trees decreased and the abundance of large trees increased from Type 1 to Type 6. Type 6 had the most irregular structure with a wide range of diameters. This study indicates that: (1) old post-harvest residual retentions maintained the range of structural complexity found in natural stands; (2) Types 1 and 2 were generally associated with young post-fire patches and post-harvest retention clumps; (3) the structure of residual patches containing only small trees was usually younger (in terms of the age of the original forest from which residual patches were formed) than those with larger trees. To avoid the risk of simplifying the structure, retention patches should be intentionally oriented towards Types 3–6, dominated by intermediate and large trees.

In managed boreal forests, variable retention harvest is considered by forest managers as a means of mitigating harvest impacts on biodiversity. Variable retention harvest consists of maintaining within a cutblock structural attributes of the original forest stand in intact forest patches that could provide quality habitat (i.e., with large trees and deadwood) for many forest species during forest regeneration. However, retention patch modalities (size, shape, age of the forest) allowing both persistence and sustainable recruitment of deadwood over time remains unknown. The objective of this study is to evaluate the abundance of recent deadwood in post-harvest and post-fire residual patches and to compare their temporal dynamics in black spruce dominated stands located in northwestern Quebec. Abundance of the recent deadwood, estimated as the sum of recent standing deadwood volume and recently fallen deadwood volume was analyzed in 41 post-fire residual patches, and in 45 post-harvest retention patches of varying ages (i.e. exposure time to the disturbed matrix) and in 37 continuous black spruce forest stands (controls). This study shows that post-fire residual patches appear in general more durable than post-harvest retention patches after disturbance. In a management context, our results indicate that: (1) large island patches and large linear separators oriented to escape windthrow usually have deadwood recruitment dynamics similar to that of post-fire patches; (2) retention patches with an initial stand volume greater than 60 m3/ha will generate more deadwood volume over time. This suggests that the selection of large retention patches in the shape of an island or a separator, with high volume (between 60 and 300 m3/ha) should help increase the persistence of post-harvest retention patches in black spruce forest, and simultaneously ensure quality habitat for several forest species while the adjacent managed forest regenerates.