Avec le changement global, le taux de perturbations naturelles devrait augmenter dans de grandes parties de la région boréale, comme la fréquence accrue des incendies et les perturbations combinées (épidémies d'insectes et incendies) qui rendent la forêt plus vulnérable à la transformation écologique. Dans les forêts boréales de l'est du Canada, on a observé le passage de forêts productives à couvert fermé de mousses (Pleurozium schreberi (Brid.) Mitt.) à des forêts ouvertes de lichens (Cladonia spp.) peu productives. Ces deux écosystèmes forestiers (mousses et lichens) sont considérés comme des états stables alternatifs distincts, les premiers favorisant les conditions biotiques et abiotiques qui maintiennent les forêts productives et les seconds favorisant les conditions qui maintiennent les sites à canopée ouverte à faible productivité. On a émis l'hypothèse qu'une sévérité élevée des incendies serait l'une des causes de cette transition. Les propriétés du charbon de bois étant affectées par la gravité des incendies, nous avons émis l'hypothèse que la quantité et les propriétés du charbon de bois seraient différentes et indiqueraient une plus grande gravité des incendies dans les forêts à canopée ouverte que dans les forêts à canopée fermée. En outre, le charbon de bois issu des perturbations causées par le feu a un grand potentiel pour améliorer la qualité du sol et favoriser la croissance de la végétation. Toutefois, les causes qui contribuent à la transition entre les deux états alternatifs sont mal connues.

Afin de mieux comprendre la transition entre ces deux états alternatifs dans les forêts boréales, nous avons examiné les effets de la transplantation de mousses dans une forêt de lichens ouverte sur la croissance des arbres, les nutriments foliaires, les conditions du sol et les communautés microbiennes du sol, y compris les bactéries et les champignons, après 10 ans, ainsi que les différences dans les quantités et les propriétés du charbon de bois entre ces deux types d'écosystèmes. À notre connaissance, il s'agit de la première expérience utilisant la transplantation de mousse. Notre dispositif expérimental a permis d'étudier le rôle direct de la couverture végétale. Les études précédentes, utilisant des approches observationnelles, ont été limitées dans leur interprétation par la corrélation des facteurs déterminants, y compris les attributs du site et du terrain et la végétation de couverture. Nos résultats ont confirmé que les mousses hypnacées peuvent s'établir, survivre et rester en bonne santé dans un environnement précédemment occupé par le lichen. Le remplacement du lichen par les mousses hypnacées crée des conditions de sol propices à une meilleure croissance des arbres (Chapitre 1). La modification du couvert forestier a un impact significatif sur la diversité, la composition et la fonction des communautés microbiennes du sol. La transplantation de mousse a augmenté de manière significative l'abondance relative du genre fongique Piloderma, responsable de l'élimination de l'azote organique (Chapitre 2). Nous avons également constaté que la quantité moyenne de charbon de bois dans les forêts de mousses était significativement plus élevée que dans les forêts de lichens. La présence de charbon de bois après un incendie peut contribuer au rétablissement et à la régénération de la végétation sous une certaine quantité de charbon de bois, et semble favoriser la survie de la mousse. Cela pourrait démontrer le rôle potentiel du charbon de bois dans l'explication de la cooccurrence de deux états alternatifs stables (Chapitre 3).

En ce qui concerne la productivité de la forêt boréale, le rôle des mousses hypnacées a été démontré à l'aide d'un dispositif expérimental (Chapitre 1-2). Compte tenu du rôle des mousses et des lichens en tant que boucles de rétroaction potentielles sur les conditions du sol, les communautés microbiennes du sol et la croissance des arbres, il est possible de maintenir des conditions forestières productives en favorisant des conditions favorables aux mousses hypnacées plutôt qu'aux lichens. Cette étude démontre également que deux écosystèmes forestiers, la mousse et le lichen, ont une différence significative sur la quantité de charbon de bois, mais ne semblent pas avoir une différence significative sur les propriétés chimiques et physiques du charbon de bois, bien qu'il y ait une plus grande variabilité des propriétés du charbon de bois pour les peuplements à canopée ouverte, donc ces résultats ne nous permettent pas de valider ou de rejeter complètement notre hypothèse sur le rôle de la sévérité du feu dans le changement entre les peuplements à canopée ouverte et fermée. Cependant, ils suggèrent que la variabilité des conditions d'incendie ainsi que la quantité de charbon de bois produite sont différentes entre les types d'écosystèmes. En outre, étant donné le rôle potentiel du charbon de bois dans la dynamique de la forêt boréale, d'autres études seront nécessaires pour évaluer la relation entre le charbon de bois et le sol forestier et la nature du feu, et pour développer des stratégies de gestion forestière appropriées.

Low productivity open lichen (Cladonia spp.) woodlands have been rapidly expanding in the closed-crown feather moss (Pleurozium schreberi (Brid.) Mitt.) boreal forest of eastern Canada. While open-woodland areas are progressing, there is little information on the recoverability of open lichen woodlands back to closed-canopy forests.

In eastern Canada, boreal forests are locally experiencing a shift between two alternative stable states, productive closed-canopy feather moss (Pleurozium schreberi (Brid.) Mitt.) forests to low-productivity open lichen (Cladonia spp.) woodlands. While this shift has important consequences for ecosystem structure and productivity, little is known about the changes occurring in the diversity and composition of the soil microbial community which may be driven by this process. We evaluated the effects of 10-year moss transplantation on soil microbial communities in an open-lichen woodland. Treatments included: 1) removal of the lichen cover, 2) removal of the lichen cover followed by transplantation of a feather moss cover, 3) a control with the lichen cover kept in place (lichen control), and 4) a natural forest site with a feather moss cover (moss control). We found that changing the forest ground cover has a significant impact on the diversity, composition and function of soil microbial communities. Fungal alpha diversity was more sensitive to changes in lichen and moss cover, compared to bacterial diversity. Soil microbial community composition showed significant differences among all forest ground covers, but with greater similarities between the moss transplantation and control moss treatments. More importantly, changes of forest ground cover significantly affected the structure of microbial communities and fungal functional groups. Moss transplantation significantly increased the relative abundance of the organic nitrogen-scavenging fungal genus, Piloderma. Furthermore, moss transplantation significantly increased the overall relative abundance of ectomycorrhizal fungi and decreased the proportion of ericoid mycorrhizal fungi. Soil moisture and temperature were the main environmental variables associated to the shift in microbial community composition. Our study points out that moss transplantation in open-canopy lichen woodlands contributes to regulate and modify the composition, structure, and function of the soil microbial communities with potential implications for explaining the changes in ecosystem processes associated with these two forest ecosystems.

Fire disturbances are increasing under global climate change and ecological transformations of forests are occurring. Specifically, shifts from productive closed-canopy feather moss forests to low-productivity open-canopy lichen (Cladonia spp.) woodlands have been observed in boreal forests of eastern Canada. It has been hypothesized that high severity of fires would be the cause of this change, but this is difficult to validate a posteriori on mature forest stands. Because charcoal properties are affected by fire severity, we have put forward the hypothesis that the amount and physicochemical properties of charcoal (C, N, H, O, ash, surface area) would be different and indicative of a greater fire severity for open-canopy forests compared to closed canopy ones. Our hypothesis was partly validated in that the amount of charcoal found on the ground of closed-canopy forests was greater than that of open-canopy forests. However, the physicochemical properties were not different, albeit a greater variability of charcoal properties for open canopy stands. These results do not allow us to fully validate or reject our hypothesis on the role of fire severity in the shift between open and closed canopy stands. However, they suggest that the variability in fire conditions as well as the amounts of charcoal produced are different between the two ecosystem types. Furthermore, considering the role that biochar may play in improving soil conditions and promoting vegetation restoration, our results suggest that charcoal may play a role in maintaining these two stable alternative ecosystem states.