Settlement of eastern North America has generated significant modifications in forest composition. In regions highly influenced by human activity, historical ecology can be used to reconstruct pre-settlement forest composition. In this study, we reconstruct the composition of the pre-settlement (1909–1937) forest of a 4,134 km2 sector of the boreal mixedwood forest using early land survey archives. The pre-settlement composition was compared with modern composition using recent eco-forest inventories (1980–2008), and the influence of surficial deposits on compositional changes assessed. During the pre-settlement period, the landscape was primarily dominated by spruce, which was evenly distributed across surficial deposit types. Trembling aspen, although widespread, rarely dominated stands. In contrast, the present-day landscape is dominated by trembling aspen, notably on clay and till deposits. In general, conifers have undergone a severe reduction in frequency. Spruce and pine forests are today mainly restricted to organic and sandy surficial deposits, respectively, compared to their historical frequencies. Composition changes observed in the boreal mixedwood forest of western Quebec are essentially the results of fires and forest harvesting, but surficial deposits have affected the current abundance and spatial distribution of the different taxa. In the context of sustainable forest management, considerable effort should be deployed to restore conifer dominance in the region, notably on the fertile deposits that appear particularly susceptible to composition changes.

Predicting future ecosystem dynamics depends critically on an improved understanding of how disturbances and climate change have driven long-term ecological changes in the past. Here we assembled a dataset of >100,000 tree species lists from the 19th century across a broad region (>130,000km2) in temperate eastern Canada, as well as recent forest inventories, to test the effects of changes in anthropogenic disturbance, temperature and moisture on forest dynamics. We evaluate changes in forest composition using four indices quantifying the affinities of co-occurring tree species with temperature, drought, light and disturbance. Land-use driven shifts favouring more disturbance-adapted tree species are far stronger than any effects ascribable to climate change, although the responses of species to disturbance are correlated with their expected responses to climate change. As such, anthropogenic and natural disturbances are expected to have large direct effects on forests and also indirect effects via altered responses to future climate change.

Context
Knowledge of how environmental gradients generate changes in community composition across forest landscapes (β-diversity) represents a critical issue in the era of global change, which exerts especially powerful impacts by shifting disturbance regimes.

Objectives
We analyzed the response of tree communities to increased disturbance rates that were linked to European settlement at the temperate-boreal interface of eastern Canada. We tested whether disturbance has led to spatial homogenization or heterogenization, and to decoupling or strengthening of community-environment relationships.

Methods
We used a reconstruction of pre-industrial tree communities based on historical land survey records (1854–1935), together with modern data, to assess changes in tree β-diversity patterns. Then, β-diversity was partitioned into fractions explained by spatial (dbMEM) and environmental variables (latitude, elevation, slope, drainage and surface deposits) in order to assess changes in spatial structures and community-environment relationships.

Results
In pre-industrial times, environmental variables explained only a small proportion of β-diversity since dominant taxa were present across the range of environmental gradients, whereas habitat specialists were very rare. Between pre-industrial and modern times, our analysis highlights an increase in β-diversity and the proportion of β-diversity that was explained by environmental variables. Increased disturbance rates have favored early-successional habitat specialist taxa and reduced the habitat breadth of pre-industrial generalists, thereby increasing the strength of community-environment relationships.

Conclusions
Our results support that disturbance can alter the strength of community-environment relationships and also suggest that functional traits of species within the regional pool could predict whether or not disturbance alters such relationships.

Succession is generally well described above-ground in the boreal forest, and several studies have demonstrated the role of interspecific facilitation in tree species establishment. However, the role of mycorrhizal communities for tree establishment and interspecific facilitation, has been little explored. At the ecotone between the mixed boreal forest, dominated by balsam fir and hardwood species, and the boreal forest, dominated by black spruce, several stands of trembling aspen can be found, surrounded by black spruce forest. Regeneration of balsam fir seems to have increased in the recent decades within the boreal forest, and it seems better adapted to grow in trembling aspen stands than in black spruce stands, even when located in similar abiotic conditions. As black spruce stands are also covered by ericaceous shrubs, we investigated if differences in soil fungal communities and ericaceous shrubs abundance could explain the differences observed in balsam fir growth and nutrition. We conducted a study centered on individual saplings to link growth and foliar nutrient concentrations to local vegetation cover, mycorrhization rate, and mycorrhizal communities associated with balsam fir roots. We found that foliar nutrient concentrations and ramification indices (colonization by mycorrhiza per length of root) were greater in trembling aspen stands and were positively correlated to apical and lateral growth of balsam fir saplings. In black spruce stands, the presence of ericaceous shrubs near balsam fir saplings affected ectomycorrhizal communities associated with tree roots which in turn negatively correlated with N foliar concentrations. Our results reveal that fungal communities observed under aspen are drivers of balsam fir early growth and nutrition in boreal forest stands and may facilitate ecotone migration in a context of climate change.

Aims
While fungi are key drivers of the carbon cycle and obligate symbionts of trees, the link between plant-fungal interactions and landscape vegetation changes has been largely overlooked. Our aim was to test whether a local difference in dominant tree species would shape the composition of soil fungi communities.

Methods
Fungal communities were described using next-generation DNA sequencing. Composite soil samples were collected in four paired sites (represented by one pure aspen stand and one pure spruce stand) and soil nutriments were measured.

Results
Of the more than 1119 OTUs, 31.6% were Ascomycota while 27.8% were Basidiomycota, 15% were ectomycorrhizal fungi whereas 19.7% were saprotrophic. Communities displayed high species turnover among forest types rather than differences in species richness. Among tested predictors, the dominant tree species explained around 11% of fungal community variation. pH and soil nutrients were also strong predictors of fungal communities.

Conclusions
Our study revealed strong correlations between dominant tree species and fungal communities at a local scale and raised questions regarding the impact of fungal communities on forest soil nutrient dynamics.

Au Québec, le 49° de latitude nord représente la frontière entre d’une part la forêt mixte dominée par le sapin baumier et le bouleau et d’autre par la forêt boréale dominée par l’épinette noire. Cette frontière tend à migrer vers le nord avec la migration du sapin. Dans les plaines argileuses de l’Abitibi-Témiscamingue qui se trouvent à cette latitude, le sapin possède localement une meilleure capacité d’établissement sous les couverts dominés par le peuplier faux-tremble en comparaison à ceux dominés par l’épinette noire. Les conditions climatiques et édaphiques sont similaires dans les deux types de peuplement, mais les conditions biotiques diffèrent. Le sous-bois sous épinette est dominé par les mousses et des arbustes de la famille des éricacées, tandis que le sous-bois associé aux peuplements de peupliers présente une richesse spécifique plus élevée, plus particulièrement en espèces arbustives et herbacées. Les communautés végétales des strates arborées et de sous-bois sont connues pour affecter les communautés fongiques du sol et notamment les communautés mycorhiziennes. Or, ces dernières pourraient expliquer les différences d’établissement du sapin observées entre les deux types de peuplement. En effet, les mycorhizes sont des symbioses à bénéfices réciproques entre des champignons et les racines des arbres et elles sont particulièrement importantes pour la nutrition des plantes en forêt boréale. Cependant, il y a très peu d’informations sur les mycorhizes dans le système boréal québécois relativement à la Scandinavie ou l’Alaska. Dans ce projet, nous avons testé 1) si les communautés de champignons du sol sont différentes entre les peuplements de peuplier et d’épinette, 2) si les sapins s’associent avec un plus grand nombre d’espèces de champignons, mais aussi à des espèces différentes sous les peupliers et 3) si les symbioses mises en place sous les peupliers sont plus efficaces que celles sous les épinettes pour la nutrition du sapin.

Le séquençage haut débit de l’ADN des champignons du sol a permis de détecter une forte diversité fongique et de mettre en évidence des différences dans la composition des communautés fongiques du peuplier et de l’épinette, aussi bien pour les champignons décomposeurs que pour les champignons mycorhiziens. Pendant deux années, soixante jeunes plants de sapins ont été suivis sur le terrain afin de relier la croissance et le taux de nutriments dans les aiguilles (deux estimateurs de la vigueur) au taux de mycorhization et à la diversité fongique. L’analyse a révélé que le taux de nutriments dans les aiguilles du sapin était supérieur sous les peupliers par rapport au sapin poussant sous les épinettes à proximité de plantes éricacées. De plus, la présence des plantes éricacées était corrélée à des changements de la communauté fongique mycorhizienne associée aux racines du sapin, ainsi qu’à une diminution du contenu en azote dans les aiguilles. Des expériences ont également été menées en chambre de croissance afin de déterminer si la mycorhization avait un impact sur la germination, la survie, la nutrition et la croissance des jeunes plantules. Pour ce faire, des sapins ont été semés dans des sols organiques et minéraux provenant des différents types de peuplement et la moitié a été stérilisée afin d’éliminer les microorganismes. Les résultats obtenus après trois saisons de croissance ont permis de détecter un effet de l’identité des microorganismes du sol plutôt qu’un effet du taux de mycorhization sur la nutrition et la croissance du sapin. De plus, les sapins poussant dans les sols récoltés sous épinette mais à distance des éricacées ont eu une meilleure nutrition azotée que dans les sols prélevés sous peuplier. Une expérience sur une plus longue durée et un dispositif expérimental plus complexe intégrant la possibilité de formation de réseaux mycorhiziens fonctionnels entre plantes sont à envisager afin de tester l’importance des interactions sur l’établissement du sapin et sa nutrition à plus long terme.

Globalement, les résultats de la thèse nous indiquent que les différences observées d’abondance et de croissance du sapin sous le peuplier et l’épinette sont la résultante d’interactions complexes, où les communautés mycorhiziennes et les communautés végétales dominantes jouent un rôle. Les différences des communautés fongiques du sol et de nutriments dans le sol organique observées entre les deux peuplements pourraient expliquer la meilleure nutrition du sapin sous les peupliers. D’autre part, la présence d’une communauté ectomycorrhizienne non compatible et/ou peu favorable aux sapins à proximité des éricacées pourrait expliquer en partie les problèmes de croissance et de nutrition sous les épinettes. Ainsi, la facilitation du sapin par le peuplier est partiellement expliquée par les communautés fongiques du sol. Enfin, nos données confirment que les champignons du sol (dont les ectomycorhiziens) sont à prendre en compte dans les modèles de migration du sapin vers le nord en réponse au changement climatique.