St-Denis2016

Référence

St-Denis, A. (2016) Restauration forestière de terres agricoles abandonnées : effets des interactions biotiques sur l'établissement des arbres. Thèse de doctorat, Université du Québec à Montréal. (URL )

Résumé

Au courant des dernières décennies, de plus en plus de terres agricoles ont été abandonnées. Bien que les causes puissent être différentes, le phénomène est observé dans plusieurs régions du monde. Suite à l'abandon, la succession végétale mène parfois à une afforestation naturelle dominée par quelques espèces d'arbres anémochores. Dans d'autres cas, la végétation rudérale inhibe pendant de nombreuses années l'établissement ou la croissance des espèces forestières. Plusieurs projets de reboisement ont été instaurés avec une attention portée sur les relations de compétition et de prédation. Or, des relations de facilitation ou de tolérance peuvent aussi s'observer entre la végétation herbacée et les jeunes arbres plantés. Les relations entre les microorganismes du sol et les arbres vont quant à elles des effets pathogènes au mutualisme. Ces relations positives, neutres ou négatives sont influencées par les facteurs environnementaux comme l'humidité du sol et la disponibilité des nutriments du sol. Notre projet avait pour but d'analyser les effets de plusieurs interactions biotiques sur l'établissement des arbres dans une optique de restauration forestière de terres agricoles abandonnées. Nous avons donc étudié les relations de compétition, mais aussi de facilitation et de tolérance entre les plantes herbacées et les arbres, la prédation des semences et des semis, ainsi que les effets des microbes de sol forestier sur les arbres. Un premier dispositif expérimental en champ nous a permis d'évaluer les effets (positifs, neutres ou négatifs) de la végétation herbacée ainsi que les effets de la prédation sur la germination, la survie et la croissance de six espèces d'arbres indigènes. Nos hypothèses étaient que les taux de germination et de survie augmenteraient avec la taille des semences et que la végétation herbacée aurait des effets positifs sur la germination de l'espèce tolérante à l'ombre, mais négatifs sur les espèces intolérantes à l'ombre. Les espèces ayant de petites semences ont peu ou pas germé, mis à part le pin rouge dont la survie après un an était très faible. Le chêne rouge, l'espèce ayant les plus larges semences, a eu les taux de germination et de survie les plus élevés. Aucune prédation n'a été observée et la végétation herbacée n'a eu aucun effet, mis à part des effets négatifs sur le diamètre des semis de chêne rouge. Nos résultats supportent les hypothèses que la taille des semences influence le succès de l'ensemencement en champ et que l'ensemencement peut se faire dans la végétation herbacée. Un second dispositif expérimental a été utilisé afin d'évaluer les effets de la végétation herbacée et ceux de la prédation par les petits mammifères sur huit espèces d'arbres plantés. Les six espèces feuillues et deux espèces de conifères retenues varient en taux de croissance et en tolérance à l'ombre. Il était attendu que les espèces tolérantes à l'ombre auraient des meilleurs taux de survie dans la végétation herbacée que les espèces intolérantes à l'ombre, mais des taux de croissance inférieurs. Nous croyions aussi que la prédation serait plus importante sur les arbres poussant dans la végétation ou entourés de paillis, car les petits mammifères y seraient davantage à l'abri de leurs prédateurs que dans les parcelles sans végétation. Cette dernière hypothèse s'est confirmée sur le terrain. La prédation était la principale cause de mortalité. Les espèces les plus vulnérables furent les espèces de bouleau. La végétation herbacée a eu des effets négatifs (compétition) sur la survie des deux espèces non-pionnières et modérément tolérantes à l'ombre, des effets positifs (facilitation) sur la survie de l'espèce de conifère au système racinaire superficiel (mélèze laricin) et principalement des effets neutres (tolérance) sur la survie des cinq autres espèces d'arbres. Elle a eu des effets de compétition sur la croissance de toutes les espèces feuillues et pour la croissance des conifères, elle a eu des effets de facilitation ou encore aucun effet (tolérance). Dans le dernier volet de la thèse, nous avons étudié les effets des microbes de sol forestier sur des arbres plantés en champ. Plusieurs microorganismes tels que les mycorhizes facilitent la croissance des plantes et des arbres. Comme certaines espèces, e.g. champignons ectomycorhiziens, sont moins abondantes et diverses dans les sols des terres agricoles abandonnées, elles pourraient être inoculées en ajoutant du sol forestier et avoir un effet positif sur les jeunes arbres plantés. Parmi les communautés de sol forestier se trouvent toutefois des organismes pathogènes qui, selon l'hypothèse de Janzen-Connell, sont partagés entre des semis et des individus matures d'une même espèce. Afin de tester ces hypothèses, nous avons ajouté autour de jeunes arbres plantés en champ de petites quantités de sol issu de différentes forêts dominées par des arbres de la même espèce que les arbres plantés en champ ou encore dominées par une autre espèce. Nous en avons évalué les effets sur la survie et la croissance des arbres ainsi que sur la colonisation mycorhizienne des racines. Tel qu'attendu, la croissance des espèces d'arbres ectomycorhiziennes a davantage été influencée par l'ajout de sol forestier que celle des espèces endomycorhiziennes. Toutefois, peu d'effets ont persisté au-delà de la troisième saison de croissance. Ces résultats sont probablement dus au fait que l'ancien champ utilisé pour l'étude était d'une part, dominée par des espèces herbacées endomycorhiziennes et d'autre part, relativement fertile en possédant des taux élevés en phosphore. La croissance d'une seule espèce d'arbre (chêne rouge) a été négativement affectée par l'inoculation de sol collecté sous des individus de la même espèce, ce qui tend à confirmer que l'hypothèse de Janzen-Connell n'est pas aussi commune en forêt tempérée qu'en forêt tropicale. En somme, cette thèse démontre que les interactions biotiques affectant les jeunes arbres influencent le succès de la restauration forestière et que les techniques de restauration utilisées doivent être adaptées selon les caractéristiques des espèces d'arbres et les conditions environnementales. Elle propose également que la restauration doit être planifiée à l'échelle du semis plutôt qu'uniformément à l'échelle du site, dans une optique de restauration de précision.

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@PHDTHESIS { St-Denis2016,
    TITLE = { Restauration forestière de terres agricoles abandonnées : effets des interactions biotiques sur l'établissement des arbres. },
    AUTHOR = { St-Denis, A. },
    SCHOOL = { Université du Québec à Montréal },
    YEAR = { 2016 },
    NOTE = { CEFTMS, Messier, C. and Kneeshaw, D.D. },
    ABSTRACT = { Au courant des dernières décennies, de plus en plus de terres agricoles ont été abandonnées. Bien que les causes puissent être différentes, le phénomène est observé dans plusieurs régions du monde. Suite à l'abandon, la succession végétale mène parfois à une afforestation naturelle dominée par quelques espèces d'arbres anémochores. Dans d'autres cas, la végétation rudérale inhibe pendant de nombreuses années l'établissement ou la croissance des espèces forestières. Plusieurs projets de reboisement ont été instaurés avec une attention portée sur les relations de compétition et de prédation. Or, des relations de facilitation ou de tolérance peuvent aussi s'observer entre la végétation herbacée et les jeunes arbres plantés. Les relations entre les microorganismes du sol et les arbres vont quant à elles des effets pathogènes au mutualisme. Ces relations positives, neutres ou négatives sont influencées par les facteurs environnementaux comme l'humidité du sol et la disponibilité des nutriments du sol. Notre projet avait pour but d'analyser les effets de plusieurs interactions biotiques sur l'établissement des arbres dans une optique de restauration forestière de terres agricoles abandonnées. Nous avons donc étudié les relations de compétition, mais aussi de facilitation et de tolérance entre les plantes herbacées et les arbres, la prédation des semences et des semis, ainsi que les effets des microbes de sol forestier sur les arbres. Un premier dispositif expérimental en champ nous a permis d'évaluer les effets (positifs, neutres ou négatifs) de la végétation herbacée ainsi que les effets de la prédation sur la germination, la survie et la croissance de six espèces d'arbres indigènes. Nos hypothèses étaient que les taux de germination et de survie augmenteraient avec la taille des semences et que la végétation herbacée aurait des effets positifs sur la germination de l'espèce tolérante à l'ombre, mais négatifs sur les espèces intolérantes à l'ombre. Les espèces ayant de petites semences ont peu ou pas germé, mis à part le pin rouge dont la survie après un an était très faible. Le chêne rouge, l'espèce ayant les plus larges semences, a eu les taux de germination et de survie les plus élevés. Aucune prédation n'a été observée et la végétation herbacée n'a eu aucun effet, mis à part des effets négatifs sur le diamètre des semis de chêne rouge. Nos résultats supportent les hypothèses que la taille des semences influence le succès de l'ensemencement en champ et que l'ensemencement peut se faire dans la végétation herbacée. Un second dispositif expérimental a été utilisé afin d'évaluer les effets de la végétation herbacée et ceux de la prédation par les petits mammifères sur huit espèces d'arbres plantés. Les six espèces feuillues et deux espèces de conifères retenues varient en taux de croissance et en tolérance à l'ombre. Il était attendu que les espèces tolérantes à l'ombre auraient des meilleurs taux de survie dans la végétation herbacée que les espèces intolérantes à l'ombre, mais des taux de croissance inférieurs. Nous croyions aussi que la prédation serait plus importante sur les arbres poussant dans la végétation ou entourés de paillis, car les petits mammifères y seraient davantage à l'abri de leurs prédateurs que dans les parcelles sans végétation. Cette dernière hypothèse s'est confirmée sur le terrain. La prédation était la principale cause de mortalité. Les espèces les plus vulnérables furent les espèces de bouleau. La végétation herbacée a eu des effets négatifs (compétition) sur la survie des deux espèces non-pionnières et modérément tolérantes à l'ombre, des effets positifs (facilitation) sur la survie de l'espèce de conifère au système racinaire superficiel (mélèze laricin) et principalement des effets neutres (tolérance) sur la survie des cinq autres espèces d'arbres. Elle a eu des effets de compétition sur la croissance de toutes les espèces feuillues et pour la croissance des conifères, elle a eu des effets de facilitation ou encore aucun effet (tolérance). Dans le dernier volet de la thèse, nous avons étudié les effets des microbes de sol forestier sur des arbres plantés en champ. Plusieurs microorganismes tels que les mycorhizes facilitent la croissance des plantes et des arbres. Comme certaines espèces, e.g. champignons ectomycorhiziens, sont moins abondantes et diverses dans les sols des terres agricoles abandonnées, elles pourraient être inoculées en ajoutant du sol forestier et avoir un effet positif sur les jeunes arbres plantés. Parmi les communautés de sol forestier se trouvent toutefois des organismes pathogènes qui, selon l'hypothèse de Janzen-Connell, sont partagés entre des semis et des individus matures d'une même espèce. Afin de tester ces hypothèses, nous avons ajouté autour de jeunes arbres plantés en champ de petites quantités de sol issu de différentes forêts dominées par des arbres de la même espèce que les arbres plantés en champ ou encore dominées par une autre espèce. Nous en avons évalué les effets sur la survie et la croissance des arbres ainsi que sur la colonisation mycorhizienne des racines. Tel qu'attendu, la croissance des espèces d'arbres ectomycorhiziennes a davantage été influencée par l'ajout de sol forestier que celle des espèces endomycorhiziennes. Toutefois, peu d'effets ont persisté au-delà de la troisième saison de croissance. Ces résultats sont probablement dus au fait que l'ancien champ utilisé pour l'étude était d'une part, dominée par des espèces herbacées endomycorhiziennes et d'autre part, relativement fertile en possédant des taux élevés en phosphore. La croissance d'une seule espèce d'arbre (chêne rouge) a été négativement affectée par l'inoculation de sol collecté sous des individus de la même espèce, ce qui tend à confirmer que l'hypothèse de Janzen-Connell n'est pas aussi commune en forêt tempérée qu'en forêt tropicale. En somme, cette thèse démontre que les interactions biotiques affectant les jeunes arbres influencent le succès de la restauration forestière et que les techniques de restauration utilisées doivent être adaptées selon les caractéristiques des espèces d'arbres et les conditions environnementales. Elle propose également que la restauration doit être planifiée à l'échelle du semis plutôt qu'uniformément à l'échelle du site, dans une optique de restauration de précision. },
    KEYWORDS = { Terres agricoles abandonnées, restauration, plantation d'arbres, ensemencement, germination, établissement, survie, croissance, prédation, facilitation, tolérance, compétition, microorganismes de sol, mycorhizes, rétroaction négative, hypothèse de Janzen-Connell. },
    OWNER = { DanielLesieur },
    TIMESTAMP = { 2017.03.23 },
    URL = { http://www.archipel.uqam.ca/9301/ },
}

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