Forêt expérimentale de Petawawa - Essai de recherche sur la sylviculture

Des chercheurs de Ressources naturelles Canada, mettent en œuvre un projet de Essai de recherche à long terme sur l’adaptation des forêts aux changements climatiques à la Petawawa Research Forest (PRF), à Chalk River, en Ontario. Cet essai de recherche en foresterie teste une série d’approches sylvicoles conçues pour aider les forêts à s’adapter à des saisons de croissance progressivement plus chaudes et plus sèches. Cet essai fait partie d’un réseau plus vaste, à l’échelle de l’Amérique du Nord, le réseau ASCC (Adaptive Silviculture for Climate Change), dirigé par le milieu universitaire américain et le service forestier de l’USDA. Le réseau ASCC utilise un cadre normalisé d’adaptation au climat, conçu pour aider et surveiller la capacité d’une forêt à répondre à un climat changeant grâce à un gradient de traitements sylvicoles  » prêts pour le climat futur  » : résistance, résilience et transition. En juillet 2019, l’équipe de recherche ainsi que d’autres chercheurs fédéraux, provinciaux et universitaires, et des gestionnaires forestiers régionaux se sont réunis pour un atelier de deux jours afin d’apprendre les impacts que les changements climatiques aura sur les forêts de la région et d’élaborer les traitements d’adaptation sylvicoles spécifiques pour cet essai de recherche au PRF. Le groupe a développé cinq traitements sylvicoles applicables à la gestion des forêts matures de pin blanc : Résistance, Résilience, Transition, Contrôle non traité (condition de référence), et Contrôle « Business as usual ». Après un retard dû à la pandémie COVID-19, la collecte de données avant la récolte a été achevée en 2021, les sites ont été récoltés au cours de l’hiver 2021-22, et les activités de renouvellement de la forêt, en commençant par la préparation des sites, ont débuté à l’été 2022, les activités de plantation d’arbres étant prévues pour l’été 2022.Les activités de plantation d’arbres sont prévues pour l’automne 2023.

Ce site de recherche contribuera au réseau plus large de sites de recherche du ASCC par le partage de données et de connaissances en collaboration, ainsi qu’à l’héritage de plus de 100 ans de recherche forestière du PRF.

La PRF est une forêt de 10 000 hectares située dans la vallée de la rivière des Outaouais, dans la région forestière des Grands Lacs et du Saint-Laurent. La forêt est exploitée par Ressources naturelles Canada (RNCan) et le Service canadien des forêts (SCF). Établie en 1918, la PRF sert de laboratoire vivant pour la recherche et le transfert des connaissances forestières.

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Comprendre et évaluer les impacts

Les projections de changements climatiques pour le PRF ont été fournies par McKenny et al.de RNCan-CFS ( https://cfs.nrcan.gc.ca/projects/3/6 ) sur la base des voies de concentration représentatives (RCP). Les tendances générales des scénarios RCP2.6, RCP4.5 et RCP8.5 ont été examinées. Les principales mesures climatiques d’intérêt sont la température annuelle moyenne, les précipitations annuelles moyennes et l’indice d’humidité climatique annuel moyen qui est une mesure calculée qui mélange la température et les précipitations. Ces paramètres ont été résumés pour les périodes suivantes : normes historiques (1971-2000), 2011-41, 2041-70 et 2071-2100.

Située dans la région de la forêt des Grands Lacs et du Saint-Laurent, la forêt de recherche de Petawawa subira les principaux effets prévus des changements climatiques :

  • Augmentation du stress hydrique estival dû à la sécheresse et au risque accru d’incendies de forêt.
  • Une production de semences plus irrégulière, ce qui nécessite de moins compter sur la régénération naturelle.
  • Augmentation de la fréquence des tempêtes de neige et de glace entraînant des dommages aux couronnes et une charge de neige sur les semis.
  • Températures hivernales plus élevées et évapotranspiration accrue
  • Événements pluvieux ou nivaux entraînant une fonte rapide des neiges et une fluctuation des nappes phréatiques.

Les changements climatiques ont également le potentiel d’apporter des résultats positifs au PRF. Des températures plus élevées et des saisons de croissance plus longues pourraient augmenter la productivité des arbres et améliorer la production de bois. Le pin blanc, l’espèce d’arbre la plus dominante et la plus importante du point de vue économique à la FRP, devrait se porter relativement bien dans les conditions climatiques futures. Certaines espèces d’arbres actuellement présentes sur le site devraient avoir une meilleure adéquation à l’habitat, notamment le chêne rouge, ce qui pourrait créer des opportunités de diversification de la composition de la forêt et de l’offre de produits forestiers.

Ce site de recherche contribuera au réseau plus large de sites de recherche du ASCC par le partage de données et de connaissances en collaboration, ainsi qu’à l’héritage de plus de 100 ans de recherche forestière du PRF.

La PRF est une forêt de 10 000 hectares située dans la vallée de la rivière des Outaouais, dans la région forestière des Grands Lacs et du Saint-Laurent. La forêt est exploitée par Ressources naturelles Canada (RNCan) et le Service canadien des forêts (SCF). Établie en 1918, la PRF sert de laboratoire vivant pour la recherche et le transfert des connaissances forestières.

Déterminer les actions

L’essai ASCC-PRF vise à développer, tester et démontrer des stratégies d’adaptation des forêts de pins blancs de la région aux changements climatiques. Ce type de forêt a été choisi parce qu’il est important sur le plan écologique et économique dans la région, qu’il est le type de forêt le plus répandu au PRF et qu’il n’est pas encore représenté sur d’autres sites du réseau ASCC.

Les peuplements forestiers de pin blanc sont rarement purs et contiennent généralement des quantités variables de pin rouge, de chêne rouge, d’érable, de tremble, de bouleau, de sapin baumier et d’épicéa. Ces peuplements sont généralement gérés selon le système de coupes progressives uniformes qui comprend 1 à 3 coupes partielles (préparatoire, coupe de semis, première coupe) destinées à soutenir l’établissement de la régénération en fournissant une source de semences pour les nouveaux semis et en régulant les conditions de lumière pour atténuer les attaques d’insectes et de maladies sur les jeunes pins blancs. Une fois que la régénération du pin blanc a dépassé une hauteur de 6 mètres (20 pieds), la menace de dommages causés par le charançon du pin blanc (l’alimentation des larves tue la flèche et cause une mauvaise forme) est minimisée et l’étage dominant restant est récolté, laissant un peuplement d’un seul âge pour croître jusqu’à maturité. Le nombre de coupes dépend de l’état initial du peuplement, de sa composition et de sa surface terrière. Les peuplements dont la composition en pins est plus faible ne subissent souvent qu’une coupe de semis et une coupe finale. La coupe de semis est prévue dans les peuplements matures de 80 à 100 ans. La récolte finale peut souvent avoir lieu 20 à 30 ans après la coupe de semis. L’objectif du système de coupe progressive uniforme est de rétablir des peuplements productifs dominés par le pin blanc. Il s’agit de la condition future souhaitée (CFD).

Les traitements pour l’ASCC-PRF ont été élaborés dans l’espoir de commencer avec des peuplements de pins blancs matures prêts à être exploités et à faire l’objet d’activités de renouvellement. L’objectif des activités de renouvellement est d’établir des forêts productives qui génèrent des biens et services écologiques (ex. : habitat) et économiques (ex. : produits du bois) similaires à ceux des peuplements d’origine.

ASCC-PRF a cinq options de traitement : Résistance, Résilience, Transition, Contrôle non traité et Contrôle  » Business as Usual  » A l’exception du Contrôle non traité, les objectifs généraux de gestion de chaque traitement sont de récolter et de régénérer les peuplements de manière à faire repousser des forêts saines et productives, capables de fournir des biens et services écosystémiques similaires à ceux fournis par les peuplements d’origine.

Chacun des traitements de résistance, de résilience et de transition utilise la migration assistée des espèces d’arbres comme stratégie d’adaptation. L’identification des régions où le climat futur de la PRF correspondra aux normales climatiques historiques a été guidée par le modèle SeedWhere de Ressources naturelles Canada ( ).( https://cfs.cloud.nrcan.gc.ca/seedwhere/index.php?randNum=33262&lang=e ). Le modèle SeedWhere modélisation ainsi que l’approvisionnement en semences ont été réalisés dans le cadre d’un contrat avec la Forest Gene Conservation Association ( https://fgca.net/ ).

  • Résistance : Le traitement de résistance comprend des options de gestion visant à atteindre les conditions futures souhaitées (CFD) à l’aide du système de coupe progressive uniforme, mais vise à accroître la résistance aux changements climatiques en élargissant la diversité génétique des peuplements en régénération. Les semis seront plantés à l’aide de graines d’origine locale ainsi que de graines de pin blanc provenant de trois zones dont le climat historique correspond au climat futur projeté du PRF (périodes : 2011-2040, 2041-2070, 2071-2100) dans le cadre du RCP 8.5. Ces semis devraient être mieux adaptés aux conditions futures du PRF.
  • Résilience : Le traitement de résilience utilisera un système sylvicole novateur au niveau régional pour atteindre un CFD similaire, mais mieux à même de rebondir après des perturbations. Un système de coupes progressives et irrégulières créera une structure de peuplement multi-âges qui maintiendra la présence d’arbres producteurs de graines sur le site en tout temps. Les trouées récoltées auront un diamètre de 50 m et seront réparties de manière à couvrir 20 % de la superficie du peuplement. La diversité globale sera accrue par la plantation de plusieurs espèces dans les trouées récoltées (pin blanc, chêne rouge et chêne blanc). La diversité génétique sera accrue en se procurant les semences dans des endroits où le climat est similaire aux périodes climatiques 2011-2040 et 2041-2070 à PRF, sous RCP 8.5. Les écarts seront élargis tous les 15-20 ans, ce qui permettra de revoir le choix des espèces et de leurs sources en fonction des conditions climatiques du moment.
  • Transition : Le traitement de transition facilite activement le changement pour créer une forêt adaptée au climat. Le système de coupe à blanc avec arbres de semence sera utilisé pour faciliter la plantation de pins rouges locaux, de chênes blancs adaptés à la période 2011-2040 (RCP 8.5), de pins rouges et de chênes rouges adaptés à la période 2041-2070 (RCP 8.5), et la plantation d’une nouvelle espèce, le pin à crochets, pour remplacer la composante de pins blancs des peuplements. Globalement, la diversité des arbres sera accrue par l’ajout de chêne blanc et de pin à crochets, et la diversité génétique des espèces locales sera augmentée par la plantation de sources de pin rouge et de chêne rouge adaptées au climat. L’aire de répartition du pin sylvestre ne s’étend actuellement que jusqu’au nord de la frontière canado-américaine (p. ex. Kingston, ON) ; il s’agira donc d’une stratégie de migration longue distance assistée pour le pin sylvestre. Cette espèce est bien adaptée aux conditions de croissance sèches et peu profondes prévues pour l’avenir au PRF, modélisées selon le RCP 8.5.
  • Conditions de référence non traitées (aucune action) : Dans les conditions de référence non traitées, les peuplements matures représentant le DFC seront autorisés à répondre aux changements climatiques sans intervention directe de gestion sylvicole.

Contrôle « Business as usual » : Ce traitement représente l’application des stratégies et approches opérationnelles standard utilisées pour régénérer la forêt et atteindre les CFD dans 80-100 ans. Il s’agit principalement de l’utilisation du système de coupes progressives uniformes et de la plantation de jeunes plants issus de sources de semences locales.

Mise en oeuvre

Conformément aux exigences du réseau ASCC, les traitements d’adaptation seront répliqués quatre fois sur la forêt de recherche de Petawawa et auront une superficie minimale de traitement de 8 ha pour chaque réplique.

Les peuplements candidats dominés par le pin blanc ont été identifiés en fonction de leur disponibilité dans le cadre du plan de gestion durable des forêts du PRF. L’adéquation au projet (par exemple, l’accessibilité, la composition, l’exploitabilité) a été déterminée à l’aide des attributs des peuplements provenant de l’inventaire forestier amélioré du PRF et par des enquêtes sur le terrain. Au total, près de 200 hectares de forêt ont été sélectionnés pour l’étude à travers quatre blocs et représentant une gamme de conditions de productivité et d’humidité.

Sept parcelles de mesure à long terme ont été attribuées de manière aléatoire à chaque zone de traitement sur le gradient de productivité (3 classes de surface terrière avant récolte) et de conditions d’humidité (3 classes d’indice d’humidité topographique).

Des évaluations préalables au traitement ont été réalisées au cours de l’été 2021 afin d’évaluer : la composition et l’abondance de l’étage dominant, des gaules et de la couche arbustive, ainsi que de la couche du sol et des substrats ; la quantité de débris ligneux grossiers ; et les réservoirs de carbone et de nutriments dans les sols. Les mêmes données seront recueillies après l’achèvement des activités de renouvellement, et à des moments fixes dans le futur (par exemple, 5 ans) pour pouvoir décrire les changements dans les peuplements.

Le marquage des arbres a été effectué avant la récolte pour identifier les arbres qui ne devaient pas être récoltés. Les activités de récolte ont été réalisées au cours de l’hiver 2021-22 par un entrepreneur externe. Des abatteuses ont récolté les arbres. Les branches des arbres ont été enlevées avant que les tiges des arbres ne soient retirées de la forêt par des débardeurs.

Aux fins de la gestion des rémanents et de la création d’un lit de semence, la préparation mécanique du site a été effectuée en juillet et août 2022 dans les traitements de résistance, de transition et de contrôle « Business as Usual ». Des débardeurs munis de râteaux montés à l’avant ont poussé les débris de coupe en petits tas. Les niveaux de rémanents dans les trouées récoltées de la Résilience n’ont pas justifié la préparation mécanique du site.

La préparation chimique du site est prévue pour tous les traitements de récolte à l’été 2023. Cela permettra de réduire la concurrence à la régénération des espèces herbacées, arbustives et d’arbres moins désirables à croissance rapide. Un herbicide à base de glyphosate sera appliqué à partir d’un débardeur.

La plantation des arbres est prévue pour septembre 2023. Les différentes espèces et sources seront plantées sous forme de mélange aléatoire à des densités cibles de 1250 à 1760 arbres par hectare, selon le traitement. Une broche numérotée marquera et identifiera l’espèce et la source de graines de chaque arbre planté dans les parcelles de mesure. Cela permettra de suivre la survie et la croissance de chaque arbre.

Résultats et suivi des progrès

Dans le cadre du développement du projet, la collaboration avec des partenaires de recherche de nombreuses institutions sera utilisée pour étudier l’efficacité des différents traitements sylvicoles visant à créer des écosystèmes adaptatifs. Étant donné le statut à long terme de l’ASCC-PRF , le suivi est un élément essentiel. En fonction du traitement, la rotation finale aura lieu dans 60 à 100 ans. Pour soutenir la recherche en cours, certains des éléments de surveillance comprennent :

  • Régénération des semis plantés
  • Survie et croissance des arbres résiduels
  • Diversité de la végétation
  • Conditions du microclimat
  • Données sur l’hydrologie et les bassins versants
  • Débris ligneux grossiers
  • Bassins de carbone et de nutriments
  • Activité des oiseaux et de la faune

Prochaine(s) étape(s)

Ressources naturelles Canada prépare les activités de préparation du site et de plantation des arbres en 2023, et la première collecte de données après l’établissement en 2024. On s’attend à ce que les sites d’étude soutiennent et attirent d’autres études à court et à long terme ainsi que des collaborations avec des partenaires internes et externes. Les futures collectes de données porteront sur la régénération des arbres, la croissance des forêts, la santé des forêts et les flux de carbone et de nutriments afin de permettre à ASCC-PRF de participer à des initiatives analytiques à l’échelle du réseau. Les activités d’échange de connaissances constitueront une partie importante de ce projet. L’étude sera la destination de nombreuses visites sur le terrain et le sujet de nombreuses présentations, rapports et publications évaluées par des pairs. On s’attend à ce que l’ASCC-PRF contribue à l’élaboration de politiques liées à la gestion des forêts en Ontario et ailleurs.

Ressources

Lien vers l’étude de cas complète