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Changements climatiques et carbone forestier
Changements climatiques et carbone forestier
Les changements climatiques font consensus au sein de la communauté scientifique. On note déjà à l’échelle du globe, entre autres, une hausse des températures moyennes de l’atmosphère et de l’océan, une fonte massive de la neige et de la glace et une élévation du niveau moyen de la mer en conséquence des changements climatiques (GIEC 2007). Le réchauffement du climat est notamment attribuable à l’utilisation des combustibles fossiles qui émettent dû CO2 dans l’atmosphère, mais également aux changements de vocation des terres, spécialement la deforestation (IPCC 2007). Le constat à ce jour est que les émissions des dernières années ont augmenté rapidement et suivent le plus haut scénario d’émissions utilisé par le GIEC dans son quatrième rapport (Le Quere et al. 2009). En fait, les émissions attribuables aux combustibles fossiles et à la production de ciment étaient en hausse de 40 % pour l’année 2008 par rapport à l’année 1990 (Le Quere et al. 2009). Sous les scénarios d’émissions Al et A2 du GIEC, une augmentation des températures moyennes de 3,7 à 4,5 °C est à prévoir d’ici 2100 (IPCC 2007). Pour limiter le réchauffement de la planète à une valeur de 2 °C au dessus des valeurs pré industrielles, les émissions devraient atteindre leur plus haut niveau entre 2015 et 2020 puis décroitre rapidement (The Copenhagen Diagnosis 2009). Le réchauffement climatique anticipé risque de modifier la contribution des forêts au cycle global du C. Une augmentation du CO2 atmosphérique, de la température, du dépôt d’azote (N) et une saison de croissance plus longue pourraient résulter en un accroissement substantiel de la productivité des forêts (Myneni et al. 1997; Slayback et al. 2003). D’un autre côté, une augmentation des surfaces affectées annuellement par les feux de forêts et les épidémies d’insectes est anticipée (Stocks et al. 2002; Flannigan et al. 2005a; Flannigan et al. 2005b; Kurz et al. 2008b). Une simulation réalisée avec le modèle CBM-SFS3 montre que l’augmentation en croissance des arbres résultant d’un taux de CO2 plus élevée ne serait pas suffisante pour compenser les émissions causées par l’accroissement en intensité des perturbations naturelles (Kurz et al. 2008a) et que l’on doit donc s’attendre à ce que la forêt boréale soit une source de C pour le siècle à venir. Zhuang et al. (2006) arrivent également à cette conclusion due à l’effet combiné de l’augmentation du nombre de perturbations naturelles et de la respiration du sol, causant une perte plus grande de C que le gain attribuable à une croissance stimulée. Une perte en C a déjà été observée pour la majorité des forêts canadiennes pour les décennies 1980 et 1990 (Kurz et Apps 1999; Myneni et al. 2001). Une autre source importante de C est celle créée par la deforestation. Au cours des années 90, la deforestation aurait causé des émissions d’environ 5,8 Gt CO2 an »1 (Nabuurs et al. 2007). La variation nette des superficies forestières entre les années 2000 et 2010 est estimée à une perte de 5,3 M ha an’1 (FAO 2011). Les émissions anthropiques en terme de C pour la décennie 2000 sont de l’ordre de 7,9 Gt C an »1 pour l’utilisation des combustibles fossiles et de 1,0 Gt C an »1 attribuable au changement d’affectations des terres (Global Carbon Project 2011). Un moyen efficace de combattre est donc de Réduire les émissions à la source, que ce soit en diminuant l’utilisation des combustibles fossiles ou en diminuant la deforestation représente donc un moyen évident de combattre les changements climatiques.
Changements climatiques et carbone forestier
Les changements climatiques font consensus au sein de la communauté scientifique. On note déjà à l’échelle du globe, entre autres, une hausse des températures moyennes de l’atmosphère et de l’océan, une fonte massive de la neige et de la glace et une élévation du niveau moyen de la mer en conséquence des changements climatiques (GIEC 2007). Le réchauffement du climat est notamment attribuable à l’utilisation des combustibles fossiles qui émettent dû CO2 dans l’atmosphère, mais également aux changements de vocation des terres, spécialement la deforestation (IPCC 2007). Le constat à ce jour est que les émissions des dernières années ont augmenté rapidement et suivent le plus haut scénario d’émissions utilisé par le GIEC dans son quatrième rapport (Le Quere et al. 2009). En fait, les émissions attribuables aux combustibles fossiles et à la production de ciment étaient en hausse de 40 % pour l’année 2008 par rapport à l’année 1990 (Le Quere et al. 2009). Sous les scénarios d’émissions Al et A2 du GIEC, une augmentation des températures moyennes de 3,7 à 4,5 °C est à prévoir d’ici 2100 (IPCC 2007). Pour limiter le réchauffement de la planète à une valeur de 2 °C au dessus des valeurs pré industrielles, les émissions devraient atteindre leur plus haut niveau entre 2015 et 2020 puis décroitre rapidement (The Copenhagen Diagnosis 2009). Le réchauffement climatique anticipé risque de modifier la contribution des forêts au cycle global du C. Une augmentation du CO2 atmosphérique, de la température, du dépôt d’azote (N) et une saison de croissance plus longue pourraient résulter en un accroissement substantiel de la productivité des forêts (Myneni et al. 1997; Slayback et al. 2003). D’un autre côté, une augmentation des surfaces affectées annuellement par les feux de forêts et les épidémies d’insectes est anticipée (Stocks et al. 2002; Flannigan et al. 2005a; Flannigan et al. 2005b; Kurz et al. 2008b). Une simulation réalisée avec le modèle CBM-SFS3 montre que l’augmentation en croissance des arbres résultant d’un taux de CO2 plus élevée ne serait pas suffisante pour compenser les émissions causées par l’accroissement en intensité des perturbations naturelles (Kurz et al. 2008a) et que l’on doit donc s’attendre à ce que la forêt boréale soit une source de C pour le siècle à venir. Zhuang et al. (2006) arrivent également à cette conclusion due à l’effet combiné de l’augmentation du nombre de perturbations naturelles et de la respiration du sol, causant une perte plus grande de C que le gain attribuable à une croissance stimulée. Une perte en C a déjà été observée pour la majorité des forêts canadiennes pour les décennies 1980 et 1990 (Kurz et Apps 1999; Myneni et al. 2001). Une autre source importante de C est celle créée par la deforestation. Au cours des années 90, la deforestation aurait causé des émissions d’environ 5,8 Gt CO2 an »1 (Nabuurs et al. 2007). La variation nette des superficies forestières entre les années 2000 et 2010 est estimée à une perte de 5,3 M ha an’1 (FAO 2011). Les émissions anthropiques en terme de C pour la décennie 2000 sont de l’ordre de 7,9 Gt C an »1 pour l’utilisation des combustibles fossiles et de 1,0 Gt C an »1 attribuable au changement d’affectations des terres (Global Carbon Project 2011). Un moyen efficace de combattre est donc de Réduire les émissions à la source, que ce soit en diminuant l’utilisation des combustibles fossiles ou en diminuant la deforestation représente donc un moyen évident de combattre les changements climatiques.
Atténuation par le boisement
Un autre moyen d’atténuer le réchauffement est d’augmenter les superficies recouvertes par les forêts, notamment par le boisement/reboisement, méthode reconnue par le protocole de Kyoto (GIEC 2007). Sur 8,9 Gt C émis annuellement par l’activité anthropique, seulement 4,1 Gt se retrouvent dans l’atmosphère. Cela est attribuable à la séquestration du C effectué par les écosystèmes terrestres et océaniques, avec 2,5 Gt C an’1 et 2,3 Gt C an »1 séquestré respectivement durant la décennie 2000 (Global Carbon Project 2011). Des efforts relativement modestes pourraient augmenter la compensation des écosystèmes terrestres d’un autre 15 % des émissions anthropiques globales (Nabuurs et al. 2007). L’augmentation de la capacité des puits terrestres de C est donc un moyen pour atténuer l’effet des changements climatiques. Les réservoirs terrestre et océanique ont continué leur action de puits durant les années 2000, même si la fraction des émissions absorbée aurait diminué durant les dernières années (Canadell et al. 2007). Les forêts représentent le plus grand réservoir de C terrestre (Bolin et al. 2000). Le C dans la biomasse vivante terrestre varie grandement d’un écosystème à l’autre, de 5 t C ha »1 jusqu’à 300 t C ha »1 dans certaines forêts tropicales et du nord-est du pacifique (Houghton et al. 2009). Les forêts canadiennes ont pour leur part des stocks de C dans la biomasse forestière vivante de 45 t C ha »1 (FAO 2011). L’ensemble des forêts boréales recouvre 14,5 % du territoire terrestre (Melillo et al. 1993) et contient 26 % du C stocké dans les écosystèmes de la planète (Dixon et al. 1994). Selon les recommandations en matière de bonnes pratiques pour le secteur de l’utilisation des terres, changements d’affectation des terres et foresterie (IPCC 2003), cinq grands réservoirs sont utilisés pour établir le bilan C d’un écosystème terrestre : la biomasse aérienne, la biomasse souterraine, le bois mort, la litière (incluant l’humus) et la matière organique du sol minéral. Les écosystèmes terrestres, en retenant le carbone (C) dans la biomasse vivante, dans les matières organiques en décomposition et dans les sols, jouent un rôle important dans le cycle global du C. Les processus que sont la photosynthèse, la respiration, la décomposition et la combustion entretiennent la circulation naturelle du C entre ces écosystèmes et l’atmosphère (Bolin et al. 2000). Les changements dans la biomasse résultent du changement d’utilisation des terres, des perturbations naturelles et des changements physiologiques causés par l’environnement. Ces facteurs affectent les superficies recouvertes de forêts, leur structure d’âge, la composition des communautés et le taux d’accumulation et de perte de C (Houghton et al. 2009).
Dénudés secs et boisement
En forêt boréale québécoise, des terrains classés improductifs et appelés dénudés secs (DS) sont présents en quantités telles qu’ils représentent un potentiel réel de séquestration accru de C (Gaboury et al. 2009). L’inventaire forestier des forêts du Québec réalisé en 2003 indique qu’environ 7 % du domaine de la pessière à mousses, soit 1,6 M ha, est constitué de DS (MRNFP 2003). Les DS sont des milieux naturellement ouverts dispersés en ilôts au sein de la forêt boréale continue (Payette 1992; Ri vérin et Gagnon 1996; Simard et Payette 2001). Ils sont caractérisés par un couvert arborescent de densité inférieure à 25 % de recouvrement, constitué principalement d’épinette noire (Picea mariana (Mill.) B.S.P.), croissant souvent sur un lit de lichens (principalement Cladonia spp.) et avec un étage arbustif abondamment composé d’éricacées (des genres Rhododendron et Kalmid) (Simard et Payette 2001; Hébert et al. 2006; Girard et al. 2009). Le processus de formation des DS est lié à des perturbations successives (Payette et al. 2000; Gagnon et Morin 2001; Jasinski et Payette 2005). Le passage de feux successifs dans une pessière noire à mousses ne présentant pas de conditions adéquate de germination et de survie des semis, mènera à un processus d’ouverture du couvert forestier (Payette et al. 2000; Gagnon et Morin 2001; Payette et Delwaide 2003; Le Goff et Sirois 2004; Girard et al. 2009). Ce mécanisme d’ouverture peut également s’observer lorsqu’un feu survient peu après une épidémie d’insectes (Payette et al. 2000). Au cours des 50 dernières années, environ 19 500 ha des 225 000 ha de forêt dense de conifères se sont transformés en pessières à lichens, ce qui représente environ 9 % des forêts (Girard et al. 2008). Aucune évidence d’un retour des DS en forêts denses n’a encore été démontré (Jasinski et Payette 2005). Le passage de feux dans les DS va maintenir la structure ouverte (Payette 1992) et, d’un feu à l’autre, la densité d’épinette noire ira en diminuant (Gagnon et Morin 2001). Le mécanisme de régénération par marcottage, principal mode de régénération présent dans ces sites entre deux feux, ne semble pas pouvoir contribuer à une densification du couvert arborescent (Rivérin et Gagnon 1996; Payette et al. 2000; Jasinski et Payette 2005). Les DS représentent donc une opportunité pour le boisement dans l’objectif de création de puits de C et d’atténuation du réchauffement climatique (Nabuurs et al. 2007; Gaboury et al. 2009). Jusqu’à maintenant, très peu d’études ont porté sur le potentiel de séquestration réel auquel correspond le boisement des DS. Une première étude a révélé que des pessières à lichens et des pessières à mousses adjacentes sont similaires quant à la disponibilité des nutriments contenus dans leur solution de sol, et ce, quel que soit le traitement de préparation de terrain utilisé (Girard 2004). D’autres travaux ont montré une croissance juvénile soutenue de plants d’épinettes noires (Picea mariana (Mill.) B.S.P.) et de pin gris (Pinus banksiana Lamb.) dans des DS scarifiés, mais tout de même inférieure à celle de plants dans une pessière à mousses adjacente et comparable (Hébert et al. 2006). Des résultats un an après boisement dans un autre dispositif ont confirmé que le boisement des DS s’avère envisageable lorsqu’une preparation de terrain adéquate est appliquée, même si certaines limitations à la croissance affectent les plants des DS durant la phase d’établissement (Tremblay 2010). Même si la croissance des plants est inférieure dans les DS que dans les pessières à mousses, le gain en C apporté par le boisement pourrait être significatif sur le long terme même avec une hypothèse de rendement faible (Gaboury et al. 2009). La préparation de terrain de type scarifiage peut influencer les stocks de C de différentes manières, tout d’abord en augmentant la croissance des arbres plantés (Prévost et Dumais 2003; Hébert et al. 2006). La préparation de terrain diminue l’intensité de la compétition pour les ressources (Prévost 1996; Boucher et al. 1998; Thiffault et al. 2004) et augmente la température de la surface du sol (Prévost 1996; Boucher et al. 1998; Boucher et al. 2001). Également, le scarifiage peut créer des lits de germination réceptifs à l’épinette noire et favorable à la croissance des semis naturels (Prévost 1996; Prévost et Dumais 2003; Tremblay 2009). Les marcottes épargnées par le traitement bénéficient également du scarifiage par l’augmentation de leur croissance (Prévost et Dumais 2003). Une perte de biomasse survient cependant, conséquence de la réduction de la superficie couverte par les lichens et les éricacées et de la destruction d’une partie de la régénération naturelle (Prévost 1997). Cependant, cette perte peut être compensée par la réduction de la compétition des éricacées envers les conifères, notamment de Kalmia angustifolia (Thiffault et al. 2004). Des sites où le Kalmia était contrôlé ont montré une augmentation de la croissance des conifères associée à la plus faible compétition du Kalmia (Moroni et al. 2009) et/ou de la combinaison du Kalmia avec Rhododendron et des lichens (Hébert et al. 2006). Par le fait même, l’apport à la litière des conifères par la biomasse aérienne et souterraine cause un apport de nutriments plus élevé et une matière organique de meilleure qualité (Moroni et al. 2009). Le scarifîage influence également le taux de décomposition de la matière organique de la litière et de l’humus et la teneur en C du sol minéral, causant une perte nette de C dans les premières années suivant la préparation de terrain (Tremblay et al. 2006; Hyvonen et al. 2007; Gaboury et al. 2009).
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Table des matières
RÉSUMÉ
REMERCIEMENTS
TABLE DES MATIÈRES
LISTE DES TABLEAUX
LISTE DES FIGURES
CHAPITRE 1
INTRODUCTION
1.1 Changements climatiques et carbone forestier
1.2 Atténuation par le boisement
1.3 Dénudés secs et boisement
1.4 Potentiel de séquestration par le boisement
1.5 Relations allométriques
1.6 Hypothèse et objectifs
CHAPITRE 2
MÉTHODOLOGIE
2.1 Dispositif expérimental
2.2 Mesures et échantillonnage terrain
2.3 Mesures complémentaires
2.4 Mesures et échantillonnage en laboratoire
2.5 Equations allométriques
2.6 Bilan Carbone
2.7 Analyse statistique
CHAPITRE 3
RÉSULTATS
3.1 Stocks de carbone des arbres études
3.2 Équations allométriques
3.3 Stocks de carbone dans les réservoirs
3.4 Stocks de carbone par compartiments
3.5 Bilan C des DS dix ans après boisement
CHAPITRE 4
DISCUSSION. ,
4.1 Réservoirs de carbone
4.2 Bilan carbone
4.3 Allométrie
CHAPITRE 5
CONCLUSION
CHAPITRE 6
RÉFÉRENCES
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