Soutenance mémoire
Dynamique d’une population d’ostryers de Virginie
Introduction
Les facteurs associés à la position de la limite de répartition géographique des espèces sont généralement d’ordre climatique, historique ou écologique. Le climat explique la répartition de nombreuses espèces d’arbres (Van Der Maarel et Austin 2005). Plusieurs études portant sur des populations à leur limite nordique ou alpine rapportent l’influence du climat sur leurs aires de répartition (Sakai et Weiser 1973), sur leur reproduction (Pigott et Runtley 1981 ; Rermanutz et al. 1989 ; Lalonde 1991 ; Tremblay et al. 1996 ; Karlsson et Weih 2001 ; Tremblay et al. 2002 ; Rasmussen et Kollman 2004) et la croissance des individus (Karlsson et Nordell 1996 ; Crescente et al. 2002 ; Takahashi et al. 2003). En particulier, la température est une des composantes du climat qui contraint les végétaux à leur limite nordique ou alpine de répartition (Lamarche et Mooney 1967 ; Wardle 1968 ; Black et Bliss 1980; Sakai et Larcher 1987 ; Bassow et al. 1994; Peterson et Peterson 2001 ; Lloyd et Fastie 2002). La température influence les étapes importantes du cycle vital des arbres en limitant la production de graines (Tremblay et al. 2002), leur germination (Tremblay et al. 1996 ; Robbie et Chapin 1998) ou encore leur fertilité en provoquant des anomalies dans les processus de fécondation (Pigott et Runtley 1981). De plus, l’établissement et la survie des plantules sont moindres sous l’influence du froid (Black et Bliss 1980 ; Keamey 1982 ; Szeicz et MacDonald 1995 ; Robbie et Chapin 1998 ; Suarez et al. 1999). Un climat froid provoque aussi une réduction des croissances radiales et verticales de plusieurs espèces à leurs limites nordiques (Payette et al. 1985; Lavoie et Payette 1992 ; Payette et Delwaide 1994; Brooks et al. 1998), en détériorant le tissu cambial ou en retardant le début de la saison de croissance (Fritts 1976). Les populations en 2 marge de l’aire de répartition des espèces y rencontrent donc des conditions écologiques plus contraignantes que dans le reste de leur aire de distribution. Ces pressions ont pour effet de restreindre le développement des populations ainsi que leur étendue ce qui peut conduire à des extinctions locales. Les particularités écologiques des écosystèmes entourant ces populations doivent être identifiées et documentées. La compréhension de telles données aidera à conserver des populations qui sont importantes tant sur le plan génétique qu’écologique mais aussi car elles sont rares à l’échelle des régions considérées. La position des populations marginales pourrait refléter des variations climatiques ayant eu lieu durant l’Holocène (depuis 10 000 ans BP). Suite à la dernière déglaciation, l’aire de répartition de la plupart des espèces s’est étendue vers le nord (Terasmae et Anderson 1970 ; Davis 1981 ; Jackson et al. 1997 ; Strong et Hills 2003). Par la suite, certaines espèces ont affiché une contraction de leur aire en réponse à la détérioration du climat (derniers 3000 ans). À l’inverse, l’histoire plus récente du climat peut avoir influencé les limites actuelles de répartition des espèces qui résultent alors de nouvelles
migrations des populations. En effet, les conditions climatiques restreignent parfois les populations marginales à leurs positions géographiques. Au-delà, la réalisation de leur cycle vital peut s’avérer impossible (Brooks et al. 1998 ; Hansen et al. 2001). Aussi un réchauffement du climat peut rendre des zones favorables au développement des populations. Il induit ainsi la colonisation de sites par exemple plus nordiques (Graumlich et Davis 1993 ; Lloyd et Graumlich 1997 ; Suarez et al. 1999) et produit une expansion de l’aire de répartition des espèces. 3 Certains facteurs écologiques peuvent également influencer la répartition des espèces comme le régime de perturbations et notamment le régime de feu (Bergeron et Brisson 1990 ; Desponts et Payette 1992 ; Meilleur et al. 1997 ; Flannigan et Bergeron 1998 ; Engelmark et al. 2000 ; Asselin et al. 200.3), la compétition (Flannigan et Woodward 1994 ; Davis et al. 1998), la disponibilité en nutriment (Davis et al. 2000 ; Jarvis et Linder 2000) ou encore les barrières physiques (Rupp et al. 2001).
Les populations d’ostryers de Virginie (Ostrya virginiana (P. Mill.) K. Koch) sont retrouvées du nord de la Nouvelle-Écosse au nord de la Floride et du sud-est du Manitoba au centre-est du Texas. Dans la région du Bas-Saint-Laurent, les ostryers sont à leur limite nord-est américaine de répartition géographique (Figure 1). L’ostryer de Virginie atteint rarement le statut de dominant ou de codominant dans les peuplements où il est présent. C’est un arbre résistant aux perturbations (feux modérés, coupes) et les ouvertures du couvert augmentent la production d’individus tant par voie sexuée que végétative (Metzger 1990). À la limite nordique de l’ espèce, l’ostryer possède la capacité de développer des bourgeons de souche (Braun 1967). De plus, il est capable de supporter une grande variété de conditions écologiques (Greenidge 1984). Dans la partie nord de sa répartition, il est souvent associé à l’érable à sucre et au hêtre à grandes feuilles (Metzger 1990). L’objectif général de cette étude est de documenter le statut d’une des populations d’ ostryers de Virginie les plus nordiques connues dans l’est de l’Amérique. Cette population est située à Saint-Fabien, dans l’est du Québec, sur les bords du fleuve SaintLaurent. Les différents facteurs biotiques et abiotiques pouvant influencer le cycle vital de l’ostryer de Virginie ont conduit à une étude comportant deux volets. Nous avons d’abord 4 étudié la dynamique de la population d’ostryers de Virginie. Nous souhaitions connaître ses tendances démographiques, estimer l’influence des températures et des précipitations sur la croissance des individus et évaluer si ces facteurs peuvent expliquer cette limite nordique. Nous avons également étudié la dynamique écologique de la communauté forestière du site, pour identifier les interactions entre la population d’ostryers et son environnement. Matériel et méthode Description de la région et du site d’étude La région d’étude se situe dans le Bas-Saint-Laurent (Québec, Canada). Elle appartient au système géologique appalachien du Québec, composé de roches dures (grès, conglomérat, calcaire massif, quartzite) et de schiste (Hétu 1998). Dans cette région, les températures moyennes mensuelles oscillent entre 15,6°C en juillet et – 11,6°C en janvier, les précipitations moyennes annuelles sont de 930 mm, la durée de la saison de croissance est de 170 jours (température moyenne journalière > 5,6°C) et le nombre moyen de degrés jour par année (> 5°C) est de 1402,4 (Service Météorologique du Canada 2000).
La forêt étudiée occupe une colline de 210 m d’altitude, à proximité du village de Saint-Fabien (48°18 ‘N ; 68°52 ‘W), à la transition entre le sud de la forêt boréale et la forêt décidue. Dans cette zone, les peuplements sont composés d’un mélange de feuillus [érables (Acer saccharum, Acer rubrum), bouleaux (Betula alleghaniensis, Betula papyrifera) et peuplier faux-tremble (Populus tremuloides)] et de résineux [sapin baumier (Abies balsamea), épinettes (Picea glauca, Picea mariana) et thuya occidental (Thuja occidentalis)]. Le peuplement étudié est d’une superficie de 20,7 ha et est principalement 5 composé d’érable à sucre et de sapm baumier. En plus de l’ostryer, des espèces arborescentes peu communes dans la région sont présentes sur le site, comme le chêne rouge (Quercus rubra), le peuplier à grandes dents (Populus grandidentata) et le hêtre à grandes feuilles (Fagus grandifolia). Les épidémies de tordeuse des bourgeons de l’épinette (Choristoneura fumiferana (Clem)), les chablis et les feux forment le régime de perturbations naturelles de ces forêts sub-boréales. La dernière épidémie de tordeuse des bourgeons de l’épinette a eu lieu entre 1975 et 1992 (Boulanger et Arseneault 2004). La forêt du Bas-Saint-Laurent est exploitée depuis au moins le début du xrxème siècle, notamment en bordure du fleuve Saint-Laurent où se trouve le site d’étude (Fortin et al. 1993). La forêt étudiée est privée et actuellement exploitée pour le bois de chauffage et la production acéricole. Le site est traversé par un chemin forestier depuis 1855 (Coulombe 1978).
Échantillonnage et analyses
La composition de l’ensemble du peuplement a été décrite le long de transects d’environ 200 m, perpendiculaires au grand axe de la colline et espacés de 30 m. Quatrevingt-six points d’échantillonnage ont été répartis à tous les 60 m sur les transects et leurs positions géographiques ont été enregistrées avec un GPS (système de positionnement géographique) à correction différentielle. À chaque point, trois quadrats de superficie croissante (1, 9 et 50 m2) ont respectivement servi à mesurer le recouvrement et la fréquence des espèces dans les strates herbacées, arbustives et arborescentes. Pour la strate arborescente, nous avons de plus mesuré les diamètres à hauteur de poitrine (DHP) et dans 6 chaque quadrat, 8 arbres sélectionnés aléatoirement ont été carottés à 30 cm du sol à l’aide d’une sonde de Presler. De plus, les indices de perturbation (présence d’arbres renversés, de souches coupées, d’arbres calcinés) ont été relevés. Le diamètre à la base de ces souches et des arbres renversés a été noté. Les évènements d’épidémies de tordeuse des bourgeons d’épinette ayant eu lieu dans la région ont été relevés dans la littérature (Boulanger et Arseneault 2004). La population d’ostryers de Virginie a été exhaustivement inventoriée grâce à une autre série de transects de 200 m de long, équidistants de 10 m et perpendiculaires au grand axe de la colline. Tous les individus ont été différenciés quant à leur origine végétative (rejet de souche, indiqué par une agrégation de tiges) ou sexuée (tige solitaire). Les ostryers ont été échantillonnés différemment selon qu’ils avaient un DHP supérieur ou inférieur à 5 cm. Les ostryers de moins de 5 cm de DHP ont été mesurés (hauteur et diamètre à la base (DB)). Leur âge a été déterminé par le dénombrement des cicatrices de bourgeons terminaux. Les ostryers de plus de 5 cm de DHP ont tous été positionnés au GPS à correction différentielle et chaque ostryer a été carotté à 30 cm du sol à l’aide d’une sonde de Presler. En laboratoire, nous avons mesuré et compté les cernes de toutes les carottes prélevées (ostryer et autres espèces) grâce à un micromètre Velmex dans le but de déterminer l’âge des arbres et d’étudier leur patron de croissance. Le programme Jolts (Holmes 1999) a permis d’identifier les épisodes de détentes dans le patron de croissance radiale des arbres. Les détentes de croissance ont été définies comme une augmentation de 50% de la croissance moyenne durant 10 ans par rapport à celle des 10 années précédentes.
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Table des matières
Remerciements
Resume
Liste des tableaux
Liste des figures
Introduction
Matériel et méthode
Description de la région et du site d’étude
Échantillonnage et analyses
Résultats
Description du peuplement actueL
Devenir du peuplement
Répartition de la population d’ostryers de Virginie de Saint-Fabien
Croissance radiale de l’ ostryer et climat
Répartition régionale de l’ostryer de Virginie
Discussion
Histoire du site et dynamique du peuplement.
Contraintes climatiques
Distribution géographique locale et régionale de la population
Conclusion
Bibliographie
Tableaux
Figures
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