Post on 25-Jun-2020
Vers une gestion plus fine des ressources souterraines dans les
aires d’intensification de la production ligneuse
Nicolas Bélanger
La nouvelle loi sur l’aménagement durable des forêts propose…
○ Aménagement écosystémique
○ Aires protégées – 12%
○ Aires d’intensification de la production ligneuse (AIPL)
– Cible 2013-2018 : 2% du territoire, soit 7,25% de la possibilité annuelle (sur une base de 4 m3/ha/an)
– À terme : 15% du territoire, soit 54% de la possibilité annuelle
Définition d’une AIPL (selon la CRÉ-AT)
« un territoire voué à la production ligneuse, à fort potentiel, identifié et reconnu au plan d’affectation du territoire, sur lequel des pratiques sylvicoles diversifiées sont réalisées selon différents gradients d’intensité et en fonction d’objectifs précis afin d’augmenter la qualité et la quantité des produits ligneux et de procurer un retour sur l’investissement »
Parmi les moyens pour augmenter la production ligneuse…
Utilisation d’espèces à croissance rapide, génétiquement améliorées ou hybrides, en plantations sur des sites productifs
4,1 4,6
6,27,1
7,8
9,8
0
2
4
6
8
10
12
EPN EPB PIG EPO MEE PIR PEH
8 à 12
Source: Guy Prégent
m3/ha/an
Les aires d’intensification de la production ligneuse sous le regard d’un pédologue
○ Établissement des AIPL sur des sites capables de produire des rendements élevés
○ Disponibilité des éléments nutritifs dans les AIPL à long terme
○ Fertilisation des AIPL pour maximiser la nutrition et le rendement
○ Préparation de terrain pour enrayer la compétition et améliorer la qualité des microsites
○ Dans le contexte du nouveau régime forestier, il faut : – planter sur les meilleurs sites disponibles pour maximiser la production de
bois et raccourcir les révolutions
– Augmenter l’efficacité de nos traitements sylvicoles (plus réactifs)
– Être capable de prédire les rendements avec passablement (plus) de précision
Priorité 1: Établissement des AIPL sur des sites capables de produire des rendements élevés
13 = peuplier faux-tremble (AB); 20 = peuplier faux-tremble (AB; SK);
○ Il faut comprendre ce qui gouverne aujourd’hui la productivité forestière pour mieux évaluer les impacts des changements du climat
Changements climatiques?
Croissance des arbres dans la Plaine Boréale
Climat changeant dans la forêt boréale de l’Ouest (gracieuseté de Ted Hogg, Service Canadien des forêts)
Gracieuseté de Ted Hogg, Service Canadien des forêts, Edmonton
Croissance des arbres dans la Plaine Boréale
Gracieuseté de Ted Hogg, Service Canadien des forêts, Edmonton
Croissance des arbres dans la Plaine Boréale
Températures et précipitations au Québec (été 2050 vs 1971-2000)
Température (oC) Précipitations (ratio)
Gracieuseté de Daniel Houle, Ouranos et DRF.
Six études
○ Qualité de station du pin gris et de l’épinette noire au Québec (gradient est-ouest)
○ Qualité de station du tremble en
Mauricie ○ Qualité de station du tremble en
Saskatchewan (écozone de la transition boréale)
○ Qualité de station du peuplier hybride
en Alberta ○ Qualité de station du saule au Canada
(Alberta-Ontario) ○ Qualité de station du saule au Québec
Modèles de l’indice de qualité de station (IQS) du pin gris et de l’épinette noire à l’échelle du paysage québécois
• Sapinière à bouleau blanc sauf pour Lebel et Villebois (pessière à mousse)
• Précipitation augmentant légèrement vers l’est
• Podzols et brunisols
• Parcelles dominées par le pin ou l’épinette
(Hamel et al. 2004 – For. Ecol. Manag.)
27 parcelles de pin gris
• Récolte de données de sol, dépôt meuble, écosite et croissance
• Simulation du climat avec BIOSIM (degré-jours, précipitation utile, ETP, etc.)
Modèles de l’indice de qualité de station (IQS) du pin gris et de l’épinette noire à l’échelle du paysage québécois
(Hamel et al. 2004 – For. Ecol. Manag.)
32 parcelles d’épinette noire
• Sapinière à bouleau blanc sauf pour Lebel et Villebois (pessière à mousse)
• Précipitation augmentant légèrement vers l’est
• Podzols et brunisols
• Parcelles dominées par le pin ou l’épinette
• Récolte de données de sol, dépôt meuble, écosite et croissance
• Simulation du climat avec BIOSIM (degré-jours, précipitation utile, ETP, etc.)
Modèles de l’IQS du pin gris à l’échelle du paysage québécois
Var. 1 Var. 2 Var. 3 R2 R2 ajusté
Modèle 1 Degrés-jours Dépôt meuble 0,42 0,37
Modèle 2 Degrés-jours Dépôt meuble
Lichen 0,56 0,49
Qualité de station du tremble en Mauricie
(Pinno et al. 2009 – For. Ecol. Manag.)
• Sapinières à bouleau jaune et blanc en Mauricie
• Précipitation moyenne de 940 mm
• IQS entre 12 et 24 m
• Dépôts fluviatiles et glaciaires (tills)
• Podzols
• 50 parcelles dominées par le tremble et dans une zone restreinte pour minimiser l’effet climatique
• Récolte de données de sol, dépôt meuble, écosite et croissance
• Simulation du climat avec BIOSIM (degré-jours, précipitation utile, ETP, etc.)
Qualité de station du tremble en Mauricie
• Sapinières à bouleau jaune et blanc en Mauricie
• Précipitation moyenne de 940 mm
• IQS entre 12 et 24 m
• Dépôts fluviatiles et glaciaires (tills)
• Podzols
• 50 parcelles dominées par le tremble et dans une zone restreinte pour minimiser l’effet climatique
• Récolte de données de sol, dépôt meuble, écosite et croissance
• Simulation du climat avec BIOSIM (degré-jours, précipitation utile, ETP, etc.)
(Pinno et al. 2009 – For. Ecol. Manag.)
Régréssions multiples
Dépôt meuble
Données terrain
Meilleur R2
Variables explicatives dominantes
Toutes les parcelles
0,618 % conifères, élévation, rapport C:N de l’humus et du B
Fluviatile seulement
0,884 % conifères, azote et pH de l’horizon B
Till seulement
0,628 % conifères, élévation, rapport C:N de l’humus et du B
Régréssions multiples
Tills & fluviatiles Dépôt meuble
Données terrain
Meilleur R2
Variables explicatives dominantes
Toutes les parcelles
0.618 % conifères, élévation, sables fins du B, rapport C:N de l’humus et du B
Fluviatile seulement
0.884 % conifères, azote et pH de l’horizon B
Till seulement
0.628 % conifères, élévation, sables fins, rapport C:N de l’humus et du B
Régréssions multiples
Dépôt meuble
Données terrain
Meilleur R2
Variables explicatives dominantes
Toutes les parcelles
0,618 % conifères, élévation, rapport C:N de l’humus et du B
Fluviatile seulement
0,884 % conifères, azote et pH de l’horizon B
Till seulement
0,628 % conifères, élévation, rapport C:N de l’humus et du B
Régréssions multiples
Fluviatiles seulement Dépôt meuble
Données terrain
Meilleur R2
Variables explicatives dominantes
Toutes les parcelles
0.618 % conifères, élévation, sables fins du B, rapport C:N de l’humus et du B
Fluviatile seulement
0.884 % conifères, azote et pH de l’horizon B
Till seulement
0.628 % conifères, élévation, sables fins, rapport C:N de l’humus et du B
Seuils de conditions pour les sites les plus productifs
Fluviatile 20 m
Fluviatile 22 m
Till 20 m
Till 22 m
Présence de conifères (%)
10 0 20 0
C:N de l’humus 21 18 20 15
Élévation (m) - - 300 200
Azote total (%) de l’horizon B
1,5 2,0 - -
Impact de l’épinette sur la croissance du peuplier? Effet inhibiteur ou indicateur d’une fertilité originelle inférieure?
101214161820222426
15 20 25 30 35
IQS
du tr
embl
e
Ratio C:N de l’humus
Qualité de station du tremble en Saskatchewan (écozone de la transition boréale)
• Écozone de la transition boréale
• Précipitation moyenne de 400 mm
• IQS entre 12 et 23 m
• Dépôts lacustres, fluviatiles et glaciaires (tills)
• Chernozems et Luvisols
• 50 parcelles dominées par le tremble et dans une zone restreinte pour minimiser l’effet ‘’climat’’
• Récolte de données de sol, dépôt meuble, écosite et croissance
• Simulation du climat avec BIOSIM (degré-jours, précipitation utile, ETP, etc.)
Regroupements nécessaires…
• Types écologiques;
• Associations de sol;
• Classes de capacité agricole;
• Types de dépôts meubles.
R2 = 0.140
0
5
10
15
20
25
1 2 3 4 5 6
Agriculture Capability Class
Site
Qua
lity
Inde
x
Productivité du tremble dans la transition boréale
(Pinno et Bélanger 2011 – Can. J. Soil. Sci.)
toutes les parcelles R2 = 0,16
(Pinno et Bélanger 2011 – Can. J. Soil. Sci.)
Productivité du tremble dans la transition boréale
fluviatile R2 = 0,45
lacustre R2 = 0,54
till R2 = 0,45
(Pinno et Bélanger 2011 – Can. J. Soil. Sci.)
Productivité du tremble dans la transition boréale
fluviatile R2 = 0,45
lacustre R2 = 0,54
till R2 = 0,45
Comportements distincts des dépôts Variable commune: % argile (+)
Qualité de station du saule en taillis sur très courte rotation (TTCR)
mise en terre
an 2 an 1 an 3 récolte
révolutions 1 à 6
révolution 7
Intérêt croissant pour l’établissement de plantations d’arbres à croissance TRÈS rapide pour la production d’énergie (biogaz, éthanol, électricité), la séquestration du carbone et d’autres bienfaits environnementaux.
Exemple du saule (TTCR):
Plantations de saules du SCF pour étudier la dynamique du C, la productivité des sols sur plusieurs révolutions et les besoins en fertilisants
Qualité de station du saule en TTCR
Qualité de station du saule en TTCR
(Ens et al. 2013 – New Forests)
r P
Degree days (base 5°C) 0.398 0.377
Degree days (base 10°C) 0.425 0.341
Annual precipitation -0.058 0.902
Summer precipitation (3 years) 0.256 0.579
Summer precipitation (First 2 years) 0.752 0.051
Thornwaite potential evapotranspiration 0.543 0.208
Standard Thornwaite potential evapotranspiration 0.343 0.452
Vapor pressure deficit -0.080 0.865
Aridity index 0.236 0.446
Qualité de station du saule en TTCR
(Ens et al. 2013 – New Forests)
• À l’échelle du paysage, la croissance des espèces commerciales de la forêt boréale est principalement contrôlée par les conditions ‘‘hydro’’climatiques; • À l’échelle locale, là où les décisions se prennent, la productivité est très bien expliquée par les sols; • Localement, les dépôts meubles contrôlent la croissance des arbres à leur manière; • Certains proxies peuvent remplacer les variables édaphiques (% conifères) • La productivité des systèmes très intensifs est vraisemblablement contrôlée par les propriétés du sol, même à l’échelle du paysage, parce qu’ils sont exigeant en nutriments (chimie) et en eau (classe granulométrique).
Conclusions…
Priorité 2: Disponibilité à long terme des éléments nutritifs dans les AIPL
Hypothèse de base
• La croissance accrue (et donc le prélèvement accru de nutriments) appauvri les sols pour les prochaines révolutions (Fox 2000)
Taux d’immobilisation de Ca, Mg et K dans la tige (bois et écorce) pour diverses espèces sur stations de qualité moyenne
0 5 10 15 20 25 30
âge
Épinette noire et pin gris
1500
1000
500
imm
ob
ilisa
tio
n C
a, M
g &
K
(mm
ol c
m-2
y-1
)
Sapin baumier
Bouleau blanc
Mélèze japonais, épinette de Norvège, tremble
Peuplier hybride
Diminution sévère des réserves en azote dans des plantations bioénergétiques de saules
(Ens et al. 2013 – Forests)
Phosphore plutôt stable dans des plantations bioénergétiques de saules
(Ens et al. 2013 – Forests)
Tests de provenances sur l’épinette de Norvège du CFL (Bélanger et al. 2004 – Can. J. For. Res.)
1 test
2 tests
Matapedia
Bonaventure
Val Cartier
1 test
Dispositif expérimental
Plantation - 4 à 6 blocs
+
_
Provenance productive
Provenance moins productive
Contenu en calcium dans le sol et les composantes de l’arbre pour le test E-277 (Val Cartier)
0
50
100
150
200
250
High treatment Low treatment
Ca
cont
ents
(g m
-2)
soil
trees
trees
0500
Needles
Branches
Stems
B horizon
A horizon
FH horizons
Pourquoi n’y a-t-il pas toujours une diminution des réserves en nutriments dans les sols?
biotite quartz olivine carbonates
• système racinaire et champignons mycorhiziens augmentent le flux de nutriments en favorisant l’altération chimique des minéraux;
Pourquoi n’y a-t-il pas toujours une diminution des réserves en nutriments dans les sols?
• système racinaire et champignons mycorhiziens augmentent le flux de nutriments en favorisant l’altération chimique des minéraux;
Microscopie électronique à balayage d’encavures d’un feldspath (grain de l’horizon Ae) créé par les hyphes de champignons (2 hyphes sont visibles).
Racines et CM dissolvent les minéraux via l’acidification de l’environnement (acides organiques de faible poids moléculaire);
Pourquoi n’y a-t-il pas toujours une diminution des réserves en nutriments dans les sols?
• arbres à croissance rapide filtrent les particules atmosphériques;
13 plantations à travers le Québec
• Paires répétées de peuplier hybride et de terres abandonnées; • Sites avec des sols, taux de croissance et conditions hydroclimatiques contrastés; • Plantations entre 1 et 22 ans; • Profondeur d’échantillonnage: 0-20 et 20-40 cm.
Magnésium (0-20 cm)
Caractéristiques des plantations
Minéralogie normative (UPPSALA)
Site K-FELD PLAG APA HORNB MUSC CHLOR EPID CALC QUAR AG2 9,40 22,40 0,35 2,50 3,32 4,39 0,59 0,00 57,05 FP2 9,25 18,88 0,33 0,00 3,27 1,82 0,25 0,00 66,21 FP7 6,76 16,53 0,30 0,00 2,39 3,90 0,17 0,00 69,96
SCH1 10,26 18,55 0,36 2,94 3,63 7,20 0,53 0,00 56,53 SCH2 11,15 18,70 0,92 1,27 3,95 5,78 0,35 0,00 57,87 SCH4 8,68 18,16 0,75 2,11 3,07 3,54 0,43 0,00 63,26 SJG2 16,75 32,71 0,76 15,05 5,92 1,03 2,15 0,00 25,62 HPC 13,71 34,75 0,66 19,63 4,85 0,00 2,66 0,00 23,74
NORM 13,94 34,51 0,53 13,51 4,93 2,93 2,06 0,00 27,59 SHW 16,91 35,40 0,64 20,46 5,98 1,42 2,79 0,00 16,39 STH 13,29 27,19 0,48 9,33 4,70 0,00 1,43 0,00 43,59 STN 14,48 27,31 0,34 9,56 5,12 0,00 1,46 0,00 41,72 PLA8 20,94 9,27 0,36 2,26 7,41 4,86 0,15 0,00 54,75
Conclusions
• Les plantations d’espèces d’arbres à croissance peuvent appauvrir les sols (ex. N) programme de fertilisation?; • Des mécanismes internes (altération?) peuvent contrebalancer certaines pertes (ex. Mg, Ca, K, P);
• L’altération des minéraux est plus efficace dans les sols plus lourds et là où les minéraux sont plus solubles (épidote, apatite, hornblende).
Priorité 3: Fertilisation des AIPL pour maximiser la nutrition et le rendement
Plantation de pins (radiata) en Australie
○ Recycler 60 % de la matière organique putrescible résiduelle d’ici 2015 (Politique québécoise de gestion des matières résiduelles, mars 2011)
○ Bannissement de l’enfouissement de la MO putrescible d’ici 2020, coût élevé de l’incinération
○ Loi sur l’aménagement durable du territoire forestier (avril 2013)
Opportunités dans les AIPL!
Un contexte changeant…
Valorisation des matières résiduelles fertilisantes en forêt
○ Biosolides municipaux et papetiers;
○ Cendres de bois;
○ Boue de chaux.
Traitement des biosolides municipaux au Québec en 2007
Source: Villeneuve et Dessureault (2011)
Pourcentage (%)
C N SiO2 Al2O3 CaO P2O5 pH
Sol 3,0 0,2 73,2 9,5 0,9 0,1 4,8
Biosolides papetiers
21,9 1,2 29,3 6,3 10,3 0,5 7,5
Boue de chaux
11,2 0,0 1,0 0,4 53,3 0,6 10,0
Propriétés des sols, biosolides papetiers et boue de chaux chez Domtar (Estrie)
Effets de la fertilisation sur la nutrition foliaire et la croissance du PEH
○ Témoin (monticules) ○ Biosolides papetiers (125 t ha-1) + boue de chaux (8 t ha-1) (2009) ○ Biosolides papetiers + boue de chaux (2009) + boue de chaux (2011)
Effets de la fertilisation sur la croissance du PEH
Impact des traitements sur la dynamique des nutriments du sol
Incubation des biosolides
(profondeurs: 10 et 20 cm)
Impact des traitements sur la dynamique des nutriments du sol
Résines simulatrices de racines (PRS probes, Western Ag Innovations
Études en pots
200 80
200 40
0 40
400 0
0 0
200 20
400 80
400 40
400 20
600 80
600 40
600 20
12 pots de 4L
Concentrations testées : Biosolides papetiers (t ha-1) Boue de chaux (t ha-1)
× 3 blocs
× 2 ans (4X/an)
Design expérimental
12 pots de 4L
Concentrations testées : Biosolides papetiers (t ha-1) Boue de chaux (t ha-1)
Design expérimental
12 pots de 4L
Concentrations testées : Biosolides papetiers (t ha-1) Boue de chaux (t ha-1)
Design expérimental
12 pots de 4L
Concentrations testées : Biosolides papetiers (t ha-1) Boue de chaux (t ha-1)
Design expérimental
Projet sur les cendres
○ Plusieurs milliers de tonnes de cendres de bois sont produites au Québec par les usines ou les centrales thermiques
○ Les cendres pourraient corrigées certains déséquilibres nutritionnels ou le statut acide-base
Cendres de Boralex, Senneterre, 2004
Nutrients Concentration Contaminants Concentration
P2O5 (kg/t) 2.6 Cd (ppm) 5.2
K (kg/t) 9.9 Hg (ppm) 0.2
Ca (kg/t) 67.7 Pb (ppm) 11.0
Mg (kg/t) 4.3 Ba (ppm) 1200
Fe (ppm) 1512 Other ashes properties
Cu (ppm) 15.6
Mn (ppm) 1655 pH 12.5
Mo (ppm) 3.2
B (ppm) 64
o Sols grossiers o Complètement aléatoire o 4 réplications (>1 ha) o 5 traitements de cendre (0,
1, 2, 4 and 8 tonnes sèches ha-1)
o Avec et sans fertilisation avec de l’urée (CO(NH2)2) (280 kg N ha-1)
Peuplements matures de pins gris avec éclaircie commerciale, Senneterre (2005)
o Sols grossiers o Complètement aléatoire o 4 réplications (>1 ha) o 5 traitements de cendre (0,
1, 2, 4 and 8 tonnes sèches ha-1)
o Avec et sans fertilisation avec de l’urée (CO(NH2)2) (280 kg N ha-1)
Peuplements matures de pins gris avec éclaircie commerciale, Senneterre (2005)
Résultats préliminaires: L’application des cendres a été bénéfique sur la
croissance du pin gris et de l’épinette blanche (amélioration du statut acide-base des sols) mais elle a été nuisible pour le mélèze laricin. Des déséquilibres nutritionnels sont possiblement en cause (effets antagonistes du Mn, Ba et possiblement Zn sur le prélèvement du Ca et Mg?).