Dynamique et coexistence d'espèces forestières tolérantes à l'ombre : le cas de l'érable à sucre et du hêtre à grandes feuilles

Gravel, Dominique (2007). « Dynamique et coexistence d'espèces forestières tolérantes à l'ombre : le cas de l'érable à sucre et du hêtre à grandes feuilles » Thèse. Montréal (Québec, Canada), Université du Québec à Montréal, Doctorat en biologie.

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Résumé

L'intérêt des écologistes forestiers pour la dynamique de l'érable à sucre (Acer saccharum Marsh.) et du hêtre à grandes feuilles (Fagus grandifolia Ehrh.) remonte au fondement de la discipline. Comprendre les déterminants des variations dans la distribution et l'abondance de ces espèces dans l'espace et dans le temps est un objectif qui a été longuement poursuivi et qui est d'intérêt général pour les écologistes forestiers intéressés à la coexistence d'espèces tolérantes à l'ombre. Dans les forêts du sud du Québec, une certaine appréhension de l'augmentation de la présence du hêtre à grandes feuilles dans les érablières a récemment été manifestée. Un tel changement de la composition d'un écosystème forestier dominant dans cette région pourrait avoir des répercussions majeures sur les organismes qui y sont associés ainsi que sur les services que l'on en retire. De façon plus générale, ce problème constitue aussi une occasion intéressante pour mieux comprendre les processus qui affectent la dynamique et l'abondance d'espèces en coexistence. Deux objectifs généraux ont été proposés dans cette thèse. D'abord, afin d'établir les bases pour la compréhension du récent changement de la dynamique de régénération de l'érable et du hêtre dans les forêts du sud du Québec, le premier objectif vise à décrire la dynamique de ce phénomène et à tester des causes possibles à son origine. En second lieu, par l'étude de ce phénomène et par des études théoriques, nous devrions être en mesure de mieux comprendre les mécanismes qui permettent la coexistence et affectent la dynamique de ces espèces, et plus généralement, d'espèces forestières très tolérantes à l'ombre. Cette thèse est constituée de six chapitres présentés sous la forme d'articles scientifiques. La thèse est unie par un thème commun : la force de la coexistence en fonction de la similarité des espèces et de l'hétérogénéité environnementale. Les deux premiers chapitres sont empiriques et ils portent spécifiquement sur l'identification des facteurs déterminant les variations spatiales et temporelles de l'abondance relative de l'érable à sucre et du hêtre. Les chapitres suivants sont théoriques, développés à partir de modèles de simulation, et généralisables à une grande variété de communautés d'organismes sessiles. Ces chapitres théoriques sont, entre autres, destinés à compléter la connaissance théorique nécessaire à l'interprétation des résultats observés dans les premiers chapitres. Il y a effectivement eu une recrudescence de l'abondance du hêtre parmi les gaules à l'échelle du Québec au cours des dernières décennies. L'abondance du hêtre parmi les gaules a presque doublé en dix ans, alors que celle de l'érable est demeurée inchangée. Dans une première étude empirique réalisée à l'échelle de la communauté forestière, le modèle traditionnel de coexistence de ces espèces, basé sur la différentiation des espèces en termes de survie et de croissance au long de gradients de lumière et de fertilité du sol, ne parvient pas à expliquer la distribution spatiale des gaules à l'échelle locale. La relation entre la distribution spatiale des espèces et les différentes variables environnementales étudiées est très faible. Certes, les semis et petites gaules d'érable et de hêtre ont une distribution indépendante dans l'espace, mais la distribution des deux espèces converge dans la classe de taille supérieure. La distribution et l'abondance des plus grosses gaules des deux espèces sont positivement corrélées et sont associées aux microsites où la croissance était élevée il y a une quinzaine d'années, ce qui est contraire au modèle conceptuel qui prédit une ségrégation spatiale des deux espèces. Il est proposé en discussion que l'étendue des conditions environnementales nécessaire à la coexistence stable de ces espèces ne soit pas suffisante à l'échelle locale. Dans une seconde étude conduite à l'échelle régionale, nous avons testé trois hypothèses qui pourraient expliquer la recrudescence du hêtre, soit le lessivage des cations basiques du sol par les précipitations acides, l'éclaircissement de la voûte forestière par un épisode de dépérissement survenu dans la décennie 1980 et un changement de l'environnement ·lumineux du sous-étage associé à la succession secondaire. La structure d'âge des gaulis et le patron de croissance au fil du temps suggèrent des difficultés accrues de l'érable à sucre à se régénérer. Néanmoins, ces patrons ne correspondent pas aux prédictions faites par les deux premières hypothèses. Par contre, l'abondance relative de ces espèces parmi les gaules est étroitement associée à l'historique de petites perturbations des sites étudiés (ou du moins à la fréquence des épisodes de libération). Nous avons observé une diminution de la fréquence de ces petites perturbations au cours de la décennie 1980 suivie d'une augmentation de leur fréquence dans la décennie 1990. L'abondance relative de l'érable à sucre est négativement associée au creux de la décennie 1980 et à la reprise des années 1990. Ces résultats sont conformes au modèle traditionnel où l'abondance de ces espèces est principalement déterminée par la disponibilité de la lumière. Les travaux empiriques présentés dans les deux premiers chapitres ont soulevé un certain nombre de questions fondamentales sur la dynamique de ces espèces. L'opposition des deux études quant à leur support du modèle conceptuel de coexistence de ces espèces proposé dans la littérature est la principale source de ce questionnement. Est-ce que ces espèces sont trop similaires pour que les subtiles différences mesurées soient suffisantes à leur coexistence? Est-ce que la stochasticité démographique élevée des gaulis est susceptible de contrer les différences entre les espèces? Quels sont les mécanismes qui assurent la coexistence de ces espèces? À quelle échelle spatiale doit-on considérer le modèle conceptuel? Ces questions sont abordées dans les chapitres suivants par l'étude de modèles de simulation théoriques. Le troisième chapitre présente l'hypothèse d'un continuum entre les théories de la niche et neutre. L'effet de la différentiation des espèces sur la coexistence diminue avec la superposition des niches. Alternativement, l'augmentation de la similarité entre les espèces est accompagnée d'une progression de la stochasticité démographique. Pour des espèces similaires, la structure spatiale des populations, la dispersion et les phénomènes aléatoires qui peuvent affecter les populations auront un impact supérieur à la différentiation environnementale, et de ce fait la capacité de prédiction de l'abondance relative sera diminuée. Lorsque la variabilité dans la réponse de ces espèces à leur environnement est élevée, la dynamique est encore plus difficile à prédire. Ce sont aussi plusieurs mécanismes [résumé incomplet]

Type: Thèse ou essai doctoral accepté ()
Informations complémentaires: La thèse a été numérisée telle que transmise par l'auteur.
Directeur de thèse: Messier, Christian
Mots-clés ou Sujets: Phytodynamique / Partage de l'habitat (Écologie) / Essence forestière / Érable à sucre / Régénération forestière / Hêtre à grandes feuilles
Unité d'appartenance: Faculté des sciences > Département des sciences biologiques
Déposé par: Service des bibliothèques
Date de dépôt: 20 sept. 2017 07:41
Dernière modification: 20 sept. 2017 07:41
Adresse URL : http://archipel.uqam.ca/id/eprint/10049

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