Peuplier hybride en zone riveraine agricole : production de bois, séquestration des nutriments et du carbone, et effet sur la diversité végétale

Fortier, Julien (2010). « Peuplier hybride en zone riveraine agricole : production de bois, séquestration des nutriments et du carbone, et effet sur la diversité végétale » Thèse. Montréal (Québec, Canada), Université du Québec à Montréal, Doctorat en sciences de l'environnement.

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Résumé

L'aménagement de bandes de protection riveraines par le biais de la revégétalisation est considéré comme un des moyens les plus efficaces pour la réduction de la pollution agricole diffuse. Par ailleurs, la restauration de la zone riveraine en milieu agricole a une importance particulière pour la biodiversité, car les habitats riverains abritent des espèces que l'on ne retrouve nulle part ailleurs dans les agroécosystèmes. Pour contrebalancer les coûts liés à l'implantation et à l'entretien de la bande riveraine, il est possible d'utiliser des végétaux qui créeront des biens alternatifs sur la ferme. La récolte des végétaux permet également de maintenir le potentiel d'accumulation des nutriments dans la végétation riveraine. Parmi les essences utilisées en restauration riveraine, le peuplier hybride (Populus spp.) est particulièrement intéressant en raison de sa forte productivité et de sa tolérance à l'inondation. Il permet donc de restaurer rapidement plusieurs attributs fonctionnels et structuraux dans l'agroécosystème (accumulation de nutriments, stabilisation du sol et des berges, couvert forestier, microclimat, etc.) tout en permettant la production de biomasse et de bois. Cette thèse a pour objet l'étude de bandes riveraines de peuplier hybride (4,5 m de largeur et 2222 tiges ha-1) âgées de six ans, comprenant cinq clones non apparentés de peuplier hybride, qui ont été plantées simultanément sur quatre sites agricole de l'Estrie (sud du Québec). Ces bandes riveraines sont toutes situées sur des petits cours d'eau de tête de faible largeur (1 à 2 m). Le premier chapitre a pour objectif d'évaluer la production de bois et de biomasse dans de tels systèmes riverains (4 sites et 5 clones). Cet aspect est un des éléments importants pour évaluer la faisabilité économique des projets de restauration riveraine. Il est donc nécessaire d'identifier les facteurs édaphiques qui influencent la productivité de ces systèmes. Le second chapitre aborde la séquestration du carbone et l'accumulation des nutriments dans la biomasse épigée des peupliers hybrides (4 sites et 5 clones). L'objectif est d'évaluer à quel point les peupliers hybrides sont des puits de carbone, d'azote et de phosphore efficaces dans la zone riveraine agricole et quels sont les facteurs (choix du site, choix des clones) qui influencent cette efficacité. Dans ce chapitre, une comparaison est également réalisée avec des bandes herbacées adjacentes aux plantations. Le troisième chapitre vise à évaluer l'effet des bandes riveraines de peuplier hybride et des différents clones sur la biomasse et la diversité végétale en sous-couvert (3 sites et 2 clones). L'objectif est d'évaluer dans quelle mesure les conditions lumineuses en sous-couvert dans les bandes ont un effet sur la biomasse végétale et sur la richesse et le recouvrement de différents groupes d'espèces. Une comparaison avec des bandes herbacées naturelles adjacentes est également réalisée. Le quatrième chapitre aborde les différences clonales qui peuvent exister au chapitre de l'assimilation de l'azote, un aspect fondamental pour l'adaptabilité des clones de peupliers hybrides à différents milieux de croissance (sol riche vs sol pauvre). Les résultats montrent le fort potentiel des bandes riveraines de peuplier hybride pour produire du bois et de la biomasse et pour séquestrer du carbone et des nutriments (N et P) dans les parties épigées (tronc, branches et feuilles). Ce potentiel est très variable d'un site à l'autre puisque des écarts de croissance d'environ un ordre de grandeur ont été observés entre les sites, essentiellement en raison de la fertilité du sol. Un rendement en volume de 40 m3 ha-1 an-1 a été atteint au site fertile de Bromptonville, un rendement qui n'avait jamais été obtenu auparavant au Québec. Sur ce site la séquestration du carbone, l'accumulation de l'azote et du phosphore s'élevait après 6 ans à 52 t ha-1 de C, 770 kg ha-1 de N et 82 kg ha-1 de P. Au site pauvre de Magog, le rendement en volume était aussi faible que 4 m3 ha-1 an-l, alors que la séquestration du carbone et l'accumulation de l'azote et du phosphore n'était que de 6,4 t ha-1I de C, 90 kg ha-1 de N et 10 kg ha-1 de P. Le principal facteur qui a influencé la croissance des peupliers et, par conséquent, leur capacité à séquestrer du carbone et des nutriments a été la disponibilité en nitrates (NO3) dans le sol riverain. Des relations hautement significatives (p<0,001) ont été obtenues entre la disponibilité du nitrate dans le sol et le volume moyen par arbre (R2=0,58), la biomasse moyenne (tronc + branches + feuilles) par arbre (R2=0,54), la séquestration moyenne du carbone par arbre (R2=0,54), l'accumulation moyenne de l'azote par arbre (R2=0,59) et l'accumulation moyenne du phosphore par arbre (R2=0,56). La forte disponibilité en nitrates a été observée sur les sites (Bromptonville et St-Isidore-de-Clifton) où l'on pratique un élevage plus intensif du bétail (fertilisation annuelle du pâturage, densité élevée d'animaux). Ainsi, le peuplier hybride semble être un arbre idéal pour intercepter la pollution azotée qui provient de la fertilisation agricole. Non seulement le peuplier hybride croît plus vite lorsque l'azote est plus abondant dans le sol, mais on retrouve également l'azote en plus forte concentration dans ses tissus, ce qui produit un effet synergétique sur l'accumulation totale de l'azote dans l'arbre. Cette synergie positive a également été observée pour l'accumulation du phosphore. D'ailleurs, des relations hautement significatives (p<0,001) ont été observées entre la disponibilité du nitrate dans le sol et la concentration d'azote dans les feuilles de peuplier (R2=0,47), de même qu'entre la disponibilité du phosphore et sa concentration foliaire (R2=0,22). Au site de Magog, la forte teneure en magnésium dans le sol, la plus faible survie, la fertilité moindre et le drainage imparfait sont tous des facteurs pouvant expliquer les faibles valeurs obtenues en termes de production de bois, de séquestration du carbone et des nutriments. Les concentrations de Mg dans les feuilles, les branches et le tronc étaient d'ailleurs environ deux fois supérieures à Magog comparativement aux autres sites. Au sujet des clones, le clone 3729 (P. nigra x P. maximowiczii) et le clone 9153ll (P. maximowiczii x P. balsamifera) se sont particulièrement démarqués avec une forte croissance en biomasse et en volume, de même que pour leur aptitude à séquestrer du carbone et à accumuler de l'azote et du phosphore. D'importantes différences clonales ont aussi été observées en ce qui concerne la répartition de la biomasse dans les parties épigées. Par ailleurs, lorsque l'on compare les bandes riveraines de peuplier hybrides avec des bandes herbacées qui se développent naturellement, on constate que les bénéfices des bandes riveraines de peuplier hybride en terme de séquestration de carbone et de nutriments (N et P) augmentent davantage en fonction de la fertilité du site que dans le cas des bandes herbacées. Les bandes riveraines de peuplier hybride créent, à mesure qu'elles croissent, une ambiance forestière en termes de conditions lumineuses. Ce phénomène ne semble pas affecter négativement l'abondance et la richesse des espèces végétales indigènes et de milieux humides en sous-couvert. D'ailleurs aucune relation significative n'a été observée entre l'ouverture de la canopée et la richesse et le recouvrement de ces deux groupes d'espèces. De plus, aucun effet Site n'a été observé pour la richesse moyenne en espèces indigènes et de milieux humides. Toutefois, à mesure que la canopée se referme, on observe une exclusion des espèces végétales introduites et de milieux mésiques. Ainsi, des relations hautement significatives (p<0,001) et positives ont été observées entre l'ouverture de la canopée et le nombre d'espèce introduites (R2=0,46) et de milieux mésiques (R2=0,43), de même qu'entre l'ouverture de la canopée et le recouvrement des espèces introduites (R2=0,51) et de milieux mésiques (R2=0,65). Parallèlement, un effet Site significatif a été observé pour la richesse totale moyenne, la richesse moyenne en espèces introduites et en espèces de milieux mésiques. Ces richesses en espèces étaient plus élevées à Magog où l'ouverture de la canopée est plus importante. À l'échelle de chaque site, la fermeture de la canopée est également significativement (p<0,00l) et fortement reliée à une diminution de la biomasse végétale en sous-couvert (Bromptonville, R2=0,81; St-Isidore-de-Clifton, R2=0,64; Magog, R2=0,51). Un important effet Clone a également été observé en matière d'ouverture de la canopée et de biomasse végétale en sous-couvert, avec le clone 915311 qui présentait les valeurs les plus faibles comparativement au clone 3570 (P. deltoides x P. nigra). Sur la plupart des sites, le clone 915311 a réduit également le recouvrement de tous des groupes d'espèces par rapport au clone 3570. Par ailleurs, d'importantes différences en termes de biomasse végétale en sous-couvert sont observées entre les bandes riveraines de peuplier hybride et les bandes herbacées. Ces dernières ont davantage de biomasse végétale au sol, principalement en raison de leur fort ensoleillement. La richesse moyenne totale en espèces n'était toutefois pas différente entre les deux types de bandes riveraines. Il existe enfin d'importantes différences d'activité de la nitrate réductase dans les feuilles des cinq clones de peuplier hybrides non apparentés. Le clone 3570, dont les deux espèces parentales appartiennent à la section des Aigeiros, se démarque des autres clones, car son activité nitrate réductase était beaucoup plus élevée sur le site riche en nitrate (Bromptonville) que sur le site pauvre en nitrate (Magog). Peu de différences d'activité de la nitrate réductase ont été observées d'un site à l'autre pour les autres clones, tous apparentés à la section Tacamahaca. Ces différences sont probablement liées à l'assemblage génétique des différents clones et suggèrent que les clones ont probablement des préférences différentes pour les formes d'azote dans le sol. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : bandes riveraines, peuplier hybride, séquestration du carbone, accumulation de phosphore et d'azote, biomasse, diversité végétale

Type: Thèse ou essai doctoral accepté ()
Informations complémentaires: La thèse a été numérisée telle que transmise par l'auteur
Directeur de thèse: Gagnon, Daniel
Mots-clés ou Sujets: Peuplier hybride, Rive, Séquestration (Chimie), Carbone, Diversité végétale, Nutriment
Unité d'appartenance: Instituts > Institut des sciences de l'environnement (ISE)
Déposé par: Service des bibliothèques
Date de dépôt: 21 janv. 2011 14:52
Dernière modification: 01 nov. 2014 02:17
Adresse URL : http://archipel.uqam.ca/id/eprint/3591

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