Évaluation des stocks et de la stabilité du carbone organique du sol dans les sapinières et les érablières du sud du Québec

Abstract

Dans un contexte de changements climatiques, l’étude de la dynamique du carbone organique du sol (COS) est nécessaire afin de comprendre et prédire le réchauffement climatique. En effet, puisqu’il y a environ deux fois plus de carbone sous la forme de COS que de CO2 atmosphérique, la dynamique du COS influence les concentrations de CO2 atmosphérique et donc, le réchauffement climatique. Le réchauffement climatique des dernières décennies est quant à lui responsable de changements dans la distribution géographique d’espèces végétales. Étant donné que le type de végétation influence la dynamique du COS, il est important de comprendre la dynamique du COS dans les peuplements végétaux dont la distribution géographique risque d’être affectée par le réchauffement climatique. De plus, le développement de méthodes qui permettent de décrire les différentes composantes de la dynamique du COS est nécessaire. L’objectif de ce mémoire est de décrire la dynamique du COS dans les peuplements d’érables à sucre (Acer saccharum Marsh.) et de sapin baumier (Abies balsamea (L.) Mill.) du sud du Québec. Pour ce faire, les sols de peuplements forestiers d’érablières (n = 15) et de sapinières (n = 15) ont été échantillonnés dans trois parcs nationaux du Québec (c.-à-d. les parcs nationaux du Mont-Mégantic, du Mont-Tremblant et de la Jacques Cartier). Les stocks de COS ont été mesurés dans trois horizons organiques (c.-à-d. L, F et H) ainsi que dans cinq incréments de profondeur du sol minéral (c.-à-d. 0-5, 5-10, 10-20, 20-30 et 30-40 cm) pour trois pédons (n = 90) dans chaque peuplement forestier. La stabilité du COS du sol minéral a été évaluée à l’aide d’indices de stabilité qui décrivent la bioréactivité du COS, le retournement microbien du COS et la proportion de COS associé aux surfaces minérales. Le chapitre 2 porte sur l’effet que pourrait avoir la migration des érablières vers le nord dans le domaine bioclimatique des sapinières sur la dynamique du COS. Nos prédictions étaient basées sur l’hypothèse que la litière plus labile des érablières entrainerait un retournement plus élevé du COS, tout en favorisant la proportion de COS associé aux minéraux. Par conséquent, nous nous attendions à retrouver des stocks de COS plus élevés dans le sol organique et plus faibles dans le sol minéral des sapinières en comparaison avec les érablières. Cependant, les résultats obtenus démontrent que les stocks de COS dans les érablières sont plus faibles que dans les sapinières (21%) dans la couche organique (71%) et minérale (3%). Cette différence est principalement due à une couche organique plus épaisse dans les sapinières résultant d’une décomposition plus lente de la litière plus récalcitrante. Les taux de décomposition pendant des incubations de 51 semaines étaient plus élevés dans les dix premières semaines pour les sols minéraux des érablières comparativement aux sapinières, tandis que le contraire a été observé pour les semaines subséquentes. Cependant, sur l’ensemble des 51 semaines, la bioréactivité du COS sous les deux types de peuplement était similaire. Pour les indices de retournement (basés sur le δ13C des échantillons) et d’association aux surfaces minérales, une interaction entre la région (c.-à-d. le parc national) et le type de peuplement a été trouvée. Pour les deux indices de retournement microbien du COS il y avait moins de retournement dans les sapinières que dans les érablières seulement dans le parc du Mont-Tremblant. Concernant la proportion de COS associé aux minéraux, une proportion plus élevée dans les sapinières a été mesurée seulement dans le parc du Mont-Mégantic. Ce résultat est contraire à nos prédictions, mais pourrait être expliqué par la présence de vers de terre dans les érablières du Mont-Mégantic. Bien que les résultats du chapitre 2 ne permettent pas de conclure d’un effet généralisable du type de peuplement sur la stabilité du COS, ils nous permettent de confirmer qu’avec la profondeur il y a une diminution de la bioréactivité du COS ainsi qu’une augmentation de son retournement microbien et de la proportion de COS associé aux minéraux. Les résultats du chapitre 2 suggèrent donc que la migration des érablières vers le nord a le potentiel d’entrainer un relâchement de CO2 vers l’atmosphère et pourrait contribuer une boucle de rétroaction positive sur le réchauffement climatique. Le chapitre 3 porte sur l’évaluation de la pertinence et de la fiabilité des méthodes utilisées pour décrire la dynamique du COS. Les méthodes utilisées dans le chapitre 2 ainsi que certaines méthodes utilisées dans d’autres études ont été évaluées. Ce chapitre met en lumière les implications des différentes façons de calculer les stocks de COS et souligne l’importance de prendre en compte le volume réel occupé par la fraction de sol analysée afin de ne pas surestimer les stocks de COS. D’autres considérations méthodologiques sont présentées concernant l’évaluation de la bioréactivité du COS et de la proportion de COS associé aux minéraux. De plus, nous démontrons que les résultats de l’indice ß associé au retournement microbien du COS peuvent être biaisés dans certaines situations et nous proposons un indice de retournement microbien alternatif (c.-à-d. Δδ13C). Les corrélations entre les indices de stabilité du COS utilisés dans le chapitre 2 supportent l’hypothèse selon laquelle une litière plus labile qui retourne plus rapidement et efficacement résulte en une plus grande proportion de COS associé aux minéraux et moins de COS bioréactif. Ces indices permettent donc d’évaluer au moins un des mécanismes de stabilisation du COS présentés dans ce chapitre. Cependant, d’autres méthodes existent pour décrire la dynamique du COS. Celles-ci devraient inclure des indices qui permettent d’une part une caractérisation chimique du COS dans différentes fractions du sol, et d’autre part, des indices qui permettent d’évaluer les processus de stabilisation du COS. De futures études devraient donc combiner plusieurs de ces indices afin de permettre la description et la compréhension des différents aspects de la dynamique du COS.