Modélisation de la dynamique de Modélisation de la dynamique de Modélisation de la dynamique de Modélisation de la dynamique de la succession naturelle en forêt la succession naturelle en forêt la succession naturelle en forêt la succession naturelle en forêt

boréale mixteboréale mixteboréale mixteboréale mixte

Journée Modèle Québec

Jeudi 1er Novembre 2018

Mohamadou Alpha GUEYECandidat à la MSc en écologie (UQAT)

Encadrement et Collaborateurs

Benoit Lafleur, PhD,Professeur (UQAT)Directeur

Yves Bergeron, PhD,Professeur (UQAT)Co-Directeur

Philippe Marchand, PhD,Professeur (UQAT)

Kobra Maleki, Postdoc (UQAT)

Plan

Contexte et Problématique

Objectifs et hypothèse

Approche méthodologique

Résultats et Discussion

Conclusions

Perspectives

Contexte et Problématique

Forêt : entité dynamique résultant des changements de ses différents peuplements (Riéra, 1995).

(Bergeron et Fenton, 2012)

Forêt boréale canadienne :

• Peuplements purs (zone grise claire)

• Peuplements mixtes (zone grise sombre)

3 fonctions historiques essentielles :

• Environnementale ou écologique

• Économique (récolte du bois)

• Sociale (récréation, spiritualité, etc.)

Contexte et Problématique

(Bergeron, 2000)

(Chen et Popadiouk, 2002)

Conceptualisation de la succession naturelle en forêt boréale mixte

Perturbations naturelles : feu, épidémies d’insectes, maladies, neige, etc.Autoécologie des espèces : tolérance à l’ombre, stratégie de régénération, etc.

•State précoce : dominance feuillue•State intermédiaire : peuplement mixte•State final : dominance résineuse + dynamique des trouées

Contexte et Problématique

Pérennisation des biens et services écosystémiques de la forêt boréale

Objectif de la gestion forestière : Aménagement

forestier durable

Technique de la gestion forestière : Aménagement

forestier écosystémique

� Comprendre le fonctionnement des écosystèmes forestiers ainsi que leurs principaux facteurs dynamisants (feux, les épidémies d’insectes, etc.).

� Modélisation écologique : prédiction à long terme du comportement de la forêt suite à des perturbations (Ameztegui et al., 2017)

� Grande échelle temporelle du développement des écosystèmes forestiers, i.e. plus de 300 ans en forêt mixte (Bergeron, 2000)

Contexte et Problématique

SORTIE-ND : simulateur forestier spatialement explicite (individual-tree forest model)

Question de recherche : Dans quelle mesure SORTIE-ND est-il capable dereproduire les changements observés dans la composition et la structuredes peuplements en forêt boréale mixte ?

• Constitué de sous-modèles (croissance, mortalité, recrutement, etc.) devantêtre chacun paramétrés…

• Modélise les processus et les interactions entre les arbres et leur voisinageafin simuler la succession forestière…

• Utile pour la modélisation de la succession des peuplements en forêt mixteoù le comportement de chaque espèce peut affecter celui du peuplement.

Pacala et al., (1996); Coates et al., (2003); Canham et al., (2004); Larocque et al., (2016)

Objectifs et Hypothèse

Evaluer la capacité du simulateur forestier SORTIE-ND à reproduire les changements observés dans la composition et la

structure des peuplements en forêt boréale mixte.

1. Paramétrer SORTIE-ND suivant les conditions écologiques de la Forêt d’enseignement et de recherche du lac Duparquet (FERLD) ;

2. Effectuer une simulation à court terme (18 ans) et comparer les résultats aux données observées sur le terrain ;

3. Prédire la succession naturelle des peuplements en forêt boréale mixte issus des feux naturels sur le long terme (100 ans).

Objectifs et Hypothèse

Modèles spatialement explicites : prédiction de la succession sur la base l’autoécologie des espèces (Jenkins et al., 2000).

Hypothèse :Le simulateur SORTIE-ND peut reproduire les changements observés dans la composition et la structure des peuplements en forêts boréale mixte à travers le temps.

Approche méthodologique

Zone d’étude et stratégie d’échantillonnage

431 quadrats sondés en 1991 et 2009

Adulte : dhp > 5cmGaule : dhp < 5 cm et h >1 m

Semis : dhp < 1 cm et h ⩽ 1 m

Approche méthodologique

Année de feu 1760 1797 1823 1847 1870 1916 1944 TotalÂge en 1991 (ans) 231 194 168 144 121 75 47 -Âge en 2009 (ans) 249 212 186 162 139 93 65 -Nombre de transects 6 4 5 4 6 3 4 32Nombre de quadrats 54 50 66 74 64 52 71 431

Calibrage de SORTIE-ND pour 6 essences forestières:• ABA - Sapin baumier (Abies balsamea)• BPA - Bouleau blanc (Betula papyrifera)• PBA - Pin gris (Pinus banksiana)• PGL - Épinette blanche (Picea glauca)• PTR - Peuplier faux-tremble (Populus tremuloides)• TOC - Thuya occidental (Thuja occidentalis)

Approche méthodologique

Paramétrage de SORTIE-ND (input) :

• Données allométriques (densité par classe de diamètre)

• Ressource lumineuse (incorporée et simulée par SORTIE-ND)

• Processus (fichier de paramètres de base : Bose et al., 2015)

Simulation :

• Dimensions des plots : 200 × 200 m

• Durée de simulation : 18 ans (période entre 1991 et 2009)

• Pas de temps : 1 année

Approche méthodologique

Analyse et traitement des résultats de simulation

... Pas de méthode statistique directe pour comparer des données simulées à des observations

� Courbe évolutive de la surface terrière suivant le temps depuis le feu

� Comparaison (boxplot) de la ST simulée et observée par espèce et par peuplement

� Courbe de distribution de la surface terrière par espèce et par peuplement

� Comparaison des distribution par le test de Kolmogorov-Smirnov

� Distribution de la surface terrière par classe de diamètre (histogramme)

Résultats et Discussion : Sapin baumier

p-value Signification

1760 0,519 NS +

1797 0,544 NS +

1823 0,125 NS +

1847 0,031 S -

1870 0,838 NS +

1916 0,360 NS +

1944 0,843 NS +

Résultats et Discussion : Sapin baumier

Résultats et Discussion : Bouleau blanc

p-value Signification

1760 0,453 NS +

1797 0,228 NS +

1823 0,009 S -

1847 0,000 S -

1870 0,056 NS +

1916 0,158 NS +

1944 0,964 NS +

Résultats et Discussion : Bouleau blanc

Résultats et Discussion : Pin gris

Résultats et Discussion : Pin gris

Résultats et Discussion : Épinette blanche

p-value Signification

1760 0,100 NS +

1797 0,485 NS +

1823 0,432 NS +

1847 0,420 NS +

1870 0,213 NS +

1916 0,601 NS +

1944 0,978 NS +

Résultats et Discussion : Épinette blanche

Résultats et Discussion : Peuplier faux-tremble

p-value Signification

1760 0,791 NS +

1797 0,055 NS +

1823 0,671 NS +

1847 0,284 NS +

1870 0,319 NS +

1916 0,719 NS +

1944 0,520 NS +

Résultats et Discussion : Peuplier faux-tremble

Résultats et Discussion : Thuya occidental

p-value Signification

1760 0,442 NS +

1797 0,682 NS +

1823 0,705 NS +

1847 0,265 NS +

1870

1916 0,147 NS +

1944 0,993 NS +

Résultats et Discussion : Thuya occidental

Conclusions• Toutes espèces confondues, évolution de la ST suivant le temps depuis

le feu similaire pour les données simulées et observées…

• Test de Kolmogorov-Smirnov montre que les données de ST simulées et observées ont les mêmes distributions (dans la majorité)…

• SORTIE-ND est capable de reproduire la dynamique de la succession naturelle en forêt mixte…

Limites de l’étude

• Fait fi des autres espèces compétitrices (ex. sous bois)

• Simulation tenant compte que les principaux processus naturels

• Variabilité naturelle > Variabilité observée

Perspectives

… Si les résultats sont validés,

• Simuler la succession naturelle en forêt boréale mixte sur le long terme (100 ans)…

• Évaluer les impacts de l’épidémie de la TBE survenue juste avant le premier échantillonnage sur le développement des peuplements (Réduction de la croissance du sapin de 85% et celle de l’épinette blanche de 70% selon Bergeron et al., 1995).

Forces et faiblesse de SORTIE-ND

+ -• Simulation sous conditions locales

• Plusieurs processus pris en compte

• Possibilité de choisir les processus

• Relativement simple à manipuler

• Besoin considérable de données

• Durée de simulation très longue

• Lumière : principale ressource clé…. Effets de l’eau et de l’azote négligés

RéférencesAmeztegui, A., Cabon, A., De Cáceres, M. et Coll, L. (2017). Managing stand density to enhance the adaptability of Scots pine

stands to climate change: A modelling approach. Ecological Modelling, 356, 141-150.Bergeron, Y. (2000). Species and stand dynamics in the mixed woods of Quebec's southern boreal forest. Ecology, 81(6), 1500-

1516. Bergeron, Y. et Fenton, N.J. (2012). Boreal forests of eastern Canada revisited: old growth, nonfire disturbances, forest

succession, and biodiversity. Botany, 90(6), 509-523.Bergeron, Y. et Harvey, B. (1997). Basing silviculture on natural ecosystem dynamics: an approach applied to the southern

boreal mixedwood forest of Quebec. Forest Ecology and Management, 92(1-3), 235-242.Bergeron, Y., Leduc, A., Joyal, C. et Morin, H. (1995). Balsam fir mortality following the last spruce budworm outbreak in

northwestern Quebec. Canadian Journal of Forest Research, 25(8), 1375-1384.Bose, A.K., Harvey, B.D., Coates, K.D., Brais, S. et Bergeron, Y. (2015). Modelling stand development after partial harvesting in

boreal mixedwoods of eastern Canada. Ecological modelling, 300, 123-136.Canham, C.D., LePage, P.T. et Coates, K.D. (2004). A neighborhood analysis of canopy tree competition: effects of shading

versus crowding. Canadian Journal of Forest Research, 34(4), 778-787.Chen, H.Y. et Popadiouk, R.V. (2002). Dynamics of North American boreal mixedwoods. Environmental Reviews, 10(3), 137-166.Coates, K.D., Canham, C.D., Beaudet, M., Sachs, D.L. et Messier, C. (2003). Use of a spatially explicit individual-tree model

(SORTIE/BC) to explore the implications of patchiness in structurally complex forests. Forest Ecology and

Management, 186(1-3), 297-310.Larocque, G.R., Shugart, H.H., Xi, W. et Holm, J.A. (2016). Forest succession models. Dans Ecological Forest Management

Handbook (Vol. 179).Pacala, S.W., Canham, C.D., Saponara, J., Silander, J.A., Kobe, R.K. et Ribbens, E. (1996). Forest models defined by field

measurements: estimation, error analysis and dynamics. Ecological monographs, 66(1), 1-43.Riéra, B. (1995). Rôle des perturbations actuelles et passées dans la dynamique et la mosaïque forestière.

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