0477-B2
Sylvie Tremblay[1], Rock Ouimet[2]
et Daniel Houle[3]
Les sols forestiers constituent un important réservoir de carbone organique qui, advenant un réchauffement climatique ou à la suite du déboisement, peut devenir une source importante de CO2, ce qui entraînerait une augmentation de l’effet de serre et, par conséquent, du réchauffement de la planète. Il est donc essentiel de mesurer le carbone organique de ce réservoir, afin d’en suivre l’évolution face aux perturbations anthropiques. Toutefois, il n’existe pas de méthode rapide et économique pour mesurer le contenu en carbone organique des sols forestiers sur de vastes superficies. Nous avons donc mis au point des modèles de prédiction de la quantité de carbone organique dans les sols forestiers minéraux du Québec, à partir de variables de l’inventaire pédologique, parce qu’elles sont des variables facilement disponibles et souvent déjà mesurées sur un grand territoire. Le modèle de prédiction du carbone organique dans la couverture morte comprenait les variables suivantes: épaisseur de la couverture morte, ainsi que latitude et longitude. Le modèle de prédiction des horizons minéraux, quant à lui, comprenait principalement des variables qui décrivaient la couleur du sol. Ces modèles nous ont permis de prédire la quantité de carbone organique dans 5 547 pédons, répartis à travers la forêt commerciale du Québec, puis de construire des cartes du carbone organique dans les sols forestiers minéraux à l’échelle de la province. Cette étude démontre qu’il est possible, sur un territoire aussi vaste que 750 300 km2, de quantifier approximativement et à peu de frais le carbone organique dans les sols forestiers minéraux, afin d’en faire le suivi face au réchauffement climatique ou au déboisement.
Mots clés: carbone organique du sol, couleur des sols, sols forestiers, humus, indicateur d’aménagement forestier durable.
Le sol constitue un réservoir important de carbone organique (Corg) dans les écosystèmes terrestres, puisqu’il contient de deux à trois fois plus de Corg que la végétation (Schlesinger 1986). Toutefois, advenant un réchauffement climatique (Makipaa et al. 1999) ou à la suite du déboisement (St-Laurent et al. 2000), le sol peut devenir une source importante de CO2 et contribuer à son tour au réchauffement climatique, à cause d’une décomposition accrue de la matière organique du sol. Même de petites pertes de Corg du sol pourraient augmenter significativement la concentration de CO2 de l’atmosphère, car le sol contient deux fois plus de carbone que l’atmosphère (Watson et al. 1990). Il en résulterait une menace certaine pour la santé des populations et l’équilibre de la planète. Le sol est donc une source potentielle de CO2 à surveiller. Étant donné que le Québec renferme à lui seul environ 3% du carbone mondial des sols, dont le tiers en forêt commerciale, et que les experts appréhendent une perte de carbone plus importante en zone boréale en raison d’un réchauffement maximal prévu sous ces latitudes (Mitchell et al. 1990), il devient primordial que le Québec fasse un suivi du contenu en Corg de ses sols forestiers. D’ailleurs, le Conseil canadien des ministres des Forêts a déjà identifié le Corg dans les sols forestiers comme un indicateur de la contribution de la forêt au bilan planétaire du carbone, un des six critères de l’aménagement forestier durable (CCFM 1997).
Les pertes de Corg du sol occasionnées par le réchauffement climatique ou le déboisement s’effectueraient principalement par la couverture morte (horizons L, F et H), car c’est la couche du sol la plus vulnérable aux perturbations. Par exemple, St-Laurent et al. (2000) ont observé une diminution de 52% de la quantité de Corg dans la couverture morte, de 7 à 22 ans après la coupe, dans l’Est du Québec, mais n’ont rapporté aucun changement significatif de la quantité de Corg dans les horizons minéraux. De plus, la couverture morte renferme une proportion importante du Corg du sol. Paquin et al. (2000) ont estimé cette proportion à 18% dans les peuplements feuillus et à 43% dans les peuplements résineux du Réseau d’étude et de surveillance des écosystèmes forestiers (RESEF), établi par le ministère des Ressources naturelles du Québec (MRNQ). Par conséquent, des pertes de Corg par la couverture morte causées par un réchauffement climatique ou le déboisement risquent non seulement d’augmenter de façon significative le CO2 de l’atmosphère, mais aussi d’avoir un impact à long terme sur l’hydrologie, la qualité du sol et la nutrition des plantes (Garten et al. 1999).
Quantifier le contenu en Corg des sols forestiers est toutefois dispendieux et cette mesure ne fait pas partie de l’inventaire écologique standard au Québec. De plus, il n’existe que quelques modèles de prédiction du contenu en Corg dans la couverture morte (Grigal et Ohmann 1992, Liski et Westman 1997, Kurz et al. 1993) ou dans le sol minéral (Kloosterman et al. 1974, Evans et al. 1985, Franzmeier 1988) et ce, pour une utilisation régionale seulement. Étant donné que la principale source d’information disponible sur les sols forestiers à l’échelle du Québec sont des descriptions au champ dans des relevés pédologiques, nous avons mis au point des modèles de prédiction de la quantité de Corg (Mg.ha-1) dans la couverture morte (Qff) et dans le sol minéral (Qm) à partir de variables du relevé pédologique pour les sols forestiers minéraux du Québec. Il nous a alors été possible de prédire la quantité de Corg dans plusieurs milliers de profils de sol, dont nous possédions le relevé pédologique, puis de construire des cartes de l’accumulation du Corg dans la couverture morte et le sol minéral à l’échelle de la forêt commerciale du Québec.
Les données du sol utilisées pour construire les modèles de prédiction provenaient de deux banques: celle du RESEF (153 pédons provenant de 16 stations feuillues et de 15 stations résineuses) établi par le MRNQ (Gagnon et al. 1994), et celle de la portion québécoise de la Compilation des sols minéraux de la forêt et de la toundra canadienne (130 pédons provenant de 26 stations feuillues et de 104 stations résineuses) (Siltanen et al. 1997). De par la nature des données disponibles, notre étude s’est limitée aux sols forestiers minéraux du Québec, c’est-à-dire ceux dont l’épaisseur de la couverture morte était inférieure à 30 cm. Les données étaient réparties dans les trois provinces écoclimatiques canadiennes suivantes: sub-arctique, boréale de l’Est et tempérée froide.
La méthode de calcul de Qff et de Qm a été décrite par Tremblay et al. (2002). Les variables testées pour construire les modèles de prédiction de Qff et de Qm étaient principalement des variables du relevé pédologique, mais aussi des variables descriptives du peuplement et du site, géographiques et climatiques. De plus, cinq indices de couleur, exprimant l’intensité de la pédogénèse, ont été testés.
Le meilleur modèle de prédiction de Qff (R2 = 0,76, C.V. = 28,3%) était composé de deux variables explicatives, chacune étant l’interaction de deux variables indépendantes: épaisseur de la couverture morte x longitude et latitude x longitude. Le pouvoir de prédiction de ce modèle semble acceptable, puisqu’il est supérieur à celui d’autres modèles déjà publiés (R2 = 0,40, Grigal et Ohmann 1992; R2 = 0,36, Liski et Westman 1997).
Le meilleur modèle de prédiction de Qm (R2 = 0,57, C.V.= 28,9%) était composé des variables explicatives couleur, profondeur, texture et pH de chaque horizon minéral. Le pouvoir de prédiction de ce modèle est toutefois plus faible que celui obtenu par Liski et Westman (1997) (R2 = 0,80), qui était composé des variables explicatives suivantes: type forestier et sommation de la température effective. Le pouvoir de prédiction limité de notre modèle s’explique probablement par l’erreur d’évaluation de la densité des horizons et celle du pourcentage de fragments grossiers dans le sol.
Les valeurs moyennes de Qff par type de peuplement variaient de 38 à 58 Mg C.ha-1, avec la plus faible valeur pour les peuplements feuillus et la plus haute valeur pour les peuplements d’épinettes. Ce résultat s’explique probablement par une plus grande résistance de la litière à la décomposition pour les résineux que pour les feuillus (Preston et al. 2000; Kurz et al. 1993). Ouimet et al. (1996) ont obtenu le même résultat (57 ± 7 Mg C.ha-1 vs 30 ± 3 Mg C.ha-1 pour des peuplements résineux et des peuplements de feuillus tolérants respectivement), ce qui reflète un taux de circulation du carbone différent dans ces deux types d’écosystème.
Les valeurs moyennes de Qm par type de peuplement variaient de 44 à 70 Mg C.ha-1. La plus faible valeur moyenne de Qm a été obtenue pour les peuplements de pins, probablement à cause de la faible qualité de la litière, de la texture généralement sableuse et de la faible teneur en argile de ces sites, qui ne favorisent pas l’accumulation de matière organique dans le sol minéral (Grigal et Ohmann 1992). La plus haute valeur moyenne de Qm a été obtenue pour les peuplements de feuillus tolérants, probablement à cause d’un enracinement plus profond et d’un pH de la litière plus élevé (Finzi et al. 1998), qui ont augmenté l’activité microbienne et, ainsi, l’incorporation de la matière organique entre la couverture morte et le sol minéral (Lee 1985). Enfin, Qtot moyen (Qff + Qm) variait de 85 à 118 Mg C.ha-1, avec la plus faible valeur pour les peuplements de pins et la plus haute valeur pour les peuplements d’épinettes.
Ces contenus moyens en Corg du sol par type de peuplement peuvent constituer un premier guide pour aménager les forêts du Québec lorsqu’un des objectifs est de préserver, voire de maximiser, le Corg des sols forestiers d’un territoire donné.
La modélisation d’une organisation spatiale entre les valeurs prédites de Qff ou de Qm ont permis de construire des cartes de Qff et de Qm à l’échelle du Québec (figure 1). Qff augmentait du sud vers le nord, atteignant des valeurs maximales dans la région écologique de la pessière à épinettes noires et mousses (figure 1A). Des valeurs élevées de Qff ont aussi été observées dans la partie sud des basses-terres du Saint-Laurent et des Appalaches. Qm était maximal le long de la vallée de la rivière Outaouais ainsi que dans la chaîne de montagnes des Laurentides, la Réserve faunique des Laurentides (nord de la ville de Québec) et le nord-est de la région Côte-Nord (figure 1B). D’après ces cartes, les réservoirs de Corg les plus vulnérables au réchauffement climatique seraient les zones au nord, où Qff est maximal, c’est-à-dire la pessière à épinettes noires et mousses.
Figure 1. Cartes du contenu en Corg (Mg·ha-1) des sols forestiers minéraux (épaisseur de la couverture morte inférieure à 30 cm) dans la forêt commerciale du Québec: (A) couverture morte et (B) sol minéral. Les valeurs moyennes des classes les plus élevées sont 65 et 95 Mg C ha-1 pour la couverture morte et le sol minéral respectivement.
(A)
(B)
Les cartes obtenues dans cette étude peuvent difficilement être comparées à celles de Lacelle (1997), parce qu’elles sont différentes dans la méthode (interpolation vs polygones), le territoire étudié (seulement les sols forestiers minéraux vs tous les types de sol du territoire) et l’étendue des catégories. Nos cartes doivent aussi être interprétées avec précaution, car elles ne représentent que les sols forestiers minéraux. Elles sous-estiment donc l’accumulation de Corg du territoire pris dans son entier. Toutefois, ces cartes représentent le Corg du sol modifiable par l’aménagement forestier, puisque les travaux d’aménagement effectués sont principalement dans les peuplements sur sol minéral et que ce type de sol occupe presque la totalité du territoire forestier commercial du Québec (Lamontagne et Drolet 1990). Par conséquent, ces premières cartes fournissent une image de référence qui permet de faire le suivi du Corg des sols susceptibles d’être modifiés par l’aménagement forestier.
Notre étude démontre qu’il est possible d’estimer, sur un territoire aussi vaste que la forêt commerciale du Québec (750 300 km2), la quantité de Corg emmagasinée dans les sols forestiers minéraux à partir de variables pédologiques mesurées sur le terrain. Ces variables sont: l’épaisseur de la couverture morte, les latitude et longitude du pédon ainsi que la couleur mesurée avec la Charte Munsell, la profondeur, la texture et le pH des horizons minéraux du profil de sol. Ces variables peuvent donc être considérées comme des indicateurs de la contribution de la forêt au bilan planétaire du carbone, qui est un des six critères de l’aménagement forestier durable. Aussi, la compilation du contenu en Corg des 5 547 pédons par type de peuplement peut constituer un premier guide pour aménager les forêts du Québec en tenant compte du Corg des sols.
Enfin, les cartes de cette étude sont les premières de ce genre au Québec. Elles permettent de localiser les réservoirs de Corg les plus importants dans les sols forestiers minéraux et peuvent servir d’images de référence pour en faire le suivi face aux perturbations anthropiques, telles que le réchauffement climatique ou le déboisement.
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[1] Ingénieur forestier,
M.Sc. [2] Ingénieur forestier, Ph.D. [3] Biologiste, Ph.D. |