Impact de trois interventions sylvicoles sur la structure des peuplements, la croissance et la qualité du bois de l'épinette noire (Picea mariana (Mill.) B.S.P.) en forêt boréale

摘要

Traditionnellement, les forêts d'épinette noire de l'Est du Canada sont exploitées par la coupe totale. Ce type de coupe est, toutefois, associé à la simplification de la structure et de la composition des forêts. De ce fait, différents types de coupe partielle ont récemment été mis au point afin de réduire les écarts entre les forêts aménagées et celles naturelles, selon le principe de l'aménagement écosystémique. De plus, les coupes partielles visent à augmenter la croissance des arbres résiduels grâce à la diminution de la compétition, et par le fait même à augmenter la rentabilité des futures interventions. Par contre, l'augmentation de la largeur des cernes de croissance, à la suite de coupes partielles, peut nuire à la qualité du bois. L'objectif de cette étude était d'évaluer l'effet de trois types de coupe partielle appliqués à des peuplements d'épinette noire, équiens et inéquiens, sur la structure des peuplements (la répartition spatiale, la distribution diamétrale et la structure d'âge des arbres résiduels, ainsi que la quantité et la distribution diamétrale des arbres morts) et la croissance radiale des arbres résiduels. L'effet d'une augmentation de la croissance radiale sur les propriétés du bois (masse volumique, caractéristiques des trachéides, propriétés mécaniques) et sur le diamètre des branches a aussi été évalué. Les coupes partielles étudiées sont la coupe avec protection des tiges à diamètre variable (CPTDV), la coupe avec protection des petites tiges marchandes (CPPTM) et l'éclaircie commerciale (EC). Cinq blocs, correspondant à une station traitée jumelée à une station témoin (120 à 400 m2), ont été échantillonnés pour chaque type de coupe partielle. La structure des peuplements ainsi que la croissance radiale des arbres résiduels ont été évaluées avec l'ensemble des épinettes noires présentes dans chaque station. Afin d'analyser les propriétés du bois et le diamètre des branches, cinq épinettes noires par station ont été récoltées aléatoirement parmi celles ayant une augmentation de croissance d'au moins 20 % comparativement aux 10 années précédant la coupe dans les stations traitées et parmi l'ensemble des arbres dans les stations témoins.udAprès l'application des trois types de coupe partielle, la structure d'âge ainsi que la distribution du diamètre des arbres résiduels étaient semblables à celles des stations témoins. Ces résultats démontrent que les coupes partielles peuvent maintenir la structure initiale des peuplements et convenir à un aménagement écosystémique des forêts. Toutefois, une quantité de bois mort inférieure a été observée à la suite des coupes partielles, ce qui peut nuire à la biodiversité associée à ces legs biologiques. La croissance radiale des épinettes noires résiduelles a été augmentée à la suite de la CPPTM et de l'EC grâce à la diminution de la compétition. Toutefois, la croissance radiale moyenne était limitée à la suite de la CPTDV, en raison de la présence de grappes d'arbres résiduels. La croissance radiale était positivement influencée par le temps depuis le traitement et la longueur du houppier, tandis qu'elle était diminuée par le degré de compétition et l'âge des arbres. L'augmentation de la largeur des cernes de croissance, à la suite des coupes partielles, ne cause pas d'effet néfaste sur la qualité du bois de l'épinette noire. En effet, seuls de faibles changements de propriétés du bois ont été observés. À 1,3 m de hauteur, bien que la masse volumique moyenne des cernes de croissance n'ait pas changé à la suite des coupes partielles, celle du bois initial a diminué à la suite de la CPPTM et de l'EC. Toutefois, cette diminution n'a pas nui aux propriétés mécaniques du bois; aucune corrélation n'a été observée entre ces deux attributs. De plus, seules de faibles corrélations ont été détectées entre certaines caractéristiques cellulaires et la masse volumique du bois, et aucune corrélation avec les propriétés mécaniques n'a été observée. La masse volumique a également été évaluée à différentes hauteurs le long de la tige. Les propriétés mécaniques de l'ensemble de la tige n'ont pas semblé affectées par les coupes partielles, car aucune diminution de la masse volumique n'a été observée le long de la tige. Toutefois, des branches de plus fort diamètre, principalement dans la première moitié du houppier, ont été observées à la suite des coupes partielles. Cette différence a été davantage observée après la CPPTM et l'EC, ce qui pourrait nuire à la classification du bois provenant de ces deux types de coupe. Bien qu'elles nécessitent quelques ajustements (p. ex. plus de bois mort de fortes dimensions, moins de grappes d'arbres résiduels), ce projet démontre que les coupes partielles étudiées pourraient être adéquates, en peuplement d'épinette noire, afin de maintenir les bénéfices écologiques et économiques. L'ensemble des résultats de cette thèse contribue aux connaissances générales sur les coupes partielles, tout en contribuant au développement durable des peuplements forestiers.ududTraditionally, black spruce stands in eastern Canada were harvested through clearcutting. This method of cutting simplified the structure and composition of forests. Therefore, using an ecosystem-based management approach, different types of partial cutting treatments have recently been developed to reduce differences between managed and natural forests. In addition, partial cutting treatments are designed to increase the radial growth of residual trees by decreasing inter-tree competition and thus enhance the economic benefits of the treatments. However, an increase of ring width after partial cutting treatments could lead to a decrease in wood quality. The aim of this study was to evaluate the effect of three types of partial cutting treatments within even- and uneven-aged black spruce stands, on stand structure (spatial repartition, diameter distribution and age structure of residual trees, and on the quantity and diameter distribution of dead trees) and on the radial growth of residual trees. The effect of increased radial growth on wood properties (wood density, cell characteristics, mechanical properties) and branch diameter, was also evaluated. The three studied partial cutting treatments were: 1) careful logging around stems with variable diameter (CLVD), 2) careful logging around small merchantable stems (CPPTM), and 3) commercial thinning (CT). Five blocks, each comprised of one treated plot combined with one control plot (120 to 400 m2), were sampled for each type of partial cutting treatment. Stand structure and the radial growth of residual trees were evaluated using all black spruce present in each plot. To analyze wood properties and branch diameter, five black spruce per plot were then randomly sampled among those trees presenting a post-treatment radial growth at least 20% larger than that of the 10 years pretreatment period, as well as among all trees in control plots. After the three partial cutting treatments, the age structure and diameter distribution of residual trees were similar to that found in control plots. These results demonstrated that partial cutting treatments could maintain the initial stand structure and be suitable for ecosystem-based management. However, a lower quantity of deadwood was also observed after partial cutting, potentially affecting the biodiversity associated with these biological legacies. The radial growth of residual black spruce trees increased after CPPTM and CT due to a decrease of inter-tree competition. However, mean radial growth was limited after CLVD because of a higher presence of tree clusters. Radial growth was positively influenced by the time since treatment and crown length, while it decreased with inter-tree competition and tree age. The increased ring width observed after partial cutting treatments did not lead to a detrimental effect on the wood quality of black spruce trees. In fact, only small changes were observed for wood properties. At a height of 1.3 m, while ring wood density was not altered by partial cutting, earlywood density decreased after CPPTM and CT. However, this decrease did not negatively affect the mechanical properties of the wood; no correlation was observed between mechanical properties and earlywood density. Also, only weak correlations were detected between some cellular characteristics and wood density, and no correlation with mechanical properties was observed. Wood density was also evaluated at different sampling heights along the stem. The mechanical properties of the entire bole should not be affected by partial cutting treatments as no decrease in wood density was observed along the tree. However, larger diameter branches, especially in the lower half of the crown, were observed after partial cutting treatments. This difference was observed in particular after CPPTM and CT, which could negatively affect wood classification after use of these type of partial cutting. Although some adjustments are required (e.g. a greater amount of large-sized deadwood, fewer residual tree clusters), this project demonstrated that the studied partial cutting treatments could be suitable, in black spruce stands, for maintaining ecological and economic benefits within harvested stands. The overall results of this thesis contribute to our general knowledge of partial cutting treatments and improve our understanding of the sustainable development of boreal forest stands.