Au Québec, la latitude du 49°N représente la frontière entre d’une part la forêt mixte dominée par le sapin baumier et le bouleau et d’autre par la forêt boréale dominée par l’épinette noire. Cette frontière tend à remonter vers le nord avec la migration du sapin. Dans les plaines argileuses de l’Abitibi-Témiscamingue qui se trouvent à cette latitude, le sapin possède localement une meilleure capacité d’établissement sous les couverts dominés par l’épinette noire en comparaison de ceux dominés par le peuplier faux-tremble. Les conditions climatiques et édaphiques sont similaires dans les deux types de peuplement, mais les conditions biotiques diffèrent. Le sous-bois sous épinette est dominé par les mousses et des espèces de la famille des éricacées, tandis que le sous-bois associé aux peuplements de peupliers présente une richesse spécifique plus élevée, plus particulièrement en espèces arbustives et herbacées. Les communautés végétales des strates arborées et de sous-bois sont connues pour affecter les communautés fongiques du sol et notamment les communautés mycorhiziennes, or ces dernières pourraient expliquer les différences d’établissement du sapin observées entre les deux types de peuplement. En effet, les mycorhizes sont des symbioses à bénéfices réciproques entre des champignons et les racines des arbres et elles sont particulièrement importantes pour la nutrition des plantes en forêt boréale. Cependant, il y a très peu d’informations documentées sur les mycorhizes dans ce système boréal et relativement à la Scandinavie ou l’Alaska. Nous avons testé 1) si les communautés de champignons du sol sont différentes entres les peuplements de peupliers et d’épinettes, 2) si les sapins s’associent avec un plus grand nombre de champignons, mais aussi à des espèces différentes sous les peupliers et 3) si les symbioses mises en place sous les peupliers sont plus efficaces pour la nutrition du sapin. Le séquençage haut débit de l’ADN des champignons du sol a permis de détecter une forte diversité fongique et de mettre en évidence des différences dans la composition des communautés fongiques du peuplier et de l’épinette sur les sites d’étude, aussi bien pour les champignons décomposeurs que pour les champignons mycorhiziens. Pendant deux années, soixante sapins ont été suivis sur le terrain afin de relier la croissance et le taux de nutriments dans les aiguilles (deux estimateurs de la vigueur) au taux de mycorhization et à la diversité de la symbiose. L’analyse a révélé que le taux de nutriments dans les aiguilles du sapin est supérieur sous les peupliers par rapport au sapin poussant à proximité de plantes éricacées. De plus, la présence des plantes éricacées est corrélée à des changements de la communauté fongique mycorhizienne associée aux racines du sapin, ainsi qu’à une diminution du contenu en azote dans les aiguilles. Des expériences ont également été menées en chambre de croissance afin de déterminer si la mycorhization avait un impact sur la survie et la croissance des jeunes plantules. Pour ce faire, des sapins ont été semés dans des sols provenant des différents types de peuplement et la moitié a été stérilisée afin d’éliminer les champignons mycorhiziens. Les résultats obtenus après trois saisons de croissance n’ont pas permis de montrer un effet des mycorhizes sur la nutrition et la croissance du sapin. De plus, les sapins poussant dans les sols récoltés sous épinette ont eu une meilleure nutrition azotée que dans les sols prélevés sous peuplier. Une expérience sur une plus longue durée et un dispositif expérimental plus complexe intégrant la possibilité de formation de réseaux mycorhiziens fonctionnels entre plantes sont à envisager afin de tester l’importance des interactions sur l’établissement du sapin et sa nutrition à plus long terme. |
In Quebec, the latitude of 49 ° N represents the boundary between mixed forest dominated by balsam fir and birch, and boreal forest dominated by black spruce. This border tends to migrate to the north with the migration of fir. In the Abitibi-Témiscamingue clay plains at this latitude, the fir has locally a better ability to establish under black-spruce-dominated stands compared to those dominated by trembling aspen. Climatic and edaphic conditions are similar in both stand types, but biotic conditions differ. Understorey vegetation under spruce is dominated by mosses and species of the Ericaceae family, while understorey associated with poplar stands has higher species richness, especially in shrub and herbaceous species. Plant communities in tree and understory strata are known to affect soil fungal communities, including mycorrhizal communities, and these may explain the differences in establishment of fir between the two stand types. Indeed, mycorrhizas are mutually beneficial symbioses between fungi and tree roots and are particularly important for plant nutrition in the boreal forest. However, there is very little documented information on mycorrhizae in this boreal system relative to Scandinavia or Alaska. We tested 1) whether the soil fungal communities are different between aspen and spruce stands, 2) whether fir trees associate with more fungi, but also different species under aspen and 3) if the symbiosis set up under the aspens are more effective for the nutrition of the fir tree. High throughput DNA sequencing of soil fungi has permit to detect a high fungal diversity and large differences in aspen and spruce fungal community composition at the study sites, and those for saprophytic fungi as well as for mycorrhizal fungi. For two years, sixty trees were monitored in the field to link growth and nutrient levels in the needles (two estimators of vigor) to mycorrhizal rate and diversity of symbiosis. The analysis revealed that the level of nutrients in the needles of the fir tree is higher under the aspens compared to the fir tree growing close to ericaceous plants. In addition, the presence of ericaceous plants correlates with changes in the mycorrhizal fungal community associated with fir roots, which was linked to a decrease in nitrogen content in needles. Experiments were also conducted in a growth chamber to determine if mycorrhization had an impact on the survival and growth of young seedlings. To this end, fir trees were sown in soils from different types of stands and half were sterilized to eliminate mycorrhizal fungi. The results obtained after three growing seasons revealed an effect of soil microorganisms rather than an effect of mycorrhization rate on tree nutrition and growth. In addition, fir growing in spruce soil had better nitrogen nutrition than in aspens soils. A longer-term experiment and a more complex experimental setup integrating the possibility of functional mycorrhizal networks between plants are to be considered in order to test the importance of the interactions on the establishment of the fir tree and its long term nutrition.
Overall, the results of the thesis indicate that the observed differences in fir regeneration under aspen and spruce are the result of complex interactions, in which mycorrhizal communities and dominant plant communities play a role. Differences in soil fungal communities and organic soil nutrients observed between the two stands could explain the better nutrition of the fir under aspens. On the other hand, the presence of an ectomycorrhizal community that is not compatible and / or unfavorable to firs near ericaceous could partly explain regeneration problems under spruce trees. Thus, the facilitation of fir by aspen is partially explained by soil fungal communities. Finally, our data confirm that soil fungi (including ectomycorrhizal fungi) need to be considered in Northern fir migration patterns in response to climate change. |