Báo cáo khoa học: " Effets du scarifiage sur les propriétés du sol, la croissance des semis et la compétition : revue des connaissances actuelles et perspectives de recherches au Québec"

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Article de synthèse Effets du scarifiage sur les propriétés du sol, la croissance des semis et la compétition : revue des connaissances actuelles et perspectives de recherches au Québec M Prévost Ministère des forêts du Québec, service de la recherche appliquée, 2700 rue Einstein, Sainte-Foy, Québec, G1P 3W8 Canada (Reçu le 22 avril 1991; accepté le 23 janvier 1992) Résumé — La remise en production des aires de coupe est maintenant un élément important de la stratégie sylvicole du Québec. Elle est, d’ailleurs, inscrite dans la loi sur les forêts qui est l’élément législatif majeur de la politique forestière québécoise. La préparation de terrain après coupe, préala- blement au reboisement ou plus rarement avant ensemencement, est souvent utilisée pour faciliter l’établissement des semis. Au Québec, le scarifiage, qui mélange le sol organique au sol minéral ou enlève en tout ou en partie l’horizon organique, est, de loin, le traitement le plus fréquemment appli- qué sur les sites permettant le passage de la machinerie. Cet article fait la synthèse des connais- sances actuelles concernant les effets du scarifiage sur la réaction des semis et sur les paramètres environnementaux qui influencent cette dernière. Les effets sur les propriétés du sol (densité appa- rente, régimes hydrique, thermique et nutritif), sur l’établissement et la croissance des semis et sur le développement de la végétation compétitrice sont examinés. Malgré une utilisation toujours ac- crue du scarifiage lors de la préparation de terrain au Québec, encore très peu de recherches ont décrit les impacts de ce traitement, et les besoins de connaissances spécifiques à nos conditions écologiques demeurent. de terrain / préparation du sol / établissement des semis / scarifiage / propriété régénération forestière Summary — Effects of scarification on soil properties, seedling growth and competition: re- view of current knowledge and research perspectives in Quebec. Regeneration of harvested areas is now an important element of the silvicultural strategy of Quebec. Moreover, it is written into the law on the forests which is the major legislative element in Quebec forest policy. Site preparation after cutting, either prior to plantation or more rarely before seeding, is often carried out to facilitate seedling establishment. In Quebec, scarification, which mixes mineral and organic soil or removes a certain depth of organic matter, is by far the most frequently applied treatment on trafficable sites. This paper reviews current knowledge about effects of scarification on both seedling response and on environmental parameters influencing this response. The effects on soil properties (bulk density, and moisture, thermal and nutrient regimes), on seedling establishment and growth, and on develop- ment of competing vegetation are examined. In spite of the increasing use of scarification as a site preparation technique in Quebec, little research has been undertaken on the impact of this treat- ment, and more specific knowledge of our particular ecological conditions is required. site preparation / scarification / soil properties / seedling establishment / forest regeneration
de plus en plus conscients de la INTRODUCTION sommes de la biosphère, l’emploi de phyto- fragilité cides soulève l’interrogation quant aux im- La préparation de terrain après coupe est pacts environnementaux et se fait surtout devenue une pratique courante en foreste- à titre de complément aux autres mé- rie pour palier les échecs de la régénéra- thodes. Le scarifiage est, par ailleurs, une tion naturelle. Elle vise l’enlèvement des technique peu polluante qui favorise l’in- débris de coupe et de la végétation com- corporation de la matière organique au sol pétitrice pour créer un environnement fa- minéral tout en permettant un contrôle de vorable à l’établissement et à la crois- la végétation compétitrice. Au Canada, la sance des semis (Orlander et al, 1990). Le mécanisation des opérations forestières et plus souvent, elle vient faciliter l’établisse- la nécessité d’adapter les travaux de pré- ment de plantations et quelquefois, sert à paration de terrain à la technologie mo- promouvoir la venue de régénération natu- derne ont fait que le scarifiage était utilisé relle à partir de semenciers laissés sur sur plus des 2/3 des superficies traitées au pied. Trois types de traitements sont géné- début des années 1980 (Sutherland, ralement utilisés, séparément ou de façon 1987). combinée pour la préparation de terrain : Au Québec, plus de 50 000 ha ont été le brûlage contrôlé, les phytocides et les scarifiés sur les terres publiques en 1986 méthodes mécaniques. Le choix du traite- (Fortin et Im, 1987). Pour la grande majori- ment dépend avant tout des conditions du té des travaux, des appareils scandinaves site (déchets de coupe, végétation indési- ont été utilisés et les perspectives lais- rable, sol, pente). Il devrait idéalement être saient entrevoir leur utilisation accrue pour dicté par la nature et l’intensité des modifi- l’avenir. Or, il importe de connaître les pos- cations désirées (Fryk, 1986), mais de- sibilités d’appliquer au Québec cette tech- meure limité par la disponibilité de l’équi- nique développée sous des conditions dif- pement et le manque de connaissances. férentes. Cet article fait la revue des En général, le brûlage n’est utilisé que connaissances actuelles en matière de lorsque les débris de coupe et la végéta- scarifiage en faisant ressortir ses effets sur tion indésirable sont abondants. Au Cana- les propriétés du sol (densité apparente, da, cette méthode est utilisée avec succès disponibilité en eau, régime thermique, fer- en Ontario où les coupes avec ébran- tilité), ainsi que sur la réaction des semis chage sur place laissent une abondance et de la végétation compétitrice. Il vise fi- de rémanents. Elle est largement em- nalement à faire ressortir les axes de re- ployée en Colombie Britannique où la cherches pour une application de ce type quantité et la taille des débris ainsi que les de traitement dans le contexte québécois. pentes difficiles limitent l’accès de la ma- À ce jour, encore peu de travaux de re- chinerie. En raison des dangers de perte cherches ont mesuré la réponse biologi- de contrôle du feu, l’application du brûlage que des semis à la suite d’un scarifiage sur requiert à tout le moins des conditions mé- des sites canadiens. Des études compara- téorologiques favorables (Hedin, 1986). tives ont été réalisées principalement en D’autre part, l’utilisation de phytocides est Ontario et en Colombie Britannique. Des peu répandue au Canada pour la prépara- recherches spécifiques sont nécessaires tion de terrain, puisqu’une opération de scarifiage s’avère de toute façon néces- pour déterminer les effets réels de ce trai- saire pour enlever les résidus après traite- tement du sol sous les conditions québé- ment (Smith, 1984). Alors que nous coises.
IMPORTANCE DES PROPRIÉTÉS dessèchement du sol réduit la bio- un DU SOL POUR LA CROISSANCE racinaire (Becker, 1977). masse DES PLANTES L’eau est retenue dans la matrice de sol par adsorption à la surface des particules et par capillarité dans les pores (tension Le sol est un milieu poreux déformable qui matricielle). La force de rétention et le vo- sert de support physique pour les plantes. lume disponible dépendent de la distribu- Il est aussi à la fois un réservoir et un tion et de la dimension des pores. De conducteur pour les éléments nutritifs, façon générale, on estime que l’eau dispo- l’eau et l’air (Vomocil et Flocker, 1961).Les nible pour la plante est le volume contenu propriétés du sol qui influencent l’enracine- entre les limites approximatives de 30 et ment sont donc d’une grande importance 1 500 kPa de tension (fig 1).En deçà d’en- (Lévy, 1968), puisqu’elles déterminent indi- viron 30 kPa (capacité au champ), l’eau rectement l’efficacité du système racinaire contenue dans les macropores (> 10 à 50 pour l’ancrage et le prélèvement d’eau et μm) se draine rapidement par gravité (1- de nutriments. Ces propriétés du sol sont 2 j). Au-delà de 1 500 kPa (point de flétris- des caractéristiques mesurables suscep- sement), elle est très fortement retenue tibles d’être modifiées par le scarifiage. dans les micropores (< 0,2 μm) et ne peut être puisée en quantité suffisante pour maintenir la turgescence des feuilles. Le Disponibilité de l’eau volume d’eau disponible est minimal pour le sable grossier et maximal pour les sols La disponibilité de l’eau est un facteur sus- à texture moyenne. ceptible d’influencer la plupart des proces- sus physiologiques et biochimiques des plantes. L’eau est un réactif dans la photo- Régime thermique synthèse, elle est le principal constituant du protoplasme et est essentielle au main- Le régime thermique du sol influence di- tien de la turgescence des cellules (Kra- rectement le fonctionnement du système mer, 1962). Étant à la base de la produc- racinaire. Plusieurs études ont déjà montré tion primaire, le processus de diffusion du que l’activité racinaire était réduite dans dioxyde de carbone par les stomates s’ac- compagne de pertes inévitables d’eau par transpiration (Rutter, 1975). Lorsque les réserves en eau du sol s’épuisent, les plus compensées, sont qui pertes ne ce provoque un stress hydrique à l’intérieur de la plante. La réaction de défense est la fermeture des stomates, inévitablement accompagnée par une baisse de la photo- synthèse. Le stress hydrique affecte égale- ment des processus tels le métabolisme de l’azote, l’absorption des sels, la translo- cation et l’accroissement des cellules (Kra- mer, 1962). En outre, l’eau est nécessaire pour le transport des nutriments du sol vers les racines (Becker et Lévy, 1983) et
profil. Pour un sol déjà humide, l’augmen- des substrats froids(0-10 °C) (Tryon et tation de la capacité thermique domine et Chapin, 1983; Lopushinsky et Kaufmann, les changements de température avec le 1984; Lieffers et Rothwell, 1986; Gross- temps et la profondeur sont faibles, d’au- nickle, 1987). L’absorption d’eau (et de nu- tant plus qu’une fraction plus importante de y est réduite en raison de la dimi- triments) l’énergie absorbée en surface sert à l’éva- nution de la perméabilité des racines (Kaufmann, 1977) et d’une plus grande poration. viscosité de l’eau (Cooper, 1973). Généra- Dans la forêt boréale canadienne, la lement, la croissance des racines aug- couche de matière organique, souvent mente avec la température du sol jusqu’à épaisse, retarde le réchauffement estival un certain maximum (20-30 °C) (Voor- du sol nécessaire au démarrage de la hees et al, 1981),au-delà duquel les tem- croissance racinaire des semis (Smith, pératures s’avèrent létales pour les 1988). Toute l’ampleur du phénomène plantes (45-60 °C). n’est pas connue, même si l’on sait que le L’énergie utilisée pour le réchauffement sol minéral peut demeurer gelé plusieurs du sol provient principalement de l’absorp- jours après la disparition du couvert de tion du rayonnement solaire, qui elle- neige (Prévost et al, 1989). Cet aspect est même dépend de la nature de la surface. d’autant plus important que le régime ther- D’abord fonction de sa couleur, le coeffi- mique du sol influence grandement l’activi- cient de réflexion (albedo) du sol est plus té biologique et la minéralisation de la ma- élevé pour les surfaces pâles (20-35%) tière organique (Van Cleve et al, 1981; que pour les surfaces foncées (8-15%) Salonius, 1983). (Sellers 1969). Or, les horizons des sols forestiers sont souvent distinguables par leur couleur. Selon la couche mise à nu, le Fertilité scarifiage est donc susceptible de modifier grandement la quantité d’énergie absor- Divers éléments chimiques sont néces- bée en surface. L’utilisation subséquente saires pour la construction des tissus des de l’énergie captée dépend de l’énergie plantes. Par la photosynthèse, le dioxyde nécessaire pour réchauffer le sol (capacité de carbone est réduit en hydrates de car- thermique) et de la facilité avec laquelle le bone, qui servent de matière première sol transmet la chaleur (conductivité ther- pour des composés plus complexes. mique), qui varient selon les proportions D’autres éléments doivent être puisés à des divers constituants (particules miné- même le sol, qui pour être fertile doit rales et organiques, eau et air). En gros, la contenir les nutriments sous forme dispo- conductivité thermique du sol augmente nible pour la plante et en des proportions avec la densité apparente, puisque, de appropriées (Shear et al, 1946). Les micro- tous les constituants, la phase solide pos- nutriments (Fe, Mn, Cu, Zn, Mo, CI, B) sont sède la plus grande conductivité. D’autre disponibles en quantité adéquate dans la part, l’eau a une plus grande capacité ther- plupart des sols forestiers par suite de l’al- mique et est meilleur conducteur que l’air tération de la roche-mère, tandis que la (Marshall et Holmes, 1988). Lorsque l’eau disponibilité des macronutriments (N, P, K, remplace l’air dans un sol relativement Ca, Mg, S) dépend principalement de leur sec, l’augmentation de la conductivité est recyclage à l’intérieur de l’écosystème plus importante que l’augmentation de la (Waring et Schlesinger, 1985). En milieu capacité thermique, ce qui signifie de plus forestier, la couche de matière organique grandes variations de température dans le constitue de loin la source principale de
nutriments du sol (Armson, 1977; Keeney, Densité apparente 1980). La décomposition des composés organiques complexes (cellulose, hemicel- La densité apparente du sol (masse an- lulose, lignine, protéines, sucres, compo- hydre/volume) est étroitement reliée aux sés secondaires) en des formes solubles autres propriétés physiques du sol (tex- d’éléments minéraux (minéralisation) s’y distribution des structure, ture, pores, fait surtout par les bactéries et les champi- contenu en matière organique) et influence gnons. La vitesse de décomposition est elle-même plusieurs paramètres impor- largement contrôlée par la température, tants dans le système sol-plante (résis- l’humidité et la qualité du substrat. L’activi- tance mécanique à la croissance racinaire, té microbienne augmente avec la tempéra- régime humidité-aération, régimes thermi- ture tandis qu’elle varie de façon paraboli- que et nutritif du substrat). Puisqu’elle se que avec la teneur en eau (fig 2). De façon détermine de façon relativement simple, la générale, on observe donc une stimulation densité apparente est souvent utilisée à marquée de la décomposition par l’aug- titre de variable synthèse pour évaluer le mentation de la température (Salonius, degré de perturbation des sols avant et 1983), par l’humidification des sols secs ou après traitement. l’aération des sols trop humides (Waring et trait à la croissance raci- En qui Schlesinger, 1985). À l’extrême, la décom- ce a naire, l’augmentation de la densité pour position des sols inondés de la forêt bo- une même texture signifie une diminution réale se trouve fortement retardée à la fois de la porosité totale, c’est-à-dire de l’es- par le manque d’aération et les basses pace disponible pour l’eau, l’air et les ra- températures (Van Cleve et al, 1981). cines elles-mêmes (fig 3). Un niveau de compaction modéré (densité de 1,05 ) -3 Mg.m est caractérisé par la disparition de macropores, compensée en partie par la création de micropores (Greacen et Sands, 1980). Ceci se traduit par une meilleure rétention en eau, mais aussi prin- cipalement par une baisse de la capacité d’aération (fig 3), par rapport au sol moins dense. Une densité plus élevée (par ex : 1,25 et 1,45 Mg.m entraîne une perte de ) -3 micropores (Hill et Sumner, 1967), dimi- nuant à la fois la capacité de rétention en eau et l’aération. À l’extrême, la capacité d’aération s’abaisse sous le seuil critique d’environ 10% du volume de sol générale- ment reconnu comme étant nécessaire pour l’activité racinaire (Vomocil et Flocker, 1961; Greacen et Sands, 1980). En plus des conditions asphyxiantes qu’ils présen- tent, les sols denses opposent une résis- tance mécanique à la croissance racinaire. Bien qu’il soit difficile de séparer l’effet de la résistance mécanique de ceux de la dis-
lund, 1985; Corns, 1988). Ce phénomène pourrait s’appliquer à certains sites de la forêt boréale québécoise, où la compac- tion induite par la machinerie a reçu jusqu’à maintenant très peu d’attention. EFFETS DU SCARIFIAGE SUR LES PROPRIÉTÉS DU SOL Disponibilité de l’eau scarifiage influence le régime hydrique Le en changeant à la fois les pertes par du sol évapotranspiration et les propriétés de ré- tention en eau du substrat. En diminuant les débris de coupe et la végétation com- pétitrice, le scarifiage augmente le rayon- nement solaire et le vent dans l’entourage des semis, pour ainsi accroître la demande en eau et du manque d’aération, ponibilité évaporante de l’air (Lanini et Radosevich, les études de compaction in vitro ont dé- 1986) et entraîner une hausse de transpi- montré que selon la texture des sols et ration de la part des semis. Toutefois, l’ap.- l’essence considérée, la pénétration des port d’eau au sol par les précipitations aug- racines est fortement compromise lorsque mente significativement, puisque les débris la densité apparente atteint 1,2 à 1,8 et la strate arbustive ont une capacité d’in- -3 Mg.m (tableau I). terception importante, pouvant atteindre, Dans les sols forestiers, la densité ap- par exemple, 30% des précipitations 4 ans parente varie généralement de 0,2 Mg.m -3 après la coupe à blanc dans une sapinière dans les horizons organiques à près de laurentidienne (Prévost et Plamondon, 1,9 Mg.m dans les sables grossiers (Prit- -3 1987). De plus, en enlevant la végétation chett e. Fisher, 1987). Certains dépôts, compétitrice, le scarifiage diminue les pré- ou riches en argile, sont d’origine glaciaire lèvements pour la transpiration et contri- denses (Raney et al, 1955). naturellement bue à conserver l’eau disponible pour les À l’état naturel, les couches profondes du semis (Plamondon et al, 1980; Burger et sol (horizon C) ont généralement des den- Pritchett, 1988; Lanini et Radosevich, sités apparentes plus élevées qu’en sur- 1986). Ainsi, les plus grandes réserves en face où l’horizon développé en place du sol comblent amplement la de- eau contient plus de matière organique. Toute- mande évaporante accrue (McMinn, 1984) fois, la machinerie lourde peut entraîner la et entraînent une diminution du stress hy- compaction de la surface du sol lors des drique des plants (Barber, 1984; Lanini et opérations forestières (Greacen et Sands, Radosevich, 1986). En ce sens, Muelder 1980). Sous des conditions favorisant l’ac- et al (1963) avaient noté que les semis de cumulation d’une épaisse couche de ma- conifères n’étaient pas affectés par des de- tière organique, l’effet amortisseur de cette mandes évaporantes élevées lorsque l’eau dernière a cependant été noté (Waster- du sol était abondante. Lorsque les condi-
tention en eau en fonction de la position tions évaporantes sont extrêmes, le sol sur les monticules, il semblerait reconnu mis à nu peut toutefois s’assécher rapide- que les flancs moins élevés présentent ment en surface (Sims, 1975; Morris et des régimes hydriques plus favorables Pritchett, 1983) et empêcher la germina- (Sutton, 1984), ayant une meilleure conti- tion ou nuire considérablement à la survie nuité capillaire avec le sol minéral sous- des jeunes semis dont l’enracinement est Quoi qu’il en soit, la planification superficiel. jacent. encore des travaux de scarifiage doit tenir compte On reconnaît généralement que les mé- du fait que les conditions extrêmes de sé- thodes de scarifiage qui incorporent la ma- cheresse à la surface du sol, même passa- tière organique au sol minéral produisent gères, peuvent décider du succès de régé- un mélange dont la rétention en eau et nération (naturelle ou artificielle). Elle doit l’aération sont assurés à long terme (Or- intégrer les différentes propriétés du site lander et al, 1990). Les sols à texture fine susceptibles d’influencer le régime hydri- y acquièrent une meilleure aération par la que du sol (précipitations, température, ré- création de macropores (Moehring, 1970), tention en eau du sol). Au Québec, aucune tandis que les sols à texture grossière bé- étude connue n’a examiné le régime hydri- néficient d’une meilleure rétention en eau que ou l’enracinement en fonction de la po- (Pritchett et Fisher, 1987) par la formation sition sur les microsites, des types de sols d’agrégats. Notamment, le bris de capillari- et du microclimat en surface. té occasionné par le scarifiage est suscep- tible de diminuer les pertes par évapora- tion en surface (Plamondon et al, 1980). Régime thermique Dans les sols périodiquement inondés ou particulièrement compacts, l’interven- On note généralement une hausse de la tion (drainage, scarifiage, mise en buttes) température du sol après scarifiage (Mal- doit viser une meilleure aération afin de fa- McMinn, 1973; Pla- konen, 1972; Dobbs et voriser le développement racinaire, mais en conservant une bonne cohésion du substrat et un approvisionnement en eau suffisant. La création de microsites suréle- vés est une façon reconnue d’améliorer le drainage local et l’aération, tout en rédui- sant l’obstruction par la végétation avoisi- nante (Haeussler, 1989). En période sèche, le sommet des monticules est tou- tefois susceptible de s’assécher rapide- (McMinn, 1984; Orlander, 1986), ment puisqu’une plus grande surface est expo- sée à l’évaporation (Bassman, 1989). Par exemple, des tensions matricielles variant entre environ 200 et 1 300 kPa ont été me- surées à 5 cm sous la surface après la mise en buttes dans un sol limoneux, alors qu’elles n’excédaient pas 500 kPa à 12 cm sous la surface et 250 kPa dans le sol mi- néral uniquement mis à nu (fig 4). D’autre part, malgré la rareté de données de ré-
mondon et al, 1980; Palmgren, 1984; Lahde, 1974; Morris et Pritchett, 1983; Or- Bassman, 1989; Orlander et al, 1990). lander, 1987); ce phénomène est suscep- Deux phénomènes provoquent principale- tible d’amplifier le cycle gel - dégel associé ment cette hausse : du au déchaussement des semis. En climat (1) l’augmentation rayonnement solaire direct au sol rendu froid, dans un site de la forêt boréale qué- possible par l’enlèvement des débris et de bécoise (latitude 50 °N), la température à la végétation et (2) l’amélioration des pro- 1 cm sous la surface de microsites scari- fiés a varié entre 0 et 36 °C au cours des priétés thermiques du sol par la mise à nu de l’horizon minéral (enlèvement de la étés 1990 et 1991, alors qu’elle a fluctué couche isolante) ou par l’incorporation de entre 3 et 13 °C dans le sol recouvert la matière organique au sol minéral. Les d’humus (Prévost, données non publiées). températures atteintes varient grandement Le scarifiage amplifie également les écarts entre les types de scarifiage utilisés. Géné- dans le cycle annuel de la température du ralement, la formation de monticules per- sol (fig 5), en accélérant le réchauffement meilleur réchauffement que la met printanier avec toutefois en contrepartie un un mise à nu du sol minéral, puisque simple gel automnal plus précoce. Cette modifica- les microsites surélevés (ou exposés au tion du régime thermique devrait être parti- sud) reçoivent plus de rayonnement so- culièrement bénéfique dans le cas des laire (Orlander et al, 1990). Illustrant bien sols froids de la forêt boréale. cet énoncé, les résultats de Bassman (1989), pour un site pluvieux situé en alti- tude, indiquent des températures ayant at- Fertilité teint 25 °C à 5 cm sous la surface des monticules alors qu’elles n’excédaient pas l’horizon organique est le premier Puisque 15 °C à la même profondeur au fond des perturbé par le scarifiage, la disponibilité microsites mis à nu. À l’extrême, sous in- en minéraux peut être directement affec- solation intense, les sols secs peuvent at- tée. Diverses études ont montré que la teindre des températures létales pour la ré- mise à nu du sol, en enlevant les débris de génération. Des maxima dépassant 55 °C coupe, la végétation compétitrice et la ma- près de la surface ont d’ailleurs été obser- tière organique, cause une diminution si- vés par Morris et Pritchett (1983) dans des gnificative des éléments nutritifs dispo- sables fins sous le climat chaud de la Flo- nibles dans l’entourage des semis (Morris ride. De même, des températures excé- et Pritchett, 1983; Ezell et Arbour, 1985; dant 50 °C ont été enregistrées par Sims (1975) dans des sables à texture moyenne de la forêt boréale du Sud-Est du Manito- ba. Cependant, les températures opti- males pour la germination et la croissance racinaire sont suffisamment élevées (He- ninger et White, 1974) pour que les ni- veaux atteints sous la surface du sol aient généralement un effet bénéfique (Nielson, 1974; McMinn, 1984). La perturbation du couvert isolant s’ac- compagne aussi d’une hausse des écarts journaliers de température, principalement dans les couches de surface (Kauppila et
mobile), ils ne suffisent généra- et al, 1985; Tuttle et al, 1985a; est moins Stransky lement pas à empêcher complètement les Vitousek et Matson, 1985). Même en pré- pertes en l’absence de prélèvements im- sence de grandes réserves d’azote dans portants par la végétation (Vitousek et al, le sol (matières humiques), l’approvision- 1979). L’accélération du lessivage des élé- nement de matière organique fraîche doit ments nutritifs suite à la forte perturbation être maintenu puisqu’elle représente, du sol pourrait donc annuler les effets bé- après minéralisation, la source première néfiques observés à court terme (Gagnon, d’azote utilisée par la plante, d’autant plus 1969; Haines et al, 1975; McClurkin et que l’accumulation des réserves peut indi- Duffy, 1975; Morris et Pritchett, 1983). quer la présence d’azote sous forme non Toutefois, les études sur la productivité disponible (Hall, 1984). Cependant, en cli- des sites à long terme sont encore trop ré- mat froid, le faible taux de minéralisation li- centes pour permettre de tirer des conclu- mite déjà la disponibilité de l’azote. Ainsi, sions (Orlander et al, 1990). Face à la pos- les pertes nutritionnelles résultant de l’en- sibilité d’un appauvrissement à long terme, lèvement de la matière organique de sur- la planification des travaux de scarifiage face seraient plus que compensées à devrait pouvoir s’appuyer sur des critères court terme par les effets bénéfiques sur le reflétant la susceptibilité des sites au lessi- régime thermique (augmentation de l’acti- vité racinaire et de la minéralisation) des vage des éléments nutritifs (érodibilité, sols à texture moyenne (McMinn, 1984). pente, épaisseur de la matière organique, Toutefois, les études suggèrent que la fréquence et intensité des précipitations). conservation des nutriments contenus Dans les conditions de la forêt boréale dans la matière organique pourrait être bé- québécoise, où la minéralisation de la ma- néfique surtout à long terme (Moehring, tière organique est lente, aucune étude n’a encore examiné l’effet du scarifiage sur le 1970; Hall, 1985; Needham, 1986), pour potentiel nutritif des sites, que ce soit à combler les besoins nutritionnels du futur court ou à long terme. peuplement. Les techniques de scarifiage qui mélan- gent la matière organique au sol minéral Densité apparente permettent de conserver une source adé- quate de nutriments pour les semis Les recherches des sols ayant subi (McMinn, 1984), tout en favorisant la miné- sur compaction ont démontré que les ralisation (Burger et Pritchett, 1984; Palm- une techniques de scarifiage mélangeant la gren, 1984; Orlander et al, 1990) par des matière organique au sol minéral pou- conditions favorables de température et vaient ramener la densité apparente des d’humidité du sol. Cette minéralisation ac- horizons de surface (0-20 cm) à leur ni- crue ne correspond toutefois pas néces- veau d’avant coupe (Gent et al, 1984; Gent sairement à une augmentation des prélè- et Ballard, 1985). De plus, il est reconnu vements par la masse racinaire, mais est que la formation de microsites surélevés, susceptible d’augmenter les pertes par les- en ameublissant le sol, réduit sa densité sivage car elle se produit au stade où la et augmente sa porosité (Orlan- demande totale en azote par la biomasse apparente der et al, 1990). Par ailleurs, sur des sols est minimale (CEMAGREF, 1976). Même compactés (d’origine naturelle ou induite si certains processus peuvent diminuer le par la machinerie), les méthodes qui enlè- lessivage des nitrates des sols perturbés vent la couche de matière organique sans (immobilisation, baisse de nitrification lais- perturber le sol minéral risquent d’exposer sant l’azote sous forme d’ammonium qui
horizonbeaucoup plus dense (Tuttle et ment, les recherches ont montré que l’ex- un al, 1985a; Ross position du sol minéral et al, 1986), susceptible par le scarifiage d’être peu propice à l’enracinement (résis- améliorait la régénération naturelle du pin tance mécanique, manque d’aération). À à encens (Pinus taeda L) dans le climat chaud et humide du Sud des États-Unis l’inverse, un scarifiage profond peut per- mettre d’améliorer un profil compacté en (Haines et al, 1975; Cain, 1987), et du pin augmentant la porosité totale et l’aération gris (Pinus banksiana Lamb) dans le climat généralement froid et humide de la forêt (Moehring, 1970), pour favoriser une péné- tration racinaire en profondeur. De façon boréale du Québec (Demers, 1978) et de l’Ontario (Mattice et McPhee, 1979). Égale- générale, le scarifiage laisse une base de sol ferme au fond des sillons, un mélange ment en forêt boréale, le scarifiage a nette- détassé matière organique - sol minéral ment amélioré la germination de l’épinette sommet des monticules et un sol de noire (Frisque, 1977; Jeglum, 1980; Ory- au densité intermédiaire sur l’épaulement des nik, 1985). En Alberta, les expériences monticules. Les niveaux de densité créés portant sur le pin Lodgepole (Pinus contor- en fonction de la profondeur et selon la po- ta Dougl) et l’épinette blanche ont aussi sition sur les microsites restent à être étu- montré le succès du scarifiage pour pro- diés en relation avec les caractéristiques mouvoir la régénération naturelle dans des des sites (matériel parental, épaisseur de sites à haute altitude (Wright, 1985). la matière organique, sol). L’aptitude à l’en- façon générale, on mentionne que le De racinement et la croissance de diverses scarifiage visant à favoriser la régénération essences en fonction des microsites doi- naturelle doit être plus intense que pour la vent également être examinées pour les plantation (Brown, 1977; Robinson, 1987; conditions de la forêt boréale québécoise. Orlander et al, 1990). En effet, pour que la régénération naturelle soit bien distribuée, le nombre de bons microsites créés doit EFFETS DU SCARIFIAGE être supérieur afin de compenser la répar- SUR L’ÉTABLISSEMENT tition aléatoire des graines. En ce sens, le ET LA CROISSANCE DES SEMIS scarifiage par sillons continus serait préfé- rable au traitement par placettes (Orlander et al, 1990). Dans des cas extrêmes, une Ensemencement régénération trop abondante peut être ob- tenue si la quantité de microsites réceptifs est excessive (Jeglum, 1987). Quoi qu’il en De nombreux auteurs, répertoriés par soit, le nombre de microsites requis dé- Place (1955), ont depuis longtemps dési- gné le sol minéral comme étant un excel- pend de la disponibilité des semences, elle-même fonction du nombre de semen- lent lit de germination pour les essences ciers laissés sur pied et de l’abondance de résineuses, principalement pour l’épinette la production semencière. Pour des rouge (Picea rubens Sarg), l’épinette coupes par bandes dans l’épinette noire, blanche (Picea glauca Moench Voss), l’épi- Jeglum (1987) a obtenu une distribution nette noire (Picea mariana Mill BSP) et le des semis de 60% en produisant 5% de sapin baumier (Abies balsamea L Mill). On microsites réceptifs dans des bandes de note un réchauffement rapide et une 20 m de largeur alors qu’il en fallait entre bonne rétention en eau du sol (l’humidité 15 et 35% pour des bandes de 80 m. en surface étant le facteur prépondérant pour la germination) comme étant les qua- D’autre part, les conditions permettant une bonne germination ne sont pas nécessai- lités premières de ce substrat. Plus récem-
rement propices à la croissance juvénile Les méthodes nile chez cette essence. des semis. Les couches profondes du sol mécaniques de préparation de terrain ont contiennent peu de nutriments, d’autant nettement augmenté la croissance du pin plus qu’une perturbation intense risque à encens au cours des 3-5 premières an- d’entraîner le lessivage. Malheureuse- nées dans les Piedmonts de Caroline du ment, peu d’études connues ont suivi la Sud (Stafford et al, 1985) et dans une ré- croissance des semis issus d’ensemence- gion du Texas aux étés chauds et humides (naturel (Stransky et al, 1985). Bien que Shultz ment artificiel) après scarifiage. ou (1975) estime que l’effet bénéfique sub- siste plusieurs années chez les différents pins du Sud des États-Unis, certains Plantation doutes demeurent quant à l’effet sur la ré- II est reconnu que les semis plantés sont colte finale (Haines et al, 1975; Morris et affectés par un choc de plantation, sou- Pritchett, 1983). vent causé par un stress hydrique (Ausse- D’autres études ont montré que le suc- nac et El Nour, 1986). Pour diverses rai- cès d’établissement de plantations sur des sons (dessèchement des plants, mauvais sites scarifiés n’assurait pas nécessaire- contact racine-sol, destruction des radi- ment la bonne croissance des plants. celles), la capacité réduite d’absorption Ainsi, malgré des taux de survie élevés d’eau empêche le bon déroulement des (80-90%) avec tous les types de scarifiage fonctions biologiques. Les études démon- 1-5 ans après plantation sur des sols de trent qu’à peu près toutes les formes de différentes textures dans le Sud des États- scarifiage permettent un meilleur établis- Unis, la croissance du pin à encens n’a été sement des plants et que, sous cet aspect, meilleure que sur les microsites les plus re- les méthodes s’équivalent au cours des maniés et surélevés dans les hautes terres premières années (Derr et Mann, 1970; des côtes d’Alabama (Tuttle et al, 1985b) Haines et al, 1975; Stafford et al, 1985; et dans la basse plaine côtière de Caroline Wilhite et McKee, 1985; Ross et al, 1986; du Sud (Wilhite et McKee, 1985). En ré- Wittwer et al, 1986; Orlander, 1987). Lors gion montagneuse d’Oklahoma (Wittwer et du choc de plantation, de bonnes condi- al, 1986) et sous le climat chaud et humide tions de température, de structure et de ré- de la Louisiane (Slay et al, 1987), les tention en eau du sol améliorent l’efficacité meilleurs résultats ont cependant été obte- du système racinaire et favorisent la re- nus lorsque la végétation compétitrice était prise du mouvement de l’eau dans les la mieux contrôlée à l’aide d’herbicides plants. après scarifiage. Une croissance limitée de Diverses études font état d’une reprise conifères après scarifiage sans autre trai- rapide de la croissance des plants à la tement a aussi été notée dans les monts suite du bon établissement après scari- Cascades d’Orégon (Ross et al, 1986) et fiage. Dans un sol sableux de la forêt bo- en Nouvelle-Zélande (Ballard, 1978). En réale québécoise, le taux de croissance Australie, l’enlèvement des débris de des 5 premières années de plants de pin coupe et de la matière organique avait gris a été nettement supérieur en terrain grandement aidé l’établissement du pin ra- labouré qu’en sol non remanié (Doucet, diata (Pinus radiata D Don) en haute alti- 1986). Au Wisconsin, Rawinski et al tude (1 200 m), sans toutefois améliorer la (1980) avaient montré l’effet positif de l’in- croissance des 2 premières années par corporation de la matière organique au sol rapport au sol non traité (Hall, 1985). L’au- minéral loameux dès la croissance juvé- teur attribue la stagnation des semis à la
perte de nutriments par l’enlève- traient des résultats de croissance équiva- encourue lents après 5 ans. À l’inverse, sur un par- ment de l’horizon de surface. terre de coupe d’une érablière à bouleau L’expérience suédoise en matière de jaune dans la forêt feuillue du Québec, les scarifiage désigne la formation de monti- secteurs scarifiés indiquaient une augmen- cules comme les microsites les plus favo- tation de 50% de la croissance des plants rables pour le pin Lodgepole, le pin syl- de bouleau jaune (Betula alleghaniensis vestre (Pinus sylvestris) et l’épinette de Britton) dès la première année. Toutefois, Norvège (Picea abies). Sur des sols sa- les résultats quinquennaux ont par la suite bleux de la forêt boréale de l’Ontario, la montré que le scarifiage n’avait finalement mise en buttes a provoqué des taux de pas amélioré la croissance des plants mais mortalité de 10-50% chez le pin gris plan- avait provoqué une plus grande agressivité té au sommet des monticules et une de la compétition (Robitaille, 1978). Une meilleure performance (93-99% de survie) telle augmentation de la compétition pour sur l’épaulement, moins sujet à l’assèche- les semis plantés a également été rappor- ment (Sutton, 1984). Considérant globale- tée par Durand et al (1988) à la suite d’un ment le taux de survie, la croissance en scarifiage de sols argileux dans la forêt bo- hauteur et la croissance en diamètre, la lo- réale du Nord-Ouest québécois. Les au- calisation sur l’épaulement paraissait tou- teurs y ont noté que la réduction de la den- jours la plus favorable pour cette essence, sité des arbres feuillus compétiteurs s’était 5 ans après plantation (Sutton, 1987). surtout traduite par une hausse importante Ayant été testée sur le même dispositif, du recouvrement des autres groupes d’es- l’épinette noire a eu des performances su- pèces compétitrices (arbustes, framboi- périeures sur le sommet des monticules, siers, herbacées). En climat humide sub- malgré un été plus sec que la normale. Se tropical, la diversité spécifique des des observations s’échelonnant basant sur compétiteurs avait également augmenté à plus de 10 après plantation sur ans en la suite de la coupe à blanc et de la prépa- Suède, Orlander (1987) noté que les a ration de terrain dans les forêts de pin des plants sur monticules étaient supérieurs bas-fonds boisés de la Floride (Swindel et aux plants dans les sillons de disques ou al, 1984). Sur un parterre de coupe d’une de charrues, tant pour le taux de survie forêt de sapin baumier et d’épinette noire que pour la croissance. Les résultats des de l’Est du Québec, la densité des es- premières années n’avaient permis de dé- pèces de début de succession, quant à tecter que de faibles différences entre les elle, a augmenté avec l’intensité du scari- microsites, ce qui indique la nécessité d’un fiage (Jobidon, 1990). suivi à long terme pour évaluer la perfor- mance des plants suite au scarifiage. Lors de la planification des travaux de préparation de terrain, il faut garder à l’es- Concernant l’utilisation et le développe- ment de l’équipement de préparation de prit que la végétation peut réoccuper un site par différents mécanismes (sexué ou terrain, McMinn (1985) a souligné l’impor- du stade d’établisse- tance de la durée de la période d’observa- végétatif) au cours tions pour l’interprétation des résultats. ment d’un peuplement (Oliver, 1981).Par exemple, les rejets de souches permettent Après 10 ans, le suivi de plants d’épinette à certaines d’envahir site blanche et de pin Lodgepole a finalement ra- essences un et d’occuper l’espace de crois- indiqué la supériorité de rasages répétés pidement sance avant les espèces désirables. La de la compétition sur le mixage du sol de semences enfouies dans le dans un site nordique de la Colombie Bri- germination sol et ramenées en surface peut aussi pro- tannique, bien que les 2 traitements mon-
voquer un envahissement d’espèces qui En raison des conditions météorologi- étaient absentes avant la perturbation du ques particulières et de la courte durée de milieu. À cet effet, les recherches ont mon- la saison de croissance, le régime thermi- tré que la banque séminale du sol pouvait que du sol ainsi que le microclimat en sur- contribuer de façon significative à la régé- face sont considérés comme des facteurs nération arbustive après perturbation (Ro- limitatifs dans les régions nordiques berts, 1981; Morgan et Neuenschwander, (Smith, 1988). Ils doivent donc être l’objet 1988). Selon le type de préparation de ter- d’une attention spéciale après un scari- rain et l’intensité appliquée, le traitement fiage. Les quelques résultats disponibles pourra donc favoriser l’un ou l’autre des au Québec indiquent également que la vé- modes de régénération et influencer gran- gétation compétitrice est susceptible de dement la structure et la dynamique du profiter de la création de bons microsites peuplement. Il importe donc d’identifier les autant, sinon plus, que les essences dési- propriétés du site pouvant indiquer les rables (Robitaille, 1978; Durand et al, possibilités d’invasion des compétiteurs. À 1988). La perspective de risquer une dé- cet effet, l’organisation de l’information doit gradation des sites à plus ou moins long s’appuyer sur une classification écologique terme pour assurer un bon établissement pour être utilisable de façon pratique et des semis devrait à elle seule motiver la adéquate. mise en place d’études intensives visant à identifier les traitements appropriés. L’ana- lyse des résultats devrait faire le bilan des effets positifs et négatifs en tenant compte PERSPECTIVES DE RECHERCHES de l’interaction entre les conditions du sol, la réaction de la compétition et la crois- À ce jour au Canada, les travaux de re- sance à long terme, pour déterminer l’im- cherches en matière de scarifiage ont sur- pact du scarifiage sur la productivité réelle tout été effectués en Ontario (Sutton, du site (McNabb et Campbell, 1985). En 1987) et en Colombie Britannique (Hedin, outre, afin de comprendre la réaction des 1989; McMinn, 1989), alors qu’au Québec, semis (Margolis et Brand, 1990), des les résultats des recherches dans le do- études visant à connaître le comportement maine sont quasi inexistants malgré une écophysiologique des espèces sous amé- utilisation toujours accrue de cette techni- nagement seront nécessaires (Aussenac que. La presque totalité des travaux qué- et Lévy, 1983). bécois de scarifiage visaient, en 1986, Selon les projections pour les 10 pro- l’établissement de plantations (Fortin et chaines années (Bolghari et al, 1986), les Im, 1987), principalement d’épinettes activités forestières de récolte (225 000 noires (55%), de pins gris (20%) et d’épi- ha/an) se dérouleront principalement dans nettes blanches (14%). On reconnaît gé- les pessières (52%), les sapinières (25%), néralement que le scarifiage peut amélio- les pineraies grises (4%) et les forêts mé- rer la survie de ces essences après langées à dominance résineuse (19%). plantation. Toutefois, les effets sur les pro- Les pinèdes grises sont particulièrement priétés des différents sols et sur la crois- propices à la plantation. Ainsi, les efforts sance juvénile en fonction du type de sca- de recherche sur cette essence devraient rifiage ou de la position sur les microsites viser une meilleure reprise des plants. doivent être étudiés. Les études doivent être planifiées de façon à compléter ou Toutefois, compte tenu qu’une hausse de confirmer les résultats obtenus ailleurs température à la surface du sol serait sus- dans des conditions comparables. ceptible de favoriser l’ouverture des cônes,
pourrait aussi chercher à améliorer l’en- REMERCIEMENTS on semencement naturel de cette espèce. Les sapinières, quant à elles, montrent ha- L’auteur tient à remercier les Drs HA Bolghari et bituellement une abondance de régénéra- R Doucet du Service de la recherche appliquée, tion préétablie et ne présentent pas ou peu ainsi que les Drs C Camiré et AP Plamondon de de problèmes de régénération naturelle. la Faculté de foresterie et géomatique de l’Uni- versité Laval pour la révision de cet article. Le D’autre part, une partie des pessières et travail de dactylographie de Mmes S Bourassa des peuplements mélangés à dominance et N Langlois a également été grandement ap- résineuse présentent une régénération précié. préexistante adéquate (Ruel, 1989). Lors- que la régénération est insuffisante, ces peuplements peuvent être remis en pro- RÉFÉRENCES duction par la plantation. Toutefois, l’expé- rience a montré que certains sites offrent Armson KA (1977) Forest soils. Properties and également la possibilité de se régénérer processes. Univ Toronto Press, Toronto, On- par semences après coupe. Dans un tel tario, Canada contexte, la coupe avec protection de la ré- Armson KA, Williams JRM (1960) The root de- génération préétablie et la coupe à blanc velopment of red pine (Pinus resinosa Ait) modifiée (bandes, trouées, îlots semen- seedlings in relation to various soil condi- ciers) sont des méthodes qui améliorent la tions. For Chron 36, 14-17 régénération par voie naturelle. Dans les Aussenac G, Lévy G (1983) Influence du dessè- parterres de coupe avec réserve de se- chement du sol sur le comportement hydri- menciers, la qualité du lit de germination que et la croissance du chêne pédonculé (Quercus pedonculata Ehrl) et du frêne peut être améliorée par le scarifiage, une (Fraxinus excelsior L) cultivés en cases de opération qui s’avère de toute façon néces- végétation. Ann Sci For 40, 251-264 saire pour la plantation. Cependant, les (1986) Reprise des Aussenac G, El Nour M méthodes les plus souhaitables, ainsi que Rev For Fr hydrique. plants et stress les niveaux d’intensité appliqués, restent à XXXVIII, 264-270 déterminer en relation avec les caractéristi- Ballard R (1978) Effect of slash and soil removal ques des sites. En considérant que, la plu- on the productivity of second growth radiata part du temps, l’opération de scarifiage pine on a pumice soil. N ZJ For Sci 8, 248- s’impose quelle que soit la méthode de ré- 258 génération préconisée, il serait intéressant Barber HW (1984) Effects of site preparation on de comparer la performance à long terme survival and moisture stress of interior Dou- de la régénération provenant d’ensemen- glas - fir seedlings planted in grass. Tree Planters’ Notes, Fall, 7-10 cement (naturel ou artificiel) avec celle de plants, en fonction du type de scarifiage. Bassman JH (1989) Influence of two site prepa- ration treatments on ecophysiology of plan- Au Québec, la pratique actuelle en ma- ted Picea engelmannii x glauca seedlings. tière de régénération forestière favorise la J Can Rech For 19, 1359-1370 régénération naturelle, mais lorsque le re- Becker M (1977) Contribution à l’étude de la boisement s’avère nécessaire, le scarifiage transpiration et de l’adaptation à la séche- est largement pratiqué. Or, les coûts to- resse des jeunes plants résineux. Exemple taux sont élevés (production de plants, de trois sapins du pourtour méditerranéen scarifiage et plantation) et la possibilité de (Abies alba, A nordmanniana, A numidica). Ann Sci For 34, 137-158 régénérer de façon naturelle une partie Becker M, Lévy G (1983) Influence d’un dessè- des aires coupées en modifiant l’opération chement du sol sur la nutrition minérale de de scarifiage doit être envisagée.
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