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Homogénéité génétique et hétérogénéité écologique du couvert forestier subarctique du nord du Québec face aux changements climatiques
Direction : Serge Payette 

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La réponse aux changements climatiques des forêts d'épinette noire (Picea mariana) à travers la toundra forestière du nord du Québec a été evaluée, dans une perspective de reforestation prochaine des collines toundriques prédite par les scénarios 2 x CO2. Des populations d'épinette noire réparties le long d'un transect sud-nord s'étalant du sud de la toundra forestière à la limite nordique de l'espèce ont été échantillonnées. La diversité génétique des populations d'épinette noire subarctiques, peut-être réduite par rapport à celle des populations boréales suite à la migration postglaciaire rapide de l'espèce et à la fragmentation subséquente des forêts, a été estimée à l'aide d'outils moléculaires (marqueurs d'ADN mitochondrial, transmis par les graines et marqueurs d'ADN nucléaire, transmis à la fois par les graines et le pollen). L'établissement par graines sur les collines toundriques et la croissance en hauteur d'épinettes situées aux interfaces forêt-toundra (limites des arbres subarctiques), en réponse aux conditions climatiques plus clémentes du XXe siècle, ont été évalués à l'aide de données dendrochronologiques, topographiques et météorologiques.

Les forêts d'épinette noire subarctiques se sont révélées très homogènes au niveau génétique. Au niveau mitochondrial, elles montraient toutes une absence de diversité génétique. Au niveau nucléaire, par contre, elles montraient toutes une diversité génétique élevée équivalente à celle des forêts boréales. Le pollen d'épinette noire, facilement dispersé par le vent sur de grandes distances, aurait redistribué les allèles nucléaires jusque dans les populations les plus nordiques, effaçant ainsi l'empreinte génétique d'évènements fondateurs encore présente dans le génome mitochondrial. Les populations d'épinette noire de toundra forestière qui prendront éventuellement de l'expansion en réponse au réchauffement climatique du XXe siècle devraient donc contenir des allèles nucléaires aussi diversifiés que ceux des populations boréales.

Quant à l'établissement par graines et de la croissance en hauteur, les populations d'épinette noire de toundra forestière ont généralement montré des réponses d'intensité variables au réchauffement climatique du XXe siècle. L'épinette noire s'est régénérée par graines au sud de la toundra forestière, permettant ainsi des avancées locales de limites d'arbres et une colonisation des collines toundriques depuis les années 1970. Les épinettes noires établies au-delà des limites d'arbres du sud de la toundra forestière montraient, par contre, une croissance en hauteur fortement ralentie par l'exposition aux vents, suggérant que la reforestation des collines toundriques prédite par les scénarios 2 x CO2 pourrait être retardée. Au nord de la toundra forestière, l'épinette noire s'est propagée presqu'exclusivement par marcottage. Une accélération de la croissance en hauteur des épinettes arbustives depuis les années 1960-70 a permis des avancées locales de limites d'arbres du même ordre que celles s'étant produites par graines au sud de la toundra forestière. La transformation future des épinettes arbustives en épinettes arborescentes suggérée par la tendance à la hausse de l'élongation annuelle des tiges principales devrait être associée à un potentiel reproductif accru au nord de la toundra forestière. Dans presque toutes les régions, la croissance en hauteur des épinettes noires établies au-delà de la limite des arbres semblait controlée plus fortement par la température estivale (somme des degrés-jours) que celle des épinettes établies en-deçà de la limite des arbres. Au-delà des tendances régionales dans la réponse des populations marginales d'épinette noire au réchauffement climatique, les facteurs topographiques locaux ont parfois produit des réponses très variables entre les sites.

Publications

Gamache, I., Payette, S., 2005. Latitudinal response of subarctic tree lines to recent climate change in eastern Canada. Journal of Biogeography, 32: 849-862.


Gamache, I., Payette, S., 2004. Height growth response of tree line black spruce to recent climate warming across the forest-tundra of eastern Canada. Journal of Ecology, 92: 835-845.


Gamache, I., Jaramillo-Correa, J., Payette, S., Bousquet, J., 2003. Diverging patterns of mitochondrial and nuclear DNA diversity in subarctic black spruce: imprint of a founder effect associated with postglacial colonization. Molecular Ecology, 12: 891-901.


Payette, S., Fortin, M.-J., Gamache, I., 2001. The subarctic forest-tundra: the structure of a biome in a changing climate. BioScience, 51: 709-718.