0415-B4
Fabienne Colas[1], Denise Tousignant[2] et Stéphan Mercier[3]
Ce mémoire présente les plus récents résultats des recherches menées sur la reproduction des arbres à la Direction de la recherche forestière, du Ministère des Ressources naturelles du Québec (Canada). L’approche de recherche est mise sur la simplicité des méthodes pour qu’elles soient facilement applicables dans de nombreux contextes forestiers. D’importantes percées ont ainsi été réalisées à propos de l’aménagement des vergers à graines conventionnels et sous abri, les techniques de pollinisation de masse pour augmenter la production de graines des arbres, les méthodes de récolte et de conservation du pollen, les conditions techniques de germination des graines résineuses en pépinière et la mise au point de systèmes de bouturage à grande échelle. L’étroite collaboration entre les chercheurs et les praticiens du Québec a eu des retombées significatives en pépinière et dans les vergers à graines. Plusieurs prototypes uniques ont été développés et ils sont maintenant utilisés couramment.
Mots clés: conifère, reproduction, pollen, pollinisation, verger à graines, graine, germination, multiplication végétative, bouturage, Québec.
La forêt québécoise couvre plus de 75 millions d’hectares. Elle représente 20 % du territoire forestier canadien et 2 % des forêts mondiales (MRNQ 2002a). Le secteur forestier a une importance économique majeure au Québec. En effet, ce secteur emploie plus de 80 000 personnes, soit près de 16 % des emplois du domaine manufacturier (MRNQ 2002b).
La Stratégie de protection des forêts du Québec (MRNQ 2002a) privilégie la régénération naturelle des superficies coupées. Toutefois, 15 à 20 % des superficies doivent être reboisées afin de garantir une régénération suffisante et de bonne qualité. Le ministère des Ressources naturelles du Québec (MRNQ) produit les semences et les plants destinés au reboisement (MRNQ 2002a). Les plants sont produits par six pépinières publiques et 20 producteurs privés. Environ 150 millions de plants sont mis en terre chaque année. Ils sont majoritairement issus de graines, mais une faible proportion (environ 3 %) provient de boutures.
Actuellement, les plantations n’occupent que 5 % de la superficie forestière mondiale. Cependant, elles fournissent 35 % du bois récolté (FAO 2001). À moyen terme, la FAO prévoie que 75 % du bois récolté mondialement proviendra de plantations (FAO 2001). Le reboisement permet d’augmenter significativement la productivité forestière. Le rendement annuel moyen des forêts naturelles québécoises est généralement inférieur à 2 m3 ha-1 an-1. Toutefois, il peut atteindre 5 à 8 m3 ha-1 an-1 avec des plantations sur des stations de bonne qualité. Par ailleurs, la reconnaissance des forêts comme puits de carbone place le secteur forestier dans une position clé pour réduire les gaz à effet de serre, tel qu’exigé par le Protocole de Kyoto. La nouvelle initiative canadienne «Forêt 2020», lancée par le Conseil canadien des ministres des forêts, place les plantations, et plus particulièrement celles d’essences à croissance rapide, parmi les scénarios d’atténuation du réchauffement de la planète (Forêt Canada 2001). De surcroît, dans sa stratégie de conservation de la biodiversité, le Québec compte soustraire 8 % de ses forêts à l’exploitation en 2005 (MENV 2002). Le reboisement à l’aide de plants de haute performance pourra limiter l’impact de cette réduction tout en maintenant la productivité forestière.
Le succès d’une reforestation durable demande un apport continu de graines de haute qualité pour la production de plants (Haavisto et Skeates 1995). Pour cela, le Québec a établi un réseau de sources améliorées dans le but d’améliorer le rendement des plantations et la qualité des arbres, mais également afin de régulariser l’approvisionnement en semences (MRNQ 2002a). Le Québec compte actuellement 94 vergers à graines de première génération, dont le gain génétique anticipé varie de 3 à 10 % (Masse 1999). Grâce aux nouvelles sélections génétiques, les gains anticipés pour les vergers de deuxième génération sont encore supérieurs. Ces vergers sont en cours d’implantation avec les essences majeures utilisées pour le reboisement au Québec, soit l’épinette noire (Picea mariana), l’épinette blanche (Picea glauca) et le pin gris (Pinus banksiana). L’utilisation de plants issus de boutures est un autre outil privilégié pour l’implantation d’une foresterie de haute production. D’ici 2012, 97 % des plants mis en terre au Québec devraient être de qualité génétique supérieure.
La recherche sur la reproduction des arbres joue un rôle prépondérant dans l’atteinte des objectifs du MRNQ en matière de reboisement avec du matériel génétiquement amélioré. Ainsi, les techniques de reproduction à grande échelle, par la voie sexuée ou asexuée, permettent de concrétiser les résultats des sélections génétiques en rendant le matériel disponible pour la production de plants en pépinière. De plus, le recours à des méthodes simples facilite leur application à plusieurs autres contextes forestiers. Ce mémoire résume les plus récents résultats des travaux menés dans le domaine de la reproduction des arbres à la Direction de la recherche forestière. Ils ont été obtenus dans le cadre d’une collaboration étroite avec le secteur des opérations du MRNQ.
Deux modèles sont étudiés, soit le verger conventionnel au champ, mais avec un aménagement particulier (nature du sol, espacement de plantation, présence de brise-vent, utilisation de la pollinisation de masse), et le verger sous abri avec des arbres cultivés en pot (Mercier et Périnet 1998).
Les vergers de première génération sont implantés à travers la province, en forêt naturelle, pour subvenir aux besoins de reboisement de toutes les régions écologiques du Québec. Les vergers de deuxième génération, quant à eux, sont plutôt installés sur le terrain des pépinières publiques, afin de faciliter les interventions. Les gains génétiques anticipés pour la deuxième génération sont tels qu’ils justifient largement le recours à diverses méthodes pour s’assurer de la meilleure productivité possible en graines.
Afin de garantir la qualité génétique des graines produites dans un verger, la contamination pollinique provenant de sources extérieures doit être minimisée. À cette fin, nous expérimentons le concept de verger entre brise-vent. En effet, ceux-ci peuvent créer des microclimats et accélérer le développement des fleurs de quelques jours (Guyot 1983). Nos premiers résultats confirment que les brise-vent réduisent la vitesse du vent et permettent une légère augmentation de la température entre les haies, au niveau des branches (données non encore publiées). Nous poursuivons des études sur l’étalement de la floraison dans le temps pour vérifier si cette augmentation de température se traduit effectivement par un développement plus précoce des fleurs mâles et femelles par rapport aux arbres situés aux alentours du verger.
Ce type de verger a été retenu pour les mélèzes (Larix sp.), car les caractéristiques particulières de leur développement et de leur floraison sont beaucoup plus faciles à gérer lorsque les arbres sont cultivés sous abri. Nous avons adapté le modèle de tunnel conventionnel pour en accroître la hauteur (photo 1). Dans le but d’augmenter et de régulariser l’approvisionnement en graines de mélèze hybride, nous étudions le régime de culture, la taille de formation des arbres, les méthodes de récolte de pollen et de pollinisation, puis l’extraction opérationnelle et la germination des graines.
Photo 1: Abri utilisé pour la culture des mélèzes en pot. Après les pollinisations, les toiles des tunnels sont relevées afin de permettre un accès optimal des arbres à la lumière. (photo: F. Colas, MRNQ)
Pour produire des graines de mélèze hybride, nous contournons le décalage phénologique entre les espèces utilisées comme parents en ayant recours à du pollen conservé. Grâce à la culture des arbres sous abri, les travaux de pollinisation ne sont pas tributaires des conditions météorologiques, car les risques de gel sont presque nuls. De plus, la taille contrôle la hauteur des arbres.
La pollinisation de masse est utilisée pour accroître le gain génétique dans les vergers à graines, car elle permet d’augmenter la production de graines, tout en limitant la contamination pollinique (Bramlett 1997). Après avoir testé de nombreuses méthodes de pollinisation (Mercier et Parent 2003), nous avons retenu celle de la pollinisation électrostatique, avec un «pistolet électrostatique» portatif et autonome (photo 2), qui peut être fixé sur un simple chariot ou sur une remorque. Cette remorque, tirée par un véhicule tout terrain, permet des déplacements faciles dans les vergers. Nous avons adapté le modèle mis au point en France pour les vergers à graines de mélèzes (Philippe et Baldet 1997). La force électrostatique charge le pollen négativement et favorise le dépôt d’un plus grand nombre de grains de pollen par bractée, par rapport à une pollinisation naturelle.
Photo 2: Pollinisation de masse dans un verger à graines à l’aide du pistolet électrostatique. (photo: S. Mercier, MRNQ)
Le pollen est soit utilisé frais, soit tiré de la banque de pollen ministérielle (Colas et Mercier 2001). L’utilisation du pistolet électrostatique à grande échelle accroît les besoins de pollen. Afin de récolter les quantités nécessaires à peu de frais, nous avons mis au point une technique de récolte mécanisée du pollen à l’aide d’un aspirateur portatif (photo 3; Colas 2001).
Photo 3: Aspirateur utilisé pour la récolte du pollen. Le pollen est récolté le jour de sa dissémination. Il a ainsi une qualité optimale. (photo: S. Mercier, MRNQ).
Au Québec, le MRNQ récolte et fournit gratuitement les graines nécessaires à la production de plants pour le reboisement. Nos travaux de recherche sont réalisés en collaboration avec l’équipe de développement du Centre de semences de Berthier[4], qui traite et expédie toutes les graines d’arbres destinées aux producteurs de plants. Notre objectif est de mettre au point des techniques facilement transposables à grande échelle, qui permettent d’augmenter la germination des graines en pépinière, de façon à tirer le meilleur parti possible des graines récoltées dans les vergers à graines.
Nos travaux ont conduit à l’implantation de la stratification opérationnelle des graines d’épinette blanche et de pin blanc (Pinus strobus) avant leur livraison aux pépiniéristes. Cependant, leur teneur en eau élevée (de 25 à 35 %) exige un ensemencement très rapide, pour que les graines conservent les effets bénéfiques liés à la stratification. Pour les essences non stratifiées, les récipients sont empotés et ensemencés d’avance, afin d’être répartis sur les aires de culture lorsque les conditions deviennent favorables. Nous vérifions que les graines stratifiées avec une teneur en eau élevée peuvent supporter la variation des conditions climatiques entre l’ensemencement et le début de la germination. De même, nous testons l’effet du séchage des graines stratifiées sur leur germination subséquente. Si l’on pouvait appliquer le séchage sans perdre l’effet bénéfique lié à la stratification, les pépiniéristes bénéficieraient d’une plus grande souplesse pour décider de la date de l’ensemencement.
Un autre volet de nos travaux consiste à améliorer les conditions des tests de germination au Centre de semences, afin de garantir l’obtention de résultats fiables et reproductibles et permettre ainsi la livraison de graines en quantité suffisante pour la production de plants. De ce fait, l’optimisation des conditions des tests de germination au laboratoire permettra de fournir des données de germination fiables aux pépiniéristes, pour une meilleure gestion des cultures.
Le Québec détient une expertise unique dans le domaine du bouturage des arbres forestiers. Actuellement, trois millions de plants résineux issus de boutures sont produits à la Pépinière de Saint-Modeste[5]. Les installations d’enracinement, conçues et développées par les chercheurs et praticiens du MRNQ, y sont uniques au monde. Depuis les années 1980, nos recherches ont permis d’optimiser la culture des pieds-mères et l’enracinement des boutures pour les espèces en cause. Ces travaux ont mené à des solutions originales, applicables à grande échelle, et sont rapidement passées de l’essai à la pratique.
Les plants multipliés par bouturage sont issus des meilleurs croisements recommandés par les généticiens. Les gains en plantation justifient largement les coûts de production des plants issus de boutures, légèrement plus élevés (1,5 à 1,7 fois) que les semis. D’ici à 2005, le MRNQ prévoit tripler sa production annuelle de plants résineux issus de boutures, pour dépasser les 10 millions de plants. Cette cible illustre bien les efforts que le MRNQ déploie pour augmenter la productivité des forêts québécoises.
Le système «Bouturathèque» permet l’enracinement hors serre, à l’étouffée, de boutures semi-ligneuses (Vallée et Noreau 1990). Il se prête particulièrement bien à la multiplication de l’épinette noire, qui compte actuellement pour près de 75 % de la production de boutures (Tousignant et al. 1996). Il s’agit de compartiments superposés, hermétiques et éclairés individuellement par des tubes fluorescents (photo 4). Leur principal avantage, outre le gain d’espace, est de permettre une production continue, puisque l’enracinement se fait dans des salles climatisées, indépendamment du climat extérieur. Cette approche implique la culture forcée des pieds-mères en serre, pour réaliser quatre à cinq récoltes de boutures par année.
Photo 4: L'une des six étagères des «Bouturathèques» de la Pépinière de Saint-Modeste. (photo: MRNQ).
L’épinette blanche et l’épinette de Norvège (Picea abies) répondent moins bien au forçage que l’épinette noire. Le mélèze hybride, de son côté, requiert beaucoup d’espace d’enracinement pour accommoder ses longues aiguilles. Pour ces trois espèces, nous avons développé, depuis 1998, une technique de bouturage estival, dans des enceintes montées à l’intérieur de tunnels conventionnels (Tousignant et Rioux 2002). Ces infrastructures légères sont économiques et polyvalentes et leur utilisation est en pleine expansion.
Chaque enceinte d’enracinement peut contenir entre 150 000 et 230 000 boutures. Dans un tunnel non chauffé, des arceaux métalliques supportent un film de plastique clair, offrant une étanchéité complète (photo 5). Un robot d’irrigation est contrôlé par des appareils «Mist-a-Matic®» et des sondes de température et d’humidité de l’air; le tout est géré par un système programmable pour que l’arrosage tienne compte de la période du jour, des conditions d’humidité de l’air et de la température.
Photo 5: Vue intérieure d'une enceinte d'enracinement sous tunnel. (photo: P. Lemay, MRNQ).
Les pieds-mères d’épinette blanche et de Norvège sont cultivés à l’extérieur, alors que ceux de mélèze sont forcés pendant une courte période à la fin de l’hiver. Après trois récoltes annuelles de boutures, les pieds-mères sont récupérés et livrés au reboisement.
Afin d’atteindre les gabarits souhaités, les boutures enracinées sont repiquées et cultivées pendant deux ans, à racines nues ou en récipients de plus de 200 cm3. Le repiquage constitue un événement charnière dans leur culture. Les recherches entreprises récemment visent à identifier des traitements culturaux pour assurer une meilleure survie des boutures au repiquage, un remplissage adéquat de la motte en récipient et l’atteinte d’une meilleure qualité racinaire à racines nues. Nous cherchons ainsi à réduire les coûts de production tout en augmentant les quantités disponibles de plants livrables issus de boutures.
Les travaux sur la reproduction des arbres, tant pour le volet sexué qu’asexué, ont la particularité d’être rapidement transposés à l’échelle opérationnelle. Ils ont ainsi des retombées directes sur le programme de reboisement du Québec. Que ce soit pour la récolte de pollen, la pollinisation de masse ou le bouturage en «Bouturathèques» ou sous enceintes extérieures, nos recherches ont abouti à la création de prototypes adoptés par le secteur des opérations du MRNQ. Les forêts s’en trouvent enrichies, car la quantité de semences et de plants de qualité, issus des programmes provinciaux d’amélioration génétique, ne cesse d’augmenter et de se diversifier.
Bramlett, D. L., 1997. Genetic gain from mass controlled pollination and topworking. Journal of Forestry 95 (3): 15-19.
Colas, F., 2001. Spruce pollen: from collection to conservation and pollination. Tree Seed Working Group News Bulletin 33 (mai): 15-17.
Colas, F. et S. Mercier, 2000. Évaluation et maintien de la viabilité des pollens utilisés dans le programme d'amélioration de arbres. Gouvernement du Québec, ministère des Ressources naturelles, Forêt Québec, Direction de la recherche forestière. Mémoire de recherche forestière n° 135, 78 p.
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Guyot, G., 1983. Les effets aérodynamiques et microclimatiques des brise-vent et des aménagements régionaux. INRA de Montfavet, France. Mémoire de la station bioclimatique n° 91, 43 p.
Haavisto, V. F. et D. A. Skeates, 1995. Larger black spruce cones produce more and heavier seeds. Natural resources Canada, Canadian Forest Service-Ontario. Technical note 30, 4 p.
Masse, L., 1999. Les vergers à graines (voie sexuée). Dans: Actes du colloque: L'amélioration génétique en foresterie: où en sommes-nous? 28-30 septembre 1999. Rivière-du-Loup, Québec, p. 117-123.
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Mercier, S. et P. Périnet, 1998. The second generation seed orchard research project at the Direction de la recherche forestière in Québec. The Forestry Chronicle 74 (2): 181-184.
Mercier, S. et C. Parent, 2003. Pollinisation de masse dans les vergers à graines. Gouvernement du Québec, ministère des Ressources naturelles, Forêt Québec, Direction de la recherche forestière. Mémoire de recherche forestière (soumis).
MRNQ, 2002a. Site Internet du ministère des Ressources naturelles du Québec. [http://www.mrn.gouv.qc.ca/] (5 novembre 2002).
MRNQ, 2002b. Ressources et industries forestières. Portrait statistique, édition 2002. Gouvernement du Québec, ministère des Ressources naturelles, Direction du développement de l’industrie des produits forestiers, 64 p.
Philippe, G. et P. Baldet, 1997. Electrostatic dusting: an efficient technique of pollination in larch. Annales des Sciences Forestières 54: 301-310.
Tousignant, D. et M. Rioux, 2002. Le bouturage des résineux à la pépinière de Saint-Modeste (Québec, Canada): 10 ans de recherche, de développement et d’innovations. Dans Verger M. (éd). Multiplication végétative des ligneux forestiers, fruitiers et ornementaux. Actes. [CD-Rom]. Montpellier, France: Cirad-Inra, p. 65-86. Troisième rencontre du groupe de la Sainte Catherine, 22-24 novembre2000, Orléans, France.
Tousignant, D., P. Périnet et M. Rioux, 1996. Le bouturage de l'épinette noire à la pépinière de Saint-Modeste. Gouvernement du Québec, ministère des Ressources naturelles. RN96-3004, 33 p.
Vallée, G. et R. Noreau, 1990. La «bouturathèque»: système de bouturage compact hors serre. Ministère de l’Énergie et des Ressources, Direction de la recherche. Note de recherche forestière no 41, 6 p.
| [1] Ministère des Ressources
naturelles, Forêt Québec, Direction de la recherche forestière,
2700 rue Einstein, Sainte-Foy (Québec), Canada, G1P 3W8. Tél.:
418 643-7994. Courriel: [email protected],
[email protected]
et [email protected]. [2] Ministère des Ressources naturelles, Forêt Québec, Direction de la recherche forestière, 2700 rue Einstein, Sainte-Foy (Québec), Canada, G1P 3W8. Tél.: 418 643-7994. Courriel: [email protected], [email protected] et [email protected]. [3] Ministère des Ressources naturelles, Forêt Québec, Direction de la recherche forestière, 2700 rue Einstein, Sainte-Foy (Québec), Canada, G1P 3W8. Tél.: 418 643-7994. Courriel: [email protected], [email protected] et [email protected]. [4] Une information complète sur le Centre de semences de Berthier est disponible par le lien suivant: http://www.mrn.gouv.qc.ca/forets/entreprises/entreprises-semences-berthier.jsp [5] Une information complète sur le Centre de bouturage de Saint-Modeste est disponible par le lien suivant: http://www.mrn.gouv.qc.ca/forets/entreprises/entreprises-semences-modeste.jsp |