Traits fonctionnels des bryophytes et leur rôle dans l'atténuation des impacts du déclin du couvert nival induit par les changements climatiques sur les processus du carbone souterrain dans les écosystèmes forestiers boréaux / Functional traits of bryophytes and their role in mitigating the impacts of climate-change-induced snow cover decline on below-ground carbon processes in boreal forest ecosystems

Subedi, Bandana (2026). Traits fonctionnels des bryophytes et leur rôle dans l'atténuation des impacts du déclin du couvert nival induit par les changements climatiques sur les processus du carbone souterrain dans les écosystèmes forestiers boréaux / Functional traits of bryophytes and their role in mitigating the impacts of climate-change-induced snow cover decline on below-ground carbon processes in boreal forest ecosystems. (Mémoire de maîtrise). Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue. Depositum. https://depositum.uqat.ca/id/eprint/1829

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Résumé

RÉSUMÉ

Les forêts boréales constituent le deuxième plus grand biome terrestre et servent de réservoirs majeurs de carbone dans le sol. Cependant, les régions boréales subissent des changements climatiques considérables, entraînant des périodes chaudes plus fréquentes et une réduction du manteau neigeux. Cela diminue les propriétés isolantes de la couverture de neige et augmente les cycles de gel-dégel du sol. Les mousses, en particulier Sphagnum spp. et Pleurozium schreberi, dominent les sols des forêts boréales et contribuent à l'isolation du sol et à la rétention d'humidité. Malgré leur importance écologique, leur rôle dans l'atténuation des processus souterrains du carbone sous une couverture de neige réduite demeure mal compris.

Cette étude examine les traits fonctionnels de ces mousses et leur capacité à atténuer les effets de la perte de couverture neigeuse sur la composition de la biomasse racinaire, la biomasse microbienne du sol, ainsi que la diversité et la composition de la communauté microbienne du sol, tous étant liés aux processus souterrains. Trente-six parcelles expérimentales ont été établies dans trois peuplements matures d'épinette noire dans le Nord-du-Québec, Canada, avec des traitements variant selon la présence de mousse, le type de mousse et la couverture neigeuse. Les traitements comprenaient : Sphagnum spp. avec neige, Sphagnum spp. sans neige, Pleurozium schreberi avec neige, Pleurozium schreberi sans neige, sans mousse avec neige, et sans mousse sans neige, avec six répétitions par traitement. La température du sol a été surveillée à l'aide d'enregistreurs de données à une profondeur de 15 cm, et la neige a été retirée manuellement avec un minimum de perturbation. Des échantillons de sol ont été prélevés à la fin du printemps et en été pour mesurer la biomasse microbienne à l'aide de la méthode de fumigation au chloroforme. La PCR quantitative (qPCR) et le séquençage des gènes de l'ARNr 16S et pmoA ont été utilisés pour étudier l'activité et la diversité des champignons et des bactéries. La dynamique racinaire a été analysée avec WinRHIZO, et les traits fonctionnels des mousses tels que la rétention d'eau, la densité des colonies et la teneur en nutriments ont été évalués.

Les colonies de Sphagnum spp. sous la neige étaient plus denses et présentaient une capacité d'absorption d'eau plus élevée comparativement à celles sans neige. En revanche, P. schreberi ne différait pas significativement en termes de densité de colonie ou de capacité d'absorption d'eau entre les traitements avec ou sans neige. La biomasse racinaire totale sous Sphagnum spp. avec couverture neigeuse réduite était significativement plus faible comparativement à celle avec neige, tandis que la biomasse racinaire totale n'a pas changé sous P. schreberi et sans mousse. Bien que la diversité bactérienne du sol soit demeurée constante à travers les traitements, la composition de la communauté bactérienne a été modifiée. Plus précisément, les Actinobacteria étaient plus abondantes lorsque la neige était réduite dans les parcelles de P. schreberi, et l'abondance relative des Acidobacteriota était significativement plus élevée dans les parcelles de Sphagnum spp. avec neige comparativement à celles avec neige réduite. La diversité fongique du sol a significativement diminué lorsque la neige était réduite dans les parcelles de P. schreberi, mais est demeurée constante dans les parcelles de Sphagnum spp. La biomasse microbienne était stable au début de l'été, mais a augmenté dans les parcelles de Sphagnum spp. avec neige à la fin de l'été.

Alors que les changements climatiques s'accélèrent et que la couverture neigeuse diminue, les compromis entre les types de mousses deviennent critiques. Les sols forestiers dominés par Sphagnum spp. pourraient passer de systèmes stables et puits de carbone à des systèmes plus variables et sensibles aux perturbations, la réduction de la neige causant un déclin de la biomasse racinaire et des changements dans les communautés microbiennes. Les processus du sol étaient plus résistants sous la couverture de P. schreberi, mais cette résilience pourrait se faire au détriment d'une protection thermique réduite et d'une accumulation de carbone au sol à long terme.

ABSTRACT

Boreal forests are the second-largest terrestrial biome and serve as major soil carbon reservoirs. However, boreal regions are experiencing considerable climate change, leading to more frequent warm periods and reduced snowpack. This diminishes the insulating properties of snow cover and increases soil freeze-thaw cycles. Mosses, particularly Sphagnum spp. and Pleurozium schreberi, dominate boreal forest floors and contribute to soil insulation and moisture retention. Despite their ecological importance, their role in buffering belowground carbon processes under reduced snow cover remains poorly understood.

This study examines functional traits of these mosses and their ability to mitigate the effects of snow cover loss on root biomass, soil microbial biomass, and soil microbial diversity and their community composition, all of which are linked to belowground processes. Thirty-six experimental plots were established in three mature black spruce stands in Nord-du-Québec, Canada, with treatments varying in moss presence, moss type, and snow cover. Treatments included: Sphagnum spp. with snow, Sphagnum spp. without snow, Pleurozium schreberi with snow, Pleurozium schreberi without snow, no moss with snow, and no moss without snow, with six replicates per treatment. Soil temperature was monitored using data loggers at a 15cm depth, and snow was removed manually each month with minimal disturbance. Soil samples were collected in late spring and summer to measure microbial biomass using the Chloroform fumigation method. Quantitative PCR (qPCR) and sequencing of the 16S rRNA and pmoA genes to study the diversity of fungi and bacteria. Root dynamics were analyzed with WinRHIZO, and moss functional traits like water retention, colony density, and nutrient content were assessed.

Sphagnum spp. colonies under snow were denser and had higher water absorption capacity compared to those without snow. In contrast, P. schreberi did not differ significantly in either colony density or water absorption capacity across snow treatments. Total root biomass under Sphagnum spp. with reduced snow cover was significantly lower compared to that with snow, while total root biomass did not change under P. schreberi, and no moss. Although soil bacterial diversity remained constant across treatments, bacterial community composition was changed. Specifically, Actinobacteria were more abundant when snow was reduced in P. schreberi plots, and the relative abundance of Acidobacteriota was significantly greater in Sphagnum spp. plots with snow compared to reduced snow. Soil fungal diversity significantly decreased when snow was reduced in P. schreberi plots but remained constant in Sphagnum spp. plots. Microbial biomass was stable in early summer but increased in Sphagnum spp. plots with snow by late summer.

As climate change accelerates and snow cover decreases, the trade-offs between moss types become critical. Forest floors dominated by Sphagnum spp. may transition from stable, carbon sinks to more variable, disturbance-sensitive systems, with reduced snow causing root biomass decline and microbial community shifts. Soil processes were more resistant under P.schreberi cover, but this resilience may come at the cost of reduced thermal protection and long-term soil carbon accumulation.

Type de document:	Thèse ou mémoires (Mémoire de maîtrise)
Directeur ou directrice de recherche:	Fenton, Nicole
Codirecteurs de mémoire/thèse:	Cavard, Xavier
Mots-clés libres:	Sphagnum spp., Pleurozium schreberi, perte de neige, changements climatiques, biomasse microbienne, bactéries, champignons, capacité d'absorption d'eau, densité des colonies, snow loss, climate change, microbial biomass, bacteria, fungi, water absorption capacity, colony density
Divisions:	Forêts > Maîtrise en écologie
Date de dépôt:	01 juin 2026 14:23
Dernière modification:	01 juin 2026 14:23
URI:	https://depositum.uqat.ca/id/eprint/1829

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