Resource extraction is driving economic, cultural, and environmental changes in northern Canada. Even after extraction activities have ceased, legacy impacts can persist, and restoration of extraction sites is critical in mitigating long-term impacts. In the search to find a holistic and cost-effective method of revegetation, the use of biological soil crusts (BSC) to accelerate primary succession is promising. BSC are communities that include lichen, bryophytes, and bacteria, that bind together with soil particles to form a surface crust. They provide essential ecosystem functions such as soil formation and stabilization, and fixation of atmospheric carbon and nitrogen, a known limiting factor for primary productivity. Taking into consideration their relevant ecological functions coupled with their ability to thrive in harsh environments, BSC are well positioned to facilitate the functional recovery of degraded ecosystems. The objectives of this project are i. to characterize the lichen and bryophyte species of BSC spontaneously establishing on borrow pits; ii. to identify the environmental factors governing the distribution of these BSC communities; iii. to characterize the bacterial communities and the presence of diazotrophic bacteria associated with BSC establishing spontaneously on abandoned mine tailings. BSC establishing on abandoned borrow pits (formerly used for road construction) were surveyed in Parc national des Grands-Jardins and along La Route du Nord, a gravel road linking the town of Chibougamau to the James Bay region. We are using 16S rDNA and nifH gene sequencing to characterize bacterial diversity and to assess the presence of diazotrophic bacterial species under bare soil and three types of BSC (cyanobacteria dominated, bryophyte dominated, and lichen dominated) located on abandoned mine tailings, as well as under the bryophyte/lichen layer on rehabilitated mine tailings. Thus far over 35 lichen species and 11 bryophyte species have been identified as part of the BSC, with many well known as being pioneer species with adaptations to withstand dry conditions. Species composition is similar between regions but differs between plots within the regions. Combining ecology, botany, and microbiology, this research project will provide valuable knowledge on BSC in Québec’s boreal forest and their potential in assisting revegetation outcomes for northern extraction sites.

Les mares de tourbières sont des étendues d’eau qui favorisent la diversité végétale, car elles abritent un nombre d’espèces végétales spécifiques à ces milieux. Lors de la restauration écologique des tourbières, la création de mares est souvent envisagée, considérant leur importance pour améliorer la diversité du milieu. Par ailleurs, pendant les travaux de restauration effectués avec de la machinerie, un résultat involontaire est la création de dépressions qui permettent à la nappe phréatique d’émerger et ainsi de créer des conditions d’eau stagnante propice à l’établissement d’une végétation typique de mares. Dans un contexte de perte d’écosystèmes tourbeux, la contribution à l’amélioration de la diversité végétale pendant le processus de restauration écologique est fondamentale. L’objectif principal du projet est de déterminer les facteurs environnementaux qui favorisent l’établissement de la diversité végétale spécifique des bords des mares. Pour ce faire, les mares ont été inventoriées dans 21 tourbières de l’est du Canada, dont 9 sont des écosystèmes de référence et 12 sont des tourbières restaurées. L’échantillonnage a été fait en réalisant des relevés de végétation sur les berges, le long de 4 transects perpendiculaires à la berge de chaque mare. Quatre quadrats ont été inventoriés par transect. Des facteurs abiotiques ont été mesurés, comme le pH et la profondeur de l’eau. Les résultats attendus sont que la morphologie de la bordure des mares exerce une influence directe sur la diversité végétale, tant en tourbières naturelles que restaurées. Plus précisément, les pentes faibles ou platières (bords de mare sans inclinaison) favoriseront considérablement la richesse des espèces dans les tourbières. Les résultats pourront suggérer que les mares spontanées ont le potentiel d’augmenter l’hétérogénéité écologique des reliefs des tourbières restaurées et d’accroître la qualité de l’habitat floristique. Ils permettront aussi de suggérer des balises pour la création de ces habitats en tourbières restaurées.

Suivant l’arrêt de l’extraction de tourbe horticole, les tourbières à sphaignes extraites, dénuées de végétation, constituent des milieux hostiles à la recolonisation végétale. La restauration par transfert de la couche muscinale permet de restaurer un tapis de mousses qui accumulera à nouveau de la tourbe; avec un retour de plus de 80% des espèces végétales vasculaires tourbicoles. Ce projet vise à déterminer le succès de transfert pour les bryophytes et à identifier les potentielles espèces récalcitrantes à la restauration, par des inventaires des communautés muscinales dans les secteurs restaurés et dans les sites d’emprunt qui leur sont associés.

Peatlands drained for forestry, agriculture, peat harvesting, among many other land uses represent ~16% of all peatlands globally. Drainage ditches are not unique to drained peatlands and are often associated with linear disturbances, such as roads, Sphagnum biomass farming, or infrastructure development. When drained, these peatlands are a major source of both carbon dioxide from the disturbed peat surface and methane from the ditches that drain the peatland. Yet our understanding of how such artificial drainage features enhance the initial aqueous export of carbon from ditched peatlands is poorly understood and how this aqueous carbon export is best quantified. We leveraged an experimental trial of the wet harvesting technique to assess the impact of peatland drainage on dissolved organic carbon (DOC) and particulate organic carbon (POC) export from both the groundwater and surface water in a northwestern Ontario poor fen. Surface and groundwater discharge, DOC/POC concentrations, and CO2 and CH4 fluxes were monitored over 80 days in the summer of 2008 at both an excavated site (12 m x 12 m, 144 m2) and a nearby reference site. The excavation of approximately the upper 90 cm of peat resulted in a large change in the peatland hydrology, increasing lateral groundwater flow from 2 to 58 m3 day-1, which was drained via surface water (78 m3 day-1). The drainage resulted in an average aqueous yield of 1.8 kg C day-1, which was substantially higher than both the net carbon emissions from the extracted (0.16 kg C day-1) and reference sites (-0.15 kg C day-1). The unique experimental design induced a range of groundwater gradients and ditch water tables, resulting in a range of carbon fluxes from each of the edges of the extraction plot. While groundwater concentrations of DOC and POC did not change due to drainage, groundwater DOC and POC yields substantially increased by ~2,500%. When hydraulically connected to the poor fen (3 of 4 edges of the extraction plot), DOC and POC losses were 11-30 g and 17-46 g day-1 m-1 of ditch, respectively. However, when the drainage was enough to drive the water table into low hydraulic conductivity peat, these values decreased to 0.1 g DOC and 1.3 g POC day-1 m-1 of ditch. These carbon losses can represent significant carbon losses at larger drainage scales. For instance, this peatland is bisected by an ~ 2.5 km ditched road that is approximately parallel to the groundwater flow direction. We estimate that the initial carbon losses from this road ditch varies between 0.14 to 0.38 g C m-2 day-1 of the ground-watershed (~2 km2) until the water table dropped enough to sufficiently reduce the water flux. This is approximately 14-37% of the net carbon uptake of the peatland in the ground-watershed or ~0.07-0.19 g CO2-e m-2 day-1. We conclude that aqueous carbon fluxes are often poorly accounted for with current carbon accounting schemes and could represent a significant unaccounted for or incorrectly accounted for loss of carbon due to the large number of linear drainage features in peatlands nationally and globally.

In recent decades, the value of peatlands has been increasingly recognized and therefore their management more responsible than before, where peatlands were considered unproductive environments. Among leaders developing the restoration of degraded ecosystems in Canada is the horticultural peat industry. For 25 years, degraded peatlands in Eastern Canada have been restored towards their natural structure. Pools, common in natural peatland, have been created in some of these restored peatlands. Nevertheless, the biogeochemistry of created pools in a restoration context is little studied in Canada. The objective of our study is to characterize the biogeochemistry of created pools. We measured different biogeochemical variables (pH, concentrations of nitrogen (N), phosphorus (P), dissolved organic carbon (DOC), dissolved organic matter (DOM) and dissolved gases - methane (CH4), carbon dioxide (CO2) and nitrous oxide (N2O) -) in 63 pools distributed over 7 peatlands in Quebec and New Brunswick. The sites represent a range in conditions, from natural peatlands with pools to restored peatlands with pools created from 4 to 22 years ago. Natural and created pools have different biogeochemical characteristics depending on when they were created. Indeed, the pH of the water in the created pools is less acidic (pH >5) and more concentrated in nutrients - N and P – than in natural pools. However, the oldest created pools tend to approach the biogeochemical characteristics of natural pools. This presentation intended to expose the biogeochemical evolution of created pools in a restoration context in Quebec and New Brunswick.

Les tourbières stockent jusqu’à 40 % du carbone total du sol. Leur rôle de puits de carbone est principalement causé par leur taux de décomposition beaucoup plus faible que leur taux de production. Ainsi, le carbone stocké dans les plantes par la photosynthèse est plus important que le carbone émis vers l’atmosphère par la décomposition. Cette décomposition plus lente en tourbière a longtemps été expliquée par la faible disponibilité de l’oxygène dans le sol des tourbières qui minimise la décomposition aérobique. Cependant, un nouveau mécanisme appelé « enzymic latch » ou « verrou enzymatique » propose que ce soit également l’accumulation des composés polyphénoliques qui inhiberait l’activité des enzymes et la croissance des microorganismes en sol tourbeux. L’objectif de ce projet de recherche consiste à faire une sélection de produits ayant un contenu élevé en polyphénols, qui sont facilement accessibles au Québec et qui sont des résidus industriels. Cette sélection s'appuie sur une revue de littérature ainsi que des analyses chimiques du contenu en phénols en laboratoire. Parmi les produits testés, l’écorce de bois et les feuilles de fraisier se sont avérées être de bons candidats. Ces produits sont intéressants notamment en raison de leur contenu élevé en polyphénols et parce qu’ils sont des produits résiduels facilement disponibles au Québec. Ensuite, le biocharbon s’est démarqué en raison de son rôle important dans la captation du carbone et pourrait être une source de polyphénols à long terme selon la nature de la biomasse utilisée pour sa fabrication. Ces produits riches en polyphénols pourraient être utilisés comme outil de géo-ingénierie afin d’améliorer le rendement de la culture de sphaigne ou contribuer à l’augmentation de la captation de carbone en tourbière pour lutter contre les changements climatiques.

The stoichiometric relationships between organic carbon (C), nitrogen (N) and phosphorus (P) are important features of the functioning of wetlands. We conducted a synthesis of the C:N:P stoichiometry of soils in intact, drained and restored wetlands from literature and Canadian wetlands. Soil C:N ratio in freshwater marsh soils remains surprisingly constrained within a range of 10 to 30:1. Drainage and restoration show no significant effects on soil C:N ratio compared to intact wetlands, suggesting that C and N are lost and regained proportionally. Yet, soil C: P and N:P ratios are significantly smaller in drained and restored sites than intact wetlands, mainly induced by the decrease of C and N after drainage, instead of an enrichment of P. P concentrations are not consistent under any certain land management in our study and show very site-dependent, probably relevant to the soil texture, Al3+ and Fe3+ concentration and the parent material at different sites. Our results show that soil C:P and N:P ratios are positively related to soil C concentration (R2 = 0.86 and 0.79, respectively; both p < 0.001), suggesting the overriding control of soil OC on determining the soil stoichiometric characteristics in freshwater marshes.

Considérée comme une production de biomasse durable, la culture de la sphaigne consiste à produire de la sphaigne non décomposée de manière cyclique et renouvelable. La fibre de sphaigne a une capacité extraordinaire de rétention d'eau jusqu'à deux fois celle de la fibre de tourbe. L'organisation des membranes cellulaires au sein de la fibre de sphaigne lui confère une bonne capacité d'absorption et de rétention d'eau. De plus, la grande élasticité de la fibre permet une plus grande aération du matériau. Toutes les caractéristiques de la fibre de sphaigne en font un candidat idéal pour de nombreuses industries. Pour réaliser la mission « Faim Zéro » de l'Organisation des Nations Unies pour l'alimentation et l'agriculture, soutenir l'agriculture durable est l'une des principales étapes. Suite aux différents impacts liés au changement climatique, la fibre de sphaigne pourrait contribuer à restaurer les sols appauvris, aider à augmenter le stockage du carbone dans les sols et aider à réduire la faim dans le monde. L'utilisation de la fibre de sphaigne pourrait favoriser le développement humanitaire et commercial de plusieurs régions du monde. En effet, de plus en plus de terres agricoles sont victimes de la sécheresse, ce qui réduit considérablement les rendements des producteurs agricoles. Plusieurs types de cultures pourraient grandement bénéficier d'un produit comme la sphaigne afin de conserver l'humidité dans les champs.