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Linking radial growth patterns and moderate-severity disturbance dynamics in boreal old-growth forests driven by recurrent insect outbreaks: a tale of opportunities, successes, and failures

Martin Maxence, Krause Cornelia et Morin Hubert. (2020). Linking radial growth patterns and moderate-severity disturbance dynamics in boreal old-growth forests driven by recurrent insect outbreaks: a tale of opportunities, successes, and failures. Ecology and Evolution,

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Résumé

In boreal landscapes, emphasis is currently placed on close-to-nature management strategies, which aim to maintain the biodiversity and ecosystem services related to old-growth forests. The success of these strategies, however, depends on an accurate understanding of the dynamics within these forests. While moderate-severity disturbances have recently been recognized as important drivers of boreal forests, little is known about their effects on stand structure and growth. This study therefore aims to reconstruct the disturbance and post-disturbance dynamics in boreal old-growth forests that are driven by recurrent moderate-severity disturbances. We studied eight primary old-growth forests in Québec, Canada, that have recorded recurrent and moderately severe spruce budworm (Choristoneura fumiferana [Clem.]) outbreaks over the 20th century. We applied an innovative dendrochronological approach based on the combined study of growth patterns and releases to reconstruct stand disturbance and post-disturbance dynamics. We identified nine growth patterns; they represented trees differing in age, size, and canopy layer. These patterns highlighted the ability of suppressed trees to rapidly fill gaps created by moderate-severity disturbances through a single and significant increase in radial growth and height. Trees that are unable to attain the canopy following the disturbance tend to remain in the lower canopy layers. This combination of a low stand height typical of boreal forests, periodic disturbances, and rapid canopy closure often resulted in stands constituted mainly of dominant and codominant trees, similar to even-aged forests. Overall, this study underscored the resistance of boreal old-growth forests owing to their capacity to withstand repeated moderate-severity disturbances. Moreover, the combined study of growth patterns and growth release demonstrated the efficacy of such an approach for improving the understanding of the fine-scale dynamics of natural forests. The results of this research will thus help develop silvicultural practices that approximate the moderate-severity disturbance dynamics observed in primary and old-growth boreal forests.

Dans les paysages boréaux, l'accent est désormais mis sur des stratégies de gestion proches de la nature afin de maintenir la biodiversité et les services écosystémiques liés aux vieilles forêts. Le succès de ces stratégies dépend toutefois d'une compréhension fine de la dynamique de ces forêts. Les perturbations de sévérité modérée ont ainsi été récemment reconnues comme étant d’importants moteurs de la dynamique des forêts boréales, mais l’on sait encore peu de choses de leur influence sur la structure et la croissance des peuplements. Par conséquent, l'objectif de cette étude est de reconstruire les dynamiques de perturbation et post-perturbation dans les vieilles forêts boréales causées par des perturbations récurrentes de sévérité modérée. Nous avons étudié huit vieilles forêts primaires au Québec, Canada, ayant enregistré des épidémies de tordeuse des bourgeons de l'épinette (Choristoneura fumiferana [Clem.]) récurrentes et de sévérité modérée au cours du 20ème siècle. Nous avons utilisé une approche dendrochronologique innovante combinant l’étude des patrons et des reprises de croissance pour reconstruire la dynamique de perturbation et post-perturbation de ces forêts. Nous avons identifié neuf patrons de croissance, observés dans des arbres d'âge, de taille ou de strate de canopée différents, indiquant des dynamiques particulières. Ces patrons ont mis en évidence la capacité des arbres opprimés à rapidement combler les trouées dans la canopée en un unique et significatif accroissement de circonférence et de hauteur. En revanche, les arbres déjà situés dans la canopée ont eu peu d'influence sur la fermeture de ces trouées. En conséquence, les arbres dominants et codominants étaient les plus fréquents dans la canopée. Les résultats de cette étude soulignent la résistance des vieilles forêts boréales aux perturbations récurrentes et de sévérité modérée, car les arbres du sous-étage peuvent rapidement combler les trouées qui en résultent. Cependant, les arbres incapables d’atteindre le sommet de la canopée à la suite d’une perturbation resteront ensuite souvent dans les strates inférieures de la canopée. La combinaison de la faible hauteur des arbres typique des forêts boréales, des perturbations périodiques et de la rapide fermeture des trouées forme des peuplements avec une structure verticale ressemblant à celle des forêts équiennes. Globalement, cette étude souligne la résistance des vieilles forêts boréales en raison de leur capacité à supporter des perturbations répétées de sévérité modérée. De plus, l’étude combinée des patrons et des reprises de croissance démontre l’efficacité de cette approche pour reconstruire la dynamique à échelle fine des forêts naturelles. Les résultats de cette recherche contribueront ainsi à développer des pratiques sylvicoles analogues à la dynamique de perturbation de sévérité modérée observée dans les vieilles forêts primaires des paysages boréaux.

Type de document:Article publié dans une revue avec comité d'évaluation
Version évaluée par les pairs:Oui
Date:22 Juillet 2020
Sujets:Sciences naturelles et génie > Sciences naturelles > Biologie et autres sciences connexes
Département, module, service et unité de recherche:Départements et modules > Département des sciences fondamentales
Mots-clés:spruce budworm (Choristoneura fumiferana [Clem.]), old-growth forest, natural disturbance, ecosystem-based management, radial growth pattern, moderate-severity disturbance, forest dynamics, dendroecology
Déposé le:11 nov. 2020 22:15
Dernière modification:11 nov. 2020 22:15
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