Nitrogen is an essential nutrient for plant functioning, photosynthesis, and metabolic activities. In terrestrial settings, nitrogen is not always sufficiently available because its basic form (N2) must be fixed into other forms, such as nitrate and ammonium, to be usable by plants. Adding nitrogenous fertilizer to soils may provide a means of increasing forest productivity. Ammoniacal nitrogen (N-NH3), an effluent produced during gold extraction, requires mining companies to manage its long-distance and costly transportation offsite for disposal. Applying this nitrogenous effluent, in its treated form of ammonium sulfate (ammoniacal nitrogen from mine water was converted into ammonium sulfate locally), to regional forest stands could provide a cost-effective and more environmentally sound means of managing this waste product and enhance forest productivity. Here, we conducted greenhouse- and field-based experiments to evaluate ammonium sulfate fertilization on black spruce (Picea mariana) and jack pine (Pinus banksiana) seedling growth. We assigned five treatments, varying in terms of the fertilizer concentration and presence/absence of biochar, to seedlings in greenhouse trials. We also applied various concentrations of ammonium sulfate to an 8-year-old black spruce plantation in Abitibi-Témiscamingue, Québec. We found that black spruce and jack pine seedlings experienced greater growth than the controls in terms of the stem diameter (32–44%), seedling height (21–49%), and biomass (86–154%). In the field experiment, we observed 37% greater volumetric growth in plots receiving medium-level fertilization than the control. Although nitrogen fertilization lowered the soil pH, essential nutrients increased to favor greater seedling growth. Thus, ammonium sulfate, derived from local mining effluent, appears to offer a suitable alternative for enriching nitrogen-limited boreal soils and increasing tree growth. This application could benefit both regional mining industries and forest management bodies.

Current ecological models predict profound climate change-related effects on the natural disturbance regimes of forests. Spruce budworm (Choristoneura fumiferana) (SBW) is the principal insect defoliator in eastern North America, and SBW outbreaks have a major impact on the structure and function of the Canadian boreal forest, as defoliation leads to decreased tree growth, increased mortality, and lower forest productivity. SBW outbreaks have become more severe over the last century with the changing climate; however, little is known about how climate fluctuations affect the growth of SBW host species during the outbreak period. Here we evaluate how climate and outbreak severity combined to affect black spruce (Picea mariana) growth during the SBW outbreak that occurred between 1968–1988 and 2006–2017. We compiled dendrochronological series (2271 trees), outbreak severity (estimated by observed aerial defoliation), and climate data for 164 sites in Québec, Canada. We used a linear mixed effect model to determine the impacts of climatic parameters, cumulative defoliation (of the previous five years), and their coupled effect on basal area growth. At maximum outbreak severity, basal area growth of black spruce was reduced by 14%–18% over five years. This outbreak growth response was affected by climate: warmer previous summer minimum temperatures and a higher previous summer climate moisture index further decreased growth by 11% and 4%, respectively. In contrast, a preceding year's warmer spring minimum temperatures (9%) and summer maximum temperatures (7%) attenuated the negative SBW effect. This study adds knowledge to our landscape-level understanding of combined insect–climate effects and helps predictions of future SBW-related damage to forest stands to bolster sustainable forest management. We also recommend that projections of boreal forest ecosystems include several classes of SBW defoliation and multiple climatic scenarios in future simulations.

Les modèles écologiques actuels prévoient de profonds effets des changements climatiques sur les régimes de perturbations naturelles des forêts. La tordeuse des bourgeons de l'épinette (Choristoneura fumiferana) (TBE) est le principal insecte défoliateur dans l'est de l'Amérique du Nord. Les épidémies de TBE ont un impact majeur sur la structure et la fonction de la forêt boréale canadienne puisque la défoliation entraîne une diminution de la croissance des arbres, une augmentation de la mortalité et une baisse de la productivité forestière. Les épidémies de TBE sont devenues plus sévères au cours du dernier siècle à cause des changements climatiques; cependant, nous savons peu de choses sur la manière dont l'effet intégré du climat et du TBE modifie la croissance des espèces hôtes. Nous évaluons ici comment l’interaction entre le climat et la gravité de l'épidémie affecte la croissance de l'épinette noire (Picea mariana) pendant l'épidémie de TBE qui a eu lieu entre 1968-1988 et 2006-2017. Nous avons compilé des séries dendrochronologiques (2271 arbres), des données de sévérité de l'épidémie (estimée par la défoliation aérienne observée) et des données climatiques pour 164 sites au Québec, Canada. Nous avons utilisé un modèle linéaire à effets mixtes pour déterminer l'impact des paramètres climatiques, de la défoliation cumulative (des cinq années précédentes) et de leur effet couplé sur la croissance en surface terrière. À la gravité maximale de l'épidémie, la croissance en surface terrière de l'épinette noire a été réduite de 14 à 18 % sur les cinq années en raison de l'effet TBE. Cette croissance a été affectée par le climat : des températures minimales estivales précédentes plus élevées et un indice d'humidité climatique estival plus élevé ont réduit la croissance de 11 % et 4 % respectivement. En revanche, l'effet négatif de la défoliation a été atténué de 9% pour une température minimale plus élevée au printemps précédent et de 7% pour une température maximale plus élevée l'été précédent. Cette étude améliore notre compréhension des effets combinés de la TBE et du climat et aide à prévoir les dommages futurs causés par cet insecte dans les peuplements forestiers afin de soutenir la gestion durable des forêts. Nous recommandons également que les projections des écosystèmes dans la forêt boréale incluent plusieurs classes de défoliation de la TBE et plusieurs scénarios climatiques.