Fire is considered the major disturbance in boreal forests. Nonetheless, in several areas logging has become the primary driver of forest dynamics. In many areas of the boreal forest, stands may undergo paludification (i.e. the accumulation of thick, poorly decomposed organic layers over the mineral soil) in the prolonged absence of fire, which reduces forest productivity. Whereas high-severity fires (HSF) may restore forest productivity by burning the soil organic layer (SOL), low-severity fires (LSF) mainly burn the soil surface and do not significantly reduce SOL thickness. In the Clay Belt region of eastern Canada, an area prone to paludification, forest stands have historically been harvested by clearcutting (CC), but concerns about the protection of soils and tree regeneration lead to the replacement of CC by careful logging (CL). Whereas CC disturbs the SOL and is thought to favor tree growth, CL has little impact on the SOL. Furthermore, it has been suggested that prescribed burning after clearcut (CCPB) could also be used to control paludification. Using a retrospective approach, this study sought to understand how CC, CL, and CCPB compare to LSF and HSF with respect to soil properties, SOL thickness, vegetation ground cover, tree nutrition, and stand height in paludified black spruce stands of the Clay Belt region. HSF led to significantly taller trees than CL and LSF, but did not differ from CC and CCPB. Foliar N was significantly higher in HSF and CCPB sites relative to CL and LSF, with an intermediate value in CC sites. Ground cover of Rhododendron groenlandicum was significantly lower in HSF and CC sites relative to LSF, with intermediate values in CL and CCPB sites. Sphagnum spp. ground cover was significantly lower in HSF and CCPB sites relative to CL, with intermediate values in CC and LSF sites. High-severity fire sites had a significantly thinner SOL than the four other disturbances. Finally, regression tree analysis showed that SOL thickness represented the best predictor of tree height, whereas segmented regression showed that tree height was negatively correlated to SOL thickness and revealed a cut-off point circa 23 cm, which suggests that tree growth is impeded beyond this threshold. These results support the idea that management strategies intending to regenerate paludified forests should primarily aim at reducing organic layer thickness, either through mechanical disturbance or combustion.

Les stratégies d’aménagement forestier écosystémique préconisent d’imiter les effets des perturbations naturelles pour atténuer l’impact de traitements sylvicoles à l’échelle du paysage. Cette étude compare les effets de coupe totale suivie de brûlage dirigé (CCPB) avec ceux de coupe totale (CC) et de pratique sylvicole appliquée limitant la perturbation du sol (CLAAG : « careful logging around advanced growth ») sur la composition des espèces de sous-bois, au sein de peuplements d’épinette noire (Picea mariana Miller (BSP)) touchés par la paludification. Les analyses, effectuées à l’échelle de la placette, du site et du traitement ont permis via l’analyse des taxons et des types fonctionnels d’examiner les effets respectifs de chaque traitement. Des différences de composition significatives parmi les espèces vasculaires et non-vasculaires ont été observées à l’échelle de la placette selon le type de traitement considéré. Nous avons constaté que les espèces pionnières étaient associées aux sites CCPB tandis que les espèces de fin de succession étaient caractéristiques des sites CC. Une richesse spécifique plus élevée a été observée parmi les sites CLAAG que dans les sites CCPB et CC. Nous avons par ailleurs trouvé que les traitements CCPB étaient davantage enclin à promouvoir des patrons de composition d’espèces vasculaires similaires à ceux observés après des perturbations naturelles comme les feux de forêt. Nous avons également constaté une abondance relative plus faible des espèces de sphaigne, responsable du phénomène de paludification, au sein des sites traités par brûlage dirigé. Les résultats de cette étude suggèrent ainsi que le brûlage dirigé représente une alternative durable aux pratiques sylvicoles actuelles en permettant de conserver la biodiversité (en termes d’assemblages d’espèces) et de maintenir voire d’augmenter la productivité des peuplements exploités.

Paludification, the accumulation over the mineral soil of poorly decomposed organic matter mainly originating from Sphagnum spp., transforms black spruce (Picea mariana) boreal forests into forested peatlands in the prolonged absence of fire, which diminishes forest productivity. High-severity wildfires reset this process by burning the soil organic layer (SOL) and reinitiating forest succession. In contrast, low severity wildfires impact mainly the soil surface and tree layer and do not significantly reduce SOL depth. In the Clay Belt region of eastern Canada, an area prone to paludification, the current forest harvest practice (careful logging around advanced growth [CLAAG]) removes trees but has little impact on the SOL and the understorey vegetation. This is thought to further promote paludification, which consequently reduces forest productivity. Conversely, clearcut (CC) disturbs the SOL and the understorey vegetation, and is thought to favor tree growth. Furthermore, prescribed burning after clearcut (CCPB) is used as a site preparation technique, but may also be used to control paludification as it can burn part of the organic soil layer. Using a retrospective approach, our study examines three hypotheses: compared to CLAAG, CC and CCPB: (1) have positive effects on soil conditions (e.g. decomposition level and pH), (2) reduce Sphagnum spp. and ericaceous shrub cover and (3) result in enhanced black spruce growth. We sampled 22 sites in which we measured SOL characteristics (e.g. depth, decomposition state), understorey vegetation cover and black spruce growth. Compared to CLAAG, CCPB resulted in increased soil decomposition level and higher pH. CCPB also reduced Sphagnum spp. cover but not ericaceous shrub cover. Black spruce growth rate was higher following CCPB than CC, and mean dominant tree height was marginally higher following CCPB than CLAAG and CC. Our results demonstrate that CCPB is beneficial to black spruce growth, presumably through its effects on forest understorey and SOL chemistry. While not similar to a high severity fire, prescribed burning after clearcut in paludified stands on the Clay Belt emulates some wildfire effects such as increasing soil pH. We suggest that unlike CLAAG, prescribed burning after clearcut can restore black spruce stand productivity and should be considered in the context of forest ecosystem management.

Dans la pessière noire à mousse de la forêt boréale, la succession forestière tend naturellement vers la paludification du sol. La paludification ou l'entourbement est l'accumulation de matière organique peu ou pas décomposée sur le sol minéral. Cette accumulation est due principalement à un bilan hydrique positif qui crée des conditions d'anaérobiose diminuant le taux de décomposition. Les conditions créées par la paludification nuisent à la régénération et à la croissance de l'épinette noire (Picea mariana (Mill.)), notamment à cause d'une faible disponibilité des nutriments et de la compétition avec les sphaignes, ce qui entraîne avec le vieillissement de la forêt une ouverture de la canopée. Cette ouverture est accompagnée d'une expansion du recouvrement en sphaigne et change la forêt en une tourbière arborée. Le feu, perturbation importante de la forêt boréale, brûle la totalité (ou presque) de la couche organique et le sol perturbé présente alors des conditions favorables pour l'établissement et la croissance de l'épinette noire. La succession forestière peut reprendre, menant au bout d'une cinquantaine d'années à un peuplement équienne fermé, dominé dans les basses terres de la ceinture d'argile par l'épinette noire.

La ceinture d'argile, large bande de 125000 km² au nord-ouest du Québec et nord-est de l'Ontario, est une région particulièrement sujette à la paludification : le sol est majoritairement constitué des dépôts lacustres argileux des lacs proglaciaires Barlow et Ojibway et de till argileux. La topographie ondulée, alternant des plaines et des collines, le drainage généralement faible et le climat froid et humide favorise le bilan hydrique positif à l'origine de la paludification. Cette région soutient une industrie forestière importante qui exploite les peuplements d'épinette noire. Or, les forêts dans la ceinture d'argile sont en grande proportion des forêts matures, voire surannées, dans lesquelles le processus de paludification est déjà avancé. Les pratiques sylvicoles appliquées limitant la perturbation du sol (Careful Logging Around Advanced Growth CLAAG) ne semblent pas reproduire les effets du feu notamment au niveau du sol, ce qui augmente le taux de paludification en ouvrant le couvert sans perturber la couche organique et le sous-bois. De plus les coupes CLAAG semblent favoriser l'ensapinage car elles conservent la régénération préétablie de sapin baumier (Abies balsamea). Certaines techniques de préparation de terrain qui ont été développés pourraient limiter la paludification. Parmi elles le brûlage dirigé, peu étudié dans les pessières paludifiées en Amérique du Nord et notamment dans la ceinture d'argile, pourrait être une solution pour contrôler la paludification dans le cadre d'un aménagement durable de la forêt boréale. Au travers d'une étude descriptive rétrospective nous avons déterminé l'impact de différents traitements (soit coupe CLAAG, coupe totale d'été et brûlage dirigé après coupe totale d'hiver) sur l'entourbement du sol, l'état du sous-bois et sur la croissance de l'épinette noire.

La comparaison de variables de paludification du sol (par exemple l'épaisseur de la couche organique) entre les différents traitements montre que la coupe totale et le brûlage dirigé après coupe perturbent la couche organique ce qui réduit la paludification du sol comparativement à la coupe CLAAG. En outre le brûlage dirigé a des effets positifs plus prononcés sur la chimie des sols que la coupe totale. De même la comparaison de la composition du sous-bois montre que le brûlage dirigé contrôle le recouvrement en sphaigne et semble être capable de diminuer le recouvrement en éricacées. Aussi, le recouvrement en sapin baumier est diminué par l'application d'un brûlage dirigé. L'étude des taux de croissance nous a révélé une meilleure croissance de l'épinette noire suivant le traitement brûlage dirigé comparativement aux autres traitements étudiés. Le brûlage dirigé après coupe présente donc un fort potentiel comme préparation de terrain sur les sites paludifiés de la ceinture d'argile : non seulement il semble améliorer la production ligneuse mais son homologie avec le feu naturel permet au brûlage de restaurer certains mécanismes écologiques nécessaires à la conservation des attributs écosystémiques de la forêt boréale.