Aim

Non?climatic constraints on species northern range boundaries are often overlooked in attempts to predict climate?induced range shifts. Here, we examined the effects of habitat availability and fire disturbance on the distribution of a species that transitions from being common to being found only in marginal populations at the northern boundary of its range.

Location

North?western Quebec, Canada (46–51° N and 74–79° W).

Taxon : Eastern white cedar (Thuja occidentalis L.)

Methods

We used forest inventory data (n = 4,987) to characterize white?cedar habitat based on edaphic and topographic conditions at sampled sites along a 600?km latitudinal gradient. Non?metric multidimensional scaling was used to assess habitat similarity of sites in the south, where white?cedar stands are abundant, and sites in the north, where white?cedar stands are rare. We constructed ensemble white cedar distribution models based on habitat variables in the south and compared ensemble forecast projections of white cedar in the north with observed occurrences to determine if habitat availability was limiting. We independently estimated the age of white?cedar stands and adjacent stands without white cedar along the gradient. ANOVA was performed to test the age difference between white?cedar and adjacent stands to determine whether the location of white?cedar stands was influenced by disturbance, primarily stand?replacing fire.

Results

Habitat availability was not limiting the distribution of eastern white cedar at its northern range boundary. White cedar did not occupy most sites with suitable habitat in the north, suggesting that other factors prevent white cedar from establishing more stands northward. White?cedar stands were older than adjacent stands without white cedar all along the gradient, but the difference was more pronounced in the north. This suggests that white?cedar stands in the north are restricted to undisturbed areas.

Main conclusions

Fire disturbance, more than habitat availability, limits the distribution of white cedar at its northern range boundary. Projections of white cedar distribution under climate change that ignore fire could overestimate the ability of warming temperatures to extend its northern range limit.

Our aim was to test whether or not climate influence the northern distributional limit of eastern white cedar (Thuja occidentalis L.) by affecting its radial growth and regeneration. Twenty-two sites were selected along the bioclimatic gradient in Northwestern Québec, Canada. The gradient was divided into three zones based on the abundance of white cedar stands: continuous, discontinuous, and marginal zones. Radial growth and regeneration (numbers of sedds, saplings) were determined for each zone. Results showed that basal area increment (b.a.i.) was the same along the gradient. Seed production and germination did not differ between zones. One-year-old seedlings and small individuals (<30 cm) were less abundant in the northern sites than in stands from the continuous and discontinuous zones. More saplings were found in the northernmost sites (389/400 m2 in the marginal and 354.7/400 m2 in the discontinuous zones) than in the south (130.6/400 m2). Layering seemed to compensate for the low recruitment observed in the marginal sites. Recruitment of seedlings originating from sexual reproduction in the discontinuous zone was not different from the stands in the southern areas. Thus, a climatically driven decrease in recruitment cannot explain the observed decrease in white cedar abundance, which occurred at this latitude. Although seedlings were less abundant in isolated northern marginal stands, sexually based regeneration was still possible. Therefore, the direct effect of climate seems to only have a minor influence on white cedar northern distributional limit and other factors, such as natural disturbances, might better explain its actual boundary.

Dans le nord-ouest du Québec, le thuya de l’Est atteint sa limite de répartition continue aux environs du 48^e parallèle de latitude. Toutefois, quelques peuplements se trouvent jusqu’au 51^e parallèle. La présence ou l’absence d’une espèce peut être expliquée par différents facteurs tels que le climat, les feux, les conditions édaphiques ou la compétition interspécifique. La présente étude tente d’établir quels facteurs influencent la limite de répartition nordique du thuya de l'Est au Québec.

Nous avons étudié l’effet du climat sur la croissance et la régénération du thuya à différentes latitudes. Nous avons également analysé la répartition du thuya selon la disponibilité de sites potentiels le long d’un gradient climatique. Finalement, nous avons tenté de comprendre la relation entre l’établissement du thuya et la dynamique des feux à la limite de sa répartition. Ces différentes analyses ont permis de constater que le climat n’avait qu’une influence partielle sur la répartition actuelle du thuya. Seule la régénération des sites marginaux était plus faible par rapport aux peuplements du sud. La régénération était toutefois présente dans ces sites isolés. De plus, le climat ne pouvait expliquer la baisse importante de l’abondance des peuplements rencontrée au centre du gradient latitudinal. Par ailleurs, la disponibilité de sites adéquats pour l’établissement du thuya ne semble pas être un facteur important puisque le thuya semble incapable de saturer tous les sites potentiellement disponibles au nord de sa répartition. Le feu apparaît avoir une grande influence sur la répartition du thuya. En effet, les peuplements trouvés au nord sont généralement plus âgés que les peuplements les entourant. Cela indique qu’ils n’ont pas brûlé en même temps que les autres peuplements lors du dernier feu, et se trouvent donc dans des endroits protégés. De plus, les peuplements marginaux étudiés se trouvaient tous à proximité de cours d’eau ou dans des endroits très humides, là où les feux sont moins probables.

Nous constatons donc que le feu, en association avec le climat, semble responsable de la limite de répartition actuelle du thuya de l’Est. En effet, le climat diminue le potentiel de régénération et les feux éliminent les arbres semenciers et limitent la dispersion des peuplements. Ainsi, la répartition du thuya de l’Est n’est pas en équilibre avec le climat en raison des feux trop fréquents. Dans une optique de changements climatiques, la migration de plusieurs espèces vivant en forêt boréale pourrait dépendre davantage de l’effet du climat sur les cycles de feu que de ses effets directs sur la biologie de l’espèce.