What is the distance of edge influence on the structure and understorey composition at 16–17-yr-old cut edges in black spruce boreal forest? How do these edges compare with more recent 2–5-yr-old cut edges in the same region? Northwestern Quebec, Canada. Forest structure and understorey composition were sampled along transects perpendicular to ten 16–17-yr-old clear-cut edges, and compared to published results from 2–5-yr-old cut edges. We used randomization tests to assess the magnitude and distance of edge influence, and to compare edge influence between different edge ages. Black spruce forest next to the 16–17-yr-old cut edges was structurally and compositionally very similar to interior forest, with little edge influence from harvesting beyond 5 m into the forest. Edge influence on the understorey was weak (low magnitude) and not very extensive (short distance) at these edges, with no significant edge influence on the abundance of individual species. Logs peaked in abundance on the forest side of the edge, with values higher than in either adjacent ecosystem. Overall, 16–17-yr-old cut edges in black spruce forest showed little evidence of further structural change compared to the 2–5-yr-old cut edges. Structural development of these edges as well as regeneration of the disturbed areas also resulted in reduced edge influence on the understorey. Instead, clear-cut edges in black spruce forest may experience more forest influence on the regenerating disturbed area.

Boreal forest landscapes are dynamic with stands in different stages of development following stand-replacing disturbances such as fire and insect outbreaks. Forest edges are an important component of these heterogeneous landscapes but there have been few studies on intermediate-aged forest edges which are needed for a comprehensive perspective on the spatiotemporal dynamics of forest edges. We described the structure, composition and extent of edge influence at 13, 25 and 39-year old fire edges in black spruce boreal forest in northwestern Québec and northeastern Ontario to characterize their structural development and to assess effects of edge development on the understorey. Forest structure and understorey composition were sampled along transects perpendicular to edges of the fires. Edge influence was assessed using randomization tests. Black spruce forest was relatively unaffected by edge influence beyond 5 m into the forest at all ages of edges studied. Edge influence on the understorey was weak and not extensive at intermediate-aged edges with few consistent responses of individual species. Less decayed snags and logs at 13 and 25-year old edges peaked in abundance at or near the edge with values higher than in either adjacent ecosystem. Overall, intermediate-aged fire edges in black spruce forest showed little evidence of further changes in canopy structure with time. Structural development of these edges as well as the regeneration of the disturbed areas also resulted in reduced edge influence on the understorey. A new insight from our study is that intermediate-aged forest edges may contribute unique structural features to landscapes such as a reservoir of deadwood that may be important for wildlife species.

Abstract: The past decade has seen an increasing interest in forest management based on historical or natural disturbance dynamics. The rationale is that management that favours landscape compositions and stand structures similar to those found historically should also maintain biodiversity and essential ecological functions. In fire-dominated landscapes, this approach is feasible only if current and future fire frequencies are sufficiently low compared with the preindustrial fire frequency, so a substitution of fire by forest management can occur without elevating the overall frequency of disturbance. We address this question by comparing current and simulated future fire frequency based on 2 × CO2 and 3 × CO2 scenarios to historical reconstructions of fire frequency in the commercial forests of Quebec. For most regions, current and simulated future fire frequencies are lower than the historical fire frequency, suggesting that forest management could potentially be used to maintain or recreate the age-class distribution of fire-dominated preindustrial landscapes. Current even-aged management, however, tends to reduce forest variability by, for example, truncating the natural age-class distribution and eliminating mature and old-growth forests from the landscape. Therefore, in the context of sustainable forest management, silvicultural techniques that retain a spectrum of forest compositions and structures at different scales are necessary to maintain this variability and thereby allow a substitution of fire by harvesting.

Résumé :Au cours de la dernière décennie, un intérêt grandissant pour le développement d'approches d'aménagement basées sur notre compréhension de la dynamique historique des perturbations naturelles s'est manifesté. Ces approches reposent sur l'idée qu'un aménagement favorisant une composition des paysages et une structure des peuplements similaires à celles créées dans les forêts passées devrait aussi maintenir la diversité biologique et les fonctions écologiques essentielles de ces mêmes paysages et peuplements. Dans les paysages contrôlés par les feux, cette approche est possible seulement si les fréquences de feux actuelles et futures sont suffisamment faibles lorsque comparées aux fréquences pré-industrielles, cela afin de permettre de substituer le feu par la coupe forestière. Nous évaluons cette possibilité en comparant les fréquences de feux actuelles et futures aux fréquences historiques à partir d'études réalisées dans la forêt commerciale québécoise. Les fréquences actuelles et futures des feux, simulées en utilisant deux scénarios de concentration de CO2 (2× et 3× la concentration actuelle), sont plus faibles que les fréquences passées pour la majorité du territoire, suggérant que l'aménagement forestier pourrait potentiellement être utilisé afin de recréer la structure d'âge de la forêt soumise à un régime de feux sévères. Les aménagements équiennes actuels tendent toutefois à réduire la variabilité naturelle du système: par exemple, un aménagement équienne amputera, à terme, la structure d'âge de la forêt naturelle éliminant ainsi les forêts surannées et anciennes du paysage. Le développement de techniques de sylviculture permettant le maintien d'un spectre de compositions et structures forestières à différentes échelles de paysage est une des avenues proposées afin de maintenir cette variabilité. ©2006 NRC Canada

We compared structure and composition at forest edges created by wildfire and clear-cutting in black spruce (Picea mariana (Mill.) BSP) dominated boreal forest in northwestern Quebec. Forest structure and plant species composition were sampled along transects perpendicular to eight 3- to 4-year-old fire edges and eight 2- to 5-year-old cut edges. Significance of edge influence was assessed by comparing mean values at different distances from the edge to the range of variation in interior forest. The influence of clearcut edges was minimal, generally extending only 5 m from the edge, and included greater log density and different species composition, compared with interior forest. At fire edges, prominent responses to edge creation included increased snag density and lower moss cover, compared with interior forest, extending up to 40 m into the forest. This initial structural change was likely due to partial burning extending into the forest. Overall, fire edges had more snags and a different species composition than cut edges. Our hypothesis that edge influence is more extensive at fire edges than at cut edges was supported for overstory and understory structure, but not for species composition. We suggest that there is a need for management to consider the cumulative effect of the loss of fire edges on the landscape.

Nous avons comparé la structure et la composition des bordures de feu et de coupe dans la forêt Boréale du Nord-Ouest du Québec dominée par l'épinette noire (Picea mariana (Mill.) BSP). La structure et la composition ont été échantillonnées le long de transects perpendiculaires à huit bordures de feu de 3 à 4 ans et à huit bordures de coupes totales de 2 à 5 ans. L'influence de la bordure a été évaluée en comparant les valeurs moyennes aux différentes distances de la bordure à l'étendue de la variation à l'intérieur de la forêt. L'influence de la bordure des coupes totales était minimale, s'étendant généralement jusqu'à seulement 5 m de la bordure. Ces changements comprenaient une augmentation de la densité des arbres morts au sol et une composition en espèces différente de celle observée à l'intérieur de la forêt. Aux bordures de feux, une densité accrue des chicots et une diminution de la couverture de mousses, comparativement à l'intérieur de la forêt, s'étendaient jusqu'à 40 m en forêt. Ces changements structuraux étaient probablement dus au brûlage partiel qui s'est étendu dans la forêt. De façon générale, les bordures de feu avaient plus de chicots et une composition différente d'espèces comparativement aux bordures de coupes. Notre hypothèse voulant que l'influence de la bordure soit plus grande pour les bordures de feu comparativement aux bordures de coupe est supportée pour la structure des étages supérieur et inférieur de la canopé mais non pour la composition des espèces. Puisque l'influence des bordures de coupe est limitée dans la pessière noire boréale, les aménagistes forestiers devraient davantage tenir compte des effets cumulatifs de la perte d'hétérogéneité structurale des bordures issues de feu dans les paysages aménagés.©2004 NRC Canada

Fire history and forest dynamics were reconstructed for a 3800-km² territory located in the south-central boreal forest of Quebec. Fire cycle was characterized using a random sampling strategy combined with archival data on fires that had occurred since 1923 on private land owned by Smurfit-Stone. Bioclimatic subdomain, land use, surficial deposit, and mean distance from a firebreak did not affect the fire cycle. Fire cycles have been longer since the end of the Little Ice Age (similar to1850). Warming after the Little Ice Age seems to have triggered a change in fire frequency. Forest dynamics were characterized by transition matrices for changes in dominant canopy composition from 344 permanent sampling plots. These permanent plots were sampled approximately every 15 years over the preceding 40 years. We observed two distinct patterns of replacement: (i) deciduous and mixed stands were replaced by balsam fir (Abies balsamifera (L.) Mill.) (and, to a lesser extent, by black spruce (Picea mariana (Mill.) BSP)) and (ii) jack pine (Pinus banksiana Lamb.) was replaced by black spruce. Analyses confirm that species replacement occurs in the eastern boreal forest of Canada when the fire-return interval is long enough and that the substrate plays an important role along with other disturbances, such as insect outbreaks. Our results also suggest that the proportion of old-growth forests (>100 years old) in the landscape should increase as a result of the lengthening of the fire cycle. More and more stands are likely to experience species replacement. From the standpoint of sustainable forest management, this perspective calls into question the widespread use of clear-cutting in the boreal forest. Regional context must be taken into account in forest management if the conservation of biodiversity and ecosystem integrity are serious objectives. Economically and ecologically sound silvicultural scenarios that emulate natural processes are discussed.©2002 NRC Canada

Given that fire is the most important disturbance of the boreal forest, climatically induced changes in fire frequency (i.e., area burnt per year) can have important consequences on the resulting forest mosaic age-class distribution and composition. Using archives and dendroecological data we reconstructed the fire frequency in four large sectors along a transect from eastern Ontario to central Quebec. Results showed a dramatic decrease in fire frequency that began in the mid-19th century and has been accentuated during the 20th century. Although all areas showed a similar temporal decrease in area burned, we observed a gradual increase in fire frequency from the west to Abitibi east, followed by a slight decrease in central Quebec. The global warming that has been occurring since the end of the Little Ice Age (similar to 1850) may have created a climate less prone to large forest fires in the eastern boreal forest of North America. This interpretation is corroborated by predictions of a decrease in forest fires for that region of the boreal forest in the future. A longer fire cycle (i.e., the time needed to burn an area equivalent to the study area) has important consequences for sustainable forest management of the boreal forest of eastern Canada. When considering the important proportion of overmature and old-growth stands in the landscape resulting from the elongation of the fire cycles, it becomes difficult to justify clear-cutting practices over all the entire area as well as short rotations as a means to emulate natural disturbances. Alternative practices involving the uses of variable proportion of clear, partial, and selective cutting are discussed. ©2001 NRC Canada

L’historique des feux et de la dynamique forestière naturelle a été reconstruite pour les 300 dernières années sur le territoire privé de CSL situé dans le centre-sud de la forêt boréale québécoise. La caractérisation du cycle des feux a été basée sur un échantillonnage aléatoire du territoire ainsi qu’à partir de données d’archives de CSL sur la superficie et l’année des feux depuis 1923. Conjointement aux inventaires de CSL pour la saison estivale de 1997 et 1998, 157 points d’échantillonnage ont été utilisés pour caractériser le cycle des feux sur leur territoire. Lorsque l’année du dernier feu était inconnue, l’analyse dendrochronologique a été utilisée.

Les résultats suggèrent que le cycle des feux n’est pas constant dans cette région de la forêt boréale. L’utilisation anthropique du territoire, la différence de composition à l’échelle des sous-domaines de végétation et des dépôts de surface n’ont pu expliquer les changements dans la durée du cycle. Des cycles constants ont toutefois pu être calculés pour les périodes avant et après 1850. Les changements climatiques depuis la fin du Petit Âge Glaciaire (~1850) auraient favorisé un climat moins propice aux incendies forestiers dans l’Est de la forêt boréale et seraient principalement responsables de l’allongement du cycle. Cette interprétation corrobore les prédictions faites quant à une décroissance de la fréquence des feux dans le futur.

Une reconstitution de l’Indice Forêt Météo (IFM) pour la période de 1915 à 1981 appuie également l’hypothèse des changements climatiques responsables de l’allongement de la durée du cycle des feux. Le danger d’incendie moyen par année et le danger d’incendie maximal atteint par année ont décru significativement au cours de cette période.

La caractérisation de la dynamique naturelle a été réalisée à l’aide d’analyses canoniques et d’analyses de transition sur 344 PEP de CSL. Les PEP ont été mesurées environ à tous les 15 ans au cours des 40 dernières années. Sur les dépôts fluvio-glaciaires, la dynamique est principalement dominée par l’épinette noire et le pin gris. En absence de perturbation, les résultats d’ordination et de transitions suggèrent le remplacement du pin gris par l’épinette noire. Les résultats de transitions modélisées sur une période supplémentaire de 30 ans suggèrent également une augmentation du nombre de peuplements forestiers dominés par l’épinette noire en absence de perturbation. Sur les dépôts glaciaires, la dynamique est beaucoup plus variable, le sapin occupant une plus grande importance que sur les dépôts fluvio-glaciaires. À long terme (ordination, transition et transitons modélisées), les résultats suggèrent un remplacement des essences par le sapin et l’épinette noire. L’analyse de ces PEP a permis de confirmer qu’il y a, dans plusieurs cas, un remplacement des espèces en fonction du temps depuis le dernier feu en plus de mettre en évidence l’importance du substrat et l’impact d’autres perturbations comme les épidémies d’insectes.

Cette étude a permis de vérifier l’utilité des données d’archives de CSL pour caractériser le régime des feux et la succession naturelle pour leur territoire. Dans un contexte de gestion durable des forêts, les résultats de cette étude suggèrent que les vieilles forêts devraient constituer une composante importante du paysage et que cette proportion devrait s’accroître avec l’allongement du cycle des feux. La connaissance de la dynamique naturelle pourrait permettre d’établir de nouvelles stratégies sylvicoles économiquement et écologiquement viables afin de pouvoir les maintenir dans le paysage. © 2000 UQAM tous droits réservés.