La ceinture d’argile québéco-ontarienne est susceptible à l’entourbement. Dans cette région, on s’attend à ce que les peuplements convergent vers des peuplements d’épinettes noires (Picea mariana) ouverts et peu productifs peu importe leur composition initiale. Cependant, des études sur l’Holocène et l’historique de la déglaciation suggèrent que la susceptibilité à l’entourbement pourrait varier en fonction du dépôt de surface et qu’ainsi les peuplements pourraient présenter des caractéristiques de succession différentes selon le dépôt. À l’aide d’une base de données forestières spatio-temporelles, nous avons quantifié le taux et l’âge de transition des peuplements entre différents stades de succession pour différents dépôts de surface de la ceinture d’argile. Nos résultats suggèrent qu’une convergence totale vers des peuplements d’épinettes noires ouverts et moins productifs peut se produire, mais qu’elle peut s’étaler sur une très longue période (plus de 500 ans), surtout dans le cas des dépôts peu susceptibles à l’entourbement comme les dépôts grossiers. De plus, nos résultats suggèrent que dans le cas des successions qui débutent avec des peuplements d’épinettes noires ouverts et moins productifs, leur capacité à atteindre un état plus productif est aussi liée au type de dépôt de surface. Sur la base des âges préférentiels de transition, des taux de transition et des types de peuplements impliqués dans la succession, nous suggérons un gradient croissant de susceptibilité à l’entourbement allant des dépôts grossiers aux dépôts fins argileux, et enfin, aux dépôts fins ayant subi une réavancée des glaces lors de la dernière grande déglaciation. Dans un contexte d’aménagement forestier, une bonne gestion de la couche organique du sol en fonction de la susceptibilité du dépôt à l’entourbement pourrait assurer le retour de peuplements productifs.

PRÉAMBULE

CECI N'EST PAS UN MANUEL DE COURS!

L'aménagement forestier écosystémique… L'expression est récente. Pourtant, elle a déjà été utilisée à plusieurs sauces et associée à toute une série de pratiques forestières qui n'ont parfois rien à voir avec ce qu'est vraiment l'aménagement forestier écosystémique. Il y a danger que l'expression ne soit usée avant d'avoir vraiment mis les pieds en forêt.

Long-term forest productivity decline in boreal forests has been extensively studied in the last decades, yet its causes are still unclear. Soil conditions associated with soil organic matter accumulation are thought to be responsible for site productivity decline. The objectives of this study were to determine if paludification of boreal soils resulted in reduced forest productivity, and to identify changes in the physical and chemical properties of soils associated with reduction in productivity. We used a chronosequence of 23 black spruce stands ranging in postfire age from 50 to 2350 years and calculated three different stand productivity indices, including site index. We assessed changes in forest productivity with time using two complementary approaches: (1) by comparing productivity among the chronosequence stands and (2) by comparing the productivity of successive cohorts of trees within the same stands to determine the influence of time independently of other site factors.

Charcoal stratigraphy indicates that the forest stands differ in their fire history and originated either from high- or low-severity soil burns. Both chronosequence and cohort approaches demonstrate declines in black spruce productivity of 50–80% with increased paludification, particularly during the first centuries after fire. Paludification alters bryophyte abundance and succession, increases soil moisture, reduces soil temperature and nutrient availability, and alters the vertical distribution of roots. Low-severity soil burns significantly accelerate rates of paludification and productivity decline compared with high-severity fires and ultimately reduce nutrient content in black spruce needles. The two combined approaches indicate that paludification can be driven by forest succession only, independently of site factors such as position on slope. This successional paludification contrasts with edaphic paludification, where topography and drainage primarily control the extent and rate of paludification. At the landscape scale, the fire regime (frequency and severity) controls paludification and forest productivity through its effect on soil organic layers. Implications for global carbon budgets and sustainable forestry are discussed. ©2007 ESA

Abstract:

Several concepts are at the basis of forest ecosystem management, but a relative consensus exists around the idea of a forest management approach that is based on natural disturbances and forest dynamics. This type of approach aims to reproduce the main attributes of natural landscapes in order to maintain ecosystems within their natural range of variability and avoid creating an environment to which species are not adapted. By comparing attributes associated with natural fire regimes and current forest management, we were able to identify four major differences for the black spruce forest of the Clay Belt. The maintenance of older forests, the spatial extent of cutover areas, the maintenance of residuals within cutovers and disturbance severity on soils are major issues that should be addressed. Silvicultural strategies that mitigate differences between natural and managed forests are briefly discussed.

Résumé:

Plusieurs approches conceptuelles sont à l’origine de l’aménagement écosystémique, mais un certain consensus semble exister actuellement sur le fait qu’il doit viser à reproduire des paysages naturels, i.e., des territoires aménagés qui conservent les principaux attributs des forêts naturelles. En créant des paysages avec des attributs forestiers semblables à ceux des paysages naturels, on vise à maintenir l’écosystème à l’intérieur des limites de variabilité naturelle. Ainsi, les espèces ne risquent pas de se retrouver dans un environnement auquel elles n’ont jamais été confrontées historiquement. En comparant le régime naturel des feux et son impact sur la dynamique forestière avec l’aménagement forestier actuel nous avons pu identifier certains écarts importants. Le maintien de forêts surannées, la dispersion spatiale des aires de coupes, la préservation de forêts résiduelles dans les aires de coupes et la sévérité des perturbations au sol constituent des enjeux importants à prendre en considération dans l’aménagement écosystémique des forêts de la ceinture d’argile. Des stratégies sylvicoles permettant de décroître l’écart entre l’aménagement et la dynamique naturelle sont brièvement discutées. ©2007 NRC Canada

Depuis des décennies, plusieurs ont soutenu que les effets de la coupe forestière et des feux de forêts étaient significativement différents et que ceci aurait des effets significatifs sur les processus des écosystèmes et sur la biodiversité. Toutefois, c’est seulement récemment que des quantités appréciables de données scientifiques ont été amassées à ce propos. Dans ce rapport, nous présentons une revue des similarités et des différences entre les effets écologiques des perturbations associées aux incendies et à la coupe forestière qui ont été observées dans la littérature scientifique. Les comparaisons des effets de ces perturbations sur de nombreux attributs forestiers (les débris ligneux grossiers, les éléments nutritifs du sol, la productivité forestière, la diversité des plantes et la réponse de la faune) sont présentées selon deux échelles spatiales distinctes : celle du peuplement et celle du paysage.

À l’échelle du peuplement, notre revue a révélé des différences significatives entre les coupes forestières et les feux de forêts tôt après la perturbation. D’un point de vue de la structure des peuplements, les forêts après incendie sont caractérisées par un plus grand nombre de chicots et moins de débris ligneux au sol, de même qu’un humus forestier significativement plus mince que celui des sites récoltés. De plus, même si les deux perturbations génèrent une augmentation dans la quantité d’éléments nutritifs extractibles dans le sol, l’intensité de cette augmentation est plus grande après feu qu’après coupe. Également, on observe une augmentation du pH du sol après un incendie contrairement à peu de changement ou à une faible baisse après coupe.

Tôt après la perturbation, les éléments de biodiversité diffèrent significativement dans les sites incendiés comparativement aux sites récoltés. Des communautés différentes de plantes vasculaires et non vasculaires du sous-bois colonisent généralement les sites incendiés et récoltés quoique les différences soient habituellement une question d’abondance plutôt que d’absence/présence des espèces. Comparativement au feu, les assemblages fauniques, que ce soit les mammifères, les invertébrés ou les oiseaux, semblent tous répondre différemment à la récolte. Parmi ces groupes fauniques, les espèces spécifiquement associées aux chicots étaient les plus susceptibles de montrer une réponse différente selon la perturbation (coupe ou feu).

Les espèces d’arbres répondent différemment selon la perturbation (feu ou coupe), la récolte favorisant l’établissement d’espèces feuillues (notamment le peuplier faux-tremble, Populus tremuloides) et d’espèces de conifères qui ne sont pas adaptées aux incendies telles que le sapin baumier (Abies balsamea). Par ailleurs, il y a typiquement plus d’arbres feuillus résiduels suite aux coupes à blanc qu’après incendies. Étant donné ce fait et à cause de la réponse différentielle des espèces d’arbres à ces deux types de perturbations, des dynamiques de succession divergentes, pour ce qui est de la composition des arbres, peuvent être observés entre les peuplements incendiés et récoltés. Même si nous avons observé une certaine variabilité entre les études, la productivité forestière est généralement similaire dans les sites incendiés et récoltés.

Lorsqu’on compare les effets des perturbations associées à la récolte et aux feux de forêts à des échelles temporelles plus longues, notre revue indique que la plupart des attributs forestiers, qui étaient différents tôt après la perturbation, convergeaient quelques décennies après perturbation. Néanmoins, les humus forestiers plus épais observés après la récolte, comparativement à ceux observés après un incendie, semblaient persister plusieurs décennies après la perturbation. De plus, même si les communautés fauniques deviennent plus similaires avec le temps, plus tard dans la succession, certaines espèces présentes dans les peuplements incendiés sont soit significativement moins abondantes ou soit absentes dans les peuplements récoltés d’âge similaire. Enfin, plusieurs études soulignent que même si les effets des perturbations associées aux feux et à la récolte ne diffèrent pas significativement après quelques décennies, il y a certains doutes qui subsistent quant à la capacité des coupes forestières à recréer le large éventail de variabilité naturelle observée à la suite d’un incendie.

Malheureusement, peu de recherches se sont penchées sur la comparaison entre les interventions sylvicoles innovatrices (rétention variable, coupe partielle, etc.) ou des techniques de préparation de terrain (brûlage dirigé, scarifiage, etc.) et ceux des feux de forêts. Toutefois, les quelques études qui comparent les effets des brûlages dirigés et les différents niveaux de rétention indiquent que ces pratiques peuvent atténuer certaines différences observées entre les coupes forestière et le feu tôt après la perturbation. Notre revue indique que comparativement aux feux, la coupe de récupération après feu peut avoir des effets significatifs sur les processus écologiques, les legs biologiques et l’abondance des espèces généralement rencontrées seulement après un incendie. L’enlèvement des arbres morts à la suite d’un incendie peut affecter la régénération des arbres, la composition du sousbois, l’abondance et la distribution du bois mort, l’habitat faunique et les propriétés du sol. Néanmoins, plusieurs de ces effets sont spécifiques au site. Par conséquent, il est nécessaire de déployer des efforts de recherche additionnels afin de soutenir les décisions d’aménagement et l’élaboration des politiques.

À l’échelle du paysage, la principale différence entre les régimes d’incendie et de récolte s’avère la distribution des classes d’âges des peuplements. La proportion des peuplements plus âgés que la période de révolution (habituellement 100 ans) tend vers zéro sous un régime de récoltes complètement normalisé, tandis qu’elle se situe autour de 35% sous un régime d’incendies dont la période de révolution est similaire. Cette différence fondamentale donne lieu à une perte significative des forêts comportant des stages avancés de succession dans les paysages aménagés, ce qui affecte les organismes qui sont essentiellement associés à de tels peuplements. Fait intéressant, puisque la coupe forestière n’est pas en mesure de recréer les conditions généralement retrouvées dans les jeunes peuplements incendiés, les paysages sous l’influence de la récolte seront également caractérisés par une réduction des peuplements en mesure de remplacer le rôle écologique des jeunes peuplements incendiés. Malheureusement, seulement quelques études ont effectué la comparaison empirique des effets des feux de forêts et de la récolte à l’échelle du paysage sous des périodes de révolution similaires. Néanmoins, la recherche démontre que les incendies produisent habituellement des paysages plus hétérogènes que des coupes à blanc, incluant plus d’îlots résiduels. Les incendies possèdent également une forme plus complexes et des bordures qui sont plus graduelles que les coupes à blanc.

En conclusion, notre revue a révélé deux principaux défis auxquels font face les gestionnaires forestiers afin de générer des effets écologiques similaires à ceux produits lors d’un incendie. D’abord, les gestionnaires ont besoin d’améliorer les pratiques forestières dans le but de minimiser les différences observées entre les jeunes peuplements coupés et les jeunes peuplements incendiés, particulièrement en ce qui concerne les débris ligneux grossiers et les conditions au sol. Ensuite, les gestionnaires doivent maintenir au sein des paysages aménagés des peuplements forestiers dont la composition et la structure sont similaires à celles retrouvées dans des peuplements matures et surmatures. De tels peuplements peuvent occuper une portion significative des paysages affectés par le National Council for Air and Stream Improvement feu. Ceci peut impliquer le rallongement de la période de révolution d’une certaine portion des peuplements au sein des paysages aménagés ou alors nécessiter l’application de méthodes de récolte innovatrices qui peuvent recréer la structure et la composition des arbres caractéristiques des stages avancés de succession. Cette revue conclue en identifiant les besoins de recherche future qui sont susceptibles d’aider à faire face à ces défis.

For decades, many have hypothesised that the effects of harvesting and wildfire differed significantly and that this would have significant effects on ecosystem processes and biodiversity. However, it is only recently that an appreciable amount of scientific data has emerged on this topic. In this report, we present our review of the similarities and differences between the ecological effects of fire- and harvesting-induced disturbances that have been noted in the scientific literature. Comparisons of the effects of these disturbances on numerous forest attributes (coarse woody debris, soil nutrients, productivity, plant diversity, wildlife response) are presented at two distinct spatial scales: stand and landscape.

At the stand scale, our review noted significant differences between harvesting and wildfire early after disturbance. Structurally, young post-fire stands are characterized by more snags, less downed woody debris, and significantly thinner forest floors than logged sites. Additionally, while both disturbances generate a pulse of extractable nutrients, the intensity of the pulse is greater after wildfire than clearcut harvesting and an increase in soil pH is observed after fire as opposed to little change or a slight decrease after harvesting.

Early after disturbance, biodiversity elements significantly differ between burned and logged sites. Dissimilar understory vascular and non-vascular communities generally colonize burned and logged sites, although differences are usually a question of abundance rather than species absence/presence. As compared to fire, faunal assemblages, be it mammals, invertebrates or birds, all seem to respond differently to harvesting. Among these faunal groups, species specifically associated with snags were the most likely to show a contrasting response to harvesting- and wildfire-induced disturbances.

Tree species respond differently to fire- and harvesting-induced disturbances, with harvesting favouring the establishment of deciduous species (notably trembling aspen, Populus tremuloides) and of coniferous tree species not adapted to fire such as balsam fir (Abies balsamea). Furthermore, there are commonly more residual deciduous trees in clearcuts than in fires. Because of this and the differential response of tree species to these two types of disturbances, divergent successional patterns with respect to overstory tree species compositions can be observed in burned and harvested stands. While we noted some variability among studies, stand and tree productivity are generally similar in burned and logged sites.

When the effects of harvesting- and wildfire-induced disturbances are compared at longer temporal scales, our review noted that most forest attributes that were reported as dissimilar early after disturbance converged a few decades post-disturbance. Nonetheless, thicker forest floors observed after logging as compared to fire appear to persist numerous decades after disturbance. Additionally, while faunal communities do become less different as time passes, late in succession, some species present in burned stands are either significantly less abundant or absent in similarly aged logged stands. Finally, several studies warn that while the effects of wildfire- and harvesting-induced disturbances do not significantly differ after a few decades, there is some concern about the ability of harvesting-induced disturbances to recreate the full range of natural variability observed during post-fire stand succession.

Unfortunately, little research has compared the effects of alternative silvicultural interventions (partial retention, partial cutting, etc.) or site preparation techniques (controlled burning, scarification, etc.) to the effects of wildfires. However, the few studies comparing the effects of post-logging control burns and different levels of retention indicate that these practices may attenuate some of the differences observed early after disturbance. Our review indicates that as compared to wildfire alone, salvage logging can have significant effects on ecological processes, biological legacies and the abundance of species commonly encountered only after fire. Removal of fire-killed trees can affect tree regeneration, understory composition, the abundance and distribution of dead wood, wildlife habitat, and soil properties. Nonetheless, many of these effects are site-specific; hence, additional investments in research are needed to support management decisions and policy development.

At the landscape scale, the main difference between fire and harvesting regimes is the distribution of stand age classes. The proportion of stands older than the rotation period (usually 100 yrs) tends toward zero under a fully regulated harvesting regime, while it is around 35% under a fire regime of similar rotation period. This fundamental difference results in a significant loss of advanced seral stage forests in managed landscapes, thereby affecting organisms that are primarily associated with such stands. Interestingly, since harvesting-induced disturbances are unable to recreate the conditions commonly found in young burned stands, landscapes under the influence of harvesting will also be characterized by a reduction of stands capable of replacing the ecological role of young burned stands within landscapes. Unfortunately, only a few studies have empirically compared the effects of wildfire and harvesting at the landscape scale under similar rotation periods. Nonetheless, research demonstrates that fires usually produce more heterogeneous landscapes than clearcuts, with more remnant islands. Fires are also more complex in shape, and have edges that are more gradual than clearcuts.

In conclusion, our review reveals two main challenges faced by forest managers in order to generate similar ecological effects as produced by fire. First, managers need to improve management practices in order to minimize the differences observed between young post-harvest stands and young post-fire stands, particularly with respect to coarse woody debris and soil conditions. Second, managers need to maintain some areas with the tree species composition and structural attributes characteristic of over-mature fire-origin stands. Such stands can occupy a significant portion of fire-mediated landscapes. This may necessitate lengthening the rotation period of a certain proportion of stands within managed landscapes or may require the application of alternative harvesting methods that can recreate the structure and tree composition characteristic of advanced seral stage stands. This review concludes by identifying future research needs that might help meet these challenges.

The objective of this study was to characterize the effects of soil burn severity and initial tree composition on long-term forest floor dynamics and ecosystem biomass partitioning within the Picea mariana [Mill.] BSP-feathermoss bioclimatic domain of northwestern Quebec. Changes in forest floor organic matter and ecosystem biomass partitioning were evaluated along a 2,355-year chronosequence of extant stands. Dendroecological and paleoecological methods were used to determine the time since the last fire, the soil burn severity of the last fire (high vs. low severity), and the post-fire tree composition of each stand (P. mariana vs. Pinus banksiana Lamb). In this paper, soil burn severity refers to the thickness of the organic matter layer accumulated above the mineral soil that was not burned by the last fire. In stands originating from high severity fires, the post-fire dominance by Pinus banksiana or P. mariana had little effect on the change in forest floor thickness and tree biomass. In contrast, stands established after low severity fires accumulated during the first century after fire 73% thicker forest floors and produced 50% less tree biomass than stands established after high severity fires. Standing tree biomass increased until approximately 100 years after high severity fires, and then decreased at a logarithmic rate in the millennial absence of fire. Forest floor thickness also showed a rapid initial accumulation rate, and continued to increase in the millennial absence of fire at a much slower rate. However, because forest floor density increased through time, the overall rate of increase in forest floor biomass (58 g m)2 y)1) remained constant for numerous centuries after fire (700 years). Although young stands (< 200 years) have more than 60% of ecosystem biomass locked-up in living biomass, older stands (> 200 years) sequester the majority (> 80%) of it in their forest floor. The results from this study illustrate that, under similar edaphic conditions, a single gradient related to time since disturbance is insufficient to account for the full spectrum of ecosystem biomass dynamics occurring in eastern boreal forests and highlights the importance of considering soil burn severity. Although fire severity induces diverging ecosystem biomass dynamics in the short term, the extended absence of fire brings about a convergence in terms of ecosystem biomass accumulation and partitioning.

Se situant dans le cadre d’une démarche qui vise l’instauration d’un aménagement écosystémique, l’objectif principal de l’étude était de décrire les changements de structure et de composition qui se produisent lorsqu’il y a absence prolongée du feu dans la pessière du nord-ouest de l’Abitibi.

À l’échelle du paysage, l’étude démontre que les séries évolutives au sein de ce paysage se retrouvent dans des proportions différentes selon les dépôts de surface. Si nous retrouvons presque exclusivement des peuplements dominés par l’épinette noire (Picea mariana) sur dépôt organique, le pin gris (Pinus banksiana) domine la canopée de 40% des peuplements jeunes (< 100 ans) sur dépôts grossiers et 10% de ceux-ci sur dépôt fins, tandis que les espèces feuillues (Populus tremuloides et Betula papyrifera) dominent 20% des peuplements jeunes sur dépôts fins et grossiers. Toutefois, peu importe les dépôts de surface, nos résultats suggèrent que l’absence du feu engendre une convergence vers des peuplements dominés par l’épinette noire. La structure des peuplements au sein de ce paysage est caractérisée par une grande variabilité dans les types de structures de peuplements au sein des jeunes classes d’ages (< 100 ans), qui disparait en absence du feu. La baisse en surface terrière et en densité associée à l’absence du feu suggère que nous observons également sur ce territoire une convergence dans la structure des peuplements vers des peuplements ouverts. Par ailleurs, l’abondance sur les différents dépôts de surface des espèces secondaires (Abies balsamea et Larix laricina) suggère que l’entourbement est un facteur important qui pourrait expliquer la trajectoire des séries évolutives sur les différents dépôts de surface.

Nos résultats démontrent que la composition des arbres après feu (Pinus vs Picea) a peu d’incidence sur l’accumulation de matière organique au sol, la structure des peuplements ou la composition du sous-bois. Néanmoins, notre étude suggère que la sévérité du dernier feu (épaisseur de la matière organique résiduelle) a des effets considérables sur l’évolution des peuplements. Après un feu sévère (consommation complète de la matière organique), nous observons un recrutement massif de semis qui engendre la formation rapide d’une canopée fermée et d’un sous-bois dominé par les mousses hypnacées. Toutefois, l’absence prolongée du feu (< 100 ans) engendre une accumulation constante de matière organique au sol, une ouverture de la canopée et un remplacement dans le sous-bois des mousses hypnacées par Sphagnum spp. et le Ledum groenlandicum. Après feu peu sévère (consommation partielle de la matière organique), la dynamique des peuplements se résume par une faible régénération et faible croissance des arbres après feu ce qu’inhibent la fermeture de la canopée, favorisant l’accumulation de la matière organique et un envahissement précoce dans le sous-bois par les Sphagnum spp et L. groenlandicum. Ainsi, quoique la sévérité du dernier feu engendre une divergence dans les types de peuplements à court terme, l’absence prolongée du feu (<200 ans) engendre une convergence dans la composition et la structure des peuplements résineux sur dépôts fins.

Les résultats de notre étude permettent de questionner l’applicabilité de la Coupe avec Protection de la Régénération et des Sols (CPRS). Les effets des CPRS, qui protègent par définition la matière organique accumulée au sol, ressemblent aux effets des feux peu sévères. Puisque la productivité forestière est significativement réduite après un feu peu sévère en comparaison à celles après un feu sévère, nous préconisons que l’industrie forestière entreprenne des approches sylvicoles qui s’inspirent des effets des feux sévères afin d’assurer le maintien de la productivité forestière et la diversité des types de peuplements après feu au sein de ce paysage. Cela se traduit par l’application d’approches qui ‘tuent’ la majorité des arbres (coupe totale), éliminent la matière organique accumulée au sol (préparation mécanique, brûlage dirigé, etc.) et qui sont ensuite régénéré à forte densité (plantation à haute densité, 4000-5000 tiges / ha). © 2005 UQAT tous droits réservés.

Question and Location: How does soil burn severity and early post-fire tree composition affect long-term understorey vegetation dynamics in the coniferous forests of eastern Canada? Method: Vegetation dynamics were assessed using paleoecological methods and a chronosequence analysis of extant stands. The relation between environmental factors and succession was evaluated using ordination techniques on the chronosequence data. Understorey succession was studied by regression analysis on the chronosequence data and through within-site Markovian transition probabilities between successive 1-cm layers of plant macroremains from soil organic matter profiles. Results: Initial tree composition (Picea mariana and Pinus banksiana) had little effect on understorey composition. Soil burn severity (measured as the thickness of the residual forest floor humus) significantly affected temporal changes in understorey species. Following fires of high severity, stands underwent a gradual paludification with a net increase in Sphagnum and ericaceous shrubs (Ledum groenlandicum), and a decrease in feathermosses. Paludification was accelerated after low severity fires, which led to the dominance of Sphagnum less than 200 years after fire, and of L. groenlandicum shortly after fire. In situ paleo-ecological work confirmed results obtained with the chronosequence analysis. Conclusions: One vegetation gradient related to time after disturbance is insufficient to account for the full complexity of longterm changes in understorey composition following fire. Current forestry practices that protect the forest floor humus may induce a premature paludification.