Aims

In the boreal mixedwood, fire initiates forest succession; however, over time other disturbances such as insect outbreaks cause pulses of mortality and opportunities for recruitment of shade?intolerant species.

Questions

What are the respective roles of time since fire and insect outbreaks in driving directional, vs cyclical and retrogressive succession? Do assessments from direct measurements and chronosequence approaches converge? We hypothesise that the chronosequence approach will accurately characterise large?scale compositional patterns especially in younger stands and that direct measurements will better describe small?scale, non?directional changes in succession.

Location

Boreal mixed wood of northwestern Quebec (79°1? W, 48°30? N).

Methods

We sampled 469 plots over an 18?year interval (in 1991 and 2009) in mixed hardwood/conifer forests to observe in situ the changes in stands having originated from seven fires covering a 249?year chronosequence.

Results

The combination of the remeasurement and chronosequence analyses validates predictions of forest succession. Our results indicate that time since last fire is the dominant factor explaining forest succession for the first 150 years after fire and globally at the scale of the entire forest, although smaller?scale disturbances such as spruce budworm outbreaks can change the course of forest succession, especially at stand scales.

Conclusion

While time since fire is the dominant driver of forest succession in younger forests, secondary disturbances, such as spruce budworm outbreaks, can advance or reverse forest succession in older forests. This study also serves as a validation of the overall patterns described in spatial chronosequence approaches at the landscape level in fire?dominated systems but highlights that local succession may deviate from the overall pattern especially in older forests or in forests affected by non?stand re?initiating intermediate disturbances.

The southern portions of the boreal region across Canada are dominated by boreal mixedwoods forests, which are characterized by varying canopy dominance of boreal broadleaf and conifer trees. This forest region encompasses a large east-to-west gradient of climate and disturbance regimes. Although the same major boreal tree species occur in all parts of the boreal mixedwood region, they vary greatly in relative abundance. This is a reflection of the interactions among the different abiotic and biotic components. As a result, there is considerable variation in post-disturbance stand development, producing a wide variety of mixedwood forest conditions existing as a mosaic in time and space. Post-disturbance dominance by broadleaf species followed by a transition to conifers is the “classic” pathway in all regions. However, there is wide variation in the transition rate and the species sequence across the gradient depending on factors such as moisture, abundance of each species, fire cycle, climate and secondary disturbances (mainly insect outbreaks). Future changes in climate and disturbance regime could influence the nature of stand dynamics of boreal mixedwoods and the prominence of different pathways among regions. Focussing on the commonality of processes in mixedwood stand development across the boreal is a promising way to address the management of this important forest ecosystem.

La forêt boréale mixte est un écosystème complexe en forme de mosaïque qui regroupe des peuplements de tailles et de compositions variables. Le feu, lui-même irrégulier dans sa forme, sa taille et sa sévérité, joue un rôle clé dans cette structure puisqu'il agit comme grand initiateur de succession forestière. D'autres perturbations comme les épidémies d'insectes influencent aussi grandement la dynamique de ce biome. La connaissance de la succession dans le couvert forestier boréal n'est pas simple à appréhender puisque celle-ci se déroule sur plusieurs centaines d'années et est soumise aux conditions aléatoires du milieu dans lequel elle évolue. Plusieurs méthodes sont utilisées pour étudier cette dynamique, la majorité sont indirectes, c'est-à-dire qu'elles utilisent les indices présents dans la forêt à un seul moment dans le temps pour extrapoler son passé ou son futur (e.g. chronoséquence, dendrochronologie), alors que d'autres sont directes, elles étudient en temps réel les changements qui s'opèrent dans la forêt. Nous avons étudié la dynamique du couvert forestier de la forêt boréale mixte de l'ouest du Québec à partir de la combinaison de deux méthodes, l'une directe et l'autre indirecte. Nous avons effectué deux échantillonnages de 439 placettes dans la mosaïque forestière, un en 1991 et l'autre en 2009, pour observer in situ les changements sur près de 20 ans dans des forêts issues de sept feux formant une chronoséquence de 249 ans. Nous avons donc pu étudier la dynamique tant à l'échelle du paysage (aire de feu) que du peuplement (placette) et vérifier l'hypothèse selon laquelle le temps depuis le dernier feu est le principal facteur explicatif de la structure et de la composition des peuplements. Nous pouvions aussi voir si l'effet qu'avait eu une sévère épidémie de tordeuse des bourgeons de l'épinette (TBE) ayant affecté le sapin baumier et l'épinette blanche juste avant le premier échantillonnage avait pu interférer dans la succession. La combinaison des deux méthodes d'études de la dynamique nous permet, du même coup, d'évaluer la fiabilité de l'utilisation de la chronoséquence dans l'étude de la succession forestière. Nos résultats indiquent que le temps depuis le dernier feu est le principal facteur explicatif du déroulement de la succession forestière dans les 150 premières années après le feu, et que la présence d'une épidémie de tordeuse des bourgeons de l'épinette peut modifier considérablement le déroulement successionnel dans les plus vieilles forêts. Nous constatons aussi que la chronoséquence est un outil fiable dans la compréhension de la dynamique du couvert forestier à l'échelle du paysage dans .les jeunes forêts, et dans les forêts plus âgées si elle est combinée avec une bonne connaissance de l'histoire des épidémies d'insectes. À l'échelle du peuplement, les méthodes directes seraient plus recommandables puisque les voies successionnelles sont multiples.