In trees experiencing stress prior to death, growth may be partially or totally suppressed, or may occur only in the upper part of the boles. This may induce inaccuracies when retrospectively crossdating dead trees. In this study, we investigated the occurrence and range of time lags between year of last ring production (YOLRP) in crossdated discs collected at the base, at breast height (BrH), and in the upper part (UP) of the boles of 145 snags and logs of four boreal species. We also assessed the influence of tree age and growth prior to death. When comparing YOLRP in the upper and lower part of trees, more than half the time lags departed from zero. Mean lags ranged from 0.6 to 4.6 years according to species, with lags up to 14 years. Negative time lags, i.e. ring production occurring in the lower part of boles while it has stopped in the upper part, were also observed in up to 26% of cases. We suggest that when reconstructing fine patterns of mortality where accuracy must be optimized, sampling entire discs at BrH should be considered, as well as sampling a disc in the UP when sampling old or slowly declining trees.

Partial harvesting during the snow-free season disturbs the forest floor and modifies seedbed characteristics. Quantitative information is lacking about the distribution of changes in seedbed proportions between areas located in and outside skid trails, and about how long these changes persist after harvest. These effects could interact with species’ seedbed requirements and seed input and influence spatio-temporal patterns of seedling establishment in forests, which would have important implications for regeneration dynamics. The objectives of this study were to determine how selection cutting affects seedbed proportions in and outside skid trails in northern hardwood stands, how these seedbed proportions vary over time following harvest, and how seedbed proportions in selection cuts compare with unharvested stand conditions. We sampled 12 sugar maple-dominated stands in southeastern Quebec, Canada. Two had not been harvested in the recent decades, while 10 had been harvested through selection cutting, 1–3 years earlier. A total of 3600 quadrats were sampled to determine the proportions of 8 seedbed types and whether or not a quadrat was located in a skid trail. This was the case for 24.1% of the quadrats in selection cuts. Outside skid trails, seedbed proportions in selection cuts did not vary from those in unharvested stands. In these stands, leaf litter was the most abundant substrate, covering 87.3% of the forest floor, followed by rotten wood (4.9%) and fresh wood (3.0%). Humus, rocks and live tree bases occupied 1–2% the forest floor, while mineral soil and moss covered less than 1%. In selection cuts, proportions of rotten wood and live tree bases were lower in skid trails than outside, and this difference persisted 13 years after harvest. In 1- and 2-year-old cuts, the proportion of litter was lower in skid trails than outside, but not later on. The proportions of mineral soil and disturbed humus increased sharply in the skid trails after harvest (17.1-fold and 2.7-fold increases, respectively), but these effects lasted only 3 years for mineral soil and 1 year for humus. Power functions were used to model variation in litter, mineral soil and disturbed humus proportions as a function of time since harvest. We discuss the implications for regeneration dynamics of the marked, but short term increase in mineral soil and disturbed humus availability. Spatially explicit models that can simulate the mid- to long-term availability of substrates in both time and space would be useful for assessing the long-term implications of harvesting on seedbed proportions and regeneration patterns.

Les chicots et les billes au sol sont des composantes substantielles du réservoir de carbone détritique en forêt boréale. Les effets de leur décomposition sur les caractéristiques physiques et chimiques de la couverture morte restent méconnus. Le principal objectif de cette étude était de caractériser les transformations chimiques des billes et des chicots en décomposition d’espèces d’arbres communes en forêt boréale mixte. Des billes et des chicots de différentes classes de décomposition ont été échantillonnés et analysés par résonance magnétique nucléaire du 13C en phase solide et par spectroscopie dans le proche infra-rouge. Des changements chimiques faibles ou modérés apparaissaient dans les billes et les chicots frais ou modérément décomposés, mais dans les billes bien décomposées, une dégradation substantielle des hydrates de carbone et une augmentation de la concentration en lignines avaient lieu. Les espèces décidues avaient initialement plus d’hydrates de carbone que les conifères, mais la décomposition réduisaient leurs différences, et dans les billes bien décomposées, les espèces ne différaient que par leur teneur en lignines. Les billes bien décomposées des espèces décidues atteignaient des densités de bois très faibles, et leur intégration dans la couverture morte et leur préservation à long-terme restait questionnable. Au contraire, la composition chimique des billes bien décomposées de conifères ressemblait à celle de la couverture morte lignique (c’est-à-dire la couverture morte provenant de la décomposition du bois mort), avec préservation des lignines, des hydrates de carbone et des composés alkylés. Le bois décomposé de conifères contribue à l’hétérogénéité chimique de la couverture morte, favorisant la diversité des décomposeurs et la rétention du carbone dans les sols.

Snag degradation classification systems based on external morphological attributes are widely used in ecology but have rarely been related to elapsed time since death (TSD) or wood density. Furthermore, these classification systems rely on the overall aspect of snags, and the predictive ability of specific attributes has rarely been investigated. We examined which morphological attributes best predicted TSD and wood density in snags of four major boreal species in eastern North America: trembling aspen (Populus tremuloides Michx.), balsam fir (Abies balsamea [L.] Mill.), jack pine (Pinus banksiana Lamb.) and black spruce (Picea mariana [Mill.] BSP). We also investigated how a commonly used snag degradation classification system relates to TSD and wood density. Sampling was conducted in northwestern Quebec, Canada. For each species, 37–65 snags were sampled and TSD was determined using dendrochronology. Bark cover was the only morphological attribute common to models of all species and was the sole predictive variable of TSD in balsam fir. As for TSD, the combination of predictors for wood density was species- specific and wood penetrability was a common predictor in all species. Degradation stages provided rough approximations of TSD and wood density. This study shows that the degradation classification system used can be helpful when rough estimates are needed. However, species-specific models built according to significant morphological attributes do not represent more time- and resource-consuming field assessments and they provide more precise measurements of TSD and wood density.

La vitesse à laquelle le bois des arbres morts se décompose influence plusieurs processus écologiques. Les taux de décomposition des billes au sol ont été largement documentés, mais les taux de décomposition des chicots et les facteurs qui les influencent ont reçu beaucoup moins d’attention, particulièrement dans le cas des espèces boréales des forêts de l’est de l’Amérique du Nord. Dans cette étude, nous avons mesuré le taux de minéralisation (c.-à-d. la perte de densité du bois) des chicots de quatre espèces boréales : le peuplier faux-tremble (Populus tremuloides Michx.), le sapin baumier (Abies balsamea (L.) Mill.), le pin gris (Pinus banksiana Lamb.) et l’épinette noire (Picea mariana (Mill.) Britton, Sterns, Poggenb.). La densité du bois et les variables qui pouvaient influencer le taux de minéralisation (temps écoulé depuis la mort, âge, croissance radiale moyenne, diamètre à hauteur de poitrine, activité des cérambycidés et des scolytes) ont été mesurées sur des disques prélevés sur 207 chicots dans le nord-ouest du Québec, au Canada. Le taux de minéralisation différait significativement selon l’espèce d’arbre. Le taux de minéralisation du peuplier faux-tremble était plus élévé que ceux des conifères (k = 0,0274). Le pin gris occupait le deuxième rang (k = 0,0152), suivi du sapin baumier (k = 0,0123). L’épinette noire s’est révélée particulièrement résistante à la minéralisation (k = 0,0058) alors que la densité de son bois n’était pas significativement influencée par le temps écoulé depuis la mort durant la période à l’étude. Le temps écoulé depuis la mort et l’activité des cérambycidés étaient associés à une densité du bois plus faible chez le peuplier faux-tremble, le sapin baumier et le pin gris, alors que la croissance plus lente de l’épinette noire était associée à des taux de minéralisation plus lents.

Temporal patterns of tree mortality and snag dynamics after fire were investigated over 10 years in a permanent plot design established immediately after a wildfire in an eastern boreal forest landscape of north-western Quebec, Canada. Post-fire tree mortality, snag persistence, tree fall patterns and variables influencing snag dynamics were assessed in deciduous, mixed and coniferous stands that experienced low- and moderate-severity fires. Temporal patterns of tree mortality for the three species revealed that mortality was delayed through time. Most post-fire tree mortality occurred within 2 years following fire but continued until the end of the 10-year observation period. Jack pine was the most persistent snag species, followed by trembling aspen and black spruce. Factors influencing the persistence of snags were multi-scaled and generally species-specific. Fire severity was the only common factor influencing snag persistence among all species, with snags located in severely-burned stands being less susceptible to falling. Trembling aspen snag persistence increased with basal area and diameter. Salvage logging in the vicinity affected black spruce. Fall patterns also differed among species. Bypasses of the snag stage (i.e. when a living tree falls directly to the forest floor) as well as uprooting of snags were common.

Cette thèse est présentée sous la forme de quatre articles scientifiques. Dans presque tous les cas, j’ai été responsable du design d’expérimentation, de la récolte et de la compilation de données, de l’analyse des échantillons, des analyses statistiques et de la rédaction. Dans le cas du chapitre 3, le design d’expérimentation a été mis en place en 1997 et des données ont été récoltées par des membres de la Chaire AFD jusqu’à ce que je prenne la relève en 2004. Toutes les personnes physiques ou morales qui ont contribué aux articles, par leur aide sur le terrain, lors de l’analyse des données, lors de la rédaction ou par leur contribution financière sont identifiées à la fin des articles.

Le premier chapitre s’intitule « Snag degradation pathways of four North American boreal tree species ». Les co-auteurs sont Pierre Drapeau et Yves Bergeron. Cet article a été publié dans la revue Forest Ecology and Management en 2010 (259: 246-256).

Le second chapitre a pour titre «Mineralization rates and factors influencing snag decay in four North American boreal tree species». Les co-auteurs sont aussi Pierre Drapeau et Yves Bergeron. Il sera soumis sous peu à la Revue canadienne de recherche forestière.

Le troisième chapitre est le fruit d’une collaboration plus étendue et s’intitule «Tree mortality and snag dynamics in North American boreal tree species after a wildfire: a long-term study». Sylvie Gauthier, Pierre Drapeau, Karelle Jayen et Yves Bergeron en sont les co-auteurs. Sylvie Gauthier a effectué un travail de supervision des analyses statistiques et a participé à la rédaction du chapitre. J’ai réalisé les travaux de recherche bibliographique, d’échantillonnage sur le terrain en 2004 et en 2006, d’analyse des données, de rédaction et de création des figures. Pierre Drapeau et Yves Bergeron ont effectué un travail de supervision lors des étapes préliminaires du projet et ont participé à la rédaction du chapitre. Karelle Jayen a participé aux travaux d’échantillonnage sur le terrain, a effectué des travaux d’analyse relatifs à la mortalité lors de travaux antérieurs (Jayen 2004) et a participé à la rédaction du chapitre. Cet article a été accepté pour publication dans la revue International Journal of Wildland Fire en 2011.

Le dernier chapitre se veut intégrateur des chapitres précédents. Il a été co-écrit avec Yves Bergeron et Pierre Drapeau et s’intitule « Morphological attributes and snag classification of four North American boreal tree species: relationships with time since death and wood density». Il sera soumis sous peu à la Revue canadienne de recherche forestière.

Cette thèse a été défendue le 28 mars 2010 à l’Université du Québec à Montréal. Les membres du jury de thèse étaient :

• Pierre Drapeau, professeur, directeur de thèse, Département des sciences biologiques, Université du Québec à Montréal;
• Yves Bergeron, professeur, co-directeur de thèse, Département des sciences appliquées, Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue;
• Daniel Gagnon, professeur, président du jury, Département des sciences biologiques, Université du Québec à Montréal;
• Daniel Kneeshaw, professeur, Département des sciences biologiques, Université du Québec à Montréal;
• Lori D. Daniels, professeure, évaluatrice externe, Département de géographie, Université de la Colombie-Britannique.

Fire severity can vary greatly within and among burns, even in the Canadian boreal forest where fire regimes consist mostly of stand-replacing fires. We investigated the effects of fire severity on the long-term occupancy of burns by (i) saproxylic insects and (ii) three wood-foraging birds. Based on observations made 6 to 11 years after fire in burned conifer forests that varied in fire severity in Quebec, Canada, our results indicate that low-severity portions of the burns likely provided snag conditions suitable for the long-term presence of deadwood-associated insects and birds. The black-backed woodpecker, a post-fire forest specialist, was still abundant 6 and 8 years after fire. This pattern was likely explained by the persistence of several saproxylic insect species that are associated with recently dead trees and by the positive effect of lower fire severity on the abundance of Arhopalus foveicollis, a cerambycid with a long life cycle in dead wood. The American three-toed woodpecker and the brown creeper, and their associated prey (Scolytinae beetles), were more abundant in burned stands of lower v. higher severity. We conclude that less severely burned snags and stands within high-severity burns may favour the long-term presence of trophic webs that involve saproxylic insects and wood-foraging birds in burned boreal forests.

Many studies have highlighted the importance of deadwood, whether standing (snags) or fallen, in boreal ecosystems dynamics. However, a dearth of literature exists regarding the persistence and degradation pathways of these structures in northeastern American boreal species.

Degradation pathways were examined in four tree species of the eastern boreal mixedwood and conifer forests of Canada: Trembling aspen (Populus tremuloides Michx.), balsam fir (Abies balsamea (L.) Mill.), jack pine (Pinus banksiana Lamb.) and black spruce (Picea mariana (Mill.) BSP). Sampling was conducted in unharvested forests of northwestern Que´ bec. Discs where collected on 363 snags and logs and dendrochronological analyses conducted to determine year of death by crossdating.

Survival curves were constructed for each species and degradation pathways were documented based on the shape of the relationship, lag time if applicable (time period from death to fall onset) and half-life (time required for half the stems to fall).

Most species survival curves exhibited a reverse sigmoid function. Trembling aspen, jack pine and to a lesser extent balsam fir presented significant lag times before initiation of a period with high fall rates. Black spruce experienced more snag losses during the first years following death. Jack pine was clearly the most persistent species due to snags high resistance to fall and stem breakage. Within the range of tree diameters in our study area, diameter per se did not significantly influence fall probability.

Differential degradation pathways of the four species translate individualistic responses that are related to species autecology. This has important implications for all ecological functions related to deadwood and should be considered when planning retention strategies of legacy trees in an ecosystem management perspective.

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Ce document se veut un complément au Guide pour la description des principaux enjeux écologiques dans les plans régionaux de développement intégré des ressources et du territoire (Varady-Szabo et autres, 2008) afin d’aider les commissions régionales sur les ressources naturelles et le territoire (CRRNT) dans leur réflexion. Loin d’être exhaustif, ce document vise à faire une synthèse des connaissances actuelles sur l’enjeu que représente le bois mort en mettant l’accent sur la littérature scientifique du Québec et de ses régions limitrophes, à présenter l’expression de cet enjeu selon les grandes régions forestières du Québec et à proposer des questions qui aideront les décideurs dans leur réflexion quant à la description de l’enjeu du bois mort. Comme ce document s’inscrit dans une perspective d’aménagement écosystémique, on accordera une importance particulière aux processus générateurs de bois mort que sont les perturbations naturelles, à la dynamique du bois mort en soi ainsi qu’à l’impact de l’aménagement sur sa disponibilité et sa dynamique. Ces renseignements sont essentiels à la compréhension du « cycle de vie » du bois mort ainsi qu’à l’intégration de cet élément dans la planification forestière pour en assurer la disponibilité continue dans les territoires aménagés.

Afin d’alléger le texte, les noms en usage en français sont utilisés pour désigner les espèces végétales et animales.