Estimating windthrow risk in balsam fir stands with the ForestGales model

Abstract

Balsam fir (Abies balsamea (L.) Mill.) forests are inherently vulnerable to windthrow, especially when silvicultural treatments are applied. During recent years, it has become possible to model windthrow risk based on a good understanding of windthrow mechanics. In the present paper, the British ForestGales model has been adapted for balsam fir with data from a winching study in Quebec, Canada. This model calculates the threshold wind speed required to break or overturn the average tree in a stand and then calculates the probability of exceeding the threshold value. Modifications of the equations predicting crown characteristics and overturning resistance were introduced. The effects of age, site quality, wind exposure, thinning and the creation of new edges were assessed. The estimated critical wind speed for overturning and breakage decreases with age but the probability of damage remains low on sheltered sites. The creation of a new edge leads to an increased probability of damage, especially on exposed, highly productive sites. Thinning alone also increases the probability of damage and the magnitude of the increase varies with age and thinning intensity. On highly productive sheltered sites, the effect of thinning becomes especially important when thinning exceeds 35% of the number of stems or when stand age is greater than 70 years for a 35% thinning intensity. Thinning of new edges was also found to further increase the risk of windthrow on the most sheltered, high quality sites.Les peupements de sapin baumier (Abies balsamea (L.) Mill.) sont, de f a~o n inhkente, vulnCrables au chablis, en particulier lorsque des traitements sylvicoles y sont appliques. Au cours des dernicres annCes, il est devenu possible de modCliser le risque de chablis sur la base d'une saine comprChension de la mCcanique du chablis. Dans le prCsent article, le modkle Britannique ForestGales a Ct C adaptC pour le sapin baumier h partir d'une Ctude de treuillage rCalisCe au QuCbec. Ce modkle calcule la vitesse nkcessaire la rupture ou au deracinement de la tige moyenne d'un peuplement puis estime la probabilite que cette valeur soit dCpasde. Des modifications ont Ct C apportCes aux Cquations prkdisant les caracttristiques de la cime et la rksistance au renversement. La simulation a port6 sur l'effet de l'bge, de la qualit6 de station, de l'exposition au vent, de l'tclaircie et de la crkation de nouvelles lisikres. Selon les simulations, la vitesse critique pour le bris ou le dkracinement diminue avec l'bge mais la probabilitt demeure faible pour les sites abritCs.

Chronologie de la croissance chez des semis de sapin baumier (Abies balsamea (L.) Mill.) après une coupe à blanc avec protection de la régénération

“…Celle-ci est également apte à répondre immédiatement et positivement à des changements rapides de conditions de croissance. La réaction à l'ouverture est compatible avec le régime de perturbations secondaires catastrophiques caractérisant la dynamique naturelle des populations de sapin baumier (Morin 1994, Ruel et al 2000b). Les résultats de notre étude apportent aussi des informations pertinentes pour les principales méthodes de régénération de la sapinière, soit la coupe avec protection de la régénération et la coupe progressive.…”

“…Dans un contexte de coupe avec protection de la régénéra-tion, des révolutions courtes, de moins de 50-60 ans, permettent de minimiser les pertes en volume de bois en raison de la vulnérabilité des sapinières âgées aux perturbations secondaires (Hatcher 1960, Whitney 1989, Basham 1992, Ruel et al 2000b. Or, plusieurs sapinières de seconde venue âgées entre 50 et 60 ans auraient une densité insuffisante de semis pour assurer le plein boisement en sapin après la coupe, particulièrement sur les stations les plus fertiles de la forêt Montmorency (Côté et Bélanger 1991, Déry et al 2000.…”

“…De même, aucune étude n'a démontré la néces-sité de prolonger la période séparant la coupe d'ensemencement de la coupe finale sous le prétexte d'augmenter la quantité de semis ayant dépassé le « stade juvénile ». Une courte période séparant les deux coupes devrait permettre d'éviter que les sapinières traitées de cette façon n'atteignent un âge auquel elles deviendraient vulnérables au chablis (Ruel et al 2000b) ou aux épidémies de la tordeuse des bourgeons de l'épinette (Québec 1994). Il demeure que des périodes plus longues pourraient être testées pour des situations où on appréhende une compétition importante à la suite de la coupe finale.…”

Understanding the Impact of Root Morphology on Overturning Mechanisms: A Modelling Approach

“…Sitka spruce (Picea sitchensis; see Nicoll et al, 2006a), maritime pine (Pinus pinaster; Stokes, 1999;Cucchi and Bert, 2003;Danjon et al, 2005) and balsam fir (Abies balsamea; Ruel et al, 2000Ruel et al, , 2003Achim et al, 2005). However, it is not yet known which shape of root system is best for increased tree mechanical stability.…”

Windthrow Dynamics in Boreal Ontario: A Simulation of the Vulnerability of Several Stand Types across a Range of Wind Speeds

“…However, using winching data from other regions is standard within the global set of hybrid-mechanistic windthrow prediction models [42], and where these models have been validated, has been shown to be reasonable [43]. We also believe the use of surrogate species is reasonable since often species from the same genus show similar relationships [15,[43][44][45][46][47][48][49][50][51][52][53] between stem mass and critical turning moment. However, as local data on windthrow outcomes become available, in particular data from thunderstorms (summer wind storms), simulated outcomes can be checked, parameter values updated, and the simulations re-run.…”