Forest dynamics following spruce budworm outbreaks in the northern and southern mixedwoods of central Quebec

Abstract

Abstract:The effects of 20th century spruce budworm (Choristoneura fumiferana (Clem.)) outbreaks on forest dynamics was examined in the southern and northern parts of the mixedwood forest zone in central Quebec, Canada. In each region, three study areas were placed in unmanaged stands that had not burned for more than 200 years. Disturbance impacts and forest succession were evaluated using aerial photographs and dendrochronology. Spruce budworm outbreaks occurred around 1910, 1950, and 1980 in both regions. The 1910 outbreak seemed to have limited impact in both regions, and the 1950 outbreak caused heavy mortality in conifer stands (mostly of balsam fir, Abies balsamea (L.) Mill.) in the southern region. The 1980 outbreak caused major mortality in the northern region, but had little impact in the southern region. Successive spruce budworm outbreaks led to a massive invasion by hardwood species in the last century in the southern region but not in the northern region. The reason for such contrasting dynamics between regions is unknown, but we hypothesize that differences in disturbance intensities, influenced by climate, played a major role. Results from this study emphasize that generalizations about the effect of spruce budworm outbreaks on forest dynamics cannot be derived from observations made during a single outbreak or at a single location.Résumé : L'effet des épidémies de tordeuse des bourgeons de l'épinette (Choristoneura fumiferana (Clem.)) du 20 e siècle sur la dynamique forestière a été examiné dans les parties sud et nord de la zone de forêt mixte du centre du Québec, au Canada. Dans chaque région, trois aires d'étude ont été placées dans des peuplements non-aménagées n'ayant pas brûlé depuis plus de 200 ans. L'impact des perturbations et la succession forestière ont été évalués à l'aide de photographies aériennes et de la dendrochronologie. Des épidémies de tordeuse des bourgeons de l'épinette sont survenues vers 1910, 1950 et 1980 dans les deux régions. L'épidémie des années 1910 parait avoir eu un impact limité dans les deux régions, et l'épidémie des années 1950 a causé une mortalité sévère dans les peuplements conifériens (principalement du sapin baumier, Abies balsamea (L.) Mill.) dans la région sud. L'épidémie des années 1980 a causé une mortalité sévère dans la région nord, mais a eu un faible impact dans la région sud. Les épidémies successives de tordeuse des bourgeons de l'épinette ont conduit à une invasion massive par les essences feuillues dans la région sud, mais pas dans la région nord. La raison expliquant un tel contraste entre les régions demeure inconnue, mais nous proposons l'hypothèse que des différences dans l'intensité des perturbations, influencées par le climat, ont joué un rôle important. Les résultats de cette étude suggèrent que des généralisations portant sur les effets d'épidémies de tordeuse des bourgeons de l'épinette sur la dynamique forestière ne peuvent être dérivées à partir d'observations effectuées dans une seule région ou après une seule épidémie.

Natural root grafting in Picea mariana to cope with spruce budworm outbreaks

“…Our results corroborate the closest study performed in Lac Duparquet (Abitibi region, Quebec) in white spruce in which important growth reductions occurred between 1973 and 1977 (Morin et al 1993). Similarly, insect defoliation in black spruce were noticed by dendrochronology and photointerpretation in lakes Libéral and Onatchiway between 1976and 1979(Krause and Morin 1999 and in Lac Lamandonis around 1980 (Bouchard et al 2007). At a wider spatial scale, this event corresponds to the well-documented last spruce budworm outbreak in Quebec in the 20th century (e.g., Morin et al 1993Morin et al , 2007Krause and Morin, 1999;Bouchard et al 2007;Simard et al 2008;Boulanger et al 2012;Fierravanti et al 2015).…”

“…Canopy gaps are progressively filled by growth releases of surviving trees, and they trigger recruitment and post-outbreak colonization (Morin 1994). Therefore, spruce budworm outbreaks are widely recognized as main drivers of forest dynamics in eastern North America (Morin et al 1993(Morin et al , 2007Morin 1994;Bouchard et al 2007;Boulanger et al 2012;Fierravanti et al 2015).…”

“…Tree vulnerability to outbreaks is crucial to predict forest dynamics and timber yield in boreal forests (Pothier et al 2005;Bouchard et al 2007;Morin et al 2007); yet, knowledge on tree vulnerability is limited in comparison with our understanding of tree susceptibility to budworm outbreaks (Pothier and Mailly 2006;Campbell et al 2008). Variability in tree growth and mortality following budworm defoliation remains largely unexplained; e.g., stand characteristics accounted for 40% of the variance in growth reduction in balsam fir (Bergeron et al 1995;Campbell et al 2008) and 47% of the total deviation in tree mortality in spruce and fir trees (Colford-Gilks et al 2012).…”

Dynamique des épidémies de la tordeuse des bourgeons de l'épinette durant l'holocène /

“…Bien que les épidémies de la tordeuse des bourgeons de l'épinette survenues lors du 20e siècle puissent être synchronisées sur de grandes superficies (Royama, 1984;Candau et al, 1998;Jardon et al, 2003) et semblent homogènes à grande échelle, d'importantes variations locales et régionales peuvent être observées dans la fréquence, la durée et l'amplitude des épidémies (Biais, 1968;Royama, 1984), créant ainsi des niveaux variables d'impacts sur la forêt (Turner, 1952;MacLean, 1980;Bergeron et al, 1995;Nealis et Régnière, 2004;Bouchard et al, 2007 (Biais, 1965(Biais, , 1983Morin et Laprise, 1990;Morin, 1998;Ryerson et al, 2003;Morin et al, 2007), de subfossiles (Simard, 2003) ou composant la charpente de vieux bâtiments (Krause, 1997;Boulanger et Arseneault, 2004). Il est également possible de les étudier par le biais des traces laissées par ces perturbations dans les archives naturelles que sont les humus épais, les dépôts tourbeux ou les sédiments lacustres (Simard et al, 2002(Simard et al, , 2006 (Swetnam et Lynch, 1989;Jardon et al, 1994;Weber et Schweingruber, 1995;Ryerson et al, 2003;Fraver et al, 2007;Bùntgen et al, 2009).…”

Structural dynamics at boreal forest edges created by a spruce budworm outbreak

“…Although a substantial amount of research has focused on the direct effects of spruce budworm outbreaks on vegetation in disturbed areas (e.g. D' Aoust et al 2004;Bouchard et al 2006;Bouchard et al 2007), we seek to quantify insect outbreak-induced edge effects on vegetation in opposing directions (i.e., the influence of disturbed areas on vegetation in adjacent intact forests and of the forests on disturbed openings).…”