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Black spruce and jack pine dynamics simulated under varying fire cycles in the northern boreal forest of Quebec, Canada

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Abstract:

The postfire regeneration dynamics of black spruce and jack pine were documented by a study of three successive cohorts (woody debris, snags, seedlings) within a large area burnt in 1989. The objectives of this study were (i) to describe how fire interval can influence the abundance of regenerating black spruce and jack pine and (ii) to model the future abundance trends of these two species for fire cycles of different lengths. The transition probabilities after fire were calculated for mixed stands of black spruce and jack pine for fire intervals of 47 and 67 years in well-drained sites and for fire intervals varying between 92 and 270 years in poorly drained sites. These probabilities were incorporated into a model of regeneration dynamics that took into account the drainage type, the regeneration potential, and the natural mortality rate of both species. After the 1989 fire, jack pine seedlings made up 55%–82% of the regeneration in well-drained sites and 11%–40% in poorly drained sites. Model simulations show that fire intervals <60 years lead to the local extinction of black spruce, and those >220 years lead to that of jack pine. The simulation results also suggest that jack pine could expand its populations under a fire cycle of 50 years or after short fire intervals during longer fire cycles. Thus, in the short term and medium term (i.e., ca. <100 years), the length of the interval between two consecutive fires is a better predictor of the abundance, extinction, or local expansion of black spruce and jack pine than the fire cycle.

La dynamique de régénération après feu de l'épinette noire et du pin gris a été documentée par l'étude de trois cohortes successives (débris ligneux, souches, semis) dans un grand brûlis de 1989. Les objectifs de l'étude étaient (i) de décrire comment l'intervalle de feu peut influencer l'abondance de la régénération d'épinette noire et de pin gris et (ii) de modéliser les tendances futures de l'abondance de ces deux espèces pour différents cycles de feu. Les probabilités de transition après feu ont été calculées pour des peuplements mixtes d'épinette noire et de pin gris pour des intervalles de feu de 47 et 67 ans en milieu bien drainé, et pour des intervalles de feu variant de 92 à 270 ans en milieu mal drainé. Ces probabilités ont été intégrées dans un modèle de la dynamique de régénération qui tient compte du type de drainage, de la longueur des intervalles de feu successifs, de la densité des semenciers, du potentiel de régénération et du taux de mortalité naturelle de chaque espèce. Après le feu de 1989, le pin gris constituait 55 % à 82 % de la régénération en milieu bien drainé et 11 % à 40 % en milieu mal drainé. Les simulations montrent que les intervalles de feu <60 ans et ceux >220 ans conduisent à l'extinction locale de l'épinette noire et du pin gris, respectivement. Les résultats du modèle suggèrent également que le pin gris pourrait prendre de l'expansion pour un cycle de feu de 50 ans ou après de courts intervalles de feu, associés à des cycles de feu plus longs. Ainsi, à court et moyen terme (c.à.d., ca. <100 ans), la durée de l'intervalle entre deux feux successifs explique mieux l'abondance, l'extinction ou l'expansion locale de l'épinette noire et du pin gris que le cycle de feu.

Document Type: Research Article

Publication date: 2004-12-01

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