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Frost hollows of the boreal forest as extreme environments for black spruce tree growth

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Abstract:

An extensive survey of spruce growth forms was conducted in frost hollows of the Parc national des Grands-Jardins located in the highlands of the Charlevoix region (Quebec). Frost hollows studied were situated within lichen woodlands, which are a favourable environment for the formation of cold air masses. The mean number of frosts recorded 1m aboveground during the growing seasons of 1997–2002 indicates that there is no frost-free period in frost hollows. Based on the records of minimum temperature in two frost hollows, the critical threshold for frost-ring formation is a nocturnal temperature below 0°C for 6.4h with a climax at around–5.7°C, i.e., at a cooling rate of 1.78°C/h under the freezing point for at least 3.2h. Frequent and severe nocturnal frosts slow down the colonization of black spruce in frost hollows, and are at the origin of the inverted tree line that surrounds frost hollows. Mean stem height of black spruce in frost hollows is 1.97m± 2.15. A comparative analysis of aerial photographs between 1950 and 1996 showed a 34% reduction in frost hollow area due to the progressive colonization of black spruce. Massive tree establishment occurred in frost hollows between 1970 and 1980 because of the reduced frequency of freezing temperatures during the growing season.

On a procédé à un inventaire détaillé des formes de croissance de l’épinette noire colonisant les cuvettes de gel du Parc national des Grands-Jardins de la région de Charlevoix (Québec). Les cuvettes de gel étudiées sont toutes localisées dans des pessières à lichens, qui constituent un milieu favorable à la formation de masses d’air froid. Le nombre moyen de gels enregistrés à 1m au dessus du sol de 1997 à 2002 est tel qu’on peut affirmer qu’il n’existe pas de période sans gel dans les cuvettes de gel au cours de l’été. D’après les données de température minimale enregistrée dans deux cuvettes de gel, le seuil critique de formation de cernes de gelée est une température nocturne sous le point de congélation pendant 6,4 h avec une pointe négative de température de l’ordre de–5,7°C, soit à un taux de refroidissement horaire de 1,78°C pendant au moins 3,2 h. Des gelées nocturnes fréquentes et sévères diminuent considérablement la colonisation de l’épinette dans les cuvettes de gel et semblent être le principal facteur responsable de la formation d’une limite des arbres inversée. La hauteur moyenne des tiges d’épinette noire colonisant les cuvettes de gel est de 1,97m± 2,15. Une analyse comparée des photographies aériennes prises en 1950 et en 1996 montre une diminution de 34% de la surface occupée par les cuvettes de gel à cause de la colonisation progressive de l’épinette noire. L’épinette noire s’est établie en masse dans les cuvettes de gel entre 1970 et 1980 vraisemblablement à cause d’une faible fréquence de basses températures au cours de la saison de croissance.

Document Type: Research Article

Publication date: February 1, 2007

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