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Paludification dynamics in the boreal forest of the James Bay Lowlands: effect of time since fire and topography

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Abstract:

In many northern forest ecosystems, soil organic matter accumulation can lead to paludification and forest productivity losses. Paludification rate is primarily influenced by topography and time elapsed since fire, two factors whose influence is often confounded and whose discrimination would help forest management. This study, which was conducted in the black spruce (Picea mariana (Mill.) BSP) boreal forest of northwestern Quebec (Canada), aimed to (1) quantify the effect of slope and time since fire on paludification rates, (2) determine whether soil organic layer depth could be estimated by surface variables that can potentially be remotely sensed, and (3) relate the degree of paludification to tree productivity. In this study, soil organic layer depth was used as an estimator of the degree of paludification. Slope and postfire age strongly affected paludification dynamics. Young stands growing on steep slopes had thinner organic layers and lower organic matter accumulation rates compared with young stands growing on flat sites. Black spruce basal area and Sphagnum cover were strong predictors of organic layer depth, potentially allowing mapping of paludification degree across the landscape. Tree productivity was negatively related to organic layer depth (R2 = 0.57). The equations developed here can be used to quantify forest productivity decline in stands that are undergoing paludification, as well as potential productivity recovery given appropriate site preparation techniques.

Dans plusieurs écosystèmes forestiers nordiques, l’accumulation de matière organique peut mener à la paludification des sols et entraîner des pertes de productivité forestière. Le taux de paludification est principalement influencé par la topographie et le temps écoulé depuis le dernier feu, deux facteurs dont l’influence est souvent confondue et dont la séparation aiderait à l’aménagement forestier. Cette étude réalisée dans la pessière noire (Picea mariana (Mill.) BSP) du nord-ouest du Québec (Canada) avait comme objectifs : (1) de quantifier l’effet de la pente et du temps depuis le dernier feu sur le taux de paludification, (2) de déterminer si l’épaisseur de la couche organique pouvait être estimée à partir de deux variables de surface quantifiables au moyen de la télédétection, et (3) d’établir la relation entre le degré de paludification et la productivité des arbres. Dans cette étude, l’épaisseur de la couche organique du sol a été utilisée pour estimer le degré de paludification. La pente et l’âge des peuplements après feu influencent fortement la dynamique de paludification. La couche organique était plus mince et avait un taux d’accumulation plus faible dans les jeunes peuplements établis sur des pentes fortes que dans les peuplements d’âge similaire établis sur terrain plat. La surface terrière en épinette noire et le recouvrement de sphaignes avaient un fort pouvoir de prédiction de l’épaisseur de la couche organique, ce qui pourrait permettre de cartographier le degré de paludification à l’échelle du paysage. Enfin, la productivité des arbres était négativement reliée à l’épaisseur de la couche organique (R2 = 0,57). Les équations développées dans ce travail peuvent être utilisées pour quantifier le déclin de productivité forestière dans les peuplements sujets à la paludification, ainsi que le potentiel de récupération de productivité à la suite d’une préparation de terrain appropriée.

Document Type: Research Article

Publication date: March 1, 2009

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