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Spatial variation in reference conditions: historical tree density and pattern on a Pinus ponderosa landscape

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Abstract:

The reference conditions of historical tree density and pattern underpin ecological restoration and management of Pinus ponderosa Douglas ex Lawson & C.Lawson forests in western North America, yet the potential spatial variation in these variables across the landscape remains unclear. We reconstructed historical (1880) tree density and spatial pattern on 1ha plots at 53 sites within a 110 000ha P.ponderosa landscape in northern Arizona, compared these variables among US Forest Service ecosystem classification units, and modeled spatial variation with environmental variables. Mean tree density differed 19-fold among nine ecosystem types, and regression trees using four soil or climatic variables explained 62%–74% of the variation in density. Although density was more sensitive to environmental variation than was pattern, we did not find the clumped pattern widely described for P.ponderosa forests to be universal across ecosystems. Results suggest that (i) multivariate combinations of soil and climatic properties influenced historical forest structure, (ii) as much variation exists in reference conditions within the study landscape as between P.ponderosa regions, (iii) ecosystem classification is a useful framework for quantifying spatial variation in reference conditions, and (iv) determining spatial variation in reference conditions can assist resource managers in prioritizing areas for management and in developing ecosystem-specific management strategies within landscapes.

Les conditions de référence de la distribution et de la densité rétrospectives des arbres sous-tendent la restauration écologique et à l’aménagement des forêts de Pinus ponderosa Douglas ex Lawson & C.Lawson dans l’ouest de l’Amérique du Nord. Pourtant, la variation spatiale potentielle de ces variables dans le paysage demeure nébuleuse. Nous avons reconstitué la densité des arbres et la distribution spatiale depuis 1880 dans des parcelles d’un hectare à 53 endroits dans un paysage de P.ponderosa de 110000 ha du nord de l’Arizona. Nous avons comparé ces variables aux unités de la classification des écosystèmes du U.S. Forest Service et nous avons modélisé la variation spatiale avec les variables environnementales. La densité moyenne des arbres différait par un facteur de 19 parmi les neuf types d’écosystème et les arbres de régression construits à l’aide de quatre variables édaphiques ou climatiques expliquaient 62%– 74% de la variation de la densité. Bien que la densité fût plus sensible aux variations environnementales que la distribution, nous n’avons pas observé la distribution en bouquets largement décrite comme étant universelle parmi les écosystèmes pour les forêts de P.ponderosa. Les résultats indiquent: (i) que les combinaisons multivariées des propriétés du sol et du climat ont influencé la structure passée de la forêt; (ii) qu’il y a autant de variation dans les conditions de référence dans le pay-sage étudié qu’entre les régions de P.ponderosa; (iii) que la classification des écosystèmes est un cadre de référence utile pour quantifier la variation spatiale des conditions de référence et (iv) que la détermination de la variation spatiale des conditions de référence peut aider les aménagistes des ressources à prioriser les zones à aménager et à développer des stratégies d’aménagement spécifiques aux écosystèmes à l’intérieur des paysages.

Document Type: Research Article

Publication date: December 1, 2009

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