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Age-related patterns of forest complexity and carbon storage in pine and aspen–birch ecosystems of northern Minnesota, USA

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Abstract:

Forest managers are seeking strategies to create stands that can adapt to new climatic conditions and simultaneously help mitigate increases in atmospheric CO2. Adaptation strategies often focus on enhancing resilience by maximizing forest complexity in terms of species composition and size structure, while mitigation involves sustaining carbon storage and sequestration. Altered stand age is a fundamental consequence of forest management, and stand age is a powerful predictor of ecosystem structure and function in even-aged stands. However, the relationship between stand age and either complexity or carbon storage and sequestration, especially trade-offs between the two, are not well characterized. We quantified these relationships in clearcut-origin, unmanaged pine and aspen chronosequences ranging from <10 to >130years in northern Minnesota. Complexity generally increased with age, although compositional complexity changed more over time in aspen forests and structural complexity changed more over time in pine stands. Although individual carbon pools displayed various relationships with stand age, total carbon storage increased with age, whereas carbon sequestration, inferred from changes in storage, decreased sharply with age. These results illustrate the carbon and complexity consequences of varying forest harvest rotation length to favor younger or older forests and provide insight into trade-offs between these potentially conflicting management objectives.

Les aménagistes forestiers cherchent des stratégies pour créer des peuplements capables de s’adapter aux nouvelles conditions climatiques tout en contribuant à atténuer l’augmentation de CO2 atmosphérique. Les stratégies d’adaptation sont souvent axées sur l’amélioration de la résilience en maximisant la complexité de la forêt en termes de composition et de structure de dimension des espèces tandis que les mesures d’atténuation visent l’accumulation et la séquestration soutenues du carbone. La modification de l’âge du peuplement est une conséquence fondamentale de l’aménagement forestier et l’âge du peuplement est un puissant prédicteur de la fonction et de la structure de l’écosystème dans les peuplements équiennes. Cependant, les relations entre l’âge et la complexité de la forêt ou l’accumulation et la séquestration du carbone et plus particulièrement les compromis entre les deux ne sont pas bien caractérisés. Nous avons quantifié ces relations dans des chronoséquences non aménagées de pin et de peuplier issues de coupes à blanc et allant de <10 à >130 ans dans le nord du Minnesota. La complexité de la forêt augmentait généralement avec l’âge, quoiqu’avec le temps la complexité compositionnelle variait plus dans les forêts de peuplier alors qu’avec le temps la complexité structurelle variait davantage dans les peuplements de pin. Bien que les réservoirs individuels de carbone aient montré différentes relations avec l’âge du peuplement, l’accumulation totale de carbone augmentait avec l’âge tandis que la séquestration du carbone, déduite à partir des changements dans l’accumulation, diminuait brusquement avec l’âge. Ces résultats illustrent les conséquences sur le carbone et la complexité de différents âges d’exploitabilité selon qu’on favorise des forêts plus jeunes ou plus vieilles et donnent une idée des compromis entre ces objectifs d’aménagement potentiellement contradictoires.

Document Type: Research Article

Publication date: 2010-03-01

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  • Published since 1971, this monthly journal features articles, reviews, notes and commentaries on all aspects of forest science, including biometrics and mensuration, conservation, disturbance, ecology, economics, entomology, fire, genetics, management, operations, pathology, physiology, policy, remote sensing, social science, soil, silviculture, wildlife and wood science, contributed by internationally respected scientists. It also publishes special issues dedicated to a topic of current interest.
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