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Black spruce regeneration at the treeline ecotone: synergistic impacts of climate change and caribou activity

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Abstract:

Tree regeneration at treeline is often inhibited by harsh climatic conditions and ecological constraints such as the presence of a continuous lichen cover. The objective of this study was to verify if recent climate warming and increased caribou (Rangifer tarandus L.) activity, which destroys the lichen cover, could act synergistically to increase black spruce (Picea mariana (Mill.) B.S.P.) regeneration. We collected cones produced in 2006–2007 to compare seed viability with data from 1989 to 1995. We conducted experimental plantations (field and controlled conditions) to determine if germination and seedling emergence were higher in disturbed environments where mineral soil was exposed. We sampled naturally established seedlings to evaluate the relationship between the year of establishment and caribou activity and to compare growth in disturbed and undisturbed environments. We found that seed viability was significantly higher in 2006–2007 compared with 1989–1995. The number of germinated seeds per cone increased by a factor>1000. Germination and seedling establishment were higher in the disturbed environment (mineral soil). Finally, although seedling establishment in areas with continuous lichen cover was rather constant over the last 50years, 73.5% of the seedlings recorded on bare mineral soil became established in the years following high caribou activity. Our results suggest that climate warming and caribou activity are likely to act synergistically to promote black spruce regeneration at treeline.

À la limite des arbres, les conditions climatiques rigoureuses et les contraintes écologiques, telles que la présence d’une couverture continue de lichens, empêchent souvent les arbres de se régénérer. L’objectif de cette étude consistait à vérifier si le réchauffement récent du climat et l’augmentation de l’activité du caribou (Rangifer tarandus L.), qui détruit la couverture lichénique, pouvaient agir de façon synergique pour accroître la régénération de l’épinette noire (Picea mariana (Mill.) B.S.P.). Nous avons récolté des cônes produits en 2006–2007 pour comparer la viabilité des graines avec des données de 1989 à 1995. Nous avons effectué des plantations expérimentales (sur le terrain et en milieu contrôlé) pour déterminer si l’émergence des semis était plus abondante dans les milieux perturbés où le sol minéral était exposé. Nous avons échantillonné des semis établis naturellement pour évaluer la relation entre l’année d’établissement et l’activité du caribou et pour comparer la croissance dans les milieux perturbés et non perturbés. Nous avons observé que la viabilité des graines était significativement plus élevée en 2006–2007 que de 1989 à 1995. Le nombre de graines germées par cône a augmenté d’un facteur> 1000. La germination et l’établissement des semis étaient plus élevés dans les milieux perturbés (sol minéral). Finalement, alors que l’établissement des semis est demeuré plutôt constant au cours des 50 dernières années dans les zones avec une couverture continue de lichens, 73,5 % des semis observés sur le sol minéral nu se sont établis durant les années qui ont suivi une forte activité du caribou. Nos résultats indiquent que le réchauffement du climat et l’activité du caribou ont possiblement un effet synergique favorisant la régénération de l’épinette noire à la limite des arbres.

Document Type: Research Article

Publication date: March 1, 2011

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