Evidence that soil depth and clay content control the post-disturbance regeneration of balsam fir and paper birch under heavy browsing from deer

Abstract

It is not well understood why successful regeneration of balsam fir and paper birch was observed in the south-central portion of Anticosti Island, despite a high-density deer population reputed to severely browse the seedlings of these 2 species. The area where this regeneration occurred was severely affected by a hemlock looper epidemic in the early 1970s and was specifically confined to one geologic formation (Chicotte). We tested whether or not the occurrence of balsam fir and paper birch coincided with a certain range of soil properties (pH, exchangeable cations, soil depth, clay content, and forest floor thickness). Out of 49 plots surveyed, balsam fir and paper birch respectively occurred on 30 and 25 plots, while black or white spruce occurred on all plots. There was co-occurrence of balsam fir and paper birch in 15 plots in which the relative abundance of paper birch was low. Multivariate regression trees (MRT) indicated that balsam fir occurred on shallow soils, whereas paper birch occurred on deep soils. On shallow soils, MRT indicated better regeneration of balsam fir in soils with low clay content. Results suggest 2 concurrent mechanisms related to site fertility leading to the regeneration of balsam fir and paper birch. The first involves low fertility conditions that stimulate balsam fir to produce higher concentrations of anti-herbivore compounds. The second mechanism involves increased tolerance of birch saplings to repeated deer browsing on the deeper and more fertile soils. Future research should strive to confirm these mechanisms and understand why they were efficient on the Chicotte formation but not elsewhere on the island.

Résumé

Une bonne régénération de sapin baumier et de bouleau à papier a été observée dans certains secteurs situés au centre-sud de l'île d'Anticosti, en dépit d'une pression de broutement élevée par le cerf de Virginie. Cette régénération était circonscrite à une seule formation géologique (Chicotte) et située dans un secteur ayant été affecté par une épidémie d'arpenteuse de la pruche en 1971. Une étude de terrain a été entreprise pour voir si la présence de ces deux espèces coïncidait avec certaines propriétés du sol (pH, cations échangeables, profondeur, % d'argile et épaisseur de la couche morte). Le sapin baumier et le bouleau à papier ont été observés respectivement dans 30 et 25 des 49 parcelles étudiées, alors que les épinettes blanche ou noire étaient présentes dans toutes les parcelles. Le sapin baumier et le bouleau à papier étaient présents ensemble dans 15 parcelles, mais dans tous ces cas l'abondance relative du bouleau à papier était très faible. Des arbres de régressions multivariées (ARM) nous indiquent que le sapin baumier est favorisé sur les sols superficiels, et le bouleau à papier sur les sols profonds. Pour les sols minces, les ARM indiquent une meilleure régénération du sapin baumier dans les sols contenant peu d'argile. Les résultats suggèrent l'existence de deux mécanismes reliés à la fertilité du sol qui permettent la régénération du sapin baumier et du bouleau à papier. D'une part, une faible fertilité pourrait stimuler le sapin baumier à produire plus de composés secondaires impliqués dans la défense contre l'herbivorie. D'autre part, il se peut que les sols plus profonds et fertiles confèrent au bouleau à papier une meilleure tolérance au broutement. Les études futures devraient tenter de confirmer ces deux mécanismes et de comprendre les raisons de leur efficacité sur la formation Chicotte et pas ailleurs sur l'île.

Keywords:

• balsam fir
• bottom-up pressures
• forest regeneration
• paper birch
• white-tailed deer

Mots-clés:

• bouleau à papier
• cerf de Virginie
• pressions « bottom-up »
• régénération forestière
• sapin baumier