Differential effects of post-fire habitat legacies on beta diversity patterns of saproxylic beetles in the boreal forest

Abstract

Fire-generated mosaics of habitat legacies such as dead and dying trees are key structural components in boreal forest ecosystems that support diverse saproxylic beetles. Our study sought to elucidate the spatial pattern of community composition (beta diversity) of saproxylic beetles along gradients of post-fire habitat legacies (tree species composition, tree size [dbh], and burn severities) and geographical distance. For 2 y, we reared saproxylic beetles from 360 logs retrieved from 72 sites in burned forests. Tests were performed to explain the overall beta diversity (β_sor) by partitioning it into its 2 components: the “species spatial turnover” due to species replacement (β_sim) and the “richness-driven” beta diversity due to species richness differences (β_rich). Variations in tree species, tree size, and burn severity had significant effects on overall beta diversity (β_sor) of saproxylic beetles; these effects varied according to the differential influence of these factors on the 2 distinct components of beta diversity. Tree composition had notable effects on species spatial turnover (β_sim), for which saproxylic species composition differed between jack pine and black spruce, and it was more variable between jack pine sites than between black spruce sites. On the other hand, variation in tree size was primarily responsible for the richness-driven beta diversity component (β_rich), which was highest between the smallest and largest dbh groups and lowest between largest and mid-sized trees. Similarly, richness-driven composition differed significantly across severity gradients and was highest across low to high severity and lowest between low-severity stands. Broader geographical distance per se did not affect compositional patterns of saproxylic beetles, yet the landscape context could have some effect. These results could have crucial implications for post-fire management, which also aims to efficiently conserve saproxylic beetles. The significant spatial turnover in saproxylic composition between black spruce and jack pine and the underlying host-tree specificity suggest that a mosaic of both tree species should be maintained in the landscape. The richness-driven beta diversity pattern along the tree size and severity gradients implies that it may be necessary to prioritize the most species-rich classes, such as larger trees with lower severity burns, but with qualifications to cater also for species displaying idiosyncratic distributions.

Résumé

Les éléments composants les mosaïques d'habitats après feu comme les arbres morts et mourants ont un rôle structurel clé dans les écosystèmes de la forêt boréale en supportant divers coléoptères saproxyliques. Notre étude visait à comprendre la répartition spatiale de la composition des communautés (diversité bêta) de coléoptères saproxyliques le long de gradients des composantes d'habitat après feu (composition en espèces d'arbres, diamètre des arbres [dbh] et sévérités des feux) et de distance géographique. Durant 2 ans, nous avons collecté les coléoptères saproxyliques émergeant de 360 sections de troncs récoltés dans 72 sites de forêts brûlées. Des tests ont été réalisés afin d'expliquer la diversité bêta totale en la divisant en ses 2 composantes: le renouvellement spatial causé par le remplacement des espèces et la diversité bêta causée par les différences dans la richesse en espèces. Les variations dans les espèces d'arbres, le diamètre des arbres et la sévérité des feux avaient des effets significatifs sur la diversité bêta totale de coléoptères saproxyliques et ces effets étaient dus à l'influence différentielle de ces facteurs sur les 2 composantes de la diversité bêta. La composition en espèces d'arbres avait des effets importants sur le renouvellement spatial des espèces de coléoptères, les pins gris et les épinettes noires ayant des compositions en espèces différentes et qui étaient plus variables entre les sites de pin gris qu'entre ceux d'épinette noire. D'autre part, la variation dans le diamètre des arbres était le principal facteur déterminant pour la composante de la diversité bêta déterminée par la richesse. Celle-ci était la plus élevée entre les groupes ayant le plus petit dbh et ceux ayant le plus grand et elle était la plus faible entre les plus grands arbres et ceux de taille moyenne. De même, la composition déterminée par la richesse différait significativement au sein du gradient de sévérité des feux. Celle-ci était la plus élevée entre les feux sévères et ceux de sévérité faible et la plus faible entre les différents peuplements affectés par un feu de sévérité faible. Une plus grande distance géographique n'influençait pas la répartition de la composition des coléoptères saproxyliques, cependant le type de paysage pourrait avoir un certain effet. Ces résultats peuvent avoir des implications déterminantes pour l'aménagement après feu qui vise entre autres à conserver de façon efficace les coléoptères saproxyliques. Le renouvellement spatial significatif dans la composition saproxylique entre les épinettes noires et les pins gris associé à la spécificité à l'arbre- hôte suggère qu'une mosaïque des deux espèces d'arbres devrait être maintenue dans le paysage. Le patron de la diversité bêta déterminée par la richesse le long des gradients de diamètre des arbres et de sévérité des feux implique qu'il peut être nécessaire de donner la priorité aux classes d'arbres les plus riches en espèces, comme les grands arbres moins affectés par le feu, tout en considérant également les besoins des espèces ayant des distributions particulières.

Keywords:

• beta diversity
• boreal forest
• forest fire
• habitat gradients
• saproxylic beetles
• spatial turnover

Mots-clés:

• coléoptères saproxyliques
• diversité bêta
• feu
• forêt boréale
• gradients d'habitat
• renouvellement spatial