Drivers of contemporary landscape vegetation heterogeneity in the Canadian boreal forest: Integrating disturbances (natural and human) with climate and physical environment

Abstract

This study aims to demonstrate that contemporary landscape vegetation heterogeneity is controlled by a combination of natural disturbances with other sets of explanatory variables. Integration of these drivers should be considered the key to explaining vegetation changes along ecological gradients characterizing the boreal forest. Forest inventory plots and maps produced from about 1970 to 2000 were used to characterize a large area (175000 km²) according to 3 vegetation themes constituting distinct aspects of forest community composition (tree species, forest types, and potential vegetation—successional stages) and 4 sets of explanatory variables (climate, natural disturbances, physical environment, and human disturbances). Canonical ordinations were performed to define ecological gradients as well as the overlap between vegetation themes and sets of explanatory variables along each gradient. For each vegetation theme, we quantified the relative proportion of vegetation variation explained by unique as well as combined sets of explanatory variables. The landscape vegetation heterogeneity described by species and potential vegetation—successional stage was mostly explained by natural disturbances and climate in association with other sets of explanatory variables. The influence of physical environment was higher for landscape vegetation heterogeneity related to forest types than for the other themes, but this theme also was dominated by natural disturbances and climate. Compared to natural sets of explanatory variables, human disturbances played a secondary but significant role in the 3 vegetation themes. This research contributes to a better understanding of the relationship between vegetation and the factors underlying its development in the boreal forest and represents an important step toward ecosystem-based management.

Résumé

Cette étude vise à démontrer que l'hétérogénéité des paysages contemporains est régie par les perturbations naturelles en combinaison avec d'autres familles de variables explicatives. L'intégration de ces facteurs (drivers) devrait être considérée comme l'élément clé permettant d'expliquer les changements de végétation survenant le long des gradients écologiques qui caractérisent la forêt boréale. Des placettes d'inventaire forestier et des cartes forestières produites de 1970 à 2000 ont été utilisées pour caractériser un vaste territoire (175 000 km²) selon 3 thèmes associés à la végétation (espèces forestières, types forestiers, végétations potentielles-stades évolutifs) et 4 familles de variables explicatives (climat, perturbations naturelles, milieu physique et perturbations humaines). Des ordinations canoniques ont été effectuées pour définir les gradients écologiques et, le long de chacun d'eux, caractériser le chevauchement entre les thèmes de végétation et les familles de variables explicatives. Pour chaque thème, la proportion relative de la variation de la végétation expliquée par les familles seules (aucun chevauchement) ou en combinaison avec les autres a été quantifiée. L'hétérogénéité de la végétation décrite par les espèces ainsi que par les végétations potentielles-stades évolutifs s'explique principalement par les perturbations naturelles et le climat en association avec d'autres familles de variables explicatives. L'hétérogénéité de la végétation décrite par les types forestiers est aussi dominée par les perturbations naturelles et le climat, mais le milieu physique est plus important que dans les 2 autres thèmes. Par rapport aux familles de variables explicatives naturelles, les perturbations humaines jouent un rôle secondaire, mais significatif dans les 3 thèmes de végétation. L'ensemble de ces informations sur les relations entre la végétation et les facteurs à la base de son développement contribue à une meilleure connaissance du territoire d'étude et constitue un pas de plus vers son aménagement écosystémique.

Keywords:

• ecological gradients
• integration of sets of factors
• landscape heterogeneity
• variation partitioning

Mots-clés:

• gradients écologiques
• hétérogénéité du paysage
• intégration de familles de variables explicatives
• partitionnement de la variation