Comparing carbon pools and tree growth in balsam fir (Abies balsamea) and black spruce (Picea mariana) forest ecosystems located along a climatic gradient

Abstract

Carbon (C) content in several forest ecosystem pools, including trees, understory species, downed logs, litter, soil organic and mineral layers, and fine roots, and tree growth were compared in balsam fir (Abies balsamea) and black spruce (Picea mariana) ecosystems located along a climatic gradient in eastern Canada spanning regions that differed by 4 °C in mean annual temperature. A total of 19 experimental sites were established, 12 in balsam fir ecosystems and 7 in black spruce ecosystems. Diameter at breast height (dbh), height growth rate, and C contents in trees, understory species, downed logs, litter, and soil organic and mineral layers did not differ significantly between northern and southern experimental sites (P < 0.05). The only C pool that differed significantly among the regions was fine roots. Tree ring data collected on trees greater than 5 cm in dbh at all the sites were related to monthly climatic data between April and October, the active physiological season at the latitudes of the study. The relationships derived indicated that the differential effects of significant climatic variables along the climatic gradient were more important for black spruce than balsam fir. These results suggest that the changes in climatic conditions in the next 100 y may have a relatively small effect on the productivity and C allocation of both forest types when located within a range of climatic conditions similar to those of this study.

Résumé

Le contenu en carbone (C) de plusieurs réservoirs forestiers, incluant les arbres, les espèces en sous-étage, les arbres morts au sol, la litière, les couches organiques et minérales du sol et les racines fines, ainsi que la croissance des arbres ont été comparés dans des écosystèmes de sapin baumier (Abies balsamea) et d'épinette noire (Picea mariana) localisés le long d'un gradient climatique dans l'est du Canada traversant des régions dont les températures moyennes annuelles diffèrent de 4 °C. Un total de 19 sites expérimentaux ont été établis, 12 dans des écosystèmes de sapin baumier et 7 dans des écosystèmes d'épinette noire. Les taux de croissance en diamètre à hauteur de poitrine (dhp) et en hauteur des tiges et les contenus en C des arbres, des espèces en sous-étage, des arbres morts au sol, de la litière et des couches organiques et minérales du sol ne différaient pas de façon significative entre les sites expérimentaux du nord et du sud (P < 0,05). Le seul réservoir de C qui différait significativement entre les régions était celui des racines fines. Les données de cernes annuels recueillies sur les arbres plus grands que 5 cm au dhp dans tous les sites ont été reliées aux données climatiques annuelles entre avril et octobre, la saison active sur le plan physiologique aux latitudes de l'étude. Les relations obtenues indiquaient que les effets différentiels des variables climatiques significatives le long du gradient climatique étaient plus importants pour l'épinette noire que pour le sapin baumier. Ces résultats suggèrent que les changements dans les conditions climatiques au cours des 100 prochaines années n'auront possiblement qu'un effet relativement faible sur la productivité et l'allocation de carbone dans les 2 types forestiers étudiés lorsque situés à l'intérieur d'une gamme de conditions climatiques similaires à celles de la présente étude.

Keywords:

• carbon pools
• climatic gradient
• fine roots
• tree growth

Mots-clés:

• croissance des arbres
• gradient climatique
• racines fines
• réservoirs de carbone